조현경
(Hyun Kyung Cho)
김상민
(Sang Min Kim)
*†
-
경상대학교 대학원 농공학과
(Graduate School, Gyeongsang National Univ., Jinju 52828, Korea)
-
경상대학교 지역환경기반공학과, 경상대학교 농업생명과학연구원
(Dept. of Agricultural Engineering (Insti. of Agric. and Life Sci.), Gyeongsang National
Univ., Jinju 52828, Korea)
© Korean Society on Water Environment. All rights reserved.
Key words
Correlation, Nakdong River, Sewage Treatment Plant, Water Quality
1. Introduction
낙동강은 한강과 더불어 우리나라의 대표적인 수자원이 며 자연생태 및 친수생활공간을 포함 하는 하천으로 본류 구간의 20여개 취·정수장을 통해 유역내
주요 상수원으로 이용되고 있다. 하지만 유역내 대도시와 산업단지, 농지 등 이 많아 다양한 형태의 오염물질이 유입되어 수질관리에 많은 어려움이 있다.
특히 유역내 하수처리장 방류수 등이 유입지천을 통해 본류로 유입되므로 유입지천의 수질관리 또한 중요한 요소로 인식되고 있다(Lee et al., 2015; Lee et al., 2016; Park et al., 2015).
하수처리수 방류에 따른 하천 수질영향에 대한 국내 연 구사례를 살펴보면, Hwang et al. (2017)은 동계 저온기의 소하천 수질에 미치는 하·폐수의 온배수 영향에 대해 고찰 한 바 있으며, Shin and Hwang (2017)은 대청호 발전방류 수의 인·탁수 배출 역동성과 육수·수문학적 영향을 고찰한 바 있으며, Seong and Park (2012)은 낙동강 수계 내 하수 처리 방류수가 하류 하천 유기물에 미치는 부하량의 영향 을 분석한 바 있으며, Jung et al. (2012)은 영산강 수계 오 염특성 파악을 위한 다변량 통계분석법의 적용에서 영산강 본류 10개 지점에 대한 군집분석 결과, 오염도가 낮은 그룹, 광주천 및
하수처리수 방류의 영향이 큰 오염도가 높은 그 룹, 축산농가 및 농경지 등이 인근에 분포하는 그룹 등 3 그룹으로 분류하였다. Oh et al. (2005)은 하수처리장 개선 이 마산만 수질에 미치는 영향분석에서 마산만의 해역 목 표수질을 COD 2.5 mg/L로 할 경우 마산만으로 유입되는 덕동하수처리장의
방류수 배출부하 삭감량을 산정하였다.
외국의 사례를 살펴보면 Baloyi et al. (2014)은 남아프리 가 공화국에서 하수처리수의 오염물질이 하류하천에 미치 는 영향을 분석한 결과 하수처리장 유입수의 중금속은 슬 러지와 함께 많은 양이 처리되고
있으나 높은 농도의 염화 물, 인산염, 질산염이 하류로 방류된다는 결과를 발표하였 으며, Figueroa-Nieves et al. (2014)은 도시화되는 열대지역 의 하수처리수 방류수에 의한 하류하천의 영향을 분석한 결과, 하천유량의 24%, 영양물질 부하량의 40%를 차지하 는 것으로
나타났다. Santos et al. (2008)은 남부 브라질의 해안가 유역에서 하수처리수의 방류에 따른 영양물질의 영 향을 분석한 결과 하류하천에서 영양물질, 생화학적 산소 요구량 및 전도도
값이 매우 높았으며 하류로 갈수록 질산 화, 유기물의 재무기화(remineralization) 및 미확인된 원인 등으로 질산성 질소의 농도가 높아졌다는
결과를 발표했다.
이상과 같이 외국의 사례를 살펴보면 하수처리수의 방류 에 따라 하류 하천의 오염농도가 증가하고 있는 것으로 나 타났으나, 국내의 경우 하수처리수의
방류에 따른 연구가 제한적으로 이루어지고 있다. 하수처리수는 연간 일정한 양 이 하천으로 방류되며, 하천의 수량이 감소하는 동절기에는 상대적으로 하수처리수의
영향이 증가하며 효과적인 하천 의 수질관리를 위해 하수처리수의 방류에 따른 하류 하천 의 수질에 대한 상관성을 분석하는 것이 필요할 것으로 생 각된다.
본 연구에서는 낙동강 본류와 주요한 지류하천에 위치한 하수처리장을 대상으로 하수처리수의 방류에 따른 하류 하천의 수질상관성을 분석하였다.
