김 갑 수 박사/서울시정개발연구원 선임연구위원, 본지 자문위원

팔당댐-잠실수중보 지천 하류에 우수저류조 설치하면
수돗물 원수 안정적인 수질 보장 

일본, 비점오염원 하천 유입 방지 위해 우수저류조 설치.운영

 

   
▲ 김갑수 박사 /서울시정개발연구원 선임연구위원, 대한환경공학회 고문, 본지 자문위원
겨울철과 봄철에 쌓인 비점오염물질은 봄철 강우 시부터 여름철 장마 직전까지 빗물에 씻겨 하수관을 월류하여 한강으로 유입된다. 특히 봄철 강우는 10∼200mm에 불과해서 초기강우 유출수의 오염농도는 생물화학적 산소요구량(BOD)이 최고 300∼500m/L에 달한다.

서울시정개발원 김갑수 선임연구위원은 초기우수가 한강을 오염시키는 것을 방지하기 위해서는 각 지천에 빗물저류조를 설치하여 간이하수처리하거나 비강우 시 기존하수처리장으로 이송하여 처리해야 한다고 제안한다. 그러면서 일본의 사례를 들었다.

본지는 김갑수 선임연구위원(공동연구자 이승민 서울시정개발원 연구원)이 연구제안한 ‘공공수역 수질관리 위한 초기우수 및 CSOs 제어방안’을 이번호에 게재한다.

아울러 김갑수 선임연구위원께서 일본에서 입수, 번역한 ‘우천시 하수 활성슬러지처리법의 처리원리와 도입효과’에 대한 연구논문(일본『하수도협회지』 Vol. 43, No. 523, 2006년 5월호)을 활성슬러지공법으로 처리하고 있는 지자체 담당자들에게 도움이 되도록 하기 위해 다음호부터 2회에 걸쳐 게재한다.  [편집자 주]

   
   
▲ [그림 1] 우천시 도로 및 도로주변 먼지 하수도 유입

1. 수질오염총량제

3대강 수계와 마찬가지로 한강 대권역도 수질오염총량제를 의무적으로 시행키 위한 관련 법령을 정비하고 나섰다. 이를 통해 관리대상 오염물질 항목도 단계적으로 확대됐다.

낙동강, 금강, 영산강·섬진강 수계는 현재 해당 광역시·도의 오염총량관리 기본계획이 모두 수립돼 승인이 이뤄졌다. 그러나 한강수계는 오염총량제 실시여부를 지자체장이 결정(임의제)하도록 규정하고 있어, 현재 경기도 광주시만 오염총량관리계획을 수립·시행하고 있다.

팔당수질정책협의회는 2005년 9월 한강수계 의무제 총량제 도입에 합의, 현재 한강수계법 개정을 추진 중이다. 그러나 목표수질 설정, 오염부하량 할당, 시행계획 수립 등의 과정에서 기초 데이터 미비, 총량제에 대한 인식 부족으로 상·하류간, 지역간의 갈등 소지가 있어 오염총량관리제의 기반강화를 위한 기초연구사업 등을 지속적으로 수행하고 있다.

기초연구사업에는 유량조사, 비점오염원 원단위 조사, 비점오염원 저감시설 적용방안 및 지역실정을 고려한 안전율 적용 개선방안 마련 등이 진행된다. 지역사회의 인식부족을 해결하기 위한 교육 및 홍보 프로그램도 개발 중이다. 

   
▲  [그림 2] 초기 한강 유입

2. 비점오염원 관리 대책

또, 한강수계의 비점오염원 관리를 위해 고랭지 경작지 토사유출, 도시지역 초기강우 시 비점오염원 등에 효과적으로 대응하기 위한 지역별·유역별 특성에 맞는 비점오염 저감 시범사업을 실시키로 했다. 이를 통해 효과 검증을 거쳐 사업시행을 확대한다.

2.1고랭지 경작지 토사유출

한강수계 상류에는 전국 고랭지 경작지 면적의 50%(3만6천949ha)가 위치해 있다. 고랭지밭은 해발 400m 이상에 위치한 밭으로 대부분 경사도가 높아 강우 시 다량의 비점오염물질이 유출되고 있다.

