The Journal of
the Korean Society on Water Environment

The Journal of
the Korean Society on Water Environment

Bimonthly
  • ISSN : 2289-0971 (Print)
  • ISSN : 2289-098X (Online)
  • KCI Accredited Journal

Editorial Office


  1. (사)한국수계환경연구소 (Korea Water Environment Research Institute)
  2. 국립안동대학교 환경공학과 (Department of Environmental Engineering, Andong National University)



Combined sewer system, Nonpoint source pollution, Separate sewer system, Urban runoff

1. Introduction

비점오염원이란 도시, 도로, 농지, 산지, 공사장 등과 같 은 불특정 장소에서 불특정하게 수질오염물질을 배출하는 오염원으로 정의된다(MOE, 2016). 비점오염물질은 지표면 에 축적된 오염물질이 강우유출수와 함께 유출되기 때문에 강우의 특성뿐만 아니라 토지이용 특성에 영향을 받으며 오염물질의 변동 폭이 심하고 차집과 관리가 어려운 특징 이 있다. 비점오염물질의 중요성이 인식되면서 정부차원에 서의 비점오염원 관리를 위한 종합대책이 2차에 걸쳐서 수 립되었으며 다양한 분야별 맞춤형 전략이 수립되었다(MOE, 2015). 제2차 비점오염원관리 종합대책의 도시지역관리대책 을 살펴보면, LID기법적용과 그린빗물인프라 조성, 포장도 로 청소 등과 같이 사후처리에서 사전예방적 관리로의 전 환이 뚜렷한 특징이라 할 수 있다.

도시지역의 경우 강우시 발생된 강우유출수가 평상시 하수 처리장으로 이송되는 생활하수와 혼합되어 일부는 수계로 방류되는 하수관거 월류수(Combined sewer overflows; CSOs) 와 생활하수관거와 분리된 우수관거에 유입되어 수계로 직 접 방류되는 우수관거 유출수(Seperate sewer overflows; SSOs) 로 대별된다(Brombach et al., 2005). CSOs의 경우 합류식 하수관거 처리지역 내 500 m3/일 이상의 공공하수처리시설 에 간이공공하수처리시설을 설치함으로써 합류식 하수관거 월류수를 처리하여 수계로 방류할 수 있도록 하수도법 시행 규칙을 개정하여 사후처리에 대한 대책을 수립하였으나, SSOs의 경우 수계로 직접 유입되고 있는 실정이다. Brombach et al. (2005)는 1968년부터 2001년까지 전 세계에서 측정된 CSOs와 SSOs의 농도 및 부하량을 비교분석 하였는 데, 농도를 기준으로 할 경우 부유물질(TSS)과 유기물질 (BOD, COD, TOC), 영양물질(TP, TN)모두 CSOs가 높은 것으로 나타난 반면 부하량을 기준으로 할 경우 TSS, COD, TOC, TP는 SSOs가 높은 것으로 분석하였다. 이는 CSOs의 경우 강우시 많은 양의 강우유출수가 생활하수와 함께 하수 처리장으로 유입되고, 수계로 유출되는 수량이 SSOs가 CSOs보다 3배 많기 때문인 것으로 분석되었다. 국내의 경 우 대부분의 연구가 합류식 하수관거 월류수의 농도의 범위 와 유량가중평균농도, 부하량 등을 제시하였으며, 초기세척 효과도 명확하게 발생하는 것으로 보고되고 있다(Kim et al., 2006; Kim, 2012; Oh et al., 2004; Park, 2007; Song, 2014). 국내에서 분류식 우수관거 유출수와 합류식 하수관 거 월류수의 비점오염물질 부하 특성을 비교한 결과 합류식 하수관거 월류수의 비점오염물질 농도가 높고 분류식 우수 관거 월류수에서는 초기세척효과가 더욱 명확한 것으로 나 타났다(Im et al., 2006; Kim, 2009; Yur et al., 2004).

강우시 발생하는 CSOs와 SSOs의 강우유출수는 유출구조 가 상이하기 때문에 비점오염물질 유출특성에도 영향을 미 친다. 따라서, 본 연구에서는 경기도 남양주시에 위치한 합 류식하수관거지역과 분류식하수관거지역을 선정하여 CSO 와 SSO의 비점오염물질 유출특성을 비교·분석함으로써 유 출특성을 분석하고, CSO와 SSO의 비점오염원 저감대책 수 립시 기초자료를 제공하고자 한다.