2. Materials and Methods
2.1. 대상유역
낙동강은 강원도 태백산에서 발원하여 상류부에서는 안 동을 중심으로 반변천, 미천, 내천 등의 지류와 합류하고 서쪽으로 곡류하여 남쪽으로 흐르며 내성천,
영강, 위천, 감천, 금호강, 황강, 남강과 합류 한 후 동쪽으로 흐르며 삼랑진 부근에서 밀양강, 양산천 합류후 남쪽으로 흘러 남 해로 들어간다.
낙동강 유역은 면적 23,817 km2, 유역연장 521.5 km2, 유역평균표고 290.51 m, 유역평균경사 37.03 %, 형상계수 1.62의 유역특성을 가지며, 본류 한정으로는 한강 보다도 긴 남한에서 가장
긴 강이며, 한강, 금강, 영산강과 함께 4대강으로 꼽힌다. 낙동강 유역내 환경기초시설은 하 수처리장 97개, 분뇨처리장 34개, 축산폐수처리장 18개,
산 업폐수 45개, 마을하수도 644개가 위치하고 있다. Fig. 1은 수질특성 분석을 위해 선정한 11개 수질총량측정관측 지점 (낙동강 본류 2개소, 유입지천 9개소)과 전국오염원 자료에 포함된 일유량이 1,000
m3/day 이상이고 수질총량측정관측 지점과 10 km 이내 위치한 하수처리장 12개소를 보여주며, Table 1은 하수처리장과 인접하천의 수질총량측정관측 지 점의 지점명을 나타낸다.
Fig. 1. Nakdong River basin stream network and selected water quality monitoring stations and sewage treatment plants (STPs) for this study.
Table 1. Site name of selected water quality monitoring stations and sewage treatment plants
|
Site name
|
Water quality monitoring station
|
Site name
|
Sewage treatment plant (STP)
|
|
Na_B
|
Naseong B
|
Ye_STP
|
Yecheon STP
|
|
Ga_A
|
Gamcheon A
|
Kim_STP
|
Kimcheon STP
|
|
Nb_E
|
Nakbon E
|
Gu_STP
|
Gumi STP
|
|
Gh_A
|
Geumho A
|
Yung_STP
|
Yungcheon STP
|
|
Gh_B
|
Geumho B
|
Gyeng_STP
|
Gyengsan STP
|
|
Gh_C
|
Geumho C
|
Dal_STP
|
Dalseocheon STP
|
|
Ha_B
|
Hwanggang B
|
Hap_STP
|
Hapcheon STP
|
|
Ng_A
|
Namgang A
|
Ham_STP
|
Hamyang STP
|
|
Ng_D
|
Namgang D
|
Jin_STP
|
Jinju STP
|
|
Mi_B
|
Miryang B
|
Da_STP
|
Dagok STP
|
|
Nb_N
|
Nakbon N
|
Mi_STP
|
Miryang STP
|
|
|
|
Jang_STP
|
Jangyu STP
|
2.2. 대상 자료 및 수질기준
전국오염원 조사(환경오염배출사업장 조사)에서는 오염원 에 대한 조사 자료를 이용하여 4대강수계 각종 수질 환경 정책 수립을 위한 수질기초자료를 확보하고
있다. 본 연구 에서는 하수처리장 방류수와 인접하천의 수질 상관관계를 분석하기 위해 하천수질 등급 기준의 주요한 수질항목인 BOD, COD, SS,
총질소(T-N), 총인(T-P) 농도 자료를 2012 년부터 2015년까지의 전국오염원조사에서 수집하여 이용하 였다(NIER, 2017). 하천의 수질자료는 국립환경과학원의 물 환경정보시스템(NIER, 2017)의 수질총량측정관측지점의 자 료를 이용하였다. 하수처리장과 인접하천의 수질총량측정관 측 지점의 공간적 분석을 위해 국가수자원관리종합정보시 스템(MOLIT, 2017)에서 제공하는 낙동강유역도 및 하천 공간지형자료와 환경부 물환경정보시스템에서 제공하는 수 질총량관측지점 공간자료를 이용하였다.
Table 2, 3은 하수처리장 방류수의 수질기준을 보여주고 있다. 하수도법 제7조(방류수수질기준)에 의하면 공공하수 처리시설·간이공공하수처리시설·분뇨처리시설 및 개인하
수처리시설의 방류수수질기준은 환경부령으로 정하도록 하 며 2014년 7월 17일 개정된 하수도법 시행규칙 제3조(방류 수의 수질기준) 제1항의 제1호와
2호에서 공공하수처리시 설과 분뇨처리시설의 방류수수질기준을 다음의 Table 2, 3 과 같이 규정하고 있다. Table 2에서 I지역은 수도법, 환 경정책기본법, 4대강수계 물관리 및 주민지원 등에 관한 법률, 새만금 촉진을 위한 특별법 등에 의해 지정·고시된 지역이며,
II, III 지역은 수질 및 수생태계 보전에 관한 법 률에 의해 고시하는 지역이며 IV 지역은 I, II, III 지역 을 제외한 지역을 말한다.
