수질 개선

점오염원은 배출 지점이 명확하고 특정한 경로를 통해 수계로 유입되는 오염원을 말한다. 하수도나 배수관과 같은 인공 배출구를 통해 오염물질이 방출되기 때문에 오염원의 위치를 파악하고 모니터링하기가 상대적으로 용이하다는 특징이 있다. 이로 인해 처리 시설을 통한 집중적인 관리와 통제가 가능한 경우가 많다.

점오염원의 대표적인 예로는 생활 하수, 산업 폐수, 축산 폐수 등이 있다. 하수 처리장이나 산업단지의 폐수 처리 시설에서 배출되는 물은 대표적인 점오염원이다. 이러한 오염수에는 유기물, 영양염류(질소, 인), 중금속, 유해 화학 물질 등이 포함될 수 있으며, 적절히 처리되지 않고 방류되면 하천이나 호수의 수질을 급격히 악화시킨다.

점오염원 관리는 수질 오염 방지법과 같은 법규를 통해 규제된다. 대부분의 국가에서는 오염물질을 수계로 배출하기 전에 일정 수준 이상으로 처리하도록 의무화하고 있으며, 배출 허가 기준과 정기적인 모니터링을 실시한다. 이를 통해 공공 수역의 수질을 보호하고, 수생태계의 건강을 유지하며, 상수원의 안전을 확보하는 것을 목표로 한다.

비점오염원은 특정한 배출구나 지점이 없이 넓은 지역에서 비나 눈이 녹은 물, 즉 강우 유출수에 의해 다양한 오염 물질이 수계로 유입되는 오염원이다. 점오염원과 달리 배출 지점을 특정하기 어렵고, 기상 조건에 크게 영향을 받아 관리가 복잡한 특징이 있다. 주요 비점오염원으로는 농경지에서 유출되는 비료와 농약, 도시 지역의 도로와 주차장에서 씻겨 나오는 중금속과 유류, 산림에서의 토사 유출, 그리고 건설 현장 등에서 발생하는 토사 등이 있다.

이러한 오염원은 강우 시에 집중적으로 하천이나 호수로 유입되어 수질을 급격히 악화시킨다. 특히 부영양화를 유발하는 인과 질소 성분, 탁도를 높이는 부유 물질, 그리고 생태계에 독성을 나타낼 수 있는 다양한 화학 물질을 포함하고 있다. 비점오염에 의한 오염 부하는 예측이 어렵고, 광범위하게 퍼져 있어 하수 처리장과 같은 종말 처리 시설로 포집하여 처리하기가 매우 어렵다.

따라서 비점오염 관리를 위해서는 공학적 처리보다는 사전 예방과 원천 관리가 더욱 중요하다. 대표적인 관리 방안으로는 농경지에서의 환경 친화적 농법 도입, 도시 지역에 침투 도랑이나 인공 습지 같은 우수 저류 시설 설치, 녹지 공간 확보를 통한 토사 유출 저감 등이 있다. 또한 유역 단위의 종합적인 토지 이용 계획 수립과 함께 모니터링 시스템을 강화하는 정책적 접근이 필수적이다.

수질 개선을 위한 공학적 처리 기술은 오염된 물을 물리적, 화학적, 생물학적 방법을 통해 정화하는 인공적인 시스템을 말한다. 이 기술들은 주로 하수 처리장이나 산업 폐수 처리 시설에서 집중적으로 적용되어, 생활 하수와 산업 폐수 같은 점오염원으로부터 발생하는 오염 물질을 제거하는 데 핵심적인 역할을 한다.

물리적 처리 기술에는 격막 여과, 침전, 부유물 분리 등이 포함된다. 이 과정들은 물에 섞인 고형물, 부유물질, 입자성 물질을 제거하는 1차 처리 단계로 널리 사용된다. 화학적 처리 기술은 응집 침전, 중화, 산화, 흡착 등을 통해 용존 상태의 오염 물질을 제거한다. 예를 들어, 응집제를 첨가하여 미세한 입자들을 덩어리지어 침전시키거나, 활성탄을 이용하여 유기물과 색도를 제거하는 방법이 대표적이다.

생물학적 처리 기술은 미생물의 자연적인 대사 작용을 이용하여 유기물과 질소, 인 같은 영양염류를 분해 및 제거한다. 활성슬러지법은 공기(산소)를 공급하면서 미생물 군집이 유기물을 분해하도록 하는 가장 일반적인 방법이며, 생물막법은 담체 표면에 형성된 미생물 막을 통해 오염물을 처리한다. 고도처리 단계에서는 탈질 및 인 제거 공정을 추가하여 수체의 부영양화를 방지한다.

이러한 공학적 기술들은 처리 목표 수질과 경제성, 처리 규모 등을 고려하여 단독 또는 복합적으로 설계된다. 특히, 재이용수 생산이나 방류수 수질 기준 강화에 따라 한외여과, 역삼투, 고급산화공정 같은 고도 정수 기술의 적용이 확대되고 있다.

