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하천의 부영양화 실태와 대책
김 범 철/ 강원대 환경과학과 교수
2009년 06월 03일 (수) 00:00:00 편집국 waterjournal@hanmail.net

갈수기 하천 부영양화 주원인은 하수   
부영양화현상 막기 위해선 하수 인 농도기준 낮춰야 
댐에 의한 홍수조절로 댐 하류지역 부착조류도 증가
 

 

   
▲ 김범철 교수
우리나라 하천에서 수생태계의 가장 큰 위해(危害)요인은 물리적 서식처의 변형이다. 제방건설, 하폭 감소, 하상 굴착, 보의 설치 등은 하천을 변형하는 행위로서 담수생물을 감소시키는 가장 큰 원인이 된다.

두 번째 요인은 토사 유출이며, 세 번째가 하천의 부영양화이다. 부영양화란 인(P)의 유입증가로 인해 식물플랑크톤이나 부착조류가 증가하는 현상을 말한다. 일반적으로 부영양화는 호소에서 일어나는 것으로 알고 있으나 우리나라는 하천의 부영양화가 훨씬 더 심각한 상태이다.

상류 하천, 부착조류 과잉 번식

부영양화의 원인은 하천과 호수가 각각 다르다. 호수에서는 홍수기 농경지에서 대량 배출되는 인이 주원인이며 여름철에 주로 발생한다. 반면 하천의 부영양화는 갈수기에 문제가 되며 하수가 주원인이다. 하천의 부영양화가 갈수기에 심각해지는 이유는 유속이 많이 감소하면서 체류시간이 크게 증가하고, 이에 따라 영양염류가 많이 증가하기 때문이다.

최근 우리나라 하천은 하수로 인한 갈수기 부착조류의 과잉 번식이 심각하게 발생하고 있다. 또 과거와 달리 하수처리 시 인(P)을 제거하지 않은 상태로 하천으로 물이 흘러가기 때문에 영양염류가 많다. 하천의 부영양화는 상류에서는 부착조류가 증식하는 현상으로 나타나고, 하류에서는 플랑크톤이 증식하는 현상으로 나타난다.

우리나라 상류 하천은 수심이 얕고 자갈 하상이 많아 부착조류가 살기에 좋은 조건을 갖추고 있다. 유속이 너무 느리거나 빨라도 못 사는데 적정한 유속을 가지고 있다. 부착조류는 홍수기에 떠내려가지만 댐 건설 등으로 홍수가 줄어들면 더 늘어난다. 즉, 우리나라 상류 하천들은 인 농도만 높으면 조류가 번성할 수 있는 자연적인 여건을 가지고 있다.

   
▲ 우리나라 상류 하천은 수심이 얕고 자갈 하상이 많아 부착조류가 살기에 좋은 조건을 갖추고 있다. 북한강 상류 사창천이 부영양화로 인해 하천 바닥이 검푸른색을 띠고 있다.
하천 부영양화가 가장 심각한 곳은 하수처리장 방류수가 나오는 곳이다. 많은 사람들이 하수처리수는 깨끗한 물이라고 생각하는데, 처리된 하수가 나오는 곳에서 하류로 몇 km 아래쪽으로 부착조류가 가장 심하게 붙어 있다.

부착조류는 돌에 실 형태로 붙어있는 모습을 하고 있으며, 일반적으로 10㎍/㎠가 넘어가면 그것을 부영양화 상태라고 부르며 보기에 아주 불쾌한 수준이다. 부착조류를 방지하려면 인 농도가 호소보다 더 낮아야 한다.

하천이 호소보다 조류농도가 더 높다. 따라서 호소에서는 인 농도가 약 0.2㎎/L 정도라야 깨끗하지만 하천에서는 0.01㎎/L 이하가 돼야만 깨끗한 상태가 된다. 

부영양화가 심해지면 기포가 많이 생긴다. 낮에는 산소를 많이 만들어 산소농도가 과포화되고, 밤에는 산소를 호흡을 하기 때문에 산소량이 급격히 줄어든다. 이렇듯 산소 변동이 현저히 크면 동물들에게 큰 스트레스를 주게 된다.