2. Materials and Methods

2.1. 연구대상지역

연구대상지역은 경기도 남양주시에 위치한 합류식하수처 리구역과 분류식하수처리구역을 각각 선정하였다(Fig. 1). 대상지역은 아파트가 밀집되어 있는 전형적인 고밀도 주거 지역으로, 합류식하수처리구역과 분류식하수처리구역의 배 수면적은 각각 63.51 km2과 5.98 km2이며, 하수관거의 길이 는 각각 14.76 km와 1.81 km인 것으로 나타났다. 합류식 하수처리구역은 공공하수처리장으로 생활하수를 차집하여 처리하기 때문에 상대적으로 배구수역이 크고 하수관거의 길이가 길며, 분류식하수처리구역은 강우유출수를 수계로 직접방류하기 때문에 배수구역이 상대적으로 작고 하수관 거의 길이가 짧은 것으로 나타났다. 연구대상지역의 불투수 면과 투수면의 면적 비율은 Table 1과 같다. 합류식 처리구 역의 경우 불투수면과 투수면이 차지하는 비율이 각각 65%와 35%로 나타났으며, 분류식 처리구역의 경우 각각 60%와 40%로 나타났다.

Fig. 1. Study area.
../../Resources/kswe/KSWE.2017.33.1.97/JKSWE-33-97_F1.jpg
Table 1. Land cover component of study area
Impervious area (km2) Pervious area (km2) Total (km2)
CSO drainage area 41.18 (65%) 22.33 (35%) 63.51
SSO drainage area 3.57 (60%) 2.41 (40%) 5.98

2.2. 연구방법

합류식하수처리구역과 분류식하수처리구역 말단의 유출 관거에서 강우에 의해 발생하는 유출량과 수질농도를 모니 터링 수행하였다. 2016년 5월에서 10월까지 총 5회에 걸쳐 서 수행되었다(Table 2). 강우량은 14.5 mm에서 121.5 mm의 범위를 나타내었으며, 강우지속시간은 7시간에서 19시간으 로 나타났다. 5번의 모니터링 중 6월에 수행된 E3의 경우 21 mm의 강우이벤트를 모니터링 하였으나, 선행무강우일수 가 0.17 day로 매우 짧아 초기 오염물질의 일부가 이미 하 천으로 배출된 것으로 보여진다.

Table 2. Summary of rainfall events for monitoring
ID Date Rainfall (mm) Antecedent dry day (day) Rainfall intensity (mm/hr) Rainfall duration (hr)
E1 May 2 ~ 3 2016 46.5 11.0 2.4 19
E2 May 15 ~ 16 2016 37 3.0 2.8 13
E3 Jun. 16 2016 21 0.17 1.3 7
E4 Jul. 1 ~ 2 2016 121.5 8.5 7.6 16
E5 Oct. 2 2016 14.5 15.0 1.2 12

강우시 유량측정과 시료채취는 ‘강우유출수 조사방법’ (NIER, 2012)에 따라 유출시작 시점으로부터 2시간까지는 15분 간 격, 2시간 이후부터는 1시간 간격, 유출지속시간이 6시간을 초과하는 경우에는 조사간격을 임의로 조정하여 실시하였 으며, 최소 10개 이상의 시료를 채취하였다. 전기전도도와 탁도는 현장에서 즉시 측정하였으며, BOD5, CODMn, TOC, SS, TN, TP 등 6개 수질항목을 수질오염공정시험기준(MOE, 2014a)에 준하여 분석하였다.

강우사상별 측정된 유량자료를 이용하여 총 유출량 및 유효우량을 비교·분석하였으며, 수질측정자료를 이용하여 유량가중평균농도(Event mean concentrion; EMC)와 단위면 적당 부하량을 비교·분석하였다. 유량가중평균농도와 단위 면적당 부하량은 각각 식 (1)과 식 (2)에 의해 산정하였다.

(1)
ni=1(fi×ci)/ni=1fi
(2)
ni=1(fi×ci)/Area

여기서, fi는 각 부분채수에서의 유량, ci는 각 부분채수 에서의 농도, Area는 유역면적이다.

또한, 누적오염부하량과 누적유출량과의 그래프를 비교하 여 초기세척효과를 분석하였으며, 비점오염부하량의 50%에 해당되는 유출량 비율을 산정하였다.

