수질관리의 과학화

수질오염원과 수질관리목표

강, 하천, 호소 등 수역의 수질은 상류에 유입되는 수질오염물질의 종류와 양에 의해 결정된다. 상류에 유입되는 수질오염물질은 자연적으로 발생하는 수질오염물질과 인위적으로 발생하는 수질오염물질로 구분할 수 있다. 자연적으로 발생하는 수질오염물질 발생원은 부패된 나뭇잎 등과 같은 유기물질 발생원과 수용성 또는 입자상 광물질 등과 같은 무기물질 발생원 등이 있다. 그리고 인위적인 수질오염원으로는 생활하수, 축산폐수, 산업폐수와 같은 점오염원과 도시지역, 공장지역 등 도시화지역, 농경지, 도로 등 비점오염원이 있다([표 1] 참조).

자연적인 수질오염원에서 발생하는 수질오염물질의 종류와 양이 일정하다고 할 때, 어떤 수역의 수질은 인위적 수질오염원에 의해 결정된다고 할 수 있다. 강, 하천, 호소 등 수역의 상류, 중류, 하류 등 모든 수역의 자연 상태 수질 그대로 보전하는 것이 수질관리의 궁극적인 목표라고 한다면, 인위적인 수질오염원에서 발생한 수질오염물질을 유입수역의 자연적인 수질과 동일하게 정화해 배출하면 모든 수역의 수질을 자연 상태의 수질로 유지할 수 있다.

문제는 수질오염원의 종류, 수질오염물질의 종류, 수질오염물질의 배출량 등에 따라 기술적·경제적 등의 이유로 배출된 수질오염물질을 유입수역의 자연적인 수질과 동일하게 처리하지 못하는 경우다. 그러한 경우, 유입수역의 자정능력, 유입수역의 자연성 훼손 허용한도 등을 고려해 인위적 수질오염물질의 처리수준을 완화해 설정하는 방법을 생각할 수 있다.

물 용도별 목표수질 및 영향수역 설정

과학적인 수질관리를 위해서는 먼저 전국의 물을 용도별로 구분한 다음, 물 용도에 적합한 목표수질을 설정해야 한다. 물의 용도는 일반적으로 생활용수, 공업용수, 농업용수, 생태용수 등으로 구분하고, 각 용도에 적합한 목표수질을 설정하는 것이다. 예를 들어 생활용수의 목표수질은 1등급, 공업용수의 목표수질은 3등급 이상, 농업용수의 목표수질은 4등급 이상으로 설정하고, 생태용수의 목표수질은 자연 상태의 수질을 목표수질로 설정할 수 있다.

다음은 목표수질에 영향을 주는 영향수역을 설정하는 것이다. 생활용수, 공업용수 및 농업용수의 영향수역은 취수지점을 기준으로 그 상류의 전 수역에 대해 설정하는 것이다. 예를 들어, 팔당호 상수원의 경우 팔당호로 유입되는 상류의 모든 하천과 호소의 수질은 1등급이 되어야 하고, 대청호 상수원의 경우에도 그 상류에 있는 모든 하천과 호소 등의 수질이 1등급이 되어야 한다.

전국 모든 수질오염원에 코드 부여

과학적인 수질관리를 위해서는 전국의 강, 하천, 호소 등 관리대상 수역에 영향을 미치는 모든 인위적인 수질오염원에 코드를 부여하는 일이 선행돼야 한다. 코드는 점오염원과 비점오염원을 구분하고, 점오염원은 생활하수, 축산폐수, 산업폐수 등으로 세분하며, 비점오염원은 도시화지역, 농경지, 도로 등으로 세분해 부여한다. 예를 들어, 점오염원은 코드번호 P를, 비점오염원은 NP를 각각 부여하고, 점오염원 중 생활하수에 대해서는 PS를, 축산폐수에 대해서는 PL을, 산업폐수에 대해서는 PI를 각각 부여한다. 같은 방식으로, 비점오염원에 대해서는 도시화지역에 대해서는 B1을, 농경지에 대해서는 B2를, 그리고 도로에 대해서는 B3를 각각 부여하는 것이다.

그리고 점오염원과 비점오염원의 유역구분은 대권역(L), 중권역(M), 소권역(S) 등으로 구분해 코드를 부여한다. 예를 들어, 한강대권역을 HL, 낙동강대권역을 NL, 금강대권역을 KL, 영산섬진강대권역을 YSL이라고 하고, 한강대권역의 중권역 M01을 HLM01, 낙동강중권역 M01을 NLM01 등과 같이하며, 한강대권역의 중권역 M01의 소권역 S001을 HLM01S001, 또 그곳에 있는 생활하수 배출원에 대해 HLM01S001PS00001이라는 코드를 부여할 수 있다([표 2] 참조).

개별 수질오염원의 수질영향 측정

개별 수질오염원이 하류 수역의 수질에 미치는 영향을 알기 위해 그 수질오염원의 설치 전후의 수질을 측정해 비교하는 방법을 생각할 수 있다. 측정지점은 유하거리 1㎞, 2㎞, 3㎞, 4㎞, 5㎞ 등으로 구분해 설정하고, 측정지점의 연중 유량을 상, 중, 하로 구분해 측정한다.