Table 4는 본 연구에서 선정한 낙동강 유역의 본류 및 주요 지천에 위치한 12개 하수처리 장의 위치, 처리용량, 가동일시, 처리방법을 보여주고 있다.
Table 2. Water quality standard of effluent water of public sewage treatment plant
|
Parameter
|
BOD (mg/L)
|
COD (mg/L)
|
SS (mg/L)
|
T-N (mg/L)
|
T-P (mg/L)
|
Total Coliform (ea/mL)
|
Ecotoxicity (TU)
|
|
Capacity (more than 500 m3/day)
|
Region I
|
5
|
20
|
10
|
20
|
0.2
|
1,000
|
1
|
|
Region II
|
5
|
20
|
10
|
20
|
0.3
|
3,000
|
|
Region III
|
10
|
40
|
10
|
20
|
0.5
|
|
Region IV
|
10
|
40
|
10
|
20
|
2
|
|
Capacity (more than 50 m3/day and less than 500 m3/day)
|
10
|
40
|
10
|
20
|
2
|
|
Capacity (less than 50 m3/day)
|
10
|
40
|
10
|
40
|
4
|
Table 3. Water quality standard of effluent water of night soil treatment facility
|
Parameter
|
BOD (mg/L)
|
COD (mg/L)
|
SS (mg/L)
|
Total Coliform (ea/mL)
|
T-N (mg/L)
|
T-P (mg/L)
|
|
Night soil treatment facility
|
30
|
50
|
30
|
3,000
|
60
|
8
|
Table 4. Sewage treatment plants(STPs) location, capacity, operating start date and sewage treatment method
|
STP name
|
Location
|
Capacity (m3/day)
|
Operating start date
|
Sewage treatment method
|
|
Ye_STP
|
Naeseong-cheon
|
7,500
|
2005.04
|
Standard activated sludge
|
|
Kim_STP
|
Gam-cheon
|
80,000
|
1999.03
|
Standard activated sludge
|
|
Gu_STP
|
Nackdong / Gumi
|
330,000
|
1996.11
|
Standard activated sludge
|
|
Yung_STP
|
Geumho-gang
|
10,000
|
1994.03
|
Standard activated sludge and step aeration
|
|
Gyeng_STP
|
Geumho-gang
|
40,000
|
2000.12
|
2 stage anaerobic and aerobic
|
|
Dal_STP
|
Geumho-gang
|
400,000
|
1987.07
|
Standard activated sludge and advanced wastewater treatment
|
|
Hap_STP
|
Hwang-gang
|
5,000
|
2004.01
|
Intermittent aeration contact oxidation
|
|
Ham_STP
|
Nam-gang dam
|
7,000
|
2000.07
|
Standard activated sludge
|
|
Jin_STP
|
Nam-gang
|
190,000
|
1994.05
|
Standard activated sludge and advanced wastewater treatment
|
|
Da_STP
|
Nam-gang
|
1,900
|
2007.01
|
Multi–stage step-feed biological nutrient removal
|
|
Mi_STP
|
Miryang-gang
|
30,000
|
2000.11
|
Biomecca sewage treatment system-2
|
|
Jang_STP
|
Nackdong river estuary weir
|
34,000
|
2004.12
|
Daewoo Nutrient Removal and sand filtration
|
2.3. 연구방법
본 연구에서는 하수처리장의 방류수와 인접하천에 위치 한 수질총량측정관측지점 수질의 상관관계를 분석하기 위 해 2012년부터 2015년까지의 유량과
수질측정값(BOD, COD, SS, T-N, T-P)을 수집하였다. 연구대상 하수처리장은 일방류 량 1000 m3/day 이상을 기준으로 하였고, 하류에 위치한 수 질총량측정망의 거리가 10 km 이내가 되는 김천(Kim_STP), 구미(Gu_STP), 달서천(Dal_STP),
경산(Gyeong_STP), 영산 (Yeong_STP), 함양(Ham_STP), 대곡(Da_STP), 밀양(Mi_STP), 장유(Jang_STP)
등 9개소를 우선 선정하고, 수질측정망과 의 거리가 25 km 내외인 예천하수처리장(Ye_STP), 합천하 수처리장(Hap_STP), 진주하수처리장(Jin_STP)을
추가로 선 정하였다.
