▲ 김범철 강원대 환경과학과 교수

과거 하수처리를 하지 않던 시기에는 BOD(생물화학적 산소요구량) 제거가 수질관리의 주요 대상이었다. 그러나 이제는 대부분의 대도시에 하수처리장이 건설되었고 한강 수계에서는 산소 고갈이 문제가 되는 곳은 거의 없다.

따라서 BOD는 더 이상 수질을 평가하는 항목으로서 중요성이 적어진 것이다. 한강 수계에서는 이제 DO(용존산소) 고갈이 문제가 되지 않는 대신 난분해성 유기물, 탁도, 부영양화 등이 수질항목으로 대두되고 있다.

 

 

BOD에 치중하는 수질평가 문제점

한강의 하류 지역에서는 상수원으로서의 기능이 매우 중요하므로 수돗물의 난분해성 유기물의 증가가 주요 수질평가 항목이며, 한강 상류의 농경 지역에서는 토사가 수질문제를 일으키고 있다.
따라서 BOD가 낮더라도 다른 항목이 악화된 곳에서는 그 항목을 대상으로 수질오염 여부를 판단해야 한다. 난분해성 유기물이 많음에도 불구하고 BOD가 낮으므로 1등급 수질로 평가한다던가, 토사로 인한 탁도가 매우 높음에도 불구하고 BOD 1등급으로 평가하는 등의 그릇된 평가 기준은 시민의 수질오염도 판단을 흐리게 할 우려가 있다.
한강의 하류 수역에서 BOD는 감소하고 있지만 COD(화학적 산소요구량)는 증가하고 있는 것으로 보고되고 있다. BOD가 감소한 것은 하수처리장의 증설에 의해 미처리 하수가 감소한 결과로 해석할 수 있다. 팔당호에서는 산소 고갈이 수질오염 문제가 아니며 상수원수로서의 질을 평가해야 한다.
상수원수로서는 난분해성 유기물이 수돗물의 질을 좌우하는 항목이 될 수 있다. 난분해성 유기물은 주로 부식질로서 방향족 화합물을 많이 함유하고 있어 미생물에 의한 분해가 느리며 BOD로 측정되지 않는다. 부식질은 다른 생분해성 유기물에 비하여 염소 소독 시 발암물질을 더 많이 생성하는 것으로 보고되고 있다.
그런데 부식질은 BOD 측정에는 포함되지 않지만 COD 측정에는 일부 포함되므로 상수원수의 수질을 평가할 때에는 BOD가 아니라 COD를 사용해야 수돗물의 발암물질 생성량을 가늠할 수 있는 지표가 된다.
그러므로 산소 고갈이 발생하지 않는 팔당호에서 BOD는 수질의 지표로서 의미가 없고 상수원수로서 평가하기 위해 COD를 적용해야 하며, 한강 하류에서 COD가 증가했다는 것은 상수원수로서의 수질이 악화되었음을 의미한다. 즉, 우리나라의 수질 등급기준을 적용한다면 COD를 적용해야 하며 COD를 기준으로 포함하는 호소수질 등급을 적용하여 팔당호의 수질은 3급수에 해당하는 것으로 판정해야 한다.

 

한강 상류 탁수문제와 부영양화

▲ 한강의 상류 지역에서 심각하게 나타나는 수질문제는 농경지 토양침식으로 인한 탁수발생이다.

한강의 상류 지역에서 심각하게 나타나는 수질문제는 농경지 토양침식으로 인한 탁수발생이다. 상류 하천의 수질을 보면 강우 시 수질이 개선되는 도심 하천과는 반대로 강우 시에 수질이 더 악화되는 양상을 보인다.
소양강 상류 지천인 만대천과 인북천의 사례를 보면 비강우 시보다 강우 시에 수질이 더 나쁜 것으로 나타났다. 만대천의 BOD는 비강우 시에 2등급인데 비하여 강우 시에는 3등급으로 악화되며, SS는 비강우 시에 4등급에서 강우 시에 5등급으로 악화된다. 인북천의 경우에는 비강우 시에 BOD가 1등급에서 강우 시에는 2등급으로 악화되고, SS는 비강우 시에 1등급에서 강우 시에는 5등급으로 악화된다.
농경지역 하천의 사례로서 양구군 해안면 만대천의 수질을 전반적으로 판정하여 보면 BOD는 1∼2등급의 수질을 보이지만 SS(부유물질)와 T-P(총인)는 4∼5등급을 보이고 있다. 이러한 하천은 수질을 평가할 때 가장 악화된 등급인 SS와 T-P를 적용해야 하며 BOD는 문제가 되지 않는 항목이다.