3. Results and Discussion

3.1. 분류식 우수관거 유출수 및 합류식 하수관거 월 류수 유출특성 비교

강우사상에 따른 분류식 우수관거 유출수와 합류식 하수 관거 월류수의 유출특성은 Table 3과 같다. 유출율은 강우 량에 직접적인 영향을 받는 것으로 나타나 강우량이 많을 수록 유출율이 높은 것으로 나타났다. 이는 유역 내 불투 수층에서 발생하는 유출수가 강우량에 비례하여 발생하기 때문으로 보여진다. 분류식 우수관거 유출수의 손실우량은 건기일수가 가장 긴(11 day) E1에서 가장 많았으며, E2~E4 에서는 15.2 ~ 15.7 mm로 유사한 값으로 나타났다. 그러나 합류식 하수관거 유출수의 손실우량은 일정한 경향 없이 다양한 값을 나타내었다. 이는 강우시 합류식 하수관으로 흐르는 생활오수의 양이 시간에 따라 변하기 때문으로 판 단된다. 특히, 큰 강우가 발생한 E4의 경우에는 강우량보다 많은 유효우량을 나타내었으며, 이는 강우시 강우유출수와 함께 생활오수가 발생하였기 때문으로 보여진다. 합류식 하 수관거 월류수는 분류식 우수관거 유출수보다 높은 유출량 과 유출률을 나타내었다(Fig. 2). 합류식 하수관거는 시간최 대계획오수량(1Qh)의 3배(3Qh)에 해당하는 용량을 이송처리 할 수 있도록 용량을 설계하기 때문에 2Qh에 해당하는 강우 유출수를 공공하수처리장으로 이송·처리한다. 따라서 설계 대로 정상 운영한다면 합류식 하수관거 유출률이 분류식 우수관거 유출률보다 작아야 하지만 본 연구결과에서는 반 대의 결과를 나타내었다. 이는 강우시 합류식 하수관거에서 공공하수처리시설로 유입되는 3Qh를 차집하여 처리해야 하 나, 대부분 시간최대계획오수량(1Qh)을 수문조작 등으로 하 수유입을 사전에 차단·조절하기 때문이다(MOE, 2014b). 특 히, 큰 강우가 발생한 E4의 경우에는 강우량보다 많은 유 효우량을 나타내었으며(Table 3), 이는 E4 강우시 시간최대 계획오수량(1Qh) 이하로 유입되도록 수문을 조절했거나 시 간최대계획오수량 이상으로 오수가 유입되었기 때문으로 판단된다.

Table 3. Characteristics of runoff for events
ID Date Rainfall (mm) Sewer system Runoff (m3) Effective rainfall (mm) Abstraction (mm) Runoff ratio
E1 May 2 ~ 3 2016 46.5 CSO 15,746.7 24.80 21.7 0.53
SSO 1,152.9 19.27 27.2 0.41
E2 May 15 ~ 16 2016 37 CSO 20,411.7 32.14 4.9 0.87
SSO 1,292.4 21.61 15.4 0.58
E3 Jun. 16 2016 21 CSO 5,676.4 8.94 12.1 0.43
SSO 315.9 5.28 15.7 0.25
E4 Jul. 1 ~ 2 2016 121.5 CSO 91,289.6 143.75 -22.25 1.18
SSO 6,359.1 106.31 15.2 0.87
E5 Oct. 2 2016 14.5 CSO 4,202.8 6.6 7.9 0.46
SSO 298.4 5.0 9.5 0.34
Fig. 2. Comparison of runoff ratio between SSO and CSO according to amount of rainfall.
../../Resources/kswe/KSWE.2017.33.1.97/JKSWE-33-97_F2.jpg

3.2. 분류식 우수관거 유출수 및 합류식 하수관거 월 류수 농도 특성 비교

분류식 우수관거 유출수와 합류식 하수관거 월류수의 유량 가중평균농도 비교는 Table 4와 같다. 분석결과와 같이 대부 분의 수질항목에 있어서 합류식 하수관거 월류수가 분류식 우수관거 유출수보다 높은 농도의 값을 나타내었다. 그러나 E3의 결과에서 TN과 TP 항목에서 분류식 우수관거 유출수 에서 높은 결과가 나타났는데, 이는 조사당시 선행무강우일 수가 0.17 day로 조사시기 전 강우가 발생하여 오염물질의 일부가 이미 배출되었기 때문으로 보여진다. 합류식 하수관 거 월류수의 유량가중평균농도는 BOD5 15.9 mg/L, CODMn 22.4 mg/L, TN 44.223 mg/L, TP 1.571 mg/L, SS 775.5 mg/L, TOC 30.5 mg/L로 나타났으며, 분류식 우수관거 유출 수는 BOD5 7.1 mg/L, CODMn 9.8 mg/L, TN 8.702 mg/L, TP 0.511 mg/L, SS 135.2 mg/L, TOC 18.5 mg/L인 것으로 나타 났다.