비점오염물질은 산지개발, 과다한 비료사용, 잦은 객토, 환경 훼손형 영농들을 통해 유출된다. 강우 시 유출되는 토사로 인한 수체의 혼탁도 증가, 다량의 비료성분 유출, 토사 퇴적 등으로 하천 건천화 및 수생태계 교란, 상수도 취수장 기능 상실 등 많은 문제들이 발생되고 있다. 이에 주민의 수질에 대한 불신이 증가하고 있어 대책 마련이 시급하다.

문제의 대처방안으로는 첫째, 비점오염물질 저감시설 설치시범사업이 추진되고 있다. 2008년까지 한강수계 하천주변을 대상으로 8종 27개 비점오염물질 저감시설 설치시범사업이 진행된다. 아울러 국내 최초로 비점오염원 관리를 위한 대표 소유역(경안천 예상)을 지정, 한국형 비점관리 대표 모델사업이 실시된다. 이 지역은 교육학습장으로도 활용될 예정이다.

둘째, 비점오염물질 저감사업을 본격적으로 추진할 계획이다. 우선 객토 등으로 심각한 수질오염을 유발시키는 일정경사도·표고의 고랭지밭을 대상으로 객토원 및 채토장 관리 요령을  마련하는 등 집중관리를 할 예정이다. 우선, 고랭지 밭에 맞는 농약 살포 표준시비량 설정과 환경친화적 해충방제시스템도 개발이 이뤄져야 한다.
또, 피복작물의 재배, 등고선 경운 등 비점오염저감을 위한 영농기법도 보급할 예정이다. 아울러 우수저류시설을 인공·자연 조정지를 비롯 지역 내 학교운동장 및 근린공원에 일정 면적 이상의 건물에 설치하도록 유도할 방침이다.

우수유출수가 지하로 침투하기 쉽도록 침투도랑, 침투포장, 침투통, 우물 등 다양한 시설 설치도 고려할 방침이다. 완충식생대, 우회수로, 식생밭두렁 등 경작지 주변에 비점오염저감시설을 설치하고, 고랭지밭에서 유출된 토사로 오염된 하천에 대한 자연형 하천정화사업을 확대키로 했다.

셋째, 비점오염원 대책에 대한 교육·홍보 및 사후 지도·단속을 강화키로 했다. 농민·지자체 공무원 대상으로 비점오염원 표준관리요령 등 교육을 실시하고, 불법 산림훼손행위에 대한 단속 강화 및 신고 포상금제를 확대한다.

   
▲  [그림 3] 초기우수시 오염빗물(왼쪽)과 한강원수(오른쪽) 비교

2.2 도시지역 초기강우시 비점오염원

동절기와 봄철에 쌓인 비점오염물질은 봄철 강우 시부터 하절기 장마 직전까지 빗물에 씻겨 하수관을 월류해 한강에 유입된다. 봄철강우는 10∼20㎜에 불과해 초기강우 유출수의 오염농도는 최고 BOD 300∼500mg/L에 달한다. 초기강우가 한강으로 유출되는 모습은 [그림 1]에서 [그림 4]와 같다.

   
▲  [그림 4] 초기강우시 오염띠

하수처리장은 초기 강우 시 3Q(하수처리장 시간당 처리용량의 3배)만을 처리할 수 있다. 3Q는 서울의 경우 강수량 1.75㎜/h에 해당된다. 이 이상의 빗물은 하수처리장에서 처리되지 않고 그대로 한강으로 유입된다.

하수처리장으로 유입된 3Q 중 하수도 1Q는 생물학적 2차 처리, 2Q는 최초침전지만을 거치게 된다. 사실상 부유물질만 제거되면서 최종 혼합방류수는 BOD 100mg/L 내외가 된다. 이는 봄철 강우 시 고농도 공공수역의 주원인이 되고 있다.

   
▲  [그림 5] 한강지점별 BOD 농도

[그림 5]는 봄철 강우 시 비점오염이 유입돼 한강의 BOD농도가 증가되고 있는 것을 나타낸 것이다. 초기우수가 공공수역을 오염시키는 것을 방지하기 위한 방법으로 각 지천에 [그림 6]과 같은 빗물저류조를 설치해 간이하수처리를 하거나 비강우 시 기존하수처리장에 이송하여 처리하는 방법이 있다.

