팔당호 상류지역의 하수종말처리장으로부터 배출되는 총인 최적관리

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 수도권 상수원 상류지역에 위치한 하수종말처리시설에서 방류되는 총인 최적관리를 연구하였다.
하수종말처리시설의 인 기여도 분석을 통한 최적관리는 남한강 수계 섬강 E하수처리장과 달천의 C하수처리장, 북한강 B1･B2하수처리장, A하수처리장, 경안천의 J하수처리장 순으로 오염기여도가 높게 나타났으며 이들 하수종말처리시설부터 우선적으로 총인 배출량 삭감이 요구된다.
수계별 최적관리는 남한강 수계의 섬강유역이 집중관리가 요구되며 달천유역, 남한강 본류, 복하천 유역, 청미천 유역에서 배출되는 하수종말처리시설이 연구대상지역 중 우선적으로 총인 관리 및 배출량 삭감이 요구된다.
단위유역별 최적관리는 북한강수계 한강F(북한강), 조종A, 남한강의 경우에는 섬강B, 달천B, 복하A 순으로 오염기여도가 높다. 경안천은 경안A 경안B, 한강F(경안천)순으로 단위유역별 총인 삭감 및 관리가 요구된다. 특히 북한강 수계의 한강F와 경안천의 경안A는 오염기여도가 높았으며, 집중관리가 요구되는 지역이다.
유역의 최적관리는 연구 대상지역내 총 14개의 권역이 모두 인 처리 적용 대상권역으로 선정되었다. 권역별 점수산출 및 서열화한 결과 한강F, 섬강B, 경안A가 공동 1순위로 선정되었으며, 복하A가 2위, 달천B와 청미A가 3위로 결정되었다.
팔당호로 유입되는 3개 하천 중에서 경안천 유역은 추가적인 시설투자 없이 유지관리비용의 증가만으로 수질개선효과가 매우 크며 적은 비용에 큰 효과를 나타내는 유역으로서 3개 하천 중 가장 우선적으로 하수종말처리시설 수질개선을 고려할 필요가 있다고 판단되며 지류하천 중에서는 섬강, 달천, 복하천, 조종천 등이 수질개선효과가 높이 나타날 것으로 판단된다.
상수원 호소에 유입되는 인의 농도를 저감하여 호소 수질을 향상시키기 위해서는 상수원 수질에 미치는 영향이 큰 지역에 위치하거나 배출부하량이 많은 하수종말처리시설에 대한 권역별 차등기준을 적용하는 조치가 필요하므로 인 기여도가 높은 하수종말처리시설에 대해서 집중적인 관리와 총인 방류수 강화 또는 유역차원의 직접적 규제가 요구된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The phosphorus contribution rate on water quality of North and South-Han River, and Gyungan-cheon by effluents from environmental fundamental facilities located in upstream basin of Paldang Lake were analyzed. QUALKO2 model was selected for the analysis of contrubution rate, and was constructed considering the location of the main point sources and all facilities in study area. The pollutant loading rates and arrival rates for each unit-watershed in study area were calculated for model operation. For the calibration and verification of model, 2006 water quality dataset from Ministry of Environment and the effluent loadings of the environmental fundamental facilities were used. RI(Reliability Index) method was used to estimate the validity of the results of calibration and verification.
The study on the optimal management for phosphorus discharged from environment fundamental facilities located in upstream basin of Paldang Lake, including the analysis of T-P contribution rate by the facilities, the benefit-costs analysis by the strengthening effluent standard, classification of priority area for T-P treatment, and the suggestion of new strengthening plan for effluent standard, was carried out.
The phosphorous contribution rate(%) for each environmental fundamental facility were analyzed by excepting the effluent loading of the facility. The contribution rate was analyzed for each facility, facility groups separated by each main river and each unit-watershed. The main results of analysis for each facility are as follows; (i) the phosphorous contribution of B1 facility is 50%, which is the highest phosphorous contribution rate among those of nine facilities in the North-Han River Basin; (ii) the highest phosphorous contribution is 55.6% from J facility among eight facilities in the Gyungan Stream Basin; (iii) 40% from E treatment facility is the highest among those of twenty eight facilities in the South-Han River Basin.