Table 4. Comparison of EMCs between CSO and SSO
ID Rainfall (mm) Sewer system EMCs (mg/L)
BOD5 CODMn TN TP SS TOC
E1 46.5 CSO 18.1 23.1 73.588 1.730 643.1 37.5
SSO 9.2 14.9 7.651 0.581 275.6 50.1
E2 37 CSO 19.2 24.0 49.738 1.699 729.0 42.9
SSO 6.5 9.0 10.707 0.342 142.0 12.7
E3 21 CSO 18.0 25.3 9.389 0.236 614.1 15.9
SSO 9.5 10.2 14.213 0.914 124.2 13.4
E4 121.5 CSO 14.8 23.2 61.204 2.419 1,369.6 39.4
SSO 4.4 5.0 7.008 0.507 120.0 8.1
E5 14.5 CSO 9.5 16.2 27.198 1.769 521.8 16.9
SSO 5.7 7.7 3.932 0.209 14.4 8.4
Mean CSO 15.9 22.4 44.223 1.571 775.5 30.5
SSO 7.1 9.8 8.702 0.511 135.2 18.5

국외에서 축적된 합류식 하수관거 월류수와 분류식 우수 관거 유출수의 중간농도 비교는 Table 5와 Fig. 3과 같다. COD의 경우 국내 분석방법(CODMn)과 국외 분석방법 (CODCr)이 상이하므로 비교·분석에서 제외시켰다. 국외 자 료와 비교하여 합류식 하수관거 월류수의 경우 TN, TP, SS가 국외에서 축적된 유출수의 중간값보다 높은 농도를 나타내었으며, 분류식 우수관거 유출수의 경우, TN과 TP의 값이 높은 경향을 나타내었다.

Table 5. Comparison of median concentration between this study and worldwide DB (Unit: mg/L)
Classification BOD5 TOC TN TP SS
CSOs This study 15.5 23 35.9 1.6 588
Worldwide DB 60 30.6 12.6 1.25 174.5
SSOs This study 9.2 12.48 9.5 0.46 60
Worldwide DB 13 19 2.4 0.42 141
Fig. 3. Comparison of Medium concentration between this study and worldwide DB.
../../Resources/kswe/KSWE.2017.33.1.97/JKSWE-33-97_F3.jpg

국외에서 축적된 자료의 중간값을 비교해볼 때, 합류식 하수관거 월류수와 분류식 우수관거 유출수 모두 유기물질 의 경우 비교적 낮은 중간값을 나타내었으며, 영양물질의 경우 국외 자료보다 높은 농도를 나타내었다. 이는 국내의 하수처리구역에서 유출된 월류수나 강우유출수 모두 영양 물질의 유입으로 인하여 수체의 부영양화의 영향이 국외보 다 높은 것을 알 수 있다.

3.3. 분류식 우수관거 유출수 및 합류식 하수관거 월류수 비점오염부하 특성비교

분류식 우수관거 유출수와 합류식 하수관거 월류수의 단 위면적당 비점오염부하 특성비교는 Table 6과 같다. 측정된 모든 수질항목에 있어서 합류식 하수관거 월류수가 분류식 우수관거 월류수보다 높은 오염부하를 나타내었다. BOD5, CODMn, TOC와 같은 유기물질과 TP의 경우 3.7~4.5배 높 은 부하량을 나타내었으며, TN 10.2배, SS 11.2배 높은 농 도를 나타내었다.