하수처리장 방류수와 하류하천 수질의 상관관계 분석을 위해 식 (1)을 이용하여 피어슨 상관계수(Pearson correlation coefficient, r)를 산정하였고, 식 (2)를 이용해 상관계수의 검정을 위한 t값을 계산하였다. 피어슨 상관계수는 두 연 속형 변수 사이의 선형적인 상관성을 분석해 주며, t를 구 하여 표본집단의 개체수에서 2를 뺀 자유도를 가지는 T분 포(T distribution)에 적용시킬 수 있으며, T분포는 좌, 우 양측이 대칭인
곡선으로 표준정규분포를 따른다. T분포의 확률밀도 함수에서 t값보다 큰 영역의 합이 유의수준 0.05보다 작으면 상관계수 r이 유의성을 가지는 것으로 분 석한다. Table 5는 상관계수 r값에 대한 상관도를 보여주 고 있다.
Table 5. Range ofrvalue and interpretation.
|
Range of r |
Interpretation
|
|
-1.0 ≤ r ≤ -0.7
|
Very strong negative correlation
|
|
-0.7 ≤ r ≤ -0.4
|
Strong negative correlation
|
|
-0.4 ≤ r ≤ -0.1
|
Weak negative correlation
|
|
-0.1 ≤ r ≤ 0.1
|
No correlation
|
|
0.1 ≤ r ≤ 0.4
|
Weak positive correlation
|
|
0.4 ≤ r ≤ 0.7
|
Strong positive correlation
|
|
0.7 ≤ r ≤ 1.0
|
Very strong positive correlation
|
여기서, x, y는 표본집단 x, y의 평균이고 Sx, Sy는 표본집 단 x, y의 표준편차이며, n은 표본집단의 개체수를 나타 낸다.
3. Results and Discussion
3.1. 하수처리장 방류수량과 인접하천 유량
하수처리장의 방류수량이 인접하천의 유량에 미치는 영 향을 파악하기 위해 연구기간(2012년~ 2015년) 동안의 유 량을 조사하였다. Table 6은 하천유량을 평균하여 하수처리 장 방류수가 인접하천 유량의 몇 %를 차지하는지를 각 구 간별로 분석한 결과를 보여주고 있다. Table 7은 하수처리 장 방류수 유량과 인접하천의 수질측정망 지점의 월별 유 량과 자료를 보여주고 있으며, 괄호안의 값은 월별 하천유 량에 대한 하수처리장
방류수 유량의 비율을 보여준다. 하 수처리장 방류수량은 인접하천의 월별 연평균 하천유량의 0.2 %에서 6.2 %의 범위를 보였으며, 여름철 홍수기에
비해 갈수기인 10월부터 이듬해 5월까지는 상대적으로 높은 비 율(0.2 % ~ 25.7 %)을 보였다.
Table 6. STP effluent flow and its’ percentage compared to monthly flow rate at neighboring water quality monitoring stations
|
Section
|
STP effluent flow (m3/s)
|
Monthly flow rate at water quality monitoring stations (m3/s)
|
|
Jan
|
Feb
|
Mar
|
Apr
|
May
|
Jun
|
Jul
|
Aug
|
Sep
|
Oct
|
Nov
|
Dec
|
Mean
|
|
Ye_STP ~ Na_B
|
0.9
|
4.4 (20.4)
|
5.9 (15.2)
|
7.7 (11.6)
|
30.0 (3.0)
|
8.8 (10.2)
|
4.0 (22.5)
|
82.5 (1.1)
|
67.2 (1.3)
|
59.5 (1.5)
|
12.0 (7.5)
|
15.2 (5.9)
|
12.1 (7.4)
|
25.7 (3.5)
|
|
Kim_STP ~ Ga_A
|
0.3
|
11.2 (2.7)
|
2.1 (14.2)
|
4.7 (6.4)
|
6.4 (4.7)
|
2.2 (13.6)
|
5.0 (6.0)
|
6.8 (4.4)
|
35.7 (0.8)
|
15.9 (1.9)
|
9.9 (3.0)
|
8.5 (3.5)
|
8.1 (3.7)
|
9.7 (3.1)
|
|
Gu_STP ~ Nb_E
|
3.6
|
14.0 (25.7)
|
28.0 (12.9)
|
30.2 (11.9)
|
38.8 (9.3)
|
28.0 (12.8)
|
84.6 (4.3)
|
102 (3.5)
|
215 (1.7)
|
78.6 (4.6)
|
32.9 (10.9)
|
45.6 (7.8)
|
42.7 (8.3)
|
61.7 (5.8)
|
|
Yeong_STP ~ Gh_A
|
0.3
|
4.3 (6.9)
|
4.3 (6.9)
|
4.1 (7.3)
|
8.9 (3.3)
|
5.4 (5.5)
