오은하.fm

한국환경분석학회지제 18 권 ( 제 1 호 ) 38~48, 2015 J. of the Korean Society for Environmental Analysis 영산강수계 TOC, COD/BOD 특성 오은하 임항선 안길원 이해훈 박종수 양수인 전라남도보건환경연구원 The Characteristics of TOC, COD/BOD on Youngsan River Basin Eun-Ha Oh, Hang-Seon Lim, Gil-Won Ahn, Hae-Hun Lee, Jong-Soo Park, and Su-In Yang Jeollanam-do Institute of Health and Enviroment Received December 8, 2014/Revised December 22, 2014/AcceptedJanuary 22, 2015 The samples was collected once a month for eleven months in the year of 2013 from the different locations of the Youngsan River basin. The organic material BOD and COD/TOC was measured from the six to nine different sites of water samples of lake water, branch stream and main stream of the river, and discharged water from public sewage treatment plants. The purpose of this research was to monitor the changes of those characteristics and distribution ratios. In the lake average COD/TOC was as high as 1.95 ± 0.08, and coefficient of correlation of TOC about COD was also as high as 0.894. This result shows that the environmental standards for TOC are in need of enhancement. In the branch and main stream of the river water average concentration of COD was high and the average of COD/TOC was also high in both the branch stream (2.07 ± 0.08) and the main stream (2.28 ± 0.13). This result shows that a necessary step of management was needed against nondegradable organic materials in the Youngsan River. In the discharged water from public sewage treatment plants the average of COD/TOC was as high as 1.84 ± 0.09, and coefficient of correlation of TOC about COD was also as high as 0.789. Thus, the current COD standard can apply to TOC standard. We can start with the half of the existing COD reference value of discharged water in public sewage treatment plant as TOC reference value, which can be used as an alternative indicator of COD. Key words: TOC, COD, BOD, Coefficient, Correlation, Sewage treatment 1. 서론현재우리나라하천중 하류에는인구및산업시설이과도하게밀집되어있어하천의허용오염부하량을고려하지않는배출허용기준중심의농도규제방식으로는하천의환경기준달성에근본적인한계를가지고있다. 이를극복하기위해과학적바탕위에서수질관리의효율성을제고하고각경제주체들의책임성을강화하여목표수질을달성하기위해수질오염총량관리제를도입하였다. 1) 수질오염총량관리제는 1차오염총량관리계획 ( 04~ 10년 ) 에 BOD를관리하고 2차오염총량관리계획 ( 11~ 15년 ) 에낙동강, 영산강, 섬진강, 금강을대상으로 BOD 항목외에총인항목을추가하여배출원 에오염배출총량을할당함으로공공수역수질보전을위한핵심적인유역관리제도이다. 1) 이와같이우리나라수질관리정책은최근까지 BOD 와 COD를유기물질에대한수질환경지표로사용하고있었으나 BOD, COD 위주의유기물질관리는유기물질의성상에따라산화율의차이가많아유기물의총량을제대로반영할수없고유기물질관리및정책에한계가있다. 2) 따라서장기적인측면에서다양한오염원의유입과난분해성오염원의증가에따른유기물총량이나특성을제대로관리할수있는지표의전환이필요하게되었고환경부에서는 TOC(Total Organic Carbon : 총유기탄소량 ) 를 2013년 1월 1일부터하천과호소생활환경기준에도입하였다. 3) To whom correspondence should be addressed. Tel: 82-61-240-5295, Fax: 82-61-240-5300, E-mail: coffee5@korea.kr

영산강수계 TOC, COD/BOD 특성 39 TOC는시료내유기물함량을나타내는지표로시료내에함유된절대유기탄소양을측정함으로서기존의 COD, BOD 등의측정에서흔히발생할수있는측정오차를줄일수있다. 뿐만아니라소량의시료로간편하면서도정확하게측정할수있고염소소독부산물과같은미량유해화합물질, 난분해성유기물측정이가능하며측정시간이짧다는장점이있다. 4) 2000년부터독일은수질기준에 TOC를사용하고있으며, 스위스는지표수수질기준에 DOC(Dissolved Organic Carbon : 용존유기탄소량 ) 를적용해오고있다. 5) 그러나국내에서는 TOC에관한연구가미흡하여효율적인수질관리를위해서는이에대한지속적인연구와자료축적이필요하다. 특히과거에비해 BOD는감소하고있는반면 COD는계속증가하고있는추세에있어난분해성유기물에중점을둔 TOC에대한집중적인연구가필요하다. 6) 또한현행법상하천과호소의유기물질평가항목이 2015년이후 COD에서 TOC 로전환됨에따라기존의자료활용을위해서 BOD, COD에대한 TOC의상호관계에대한정량화작업이필요하다. 3) 이에본연구에서는오염총량관리대상물질인 BOD 의한계를고찰하고 TOC의적용가능성을검토하기위하여호소수, 공공하수처리시설방류수, 하천수등시료의성상에따른유기물질분포특성과유기물오염도지표항목간의산화율비교및상관성을조사하였다. 또한, 향후공공하수처리시설방류수에대한 TOC 기준을제시하기위한방법의적합성을확인하고실질적검증을통한과학적근거를뒷받침하며영산강수질개선및수질관리정책에필요한자료를제공코자하였다. 상류에위치하고규모가큰장성호, 담양호, 광주호, 나주호, 대동호 7개소를선정하였다. 공공하수처리시설방류수는영산강수계로유입되는장성군, 담양군, 화순군, 나주시, 광주시제1처리장, 영암군, 함평군, 무안군공공하수처리시설방류수를선정하였다. 그리고하천수는영산강상류오염물질유입에따른변화추세파악을위해영산강의본류 6개지점과주요지천황룡강 2개, 지석천 2개, 화순천 1개, 고막원천 2개, 함평천 2개등 9개지점을선정하였다. 조사지점은 Table 1과 Fig. 1에나타내었다. 2.2. 조사시기및분석방법시료채취는 2013년 1월부터 12월까지 11회실시하였으며, 시료의분석과보존방법은수질오염공정시험기준 8) 에따라 BOD의경우 4 o C 보관가능한즉시실험하였으며 COD, TOC의경우 4 o C 보관최대 7일이내로실험하였다. BOD는물속의용존산소를 YSI-5100 장비를이용하여전극법으로측정하였고 COD는알칼리성과망간산칼륨법에따랐다. TOC는시료에포함된부유물질성분에의한오차를줄이기위해균질화시킨후분석하였으며, 분석장비는 TOC analyzer(shimadzu TOC-V CPH, Japan) 를사용하였다. TOC analyzer는크게자동채수부, 본체, 데이터처리장치로구성되어있다. 4) 정량방법 2. 재료및방법 2.1. 조사대상영산강은유역면적 3,371 km 2 이고본류의유로연장은 136 km 2 이며영산강은광주천, 황룡강, 지석천, 고막원천, 함평천등의지류와합류하여흐른다. 하상계수가 682로서한강 393, 낙동강 375, 금강 300에비하여하천유량이불안정함을알수있다. 6,7) 본조사는영산강수계에위치한호소수, 공공하수처리시설방류수, 하천수를대상으로하였으며조사대상호소수는오염물질의유입량이적거나거의없는광주광역시상수원으로사용하는주암호, 동복호와영산강의 Fig. 1. Sampling sites of the Youngsan River basin (L1~ L7: Lake samples, R1~R15: Stream water samples, S1~S8