Table 6. Comparison of unit loads between CSO and SSO (Unit: kg/ha)
Classification BOD5 CODMn TN TP SS TOC
E1 (46.5mm) CSO 4.50 5.74 18.25 0.43 159.46 9.30
SSO 1.78 2.88 1.47 0.11 53.12 9.65
E2 (37.0mm) CSO 6.16 7.73 15.99 0.55 234.32 13.78
SSO 1.41 1.94 2.31 0.07 30.67 2.73
E3 (21.0mm) CSO 1.60 2.26 0.84 0.02 54.89 1.42
SSO 0.50 0.54 0.75 0.05 6.56 0.71
E4 (121.5mm) CSO 21.31 33.31 87.98 3.48 1,968.79 56.68
SSO 4.67 5.34 7.45 0.54 127.59 8.60
E5 (46.5mm) CSO 0.63 1.07 1.80 0.12 34.53 1.12
SSO 0.28 0.38 0.20 0.01 0.72 0.42
Average CSO 6.84 10.02 25 0.92 490.40 16.46
SSO 1.73 2.21 2.44 0.16 43.73 4.42
Ratio CSO/SSO 4.0 4.5 10.2 5.9 11.2 3.7

수질항목별 누적 유출비율대비 누적 유출부하량 그래프 는 Fig. 4와 같다.

Fig. 4. Comparison of M(V) curves of pollutant mass distribution vs volume between CSO and SSO.
../../Resources/kswe/KSWE.2017.33.1.97/JKSWE-33-97_F4.jpg

유기오염물질인 BOD5와 CODMn의 경우, 합류식 하수관 거 월류수가 분류식 우수관거 유출수보다 초기세척효과가 뚜렷한 것으로 나타났으며, SS와 TOC, TN와 같은 부유물 질과 영양물질에서는 분류식 우수관거 유출수에서 상대적 으로 뚜렷한 초기세척효과가 나타났다. 분류식 우수관거 월 류수의 TP는 봄철 강우인 E1과 E2에서 뚜렷한 초기세척효 과를 나타낸 반면 여름이후의 강우인 E4와 E5에서 상대적 으로 초기세척효과가 뚜렷하지 못했으며, 특히 E5는 선행 강우일수가 가장 긴 강우사상임에도 불구하고 초기세척효 과가 상대적으로 약하게 나타났다. 이는 겨울철 토지와 우 수/하수관에 축적된 오염물질이 봄철 여러 강우에 의해 지 속적으로 유출되는 여름철 큰 강우에 의해 쓸려 나갔기 때 문으로 판단된다. 따라서, 초기세척효과는 선행강우일수뿐 만 아니라 계절적인 영향도 있는 것으로 나타났다. 그러나, 계절적인 영향은 장기적인 모니터링이 수행되어야 명확한 결론을 내릴 수 있을 것으로 판단된다.

하수관거별 전체 오염부하 중 50%의 오염부하량을 유출 시키는데 필요한 유출량의 비율을 산정한 결과는 Table 7과 같다. 합류식 하수관거 월류수의 경우 BOD5, CODMn, TP의 수질항목에 있어서 분류식 우수관거 유출수보다 비점오염 물질의 50%를 보다 빨리 유추시켰으며, 분류식 우수관거 유출수의 경우 TOC, SS, TN 항목에서 합류식 하수관거 월류수보다 부하량의 50%를 보다 빨리 유출시켰다. 합류식 하수관거 월류수는 CODMn 항목에서, 분류식 우수관거 유출수 는 SS 항목에서 가장 뚜렷한 초기세척효과를 나타내었다.

Table 7. The ratio of runoff volume to discharge 50% pollutant to load to total volume
E1 (46.5mm) E2 (37.0mm) E3 (21.0mm) E4 (121.5mm) E5 (14.5mm) Avg.
BOD5 CSO 23.9 19.4 38.5 40.5 32.3 30.9
SSO 28.3 35.6 45.6 36.6 41.5 37.5
CODMn CSO 23.0 19.5 26.1 38.8 43.2 30.1
SSO 28.0 33.9 47.6 36.6 46.3 38.5
TOC CSO 36.9 41.6 49.0 47.4 51.1 45.2
SSO 2.1 37.1 44.4 49.4 44.3 35.5
SS CSO 37.9 39.8 59.6 49.9 44.9 46.4
SSO 28.4 15.6 29.3 45.6 39.4 31.7
TN CSO 59.4 46.1 44.8 36.8 47.3 46.9
SSO 2.1 14.9 47.7 51.4 45.2 32.3
TP CSO 36.3 38.9 44.3 46.6 32.3 39.7
SSO 31.5 24.4 50.1 55.1 49.1 42.0