|
6.1 (4.9)
|
104 (0.3)
|
84.6 (0.4)
|
83.8 (0.4)
|
2.7 (11.1)
|
1.6 (17.7)
|
1.6 (17.7)
|
25.9 (1.1)
|
|
Gyeong_STP ~ Gh_B
|
0.4
|
7.3 (5.5)
|
9.2 (4.3)
|
8.2 (4.9)
|
17.9 (2.2)
|
12.3 (3.3)
|
9.9 (4.0)
|
26.4 (1.5)
|
94.4 (0.4)
|
58.0 (0.6)
|
9.7 (4.1)
|
14.1 (2.8)
|
8.0 (5.0)
|
22.9 (1.7)
|
|
Dal_STP ~ Gh_C
|
2.1
|
16.8 (12.5)
|
12.0 (17.5)
|
21.9 (9.6)
|
23.7 (8.9)
|
21.5 (9.8)
|
38.9 (5.4)
|
73.1 (2.9)
|
78.4 (2.7)
|
53.2 (4.0)
|
17.9 (11.7)
|
24.6 (8.5)
|
21.3 (9.6)
|
33.6 (6.2)
|
|
Hap_STP ~ Ha_B
|
0.2
|
21.8 (0.9)
|
17.3 (1.2)
|
24.8 (0.8)
|
21.2 (0.9)
|
22.7 (0.9)
|
34.6 (0.6)
|
30.2 (0.7)
|
91.5 (0.2)
|
21.5 (0.9)
|
19.7 (1.0)
|
25.7 (0.8)
|
29.3 (0.7)
|
30.2 (0.7)
|
|
Ham_STP ~ Ng_A
|
0.7
|
6.8 (10.2)
|
7.3 (9.6)
|
8.3 (8.4)
|
20.5 (3.4)
|
29.9 (2.3)
|
17.4 (4.0)
|
25.2 (2.7)
|
89.8 (0.8)
|
9.8 (7.1)
|
9.8 (7.1)
|
24.1 (2.9)
|
16.6 (4.2)
|
22.1 (3.2)
|
|
Jin_STP ~ Ng_D
|
1.6
|
24.6 (6.5)
|
32.9 (4.9)
|
16.6 (9.6)
|
15.5 (10.3)
|
56.7 (2.9)
|
57.8 (2.8)
|
47.7 (3.4)
|
234 (0.7)
|
88.2 (1.8)
|
44.0 (3.6)
|
38.8 (4.1)
|
42.5 (3.8)
|
58.3 (2.7)
|
|
Da_STP ~ Ng_D
|
0.1
|
24.6 (0.4)
|
32.9 (0.3)
|
16.6 (0.6)
|
15.5 (0.6)
|
56.7 (0.2)
|
57.8 (0.2)
|
47.7 (0.2)
|
234 (0.04)
|
88.2 (0.1)
|
44.0 (0.2)
|
38.8 (0.3)
|
42.5 (0.2)
|
58.3 (0.2)
|
|
Mi_STP ~ Mi_B
|
0.3
|
6.7 (4.5)
|
19.5 (1.5)
|
24.6 (1.2)
|
14.1 (2.1)
|
6.8 (4.4)
|
8.4 (3.6)
|
77.0 (0.4)
|
23.0 (1.3)
|
5.2 (5.8)
|
6.9 (4.3)
|
5.5 (5.5)
|
4.5 (6.6)
|
16.8 (1.8)
|
|
Jang_STP ~ Nb_N
|
1.3
|
26.8 (4.9)
|
25.1 (5.2)
|
21.9 (5.9)
|
21.1 (6.2)
|
33.8 (3.8)
|
41.3 (3.1)
|
58.3 (2.2)
|
110 (1.2)
|
21.5 (6.0)
|
23.8 (5.4)
|
14.3 (9.1)
|
16.2 (8.0)
|
34.5 (3.7)
|
3.2. 하천 유량과 수질항목별 상관관계 분석
하수처리장 방류수는 연중 일정한 양으로 일정한 농도의 수질이 방류되나 하천의 경우 계절에 따른 유량의 변화폭 이 크다. 비점오염원은 강우발생에 따라
하천으로 배출되며 하천유량의 변동에 따라 유입되는 오염부하량도 영향을 받 는다. 본 연구에서는 하천 수질측정 지점의 하천유량 변동 에 따른 수질항목과의
상관관계를 분석하였다.
Table 7은 하천수질 측정지점별 하천유량과 수질인자의 상관계수를 보여주고 있다. BOD는 11개 지점 중 Ga_A 구 간만 0.563으로 강한 양의 상관관계를
가지고 나머지 지점 에서는 상관성이 없는 것으로 나타났다. COD는 Ga_A, Nb_N 지점에서 0.372, 0.303으로 약한 양의 상관관계를 가
지며 Na_B, Gh_A, Gh_B, Ha_B에서 0.590, 0.890, 0.559, 0.601의 강한 양의 상관관계를 가진다. SS는 Ga_A에서
0.300으로 약한 양의 상관관계를 가지며, Nb_E, Gh_B, Ha_B, Ng_D에서 0.498, 0.638, 0.457, 0.630으로 강한
양 의 상관관계를 가지며, Na_B, Gh_A, Gh_C에서 0.790, 0.873, 0.781로 매우 강한 상관관계를 가지는 것으로 나타 났다.