북한강 상류의 수질이 어느 정도 될까? 북한강 상류 BOD는 1∼3등급, 부유물질은 4∼5등급에 해당된다. 인 농도를 수질등급으로 따지면 6등급이며 비오는 날은 특히 더 나빠진다. 강우 시 수질자료가 필요한 이유는 강우 시에 들어온 물들이 호소나 댐에 모였다가 방류되기 때문인데, 홍수기에 떠내려온 물들이 소양호에서 몇 달 동안의 수질을 좌우하게 된다.

하류 하천, 하수로 플랑크톤 증식

하류 하천은 하수로 인해 플랑크톤이 증식한다. 플랑크톤은 성장하는데 시간이 필요하기 때문에 갈수기에 체류시간이 증가할 때 조류가 성장하게 된다. 우리나라 하천은 인 농도를 거의 0.5㎎/L 이상으로 유지하고 있다.

부착조류 밀도는 10㎎/㎠ 이하를 맑은 물이라고 볼 수 있다. 쓸만한 물은 20㎎/㎠이하여야 한다. 이 기준에 따르면 금강 하구는 5분의 1로, 남한강은 8분의 1로 각각 줄여야만 우리가 그럭저럭 발 담그고 놀 수 있는 물이 될 수 있다.

미국에서 인 농도와 식물플랑크톤 밀도와의 관계를 실험한 결과, 인 농도가 전체 수역에서, 호소에서 식물플랑크톤의 밀도를 결정짓는 가장 중요한 요인이다. 정확하게 인 농도에 비례해서 식물플랑크톤이 성장한다. 조류성장 잠재력은 인 농도가 0.1㎎/L라면 플랑크톤이 100㎎chl/㎥에 해당되고, 0.2㎎/L면 약 300㎎chl/㎥ 정도에 해당된다.

우리나라의 하천과 저수지 몇 백 곳의 데이터를 모아 본 결과, 많은 경우 체류시간이 짧아서 조류성장이 억제돼 있다. 이를 통해 하류 하천에서 인을 제외한 식물플랑크톤의 제한요인은 체류시간을 줄이는 데 있다는 것을 알 수 있다.

낙동강 하류의 인 농도는 2004년 2월 0.1∼0.2㎎/L이었고, 이에 따른 식물플랑크톤 밀도는 120㎎chl/㎥로 나타났다. 식물플랑크톤이 하류로 내려오면서 높아지는 이유는 하류로 내려올수록 물이 정체되기 때문이다. 

금강 하류의 인 농도는 0.2㎎/L 정도이다. 하류로 내려오면서 갈수기에 대청댐에서 거의 물이 내려오지 않고, 하수처리장 방류수가 태반을 이루게 된다. 그러면서 식물플랑크톤 밀도가 부영양화 기준에 5∼10배 초과되는 것이다.

한강 하류는 0.2㎎/L 이하의 인 농도를 보이다가 서울시 하수들이 들어오기 시작하면서 0.5㎎/L 수준으로 올라간다. 이 정도면 조류가 500㎎chl/㎥까지 성장할 수 있는 수치이다. 그런데 현재 조류가 성장 잠재력의 25분의 1에 해당하는 20㎎chl/㎥ 정도에 그치는 이유는 한강이 계속 흐르고 있기 때문이다. 이는 부영양화가 얼마나 유역 내의 체류시간에 민감한지를 보여주고 있다.

   
▲ 하천 부영양화가 가장 심각한 곳은 하수처리장 방류수가 나오는 곳으로, 지금의 하수처리로는 인이 제거되지 않는다. 엉성하게 처리돼 인을 함유한 채 하류로 흘러가는 물은 부영양화를 초래하기 때문에 하수처리장에서 인을 제거해 방류하는 것이 근본 대책이다. 사진은 성남하수처리장 하수처리수가 탄천으로 흘러들어가고 있는 장면.

방류수 인 농도기준 강화 시급

하수처리 되는 물질에는 탄소, 질소, 인이 있다. 탄소는 하수처리장에서 전부 이산화탄소로 없어지고, 질소는 잔류하고, 인은 거의 전량이 남는다. 지금의 하수처리로는 인이 제거되지 않는다. 엉성하게 처리돼 인을 함유한 채 하류로 흘러가는 물은 부영양화를 초래하기 때문에 하수처리장에서 인을 제거해 방류하는 것이 근본 대책이다.