본 연구에서는 합류식 하수관거 월류수의 비점오염물질 부하량이 분류식 우수관거 유출수의 비점오염물질 부하량 보다 크게 나타났다. 이는 국외의 연구결과와 상반대는 결 과를 나타내었는데 이는 두 처리구역에서의 물수지의 차이 가 원인이다. Brombach et al. (2005)은 전세계에서 측정된 분류식 우수관거 유출수와 합류식 하수관거 월류수의 물수 지 및 물질수지를 분석한 결과 유기물질 및 영양물질 관련 수질항목의 유량가중 평균농도 측면에서는 합류식 하수관 거 월류수의 농도가 높은 것으로 나타났으나, 강우시 시간 최대계획오수량(1Qh)의 2배에 해당하는 강우유출수를 공공 하수처리장에서 처리하기 때문에 합류식 하수관거 월류수 의 유출량이 분류식 우수관거 유출량보다 적으며 이 때문 에 비점오염물질 부하량 또한 적게 나타났다. 또한, 유출량 분석결과 합류식 하수관거 월류수의 경우 강우시 2Qh를 공 공하수처리장으로 이송하여 처리하지 못한 채 수체로 월류 하는 것으로 분석되었다. 합류식 하수관거 월류수의 유량가 중평균농도 뿐만 아니라 단위면적당 부하량 또한 분류식 우 수관거 유출수보다 높은 것으로 나타났으며, BOD5, CODMn, TP 항목에 있어서 초기세척효과도 뚜렷하게 나타났다. 분 류식 하수관거 유출수의 경우 비록 유량가중평균농도와 단 위면적당 부하량 측면에서 합류식 하수관거 월류수보다 낮 게 나타났으나, 국외 측정자료와 비교한 결과 TN과 TP에 서 상대적으로 높은 농도를 나타내었다. 이러한 현상은 합 류식 하수관거 월류수에서도 동일한 결과를 나타내었다. 분 류식 하수처리구역의 경우에는 일단 강우유출수가 관거로 유입되면 하천으로 직접 유출된다. 국외 자료와 비교할 때 TN과 TP의 농도가 상대적으로 높으며, Brombach et al. (2005)는 분류식 우수관거 유출수의 중금속 부하량은 합류 식 하수관거 월류수보다 높으며, Zgheib et al. (2012)는 분 류식 우수관거 유출수의 주요 오염물질은 금속, PAHs, PCBs, organotins, alkyphenols, phthalates 등인 것으로 보고하였다.

도시지역 비점오염물질의 또 다른 특성 중 하나는 비점오 염물질이 입자성으로 존재한다는 것이다(Barbos and Fernades, 2009; Campbell, 1994). 특히 도로 노면의 퇴적입자에 중금 속이 흡착되어 강우유출수와 함께 유출되는데, Yoo et al. (2010)은 부산지역 도로변 노면 퇴적입자의 중금속을 분석 한 결과 Zn 976.4 mg/kg, Cu 277 mg/kg, Pb 194.1 mg/kg, Cr 90.8 mg/kg, Ni 37.5 mg/kg, Cd 1.5 mg/kg 인 것으로 나타났다. Kim et al. (2015)는 교통밀집지역에서 퇴적물의 중금속 함량이 공원지역에 비해 높은 것으로 나타났으며, 이는 도심지역에서 자동차로부터 발생되는 배출가스와 타 이어 및 브레이크 라이닝의 마모 등이 다량의 입자성 물질 로 배출되기 때문인 것으로 분석하였다. 따라서, 도시지역 에서 중금속과 흡착된 입자성물질의 제거는 도시지역에서 의 비점오염물질 저감에 중요하다. 국내에서 모의 강우실험 을 통하여 도로청소를 통하여 비점오염물질 중 중금속의 저감효과를 분석한 결과 30.9~77.1%의 저감효과를 보이는 것으로 보고하였다(MOE, 2012). Choi et al. (2013)은 저영 향개발기법 중 하나인 수목여과시설에 의해 도로에서의 비 점오염물질 제거 효과를 분석한 결과 중금속의 저감효과가 영양염류와 유기물보다 높은 것으로 나타났으며 오염물질별 평균 저감효율은 60~73%의 범위인 것으로 보고하고 있다.

따라서, 우리나라의 하수처리구역내에서 관거유출수의 비 점오염원 관리를 위해서는 우선적으로 합류식 하수관거에 서 강우유출수를 처리할 수 있는 2Qh를 하천으로 직접 방 류시키지 않고 공공하수처리장으로 이송하여 처리하거나 월류된 강우유출수를 간이공공하수처리장으로 이송하여 처 리하도록 해야 할 것이다. 둘째, 유역에서의 강우유출수 발 생을 저감시킬 수 있는 저영향개발기법 등을 적용하거나, 도로에서의 주기적인 건식흡입 청소를 통한 비점오염물질 발생을 억제해야 할 것이다. 마지막으로 분류식 우수관거 유출수의 경우 중금속 등이 중요한 오염물질인 것을 감안 해 볼 때, 식수원으로 이용되는 상수원보호구역내에서 도로 의 유출수 뿐만 아니라 분류식 우수관거 유출수를 비점오 염저감시설 등을 통한 추가적인 처리가 필요할 것이다.