Na_B, Gh_A, Gh_B, Gh_C, Ng_D에서 0.790, 0.873, 0.638, 0.781, 0.630으로 강한 양의 상관관계를 가진다.
T-N 의 경우 하수처리장 방류수와 수질측정지점과는 상관관계 가 있었지만, 하천의 유량과는 상관관계가 없는 것으로 보 인다. T-P의 경우는 Gh_B지점에서
0.390으로 약한 양의 상관관계를 가지고, Na_B, Gh_A, Ha_B, Ng_D, Nb_N 지 점에서 0.846, 0.700, 0.53, 0.471,
0.606으로 강한 양의 상 관관계를 보이고 있다. 이상에서 살펴본 바와 같이 COD, SS, T-P는 하천유량과 6개, 8개, 6개 지점에서 양의
상관관 계를 보여 비교적 상관관계가 높은 것으로 나타났다.
Table 7. Thervalues between water flow and BOD, COD, SS, T-N and T-P for water quality monitoring stations
|
Water quality monitoring station
|
BOD
|
COD
|
SS
|
T-N
|
T-P
|
|
Na_B
|
0.234
|
0.590* |
0.790* |
-0.026
|
0.846* |
|
Ga_A
|
0.014
|
0.372* |
0.300
|
-0.240
|
0.245
|
|
Nb_E
|
-0.013
|
0.080
|
0.498* |
-0.110
|
0.232
|
|
Gh_A
|
0.563* |
0.890* |
0.873* |
0.236
|
0.700* |
|
Gh_B
|
-0.091
|
0.559* |
0.638* |
0.203
|
0.390* |
|
Gh_C
|
-0.060
|
0.139
|
0.781* |
-0.434* |
-0.06
|
|
Ha_B
|
0.122
|
0.601* |
0.457* |
0.251
|
0.532* |
|
Ng_A
|
-0.072
|
0.068
|
0.284
|
-0.273
|
0.165
|
|
Ng_D
|
-0.123
|
0.228
|
0.630* |
-0.333* |
0.471* |
|
Mi_B
|
0.030
|
0.198
|
0.109
|
0.031
|
-0.037
|
|
Nb_N
|
-0.074
|
0.303* |
0.224
|
-0.506* |
0.606* |
Fig. 2는 유량과 가장 상관관계가 높은 것으로 조사된 SS의 각 지점별 측정값을 월별 유량과 비교하여 도시하였 으며, 각 지점별 상관관계를 함께 표시하였다.
Table 7에서 살펴본 바와 같이 SS는 Ga_A는 약한 양의 상관관계를, Nb_E, Gh_B, Ha_B, Ng_D는 강한 양의 상관관계를, Na_B, Gh_A,
Gh_C에서는 매우 강한 상관관계를 가진다.
Fig. 2. The comparison of water flow and SS for each water quality monitoring stations.
3.3. 하수처리장 방류수와 하류하천의 수질 상관관계 분석
하수처리장 방류수와 하류하천의 수질 상관관계 분석하 기 위하여 전국오염원 조사(환경오염배출사업장 조사)에서 수집한 조사기간(2012년~2015년)동안의
수질자료와 환경부 의 수질총량관측지점별 수질자료를 월별로 산술평균한 후 수질항목별로 상관분석을 실시하였다. Table 8은 식 (1)을 이용하여 산정한 하수처리장 방류수와 하류하천의 수질항 목별 상관계수와 유의수준 5 %로 상관관계를 검정한 결과 를 보여주고 있다.
