80 | 물과 미래
일 / 반 / 기 / 사 Water
for Future
1. 서론
최근 몇 년간 여름철이 되면 4대강 등의 대하천 녹조 발생이 사회적 이슈가 되고 있다. 폐수처리시 설에 대한 오염원관리에도 불구하고 일부 정체 수 역에서의 녹조 는 지속적으로 발생하고 있다. 대표 적인 녹조원인물질 중 하나인 T-P는 농도가 0.03 mg/l 이상에서 녹조 발생 가능성이 높은데 최근의 4대강 평균 T-P 농도는 대략 0.07~013 mg/l 범위 로 나타나고 있다. 국내 전체 오염원 중 50% 이상은 관리가 어려운 비점오염원으로 알려져 있으며 축산 계 오염원도 관리의 한계가 있다.
즉, 오염원관리에도 불구하고 현실적으로 하천에 서는 다양한 원인으로 녹조원인물질이 유입되고 있 으며 일단 하천에 유입된 물질은 하천 내에서 처리 하는 것이 거의 불가능하다. 녹조원인물질 저감의 근본적이 대책은 오염원관리를 강화하는 것이나 하 천에 유입되고 있는 원인물질에 대한 저감대책이 필 요한 것도 현실이다. 본 기사에서는 하천 수질 개선 을 위해 오염된 지류의 유입수의 집중 처리 방안에 대해서 소개하고자 한다. 본 기사는 한국환경산업기 술원 R&D 사업 ‘하천공간 및 구조체를 연계한 녹조 원인 차단기술 개발’을 요약하여 제시하고자 한다.
2. 하천수 차집수로
본 기사에서 차집수로는 하천 수질개선을 목적으 로 하천 유수의 일부 또는 전부를 인공적인 수로에 모아서 처리하여 다시 하천으로 방류하는 수로를 말 한다. 오염된 지류 하천이 본류로 직접 유입되기 전 에 차집수로로 분기하여 오염물질을 저감하여 본류 수질을 개선할 수 있으며 본류 하천수의 일부를 차 집수로 분기하여 수질을 개선할 수도 있다. 여기서 지류하천은 자연적인 하천뿐만 아니라 농수로 등 인 공적 수로도 포함될 수 있다. 차집수로의 형태와 형 식은 특별히 제한되지 않으며 하천 본류와 지류의 수질 상황, 토지 여건, 수리적 상황 등에 따라서 다 양한 형태와 형식으로 조성될 수 있다.
차집수로의 설치 위치는 목적 및 지형 여건에 따 라 제외지(하천 내 고수부지) 또는 제내지(하천 바깥 구역)에 위치할 수 있으며 규모는 처리 유량 및 효율 에 따라 수십 미터에서 수 킬로미터까지 설치할 수 있다. 차집수로 내에는 수질 저리 용량과 효율을 고 려하여 수로형 정화 시설 또는 장치형 정화 시설을 설치할 수 있다. 로형 정화시설은 수로 내에 설치되 어 수질정화와 흐름제어 역할을 동시에 수행한다.
박층류, 여울-소 구조, 폭기 구조물, 횡단구조물, 식생 수로 등이 수로형 정화시설에 해당한다. 수로 형 시설은 수로의 설계 유량을 일정하게 처리하므로 수질정화 효율은 상대적으로 낮으나 고유량 처리가 가능한 시설로 구성되어야 한다. 따라서 하천의 자 정작용을 응용한 시설이 다양하게 적용될 수 있다.
장치형 정화시설은 수질정화용 여재 등을 활용하 여 수질 처리 효율이 높은 시설로 구성된다. 처리 유
차집수로를 이용한 하천 녹조원인물질 저감 기술
이 두 한
한국건설기술연구원 하천실증연구센터 센터장 [email protected]
Vol. 51 No 11. 2018. 11 | 81
차집수로를 이용한 하천 녹조원인물질 저감 기술
량은 수로형 시설에 비해서 낮으므로 수로 외부에 별도로 설치하여 차집수로의 일부 유량을 처리하여 다시 차집수로로 합류하는 방식으로 계획하는 것이 효율적이다.
3. 박층류 하도
차집수로를 구성한다면 대표적인 수로형태는 박 층류 하도가 유망할 것으로 예상된다. 박층류 하도 는 수심이 얕은 수로를 조성하여 물이 흘러가는 과 정에서 하상에 조성된 자갈층 등의 표면의 생물막에 의하여 오염물질이 산화, 흡착, 침적, 제거되는 공법
이다. 박층류 하도의 수질 정화 효율은 장치형 시설 에 비해서 낮으나 고유량 대응이 가능한 장점이 있 다. 1990년대 일본에서 일부 시험과 시범사업이 수 행되었으며 국내에서도 관련 연구가 일부 수행된 바 있으나 본격적으로 설치된 사례는 없다. 그러나 최 근 하상재료의 생물막 형성과 기능에 대한 관심이 높아지면서 수질정화 기능에 대한 재조명이 이루어 지고 있다.