4. Conclusion

본 연구에서는 2016년 5번의 강우사상을 대상으로 경기도 남양주시에 위치한 분류식 우수관거 유출수와 합류식 하수 관거 월류수의 유출량 및 비점오염유출 특성을 비교하였다.

유출특성을 분석한 결과, 합류식 하수관거 월류수의 유출 률이 분류식 우수관거 유출수의 유출율보다 높게 나타났다. 이는 합류식 하수관거 시간최대계획오수량(1Qh)의 3배(3Qh) 에 해당하는 용량으로 설계되어 강우시 2Qh에 해당하는 강 우유출수가 공공하수처리장으로 이송되어 처리되지 못하고 토구에서 월류되는 것으로 판단되었다. 비점오염물질 유출 특성을 비교한 결과 유량가중평균농도와 단위면적당 부하 량 모두 합류식 하수관거 월류수에서 높게 나타났다. 합류 식 하수관거 월류수의 유량가중평균농도는 BOD5 15.9 mg/L, CODMn 22.4 mg/L, TN 44.223 mg/L, TP 1.571 mg/L, SS 775.5 mg/L, TOC 30.5 mg/L로 나타났으며, 분류식 우수관거 월류 수는 BOD5 7.1 mg/L, CODMn 9.8 mg/L, TN 8.702 mg/L, TP 0.511 mg/L, SS 135.2 mg/L, TOC 18.5 mg/L인 것으로 나타났다. 국외자료와 비교한 결과 TN과 TP 항목에 있어 서 합류식과 분류식 모두 본 연구에서 측정된 농도가 높게 나타났다. 이는 하수처리구역에서의 하수관 혹은 우수관에 서 유출되는 비점오염물질은 수체의 부영양화에 취약한 것으 로 판단된다. 초기세척효과를 분석한 결과 BOD5와 CODMn 항목에서는 합류식 하수관거 월류수에서, SS와 TOC, TN 항목에서는 분류식 우수관거 유출수에서 상대적으로 뚜렷 한 초기세척효과를 나타내었다. 특히 분류식 우수관거 월류 수의 초기세척효과는 선행무강우일수뿐만 아니라 계절적인 영향도 있는 것으로 나타났다. 이는 겨울철 다량의 오염물 질이 축적된 후 봄철 강우에 유출되었기 때문으로 판단된다.

하수처리구역에서의 하수관 혹은 우수관에서의 비점오염 물질 저감 대책에 있어서 첫째 합류식 하수관거에서의 2Qh 에 해당하는 강우유출수를 공공하수처리장으로 이송하여 처리하거나 월류수를 간이공공하수처리장에서 처리함으로 써 2Qh에 대한 적절한 처리가 이루어져야 한다. 둘째, 도시 에서의 비점오염물질 특성인 다량의 중금속 물질이 도로 노면에 입자성 물질로 존재하는 것을 감안할 때 관으로 유 입되기 이전에 비점오염물질 발생을 저감시킬 수 있는 저 영향개발기법이나 주기적인 도로에서의 진공흡입에 의한 청소가 이루어져야 한다. 마지막으로 현재 상수원 보호구역 에서 도로뿐만 아니라 분류식 우수관거 유출수의 적절한 처리가 이루어져야 할 것이다.

본 연구는 하나의 연구대상지역에서 유기물질과 영양물 질, 부유물질을 분석한 결과로 제한되어 있어 연구 결과의 한계점을 가지고 있다. 도시지역의 비점오염물질 특성상 중 금속 등이 주요한 오염물질이므로 추후 다양한 지점을 연 구대상으로하여 중금속 등에 대한 모니터링이 추가적으로 이루어져야 할 것이다.

Acknowledgement

본 연구는 환경부의 비점오염저감사업(과제번호 20160318276-01) 의 지원으로 수행되었습니다.