예를 들어, 어떤 수질오염원의 생활하수 배출량이 1일 10㎥이고, 정화처리 후 생물화학적산소요구량(BOD) 농도가 5㎎/L일 경우, 그 유입수역의 연중 유량이 ‘상’, 유하거리 1㎞, 2㎞, 3㎞, 4㎞ 및 5㎞ 지점의 BOD 농도가 각각 4.3㎎/L, 3.8㎎/L, 3.1㎎/L, 2.2㎎/L 및 1.8㎎/L으로 측정됐고, 연중 유량이 ‘중’이고 유하거리 1㎞, 2㎞, 3㎞, 4㎞ 및 5㎞ 지점의 BOD 농도가 각각 4.5㎎/L, 4.1㎎/L, 3.8㎎/L, 3.4㎎/L 및 2.8㎎/L으로 측정됐으며, 연중 유량이 ‘하’이고 유하거리 1㎞, 2㎞, 3㎞, 4㎞ 및 5㎞ 지점의 BOD 농도가 각각 4.8㎎/L, 4.6㎎/L, 4.3㎎/L, 3.8㎎/L 및 3.2㎎/L으로 측정됐다고 할 수 있다([표 3] 참조).

상류 수질오염원의 과학적 관리

예를 들어, A 수역의 B 지점에 목표수질이 설정돼 있고, 그 상류에 있는 수질오염원에 대해 [표 3]과 같은 측정 자료가 있으면 수질오염원이 B 지점에 미치는 영향을 분석할 수 있다. 상류에 있는 생활하수, 축산폐수, 산업폐수 등 모든 인위적인 점오염원과 도시화지역, 농경지, 도로 등 모든 인위적인 비점오염원에 대한 [표 3]과 같은 측정 자료를 종합해 B 지점 수질에 미치는 총 영향을 분석하는 것이다.

수질관리의 이상적 목표인 자연 상태의 수질을 그대로 유지하기 위해서는 인위적인 수질오염원에서 배출되는 수질오염물질의 농도가 배출되는 지점의 자연 상태의 수질과 같아야 한다. 그러나 배출된 수질오염물질이 유입수역의 자연적인 자정작용 등에 의해 정화된다는 점을 고려하면 수질오염원에서 배출되는 수질오염물질이 그 배출지점의 자연 상태의 수질과 반드시 같을 필요는 없다. 즉, 배출된 수질오염물질이 자연의 자정작용으로 정화되어 목표수질이 설정된 지점에 도달했을 때 그 목표수질과 같게 되면 되는 것이다.

수질관리의 자연성 회복

강이나 하천 중하류에 상수원을 설치하는 것은 자연법칙을 거스르는 것이다. 인위적인 수질오염원이 전혀 없는 자연 상태에서도 강이나 하천의 중하류 수질은 2〜3등급 수질로서 상수원수에 적합한 1등급 수질에 미치지 못하기 때문이다. 다만, 자연적인 특성 때문에 강이나 하천의 중하류 수질이 1등급 수질일 경우에는 예외일 수 있다.

상수원 수질보호를 위한 상수원보호구역, 특별대책지역, 수변구역, 배출시설설치제한지역 지정 등 대책은 상수원 수질보호를 위한 근본적인 대책이 될 수 없다. 상수원보호구역의 경우 상수원수 취수지점 상류의 일정한 수역, 예를 들어, 유하거리 4㎞ 범위의 지역을 상수원보호구역으로 지정하고 구역 내에서 수질오염원의 입지를 제한하는 것이다.

이러한 상수원보호구역 제도는 몇 가지 근본적인 문제점을 가지고 있다. 첫째, 상수원보호구역 상류에 대형 수질오염원이 입지했을 경우 규제 방법이 없다는 것이다. 둘째, 상수원보호구역에 입지하는 수질오염원이 배출하는 수질오염물질을 유입수역의 자연 상태의 수질과 동일한 수준으로 정화 처리하는 경우에도 유입수역의 자연적 수질이 2급수인 경우에는 상수원수로서 부적합하게 된다.

마지막으로 상수원보호구역 상류의 수역에서 흘러 들어오는 물의 수질이 2급수 이하인 경우 상수원보호구역 지정은 의미가 없다. 예를 들어, 잠실수역 상수원보호구역의 경우 팔당댐에서 흘러드는 물이 2급수이기 때문에 잠실수역의 수질은 2급수 이상이 될 수 없다. 물론, 잠실수역의 상수원보호구역 지정은 팔당댐과 잠실수역 상수원수 취수지점 사이에서 유입되는 수질오염물질의 양을 줄여 수질이 더 악화되는 것을 방지할 수는 있다([그림 1] 참조).

수질관리의 기본방향은 강이나 하천 등 수역의 수질을 가능한 한 자연 상태로 유지하고, 물의 이용은 자연 상태의 수질에 따르는 것이다. 상수원수를 자연적 수질이 2, 3등급인 강이나 하천의 중하류에서 취수하는 것은 수질관리의 자연성에 반하는 것이다. 상수원수는 가능한 한 강이나 하천 상류에서 취수하는 것이 수질관리의 자연성에 따르는 것이다. 수질관리의 자연성을 거스르면 바라는 목표수질의 달성이 불가능할 뿐만 아니라 막대한 재원과 시간, 인력을 낭비하게 된다.'

[『워터저널』 2022년 2월호에 게재]