Table 8. Thervalues of BOD, COD, SS, T-N and T-P between STPs and water quality monitoring stations
|
Section
|
BOD
|
COD
|
SS
|
T-N
|
T-P
|
|
Ye_STP ~ Na_B
|
0.173
|
0.124
|
0.094
|
-0.451* |
0.010
|
|
Kim_STP ~ Ga_A
|
0.465* |
0.217
|
0.245
|
0.496* |
0.266
|
|
Gu_STP ~ Nb_E
|
0.116
|
-0.076
|
-0.131
|
0.344* |
-0.087
|
|
Yeong_STP ~ Gh_A
|
-0.064
|
0.251
|
-0.090
|
0.414* |
0.079
|
|
Gyeong_STP ~ Gh_B
|
0.319* |
0.190
|
0.036
|
0.268
|
0.466* |
|
Dal_STP ~ Gh_C
|
-0.215
|
0.293* |
-0.197
|
0.382* |
0.894* |
|
Hap_STP ~ Ha_B
|
0.115
|
-0.008
|
0.006
|
0.132
|
0.333* |
|
Ham_STP ~ Ng_A
|
-0.086
|
0.204
|
-0.196
|
0.358* |
0.149
|
|
Jin_STP ~ Ng_D
|
0.265
|
-0.103
|
0.233
|
0.523* |
0.140
|
|
Da_STP ~ Ng_D
|
0.009
|
-0.145
|
-0.063
|
0.490* |
-0.174
|
|
Mi_STP ~ Mi_B
|
0.032
|
-0.311* |
-0.246
|
0.421* |
0.120
|
|
Jang_STP ~ Nb_N
|
0.348* |
0.162
|
-0.039
|
0.560* |
0.574* |
BOD의 경우 경산하수처리장(Gyeong_STP)과 Gh_B 지점 과 장유하수처리장(Jang_STP)과 Nb_N은 0.319, 0.348로 약 한
양의 상관관계를 보였고, 김천하수처리장(Kim_STP)과 Ga_A지점은 0.465로 강한 양의 상관관계를 보였다. COD 의 경우 달서천하수처리장(Dal_STP)과
Gh_C 지점과 밀양 하수처리장(Mi_STP)과 Mi_B 지점은 0.293, 0.311로 약한 양의 상관관계를 보였다. SS의 경우 모든 지점에서
상관 성이 없는 것으로 나타났다. T-N의 경우 구미하수처리장 (Gu_STP)과 Nb_E, 함양하수처리장(Ham_STP)과 Ng_A 지 점이 0.344,
0.358의 약한 양의 관계를 보였고, 영천하수처 리장(Yeong_STP)과 Gh_A, 김천하수처리장(Kim_STP)과 Ga_A, 진주하수처리장(Jin_STP)과
Ng_D, 대곡하수처리장 (Da_STP)과 Ng_D, 대곡하수처리장(Dal_STP)과 Gh_C, 밀 양하수처리장(Mi_STP)과 Mi-B, 장유하수처리장(Jang_STP)
과 Nb_N에서는 0.414, 0.496, 0.499, 0.523, 0.682, 0.421, 0.568의 강한 양의 상관관계를 보였다. T-N은 12개
지점중 9개 지점이 양의 상관관계를 가지고 있으며, 그 중 7개 지 점이 강한 양의 상관관계를 가지고 있어 하천의 수질이 하 수처리장 방류수와 높은
상관관계를 보이는 것으로 나타났 다. T-P의 경우 3개 지점에서 상관관계를 보였으며, 합천하 수처리장(Hap_STP)과 Ha_B이 약한 양의 상관관계를,
달서 천하수처리장(Dal_STP)과 Gh_C, 장유하수처리장(Jang_STP) 과 Nb_N는 강한 양의 상관관계를 보였다.
이상에서 살펴본 바와 같이 조사대상 12개 구간 중 BOD 와 COD는 각각 2개, 3개 구간에서 상관관계가 있는 것으 로 나타났으며, T-N의 경우
10개 구간에서 상관관계가 있 는 것으로 나타났다.
Fig. 3은 하수처리수 방류수와 하천수질의 상관관계가 가 장 높은 것으로 분석된 T-N에 대한 각 측정지점별 월별 자 료를 상관계수와 함께 보여주고 있다.
영천하수처리장(Yeong_ STP), 김천하수처리장(Kim_STP), 진주하수처리장(Jin_STP), 대곡하수처리장(Da_STP), 대곡하수처리장(Dal_STP),
밀양하 수처리장(Mi_STP), 장유하수처리장(Jang_STP) 방류수는 하 류하천과 강한 양의 상관관계를, 구미하수처리장(Gu_STP), 함양하수처리장(Ham_STP)은
하류하천과 약한 양의 상관관 계를 가진 것으로 분석되었다. Fig. 4.
Fig. 3. The comparison of T-P concentration for STPs and water quality monitoring stations.
Fig. 4. The spatial analysis of the numbers of correlation between the sewage treated water and the water quality component.
하수처리장 방류수와 인접하천의 연관성이 큰 지점들을 공간적으로 분석하기 위해 GIS를 사용하여 하수처리장 상 하류 10 km 구간으로 나누어 상관관계를
가지는 수질인자 개수를 시각적으로 표현하였다. 경산, 영산, 달서천하수처리 장이 위치한 금호강유역이 연관성이 높으며, 장유하수처리 장이 위치한 낙동강
하구언 유역이 연관성이 크다. 두 지 점은 산업폐수 및 생활하수 등 다양한 오염원이 위치하는 곳이고, 하류에 위치해 낙동강 수계가 모여서 더 큰 연관
성을 가지는 것으로 예상된다.