The analysis results for T-P contribution rate by environmental fundamental facilities for each watershed using QUALKO2 model show that the rates in Sumgang A, Yanghwa A, Dalcheol B, and Hangang D watersheds are higher than others. And, Benefit-costs analysis using the installation and operations costs for additional process and the improved concentration by the operation of process shows that B/C rates are higher in Kyungan B, Jojong A, Bokha A, Kyungan A, and Yanghwa A watershed, and indicates that the prior management of facilities in watersheds with higher B/C rate would be more effective for water quality management.
In the classification of priority area for T-P effluent treatment, four different area including the top priority area Hangang F, Sumgang B, and Gyungan A), the priority area(Bokha A, Dalcheon B, Cheong-mi A), the applicable area(Hangang E, Heukcheon A, Gyungan B, and Jojong A), and the potential area (Sumgang A, Yanghwa A, Dalcheon B, Hangang D), were classified according to watershed's circumstances considered as the estimation factors.
Also, three strategies were suggested to strengthen the T-P effluent standard for the environment fundamental facility: (i) the first strategy considering watershed conditions (i.e., differential application by local conditions) with T-P effluent standards from 0.2 to 0.5 ㎎/ℓ; (ii) the second strategy considering the different phosphorous removal processes for each facility (i.e., differential application by phosphorous removal processes) with T-P effluent standards from 0.2 to 1 ㎎/ℓ; (iii) the third strategy reflecting evaluation results of four priority areas (i.e., differential application by priority areas) with T-P effluent standards from 0.2 to 0.5 ㎎/ℓ.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구필요성 및 목적 1
• 1.2 연구내용 및 범위 4
• Ⅱ. 문헌연구 7
• 2.1 호수에서의 인의 특성 7
• 2.2 수질모델 연구 9
• 2.3 하수종말처리시설별 인 기여도 분석 12
• 2.3.1 수질개선 효과 분석 12
• 2.3.2 연구사례 12
• 2.4 유역의 최적관리 17
• 2.4.1 연구사례 18
• 2.4.2 환경정책 분야 적용사례 20
• 2.4.3 비용-편익분석 21
• 2.5 총인 방류수 최적관리 24
• 2.5.1 방류수 수질기준 연구 24
• 2.5.2 국내·외 방류수 수질기준 관련 정책 26
• Ⅲ. 하수종말처리시설의 최적관리 30
• 3.1 개요 30
• 3.2 연구방법 31
• 3.2.1 수질모델링 31
• 3.2.2 하수종말처리시설별 인 기여도 분석 49
• 3.3 결과 및 고찰 52
• 3.3.1 하수종말처리시설별 인 기여도 분석 52
• 3.3.2 수계본류 및 지류별 인 기여도 분석 63
• 3.3.3 단위유역 그룹별 인 기여도 분석 67
• 3.4 결론 71
• Ⅳ. 유역의 최적관리 73
• 4.1 개요 73
• 4.2 연구방법 75
• 4.2.1 시나리오 선정 75
• 4.2.2 적용권역 선정 78
• 4.2.3 비용-편익 분석 79
• 4.2.4 적용권역 구분 82
• 4.3 결과 및 고찰 84
• 4.3.1 유역구분을 위한 자료 분석 84
• 4.3.2 인 처리 적용권역 선정 94
• 4.4 결론 104
• Ⅴ. 총인 방류수 최적관리 106
• 5.1 개요 106
• 5.2 연구방법 108
• 5.2.1 국내·외 방류수 총인 수질기준 검토 110
• 5.2.2 총인 방류수 강화 타당성 검토 111
• 5.2.3 관련 정책과 비교 및 검토 118
• 5.3 결과 및 고찰 120
• 5.3.1 지역적 차등적용 120
• 5.3.2 공법별 차등적용 121
• 5.3.3 권역(단위유역)별 차등적용 122
• 5.3.4 총인 방류수 강화 124
• 5.4 결론 126
• Ⅵ. 종합결론 128
• Abstract 130
• 참고문헌 133
• 부록 141