생물막은 자갈 표면에 붙어있는 박테리아들 의 군집으로 다당류 중합체인 세포외고분자물질 (Extracellular polymeric substance, EPS)로 구 성되어 있다. EPS는 생물막에 있는 박테리아에 의 해 만들어진다. 자갈 하상의 생물막은 부착조류이며
표 1. 차집수로 수질정화 시설의 종류 및 특징
수질정화 시설 종류 특징
수로형 정화시설
∙ 박층류 하도
∙ 여울-소 구조
∙ 폭기 구조물
∙ 여재 충진 블록
∙ 식생 수로
∙ 수로 내 설치
∙ 고유량 처리 가능
∙ 홍수전후 유지관리
장치형 정화시설 ∙ 인공습지
∙ 여과수로
∙ 수질정화 효율 높음
∙ 수로 외부에 설치
∙ 주기적 유지관리 그림 1. 하천수 차집수로의 개념
82 | 물과 미래
일 / 반 / 기 / 사일 / 반 / 기 / 사
생물막이 형성되기 위해서는 빛이 필요하며 흐름과 영양물질은 조류 증가를 통제하는 주요 인자이다.
자갈 표면에 형성되는 생물막의 구성 물질은 종류와 양은 유속에 영향을 받는다. 유속 50 cm/sec 이상 에서는 생물막 형성이 잘 형성되지 않는 것으로 알 려져 있다.
수로의 길이는 최소 100m 내외에서 수 km까지 설 치가 가능하며 수로의 사행도를 고려하여 설치 가능 한 공간이 필요하며 수심은 10cm-50cm 내외, 유속 은 10cm/sec-50cm/sec 내외가 적당한 것으로 알려 져 있다. 하상재료는 일반적으로 조립질 하상재료인 자갈 하상으로 구성하며 재료의 크기에 따른 효율은 큰 차이가 없는 것으로 알려져 있다. BOD 기준으로
15-20 mg/l 이하에서 좋은 효과를 보이며 처리효율 은 체류시간에 따라 5~40%로 나타난다.
‘하천공간 및 구조체를 연계한 녹조 원인 차단기 술 개발’사업의 일환으로 경기도 용인시의 소하천인 오산천에 100 m 규모의 박층류 하도의 차집수로를 설치하여 운영 중인데 수질 조건에 따라 T-P의 경 우 10~20%의 처리효율을 나타내고 있다.
4. 결론 및 제언
하천의 녹조원인물질 저감을 위한 근본적인 대책 은 점오염원과 비점오염원의 관리를 강화하는 것이
그림 2. 박층류 하도 정화 모식도(건설기술정보, 2009)
그림 3. 하상재료의 생물막 형성(Moulin et. al, 2001)
Vol. 51 No 11. 2018. 11 | 83
차집수로를 이용한 하천 녹조원인물질 저감 기술
나 그럼에도 불구하고 유입되는 오염물질에 대한 대 책이 필요한 것도 현실이다. 하천 내 수질정화는 고 용량 처리, 평시 및 홍수시 유지관리 등으로 현실적 인 대안이 별로 없는 것이 문제이다. 본 기사에서 소 개한 차집수로와 박층류를 이용한 기술은 현재는 현 장 테스트 단계이며 고수부지가 넓게 발달한 국내 하천의 특성을 고려하면 적절한 기술적 대안이 될 수 있을 것으로 기대된다. 물론 한 두가지 기술을 적 용하여 하천수 수질이 획기적으로 개선되기를 기대 할 수는 없으므로, 보다 다양한 자연정화 기술과 장
치형 기술을 개발하고 이들을 조합하는 기술에 대한 관심과 연구가 지속적으로 필요하다.
감사의 글
본 연구는 국토교통부 물관리연구개발사업의 연 구비지원 (과제번호 18AWMP-B098633-04)에 의 해 수행되었습니다.
그림 4. 오산천 박층류 수로전경 그림 5. 오산천 박층류 수로 여울부
1. 건설기술정보 (2000), 박층류 하천정화공법의 실제와 적용사례, 9월호. p. 26-27.
2. Moulin, F.Y., Peltier, Y., and Eiff, O. (2001), Experimental study of the interaction between a turbulent flow and a river biofilm growing on macrorugosities, J. of Hydraulic Research, Vol 39, p. 227-239.
참고문헌