4. Conclusion
본 연구에서는 하수처리수 방류에 따른 하류하천의 수질 영향을 분석하기 위해, 하수처리수 방류량과 인접하천의 유 량, 하천유량과 수질항목별 상관관계,
하수처리장 방류수와 하류하천의 수질 상관관계를 분석하였다. 이를 위해 낙동강 본류와 주요 지천을 대상으로 일방류량 10,000 m3/day 이 상이면서 하류하천 수질측정지점과의 거리가 26 km 이내 에 위치한 12개의 하수처리장을 연구대상으로 선정하였다. 선정된 하수처리장과
하류 하천수질측정지점을 대상으로 2013년부터 2015년까지의 유량과 수질항목별(BOD, COD, SS, T-N, T-P) 측정값을 수집하여 정리하였다.
상관분석을 위해 피어슨 상관계수(Pearson correlation coefficient, r)를 산정하였고, 상관계수의 검정을 위한 t값을 계산하였다.
유량에 따른 수질인자의 상관관계를 분석한 결과, 하수처 리장 방류수량은 인접하천의 월별 연평균 하천유량의 0.2 %에서 6.2 %의 범위를 보였으며,
여름철 비해 갈수기인 10 월부터 이듬해 5월까지는 상대적으로 높은 비율 0.2 % ~ 25.7 %을 보였다.
하천수질측정지점의 유량과 수질항목간의 상관관계를 분 석한 결과, 유량은 BOD와 11개 지점 중 1개 지점에서 강 한 양의 상관관계를 가졌으며, COD는
2개 지점에서 약한 양의 상관관계를, 4개 지점에서 강한 양의 상관관계를 보였 다. SS의 경우 1개 지점에서 약한 양의 상관관계를, 4개 지 점에서
강한 양의 상관관계를, 3개 지점에서 매우 강한 상 관관계를 가졌다. T-N의 경우 하천의 유량과는 상관관계가 없었으며, T-P의 경우는 1개 지점에서
약한 양의 상관관계 를, 5개 지점에서 강한 양의 상관관계를 보였다. 하천수질 측정지점의 하천유량과 수질과의 상관관계 분석 결과 COD, SS, T-P는
각각 6개, 8개, 6개 지점에서 하천유량과 양의 상관관계를 보여 비교적 상관관계가 높은 것으로 나타났다.
하수처리장 방류수와 하류하천의 수질 상관관계 분석한 결과, BOD의 2개 지점에서 약한 양의 상관관계를, 1개 지 점에서 강한 양의 상관관계를 보였으며,
COD의 경우 2개 지점에서 약한 양의 상관관계를 보였다. SS의 경우 모든 지 점에서 상관성이 없는 것으로 나타났다. T-N의 경우 2개 지점에서
약한 양의 관계를, 7개 지점에서 강한 양의 상관 관계를 보였다. T-P의 경우 1개 지점에서 약한 양의 상관관 계를, 2개 지점에서 강한 양의 상관관계를
보였다. 이상에 서 살펴본 바와 같이 조사대상 12개 구간 중 BOD와 COD 는 각각 2개, 3개 지점에서 상관관계가 있는 것으로 나타났 으며,
T-N의 경우 9개 지점에서 양의 상관관계가 있는 것 으로 나타났으며, 그 중 7개 지점이 강한 양의 상관관계를 가지고 있어 하수처리장 방류수가 하류하천에
미치는 영향 이 큰 것으로 분석되었다. 상관관계를 가진 수질인자의 수 가 많은 곳은 달서천하수처리장이 위치한 금호강유역과 장 유하수처리장이 위치한
낙동강 하구언 유역으로 나타났다.
본 연구를 통해 하천수 측정지점의 경우 하천의 유량과 수질인자(COD, SS, TP)가 상관관계가 높고, 하수처리장 방 류수는 인접하천의 T-N값과
상관관계가 높은 것으로 분석 되었다. 본 연구의 결과는 낙동강 주요 하천의 수질관리와 하수처리장 방류수 관리를 위한 기초적인 자료가 될 것으 로 기대된다.
향후 유입지천과 양배수장, 수질오염원 조사 등을 통해 낙동강 수질을 관리하기 위한 기초자료를 확충 하고 수질모델링을 통해 낙동강의 효과적안 수질개선
방안 을 마련할 필요가 있을 것으로 생각된다.
Acknowledgement
본 연구는 한국연구재단 이공학 개인기초연구지원사업 연구비지원(과제번호 2016-0988)에 의해 수행 되었습니다.
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