인을 제거하지 않는 이유는 현재 하수처리장 방류수질기준이 너무 높게 잡혀 있기 때문이다. 지금 현재 배출되는 농도보다도 높은 기준이어서 하수처리사업자들이 인 제거 노력을 할 필요가 없는 상황이다.

어떤 지자체는 기준을 충족했기 때문에 인 제거를 위해 예산을 사용하면 오히려 감사에 지적을 당한다고도 언급했다. 가장 문제가 되고 있는 것은 방류수 수질 인 농도기준 제도이다. 시급한 개정이 필요하다.

한편, 유기농업에도 퇴비가 많이 사용되는데 퇴비에 인이 많이 함유돼 있고, 난분해서 유기물질이 많아서 이로 인한 부영양화와 수질악화가 초래되고 있다. 또 농촌, 군부대 등 하수처리장이 없는 구역에서 수세식 화장실이 많이 보급되면서 굉장히 큰 오염원이 되고 있다.

하수처리장이 없는 곳에서 수세식 화장실을 둔다고 하는 것은 병원균 문제, 부영양화 문제를 초래해 매우 위험하다. 이에 대한 대책마련이 필요하다. 어떤 농촌지역에 가서는 농경지  논에 웅덩이를 만들어 인을 제거하는 방안을 시도한 바도 있다.

핀란드의 경우, 물을 사용하지 않는 건식 화장실을 이용하면서 수질오염 방지 환경운동을 벌이고 있다. 이처럼 우리나라에서도 하수처리장 없이 하천으로 바로 물이 들어가는 곳을 대상으로 수세식 화장실 대신 건식 화장실을 이용하는 대안을 고려해 볼 수 있다.

우리나라 하수처리장 방류수 인 농도 기준은 가장 낮은 기준이 1㎎/L이다. 반면 다른 나라들은 이보다 훨씬 더 낮은 기준으로 처리하고 있다. 일본 비화호 주변 하수처리장에서 방류된 인 수치는 0.03∼0.05㎎/L이다. 또 이들 하수처리장에서는 비화호 인 농도 수치와 같은 0.02㎎/L을 장기 목표로 하고 있다.

하수처리장에서 인을 얼마나 처리할 수 있을 지에 대한 2007년 미국 보고서에는, 일부 하수처리장에서 인을 0.01㎎/L로도 처리하고 있었다. 또 이처럼 처리하는데는 비용이 많이 부담되지 않는다고 밝히고 있다. 우리나라 하수처리장 방류 인 농도 기준도 적어도 0.1㎎/L 정도로는 강화해야 한다고 생각한다.

한편, 우리나라의 수질관리 수준의 단계를 보면 1단계는 유독성 폐수를 관리하는 단계로 후진국들이 이에 해당된다. 2단계가 BOD를 저감하는 단계이다. 하수처리를 통해서 BOD를 저감하는 단계로 우리나라가 거의 완성되어 가는 상태에 있다. 3단계가 하수에서 인을 제거하는 단계이다.

4단계는 비점오염원에서 인을 제거하고, 또 비점오염에서 발생하는 탁도를 제거해서 하천생태계를 보호하는 단계이다. 마지막으로 5단계는 지금 우리에게 잘 느껴지지 않는 미량의 유해물질, 수은이나 다이옥산 등을 관리하는 단계이다.

우리나라는 현재 2단계를 거쳐가고 있고, 따라서 지금 3단계 과제인 하수에서 인을 제거하는 사업에 시급히 투자해야 할 때이다. 현재 BOD는 제거했지만 부영양화는 더 심해지고 있다. 그리고 하천의 체류시간이 짧은 구간은 부영양화가 언제든지 일어날 수 있는 인 농도가 높은 상태이다.
결국 인 농도를 낮추고 부영양화를 막기 위해서는 하수의 인 농도 기준을 0.1㎎/L로 낮춰서 관리해야 한다.

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