소양강 상류 지역 뿐 아니라 한강의 다른 지천에서도 유사한 양상을 보이고 있다. BOD는 문제가 되는 곳이 없지만 SS와 T-P는 강우 시 5등급 이상으로 악화되는 곳이 많이 나타나고 있다.
따라서 한강 상류 지역의 수질을 BOD만을 적용하여 1∼2등급으로 판정한다는 것은 수질의 실태를 호도하는 행위이며, 최종적인 수질등급 판정은 SS와 T-P 등을 적용해야 한다. 특히 호수로 유입하는 하천에 대해서는 호수의 체류시간을 고려하여 유량 가중 농도를 적용해야 한다. 이 경우 대부분의 한강 상류 소하천이 4∼5 등급으로 판정된다.
한강 상류 수역의 새로운 수질오염의 형태는 하천의 부영양화이다. 일반적으로 외국에는 부영양화는 호수에서 발생하는 수질문제인 것으로 알려져 왔다. 그러나 우리나라의 하천에서는 호수보다 더 심한 부영양화 현상들이 나타나고 있다.
부영양화란 영양염류의 증가로 인하여 광합성 조류가 증가하는 현상이다. 호수에서는 부유생물이 주요 광합성생물이지만 하천에서는 하상에 부착한 부착조류가 주요 광합성생물이다.
우리나라 하천, 특히 한강 수계의 특징은 유속이 빠르고 갈수기에는 물이 맑고 수심이 얕다는 것이다.
이러한 조건들은 하상에 부착조류가 서식하는 데에 좋은 조건을 제공한다. 하천에 영양염류, 특히 인의 농도가 높은 물이 유입하면 부착조류가 하상의 자갈을 덮고 과잉 성장하여 미관상 불쾌감을 주며, 관광자원으로서의 심미적 가치를 떨어뜨릴 뿐 아니라 저생동물의 성장에 장애를 줄 수 있다.
부착조류는 주간에는 광합성을 활발히 하여 DO(용존산소)가 과포화에 이르게 하며 야간에는 산소를 소비하여 포화농도 이하로 감소하게 하여 하천의 산소 변동이 크게 된다. 산소의 과포화와 큰 일주기 변동은 수중 동물에 해를 주어 동물서식에 장애가 된다.
하천의 부착조류밀도는 엽록소-a 농도로 10㎍Chl/㎠을 초과하면 미관상 불쾌감을 줄 수 있는 수준의 부영양 하천으로 평가할 수 있다. 남한강 상류인 동강의 예를 보면 갈수기에는 부착조류의 밀도가 10을 초과하는 것을 볼 수 있어 부영양화되어 있는 것을 알 수 있다.
소양강의 지천인 인북천의 예를 보면 이보다 더 높은 20㎍Chl/㎠을 초과하는 예가 많이 나타나고 있다. 이외에도 대부분의 하천들이 부영양화 현상을 보이고 있으며 어류의 대량 폐사가 발생하고 있는 실정이다.
근래 우리나라에서는 하수처리장이 많이 건설되어 도시 하천의 수질이 크게 개선되었으며 농촌마을에까지 하수처리장이 들어서고 있어 하천의 BOD가 감소하는 개선효과를 얻고 있다. 그러나 농촌지역 하수처리장의 신설은 또 다른 수질문제를 야기하고 있다.
우리나라의 하수처리장은 생물학적 처리공법을 택하고 있으며, BOD 제거율은 높으나 인(P)의 제거율은 낮으므로 방류수의 인 농도를 약 2mg/L 이하로 규제하고 있다. 그러나 이 농도는 하천과 호수의 부영양화를 막기에는 너무나 높은 농도이다. 일반적으로 수중의 인 농도가 0.02mg/L를 초과하면 부영양화 현상이 나타난다.
그런데 하수처리장 방류수의 인 농도가 대부분 1∼2mg/L이므로 부영양화 기준 농도의 수십배 이상의 높은 농도이다. 하수처리장의 방류수가 하천의 유량에 비해 작을 때에는 큰 문제가 없으나 갈수기에 유량이 작은 곳에서는 하수처리장 방류수가 큰 비중을 차지하며 하천의 인 농도를 높이는 주원인이 되고 있다.
근래 하천의 부영양화가 심각하게 대두되고 있는 이유는 수세식 화장실 보급과 하수처리장의 증설 때문이라고 볼 수 있다. 재래식 화장실은 하천으로 직접 유출이 없고 특히 겨울철에는 유출이 적었으며, 수거한 분뇨는 분뇨처리장에서 처리되거나 퇴비화되어 토양으로 흡착되므로 갈수기에는 하천으로 유출되지 않았다.

▲ 하수처리장 방류수로 인한 부영양화현상을 보이고 있는 안양천 상류의 한 하수처리장 부근의 하천.

그러나 수세식화장실이 보급되면서 정화조를 거친 분뇨가 직접 하천으로 유출되므로 겨울이나 갈수기에도 구분 없이 연중 같은 양이 배출되고 있다. 정화조나 농촌마을 하수처리장에서는 BOD는 제거되지만 인의 제거율은 매우 낮으므로 무기인으로 용존된 인이 하천으로 직접 유출되어 조류성장의 원인이 되는 것이다.
특히 유량이 작은 갈수기에 농촌하천에서 하수가 부영양화의 주원인이 되고 있으며 근래 한강 상류 하천에서 발생한 어류 폐사의 발생은 수세식 화장실과 하수처리의 보급과 그 시기를 같이 한다.

따라서 인을 제거하지 않는 하수처리는 하천의 부영양화의 원인이 되므로 하수처리 방식을 개선하여 인을 제거하는 공정을 추가해야 한다. 일본 비와호(琵琶湖) 인근의 하수처리장에서는 비와호의 부영양화를 막기 위해 화학적 처리공정을 추가하여 하수처리장 방류수의 인 농도를 0.05mg/L 이하로 낮추어 방류하고 있는데 이는 우리나라 하수처리장 방류수 인 농도의 수십분의 일에 해당하는 농도이다.
우리나라에서도 하수처리장 방류수의 인 농도를 0.1mg/L 수준으로 낮추어 하천과 호수의 부영양화를 막아야 한다.