References

1 
Barbosa A.E, Fernandes J.N, 2009, Assessment of Treatment Systems for Highway Runoff Pollution Control in Portugal, Water Science and Technology, Vol. 59, No. 9, pp. 1733-1742DOI
2 
Brombach H, Weiss G, Fuchs S, 2005, A New Database on Urban Runoff Pollution: Comparison of Separate and Combined Sewer System, Water Science and Technology, Vol. 51, No. 2, pp. 119-128Google Search
3 
Campbell K.R, 1994, Concentration of Heavy Metals Associated with Urban Runoff in Fish Living in Stormwater Treatment Ponds, Archives of Environmental Contamination and Toxicology, Vol. 27, pp. 352-356DOI
4 
Choi J, Son Y, Lee S, Lee Y, Kim L.H, 2013, Development of Tree Box Filter LID System for Treating Road Runoff, Journal of Wetland Research, Vol. 15, No. 3, pp. 407-412DOI
5 
Im B.S, Kim D.Y, Xu L, Lee G.C, 2006, [Korean Literature], Comparison of Characteristics on Combined Sewer Overflows and Separated Sewer Overflows, Korean Society on Water Environment, pp. 1246-1272
6 
Kim J.S, Ahn K.H, Cha H.Y, Yeon J.C, 2006, A Study on Relations between Initial CSOs and Pollutants Loading Ratio of Combined Sewerage in Urban Area, [Korean Literature], Journal of Korean and Society of Water Science and Technology, Vol. 14, No. 1, pp. 43-51Google Search
7 
Kim N.H, 2009, [Korean Literature], Runoff Characteristics of Storm Sewer Discharges by Rainfall Event in Urban Area, Master thesis, Kangwon National University
8 
Kim S.W, 2012, [Korean Literature], Runoff Characteristics of Combined Sewer Overflows(CSOs) in Urban area during rainfall, Master thesis, Kyungbuk National Univertisy
9 
Kim S, Kim Y, Kim J, Choi Y, Bae S, Cho Y, Kim E, 2015, Distribution Characteristics of PAHs and Heavy Metals in Roadside Sediment at Gwangju City Area, [Korean Literature], Journal of Korea Society of Waste Management, Vol. 32, No. 3, pp. 297-308DOI
10 
Ministry of Environment (MOE), 2012, [Korean Literature], Feasibility Study for Management of Nonpoint Pollutants by Road Sweeping, Ministry of Environment
11 
Ministry of Environment (MOE), 2014a, [Korean Literature], Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, Ministry of Environment
12 
Ministry of Environment (MOE), 2014b, [Korean Literature], Management Strategy of Nonpoint Source Pollution - Urban Area, Ministry of Environment
13 
Ministry of Environment (MOE), 2015, [Korean Literature], Comprehensive Countermeasures for Management of Nonpoint Source Pollution (’12~’20), 11-1480000-001222-01, Ministry of Environment
14 
Ministry of Environment (MOE), 2016, [Korean Literature], Manual of Installation and Management of Best Management Practices, 11-1480000-001430-01, Ministry of Environment, pp. 8
15 
National Institute of Environmental Research (NIER), 2012, [Korean Literature], Storm Water Sampling Guidance Manual, National Institute of Environmental Research
16 
Oh K.S, Ho J.K, Hwang B.G, 2004, [Korean Literature], Study on Characteristics of CSOs in Urban Area -Focus on Pyungchang Catchment of Hongje Basin, the Korea Academia-industrial Cooperation Society, pp. 284-287
17 
Park K.H, 2007, [Korean Literature], Runoff Characteristics of Combined Sewer Overflows in a Small Urban Watershed, Master thesis, Hoseo University
18 
Song M.Y, 2014, [Korean Literature], A Study on the Occurrence Characteristic of Combined Sewer Overflows (CSOs) in Urban Area, Master thesis, University of Seoul
19 
Yoo E.H, Choi Y.J, Kim M.H, 2010, Pollution Characteristics of Heavy Metals and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) in Deposited Road Particles of Busan, [Korean Literature], The Annual Report of Busan Metropolitan City Institute of Health & Environment, Vol. 20, No. 1, pp. 178-193Google Search
20 
Yur J. H, Kim G, Seo J. M, 2004, [Korean Literature], A Study on Runoff Characteristics of Pollutants in Combined Sewer Overflow and Storm Sewer Discharge, Korean Society of Environmental Engineering, pp. 879-903
21 
Zgheib S, Moilleron R, Chebbo G, 2012, Priority Pollutants in Urban Stormwater: Part1-Case of Separate Storm Sewers, Water Research, Vol. 46, No. 20, pp. 6683-6692DOI