   
▲  [그림 6] 빗물저류조 개요도

일본의 경우 비점오염원 및 CSOs가 하천에 그대로 유입되는 것을 방지하기 위해 [그림 7]와 같은 시설들을 설치 또는 계획 중에 있다. 실제로 나고야시에서는 [그림 8]과 같이 우수저류조를 설치해 운영하고 있다.

   
▲  [그림 7] 합류식 관거 월류수(CSOs) 개선 Quick Plan 개요

오염빗물 저류조를 수돗물 원수에 영향을 직접적으로 미치는 팔당댐과 잠실수중보 사이에 [그림 9]와 같이 설치한다면 수돗물 원수의 안정적인 수질을 보장할 수 있을 것으로 전망된다.

   
▲  [그림 9] 팔당-잠실수중보 오염빗물저류조 설치예상지점


3. 일본 합류식 하수도 기술발달

   
▲  [그림 8] 후쿠에 우수체수지
일본은 공공수역의 초기우수 및 CSOs의 오염 억제를 위한 우수 체수지의 건설과 동시에, 강우 시 활성슬러지법(3W 처리법), 경사판 침전지, 미세스크린 등의 처리를 위한 효과적인 기술을 개발하고 있다.

필자는 오사카시의 하라노 하수처리장을 3회에 걸쳐 방문, 강우 시에 표준활성슬러지공법을 단계적 공법으로 바꾸어 운영하는 것을 관찰한 바 있다. 관찰 결과, 최종 방류수질을 2Q 1차 처리, 1Q 2차 처리 시의 간이방류를 실시하는 종래의 표준활성슬러지 처리방식과 비교해 SS는 59.1%∼90.7%(4 강우 평균 73.2%), BOD는 26.3%∼77.6%(4 강우 평균은 61.0%)의 방류오염부하량이 삭감된 것이 확인됐다.

필자는 오사카시 합류식관거 정비지역에서 실시하고 있는 강우 시 활성슬러지법에 대한 논문을 저자로부터 입수했다. 이 논문의 내용을 요약하면 다음과 같다.

합류식하수도에 있어서 우천 시 방류오염부하의 삭감을 목적으로 기존의 활성슬러지처리시설을 이용하여 우천 시에 대하여 활성슬러지처리량을 증가시키는 우천 시 하수활성슬러지처리법을 개발했다.

   
▲ 와키야마 조절지 완성도
활성슬러지법에서는 시간최대오수량(Qsh)을 넘는 양의 우천 시 하수를 반응조 후단에 단계적으로 유입시키는 것에 따라, 반응조 후단의 활성슬러지 농도 및 최종침전지의 고형물 부하의 상승을 억제한다. 또, 반응조 후단에 유입한 하수의 용해성 BOD는 활성슬러지에 의한 용해성 유기물의 흡착에 의해 대체로 30분에 60∼70% 정도까지 급격히 제거된다.

이들의 원리에 기초를 두어 활성슬러지법에 의한 대량의 우천 시 하수의 처리성능에 관해, 오사카시의 하수처리장의 경우 27회의 실운전 조사를 했다. 이 결과, 최대에 1.48∼4.6Qsh(평균 2.70Qsh)의 우천 시 하수에 대해서 평균 SS 9.3mg/L, BOD 7.7mg/L의 처리수질로 나타나 안정한 운전을 실시할 수 있는 것을 확인했다.

또, 이중 4회의 실운전을 조사하여 간이방류를 실시한 종래의 방식과 비교하면 1강우당 SS(부유물질)는 59.1∼90.7%(4강우 평균은 73.2%), BOD는 26.3∼77.6%(4강우 평균은 61.0%)의 방류오염 부하량을 삭감할 수 있는 것을 확인했다.

즉, 이 논문에는 이 우천 시 하수 활성슬러지처리법의 처리원리를 명확하게 하여 활성슬러지법이 합류식 하수도 개선을 위해 우천 시 하수처리의 유효수단인 것을 논술하고 있다.  [다음호에 계속]

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