생태학적 복원 방법은 자연 생태계의 자정 능력을 활용하여 수질을 개선하는 접근법이다. 이는 인공적인 공학적 처리 기술에만 의존하기보다는 습지, 수생 식물, 토착 미생물 등 생물학적 요소를 적극적으로 도입하여 수질 오염 물질을 제거하고 생태계의 건강을 회복시키는 데 중점을 둔다. 이러한 방법은 장기적으로 지속 가능하며, 생물 다양성 증진과 경관 개선 등의 부가적 혜택을 제공한다는 장점이 있다.

대표적인 생태학적 복원 방법으로는 인공 습지 조성이 있다. 인공 습지는 오염된 물이 갈대나 부들 같은 정화 능력을 가진 수생 식물이 자라는 지역을 통과하도록 설계된 시스템이다. 식물의 뿌리와 주변의 토양 및 미생물이 부영양화의 원인이 되는 질소와 인 같은 영양염류를 흡수하거나 분해하여 제거한다. 이 방법은 하수의 3차 처리나 비점 오염원으로부터 유출되는 농업 배수의 정화에 효과적으로 적용된다.

또 다른 방법은 하천의 자연형 정비 또는 생태하천 복원이다. 이는 콘크리트로 포장된 제방을 허물고 자연 상태의 호안과 여울, 소를 복원하는 작업을 포함한다. 이러한 물리적 구조의 복원은 수생태계의 서식처를 다양화하고, 유속을 늦춰 부유 물질이 침전되도록 하여 탁도를 낮춘다. 동시에 복원된 수변 구역은 오염 물질을 여과하는 완충 지대 역할을 하여 수질 개선에 기여한다.

생물학적 방법으로는 생물학적 정화 기술이 활용된다. 특정 어류나 패류를 도입하여 플랑크톤을 포식하게 하여 부영양화를 조절하거나, 수초를 식재하여 중금속을 흡착하게 하는 방법 등이 있다. 이러한 생태공학적 접근은 호수나 저류지의 수질 관리에 적합하며, 생태계 기반 재해 감소의 일환으로도 주목받고 있다.

수질 개선을 위한 정책 및 관리 방안은 법적, 제도적 틀을 마련하고 효율적인 관리를 통해 수질 목표를 달성하는 것을 목표로 한다. 이러한 방안은 크게 규제 중심의 접근과 경제적 유인책을 활용한 접근으로 나눌 수 있다. 규제 중심의 접근에는 수질환경보전법과 같은 법령을 통해 배출 허용 기준을 설정하고, 총량관리제를 도입하여 특정 수계로 유입되는 오염물질의 총량을 관리하는 것이 포함된다. 특히 비점오염원의 경우, 우수유출수 관리와 같은 최적관리기법의 적용을 의무화하는 관리 방안이 중요하게 작용한다.

경제적 유인책을 활용한 접근법은 오염자 부담 원칙을 기반으로 한다. 대표적인 예로 배출부담금 제도가 있으며, 이는 오염물질 배출량에 따라 부과금을 책정하여 오염 감소를 유도한다. 또한, 배출권 거래제는 기업 간에 오염물질 배출권을 거래할 수 있도록 하여 사회 전체의 오염 저감 비용을 최소화하는 시장 메커니즘을 활용한다. 이러한 경제적 도구는 규제만으로 달성하기 어려운 추가적인 오염 감축을 촉진하는 효과가 있다.

효과적인 수질 관리를 위해서는 단순한 규제와 경제적 정책을 넘어선 통합적 접근이 필요하다. 유역관리는 지리적 경계보다 하천이나 호수를 중심으로 한 자연적 유역 단위로 관리 계획을 수립하는 방식이다. 이를 통해 상류와 하류 지역 간의 이해관계를 조정하고, 토지 이용 계획, 하수도 정비, 비점오염원 관리 등을 포괄적으로 연계할 수 있다. 또한, 모니터링 시스템을 강화하여 수질 데이터를 지속적으로 수집하고, 이를 정책 평가와 개선에 반영하는 것이 중요하다. 이러한 통합적 관리 방안은 지속 가능한 수자원 관리의 핵심 요소로 자리 잡고 있다.

수질을 평가하는 화학적 지표는 물속에 존재하는 특정 화학 물질의 농도를 측정하여 오염 정도를 정량적으로 파악하는 방법이다. 이는 물의 안전성과 적합성을 판단하는 가장 기본적이고 직접적인 수단으로 활용된다.

대표적인 화학적 지표로는 생물화학적 산소 요구량(BOD)과 화학적 산소 요구량(COD)이 있다. BOD는 미생물이 유기물을 분해하는 데 소비하는 산소량을, COD는 화학적 산화제로 유기물을 분해하는 데 필요한 산소량을 나타내어 유기물 오염 정도를 평가한다. 또한, 부영양화를 유발하는 주요 원인 물질인 인(인산염)과 질소(암모니아성 질소, 질산성 질소 등)의 농도는 수체의 영양 상태를 판단하는 핵심 지표이다.

이 외에도 중금속 오염을 평가하기 위해 납, 카드뮴, 수은, 구리 등의 농도를 측정하며, pH와 전기전도도(EC)는 물의 기본적인 화학적 성질을 나타낸다. 용존 산소(DO)는 수중 생물의 생존에 필수적이며, 클로로필-a 농도는 조류의 증식 정도를 간접적으로 반영하는 지표로 사용된다. 이러한 다양한 화학적 지표들을 종합적으로 분석함으로써 수질의 전반적인 상태와 오염원을 파악할 수 있다.

생물학적 지표는 수생태계에 서식하는 생물의 존재 유무, 개체수, 군집 구조 등을 통해 수질 상태를 평가하는 방법이다. 이는 물속의 화학적 성분을 직접 측정하는 것보다 장기적이고 종합적인 환경 변화를 반영할 수 있다는 장점이 있다. 특정 생물종은 오염에 대한 내성 정도가 다르기 때문에, 그들의 출현은 해당 수역의 오염 정도를 간접적으로 나타내는 지표가 된다. 예를 들어, 깨끗한 물을 선호하는 수서곤충이나 어류가 풍부한 곳은 양호한 수질을, 오염에 강한 종만이 살아남은 곳은 오염이 심각함을 시사한다.

가장 대표적인 생물학적 지표로는 부착조류, 저서성 대형무척추동물, 그리고 어류가 활용된다. 부착조류는 수중 바위나 구조물에 붙어사는 조류 군집으로, 영양염 농도 변화에 민감하게 반응한다. 저서성 대형무척추동물은 하천 바닥에 서식하는 무척추동물로, 채집이 비교적 용이하고 서식처 이동성이 낮아 해당 지역의 수질을 잘 반영한다. 어류는 수생태계의 최상위 소비자로서 먹이사슬을 통해 생물농축된 오염 물질의 영향을 받으며, 군집의 종 다양성과 건강 상태는 수환경의 전반적인 상태를 평가하는 데 중요한 정보를 제공한다.

이러한 생물 지표를 활용한 공식적인 평가 방법도 다수 개발되어 있다. 예를 들어, 생물학적 수질 평가는 특정 지표 생물의 목록을 작성하고, 그들의 오염 내성도를 점수화하여 수질 등급을 판정한다. 생물지수는 이러한 점수 체계를 공식화한 것으로, 지역별로 특화된 지수가 사용되기도 한다. 이러한 생물학적 모니터링은 화학적 지표만으로는 포착하기 어려운 급성 독성 영향이나 복합 오염의 생태학적 영향을 평가하는 데 필수적이다.

따라서 생물학적 지표는 단순한 수질 측정을 넘어, 하천이나 호수와 같은 수생태계의 건강성과 생물다양성 보전 상태를 진단하는 핵심 도구이다. 이는 궁극적으로 수질 개선 사업의 성과를 평가하고, 지속 가능한 수자원 관리 및 생태계 복원 정책을 수립하는 데 기초 자료로 활용된다.

물리적 지표는 물의 외관적 특성과 상태를 측정하여 수질을 평가하는 기준이다. 이 지표들은 육안으로 확인할 수 있는 특성이나 간단한 측정으로 파악할 수 있어, 현장에서 신속한 수질 판단의 기초 자료로 활용된다.

주요 물리적 지표로는 탁도, 색도, 수온, 전기전도도, 용존산소, 부유물질 농도 등이 있다. 탁도는 물의 흐림 정도를 나타내며, 부유물질이나 플랑크톤 등에 의해 영향을 받는다. 수온은 용존산소량과 직접적인 연관이 있어 수생 생태계에 큰 영향을 미친다. 전기전도도는 물에 녹아 있는 이온의 총량을 간접적으로 나타내어 염분이나 오염 농도를 추정하는 데 사용된다.

이러한 물리적 특성은 하천이나 호수의 전반적인 건강 상태를 빠르게 파악할 수 있게 한다. 예를 들어, 갑작스러운 탁도 증가는 상류에서 토사 유출이나 공사가 진행 중임을 시사할 수 있다. 또한, 수온의 계절적 변화나 이상 상승은 수생 생물의 서식 환경을 위협할 수 있다.

물리적 지표 측정은 화학적 지표나 생물학적 지표에 비해 상대적으로 비용이 적게 들고 신속하게 결과를 얻을 수 있다는 장점이 있다. 따라서 이는 수질 모니터링의 첫 단계에서 광범위하게 적용되며, 이상 징후를 발견했을 때 보다 정밀한 화학 분석을 실시하는 트리거 역할을 하기도 한다.