수자원 보호를 위한 영양염류(질소,인) 저감방안에 관한 연구

Abstract

[한글]

인구의 증가와 산업이 발달함에 따라 수자원의 양적인 면에서는 수요가 급격히 증가하고 있으나 수자원의 질적인 면에서는 수질이 저하되고 있어 수자원의 이용에 심각한 문제로 예상되며, 특히 대부분 댐의 건설로 인한 상류부의 하천이 인공호수 및 저수지 형태로 바뀌어짐에 따라 주요 용수 공급원인 담수호의 수질저하가 심각한 사회문제로 부각되고 있다.

우리나라 담수호의 수질을 저하시키는 주요인은 부영양화 현상으로, 부영양화 현상이라 함은 수계내에 영양염류의 양이 증가하여 식물성 플랑크톤의 생산량이 급격히 증가하는 현상을 의미한다. 이러한 부영양화 발생은 담수호의 물을 수자원으로 이용하려 할 때, 염소 소독으로 인한 독성물질의 증가, 수도물의 냄새발생, 농작물의 피해, 금속 부식, 수계의 부패로 인한 어류의 폐사등 수 많은 피해를 가져온다. 따라서 본 연구에서는 부영양화를 유발시키는 주요 인자인 영양염류를 오염원으로부터 수계 유입을 감소시키기 위하여 오염원의 유입부하량을 추정하고 오염원 특성에 따른 제거기술의 방향 및 질소 인의 저감방안에 대해 연구한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

1. 비점오염원으로부터 발생되는 총질소와 총인의 수계 유입부하량은 총질소 165.8 TON/일, 총인은 19.3 TON/일로 추정되었으며, 점오염원중 생활하수에서 총질소, 총인의 수계

유입 부하량은 405.2 TON/일, 17.3 TON/일으로 전체 유입부하량의 56.0%(총질소), 28.9% (총인)를 차지하였다.

2. 점오염원인 산업계폐수(분뇨, 축산, 산업폐수)가 총질소 236.3 TON/일, 총인 32.8 TON/일이 유입되는 것으로 전체 총질소 32.6%, 총인은 48.0%로 추정 되었다.

3. 우리나라에서 수계에 유입되는 전체 총질소량은 년간 264,440 TON 전체 총인량은 년간 21,830 TON으로 약 12.1 : 1 비로 유입되는 것으로 추정되며, 도시하수의 비점오염 형태로 유입되는 것을 감안할 때 오염원의 전체 총질소, 총인의 유입 부하율의 61.7%, 45.8% 가 비점오염원의 형태로 간주되는 것으로 나타났다.

4. 점오염원 및 비점오염원의 영양염류 유입으로 인하여 우리나라 인공호(소양, 충주, 대청, 안동, 팔당)를 대상으로 총인의 연평균 농도가 대청호, 안동호, 팔당호는 매년 점차 증가하는 것으로 조사되었으며, Carlson 및 Aizaki의 부영양화 지수로 평가할 때 소양

호는 빈영양 상태, 충주호는 중영양호로, 대청, 안동호는 중영양에서 부영양화 상태로, 팔당호는 부영양화상태가 절차 증가하는 추세로 분석 되었다.

5. 전체 총질소 및 총인의 유입 부하율중 생활하수로 인한 총질소, 총인의 유입부하율은 56.0%, 28.9% 를 차지하고 있으나 하수관리 시설이 미비 및 도시하수도 보급율을 고려할때 실제 생활하수의 78%가 비점오염 형태로 배출됨으로 기존처리방법으로 하수처리장만의 신설로는 영양염류(총질소, 총인)저감효과는 기대하기 어렵다. 따라서 도시하수도의 정비 및 보급율이 증가하고 탈질.탈인의 생물학적 처리공법의 적용이 병행되어야 하며, 호소로 직접 유입되는 하천지역의 처리시설에서 부터 탈질.탈인 공정의 시설설치가 요구

된다.

6. 현재의 처리공법으로는 VIP처리법과 혐기.호기 반복으로 하는 혐기호기비순환법이 타당하며, 우리나라 환경 여건상 수온의 변화(저온) 및 운전경비 등을 감안할 때 혐기호기 비순환법이 적합한 것으로 판단되나, 체류시간(24.4HRS)이 긴 것이 단점이며, VIP처리

법의 경우 체류시간(8.8HRS)은 짧으나 혐기호기비순환법에 비해 많은 양의 오니반송(Sludge return)에 따른 운전비용이 증가되는 것으로 나타났다. 이러한 처리법은 생활하수로 유입되는 영양염류의 제거율은 총질소 85%, 총인 80%를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.

7. 산업계 폐수로부터 유입되는 전체 총인의 48.O% 인 32.5 TON/일중에 축산폐수의 유입부하율은 전체 총인의 29.8%(산업계 폐수중의 54.3%)를 차지하며, 분뇨처리후의 유입부하량은 8.6 TON/일으로 전체 총인의 14.47(산업계 폐수의 26.2%에 해당)로 조사 되었다. 따라서 전체 총인의 유입부하량 감소를 위해서는 분뇨처리시설 및 축산폐수처리시 일반(기존) 활성오니 처리후 응집침전시설이 필수적인 추가 공정으로 판단된다. 향후 분뇨 및

축산폐수 처리시설을 신설할 경우 탈질.탈인의 동시제거 방법중 PHOSTRIP공정이 총인의 안정적 처리와 탈질 탈인의 동시제거에 유효한 처리법으로 판단된다.

8. 수계의 영양염류 유입 저감을 위한 제도적 관리대책으로는 하수 및 분뇨 종말처리시설에 대해 '96년부터 적용될 총질소, 총인의 방류수 기준이 지역별로 강화 재조정이 필요하며, 축산분뇨폐수로 인한 영양물질 저감효과를 기대하기 위해서는 축산 규제대상 범위(

비규제대상: 돼지 69.0%, 소 92.9% 등)의 강화 및 관리지원대책에 대한 연구가 요구된다.

이상의 연구결과로 보아 수자원 보호를 위한 영양염류 저감을 위해서는 사회전반적인 관리행정적 대책과 영양물질인 질소. 인 제거공정의 적용 및 기술개발이 필수적으로 병행되어야 하겠다.

[영문]

Due to the increase of population and the development of industry, the needs in the quantity of water resouces are rapidly inclosed. But the quality of those become so worse that the use of those leads to the serious problems. Especially, the turning of the upper stream into the artificial lake or reservoir by the

construction of dam makes the quality of a freshwater lake worse and which causes the serious social problems.

The main factor causing the deterioration of the quality of a freshwater lake is the eutrophication, which is the rapid increase of production of phytoplankton by the increase of nutrients in the water body. Using a freshwater lake as water

resources, the eutrophication causes the increase of toxic substances as a consequence of the chlorination, odour of water supply, damage of crops, corrosion of metals, and the death of fish by the decomposition of water.

In this study, the influent loadings are estimated in order to reduce the nutrients flowing into the water system and the technologies of removal of nitrogen and phosphorus according to the characteristics of sources of pollution are reviewed, The conclusions obtained are as follows;

1. Influent loadings into the water system from the nonpoint pollution sources are estimated at 165.8 ton/day of total nitrogen and at 19.3 ton/day of total phosphorus. Those from the point pollution sources are 405.2 ton/day and 17.3 ton/day in the domestic sewage, which contain 56.0% of total nitrogen and 28.9% of total phosphorus of total influent loads.

2. The industrial waste water, the point pollution source is flowing into the water system at a rate of 236.3 ton/ day of total nitrogen and 32.8 ton/day of total phosphorus, being 32.6% and 48.0% of the total influent loads, respectively.

3. In Korea, the total amounts of nitrogen and phosphrous flowing into the water body are estimated at 264,440 tons and 21,830 tons per year, respectively, which is approximately 12.1 : 1 ratio. Considering the characteristics of nonpoint pollution

source of the municipal waste water, it is showed that 61.1% of the total nitrogen is regarded as nonpoint pollution source and 45.8% of total phosphrous is.

4. The qualities of the artificial lakes (Soyang, Chungju, Daecheong, Andong, Paldang) in Korea due to the inflow of nutrients were investigated and the yearly means of total phosphorus of Daecheong, Andong, and Paldang lakes avow the

increasing trends. According to the Carlson and Aizaki's eutrophication state index, it is showed that Soyang, Chungju, and Andong lakes becomes oligotrophication, mesotrophication and eutrophication, respectively.

5. Of the influent loadings of the total amounts of total nitrogen and total phosphorus, the portions contributed by the domestic sewage are 56.0% and 28.9%, respectively but the 78% of actual domestic sewage is discharged in the farm of nonpoint pollution sources when we consider the insufficiency and spread rate of the sewer system. Thus the reduction of nutrients (total nitrogen and total phosphorus) can not be expected by the pre-existing treatment system. Improvement of the sewer system and the spread rate should be made and the biological treatment

technologies for the denitrification and dephosphorization should be adopted simultaneously. Also it is required that the removal process for nutrients be made in the treatment plant located in the stream flowing into the lake directly,

6. Among the treatment technologies, the VIP(Virginea Initiation Plant) process and the anaerobic-aerobic-nonrecycle process are appropriate far the removal of nutrients. Considering the fluctuations of temperature (low temp.) and the operation cost, the anaerobic-aerobic-nonrecycle process is preferred but the retention time (24.4 HRS) is long. For the VIP process the retention time (8.8 HRS) is short but recycling of large amounts of sludge raises the operation cost. These processes are expected to the removal of nutrients inflowing to the domestic

sewage 85% in total nitrogen, 80% in total phosphorus.

7. It is investigated that among 32.8% ton/day, which is 48.05 of total amounts of total phosphorus discharged from industrial waste water, the influent loadings of the livestock waste water is 29.8% and after the treatment of night soil, being 8.6 ton/day which becomes 14.4% of total amounts of total phosphorus. Hence the coagulation-precipitation system is required necessarily after the treatment of the existing activated sludge system in order to reduce the quantities of total amounts of total phosphorus. It is estimated that in case of constructing the new treatment plant far night soil and livestocks, the PHOSTRIP process is effective for the stable treatment and the simultaneous removal of nitrogen and phosphorus in the

future.

8. The legislative management means for the reduction of inflow of nutrients into the water system is to strengthen and adjust the standards of discharge of total nitrogen and total phosphorus in the regions adopted from 1996 for the final treatment system. To expect there duction effect of nutrients caused by the livestock and night soils waste water, the studies on the reinforcement and the methods of management of the range of the targets of livestock restrictions are required.

As mentioned above, the total management of society, the legislative means, the adoption of removal processes for nitrogen and phosphorus and the development of technologies must be accomplished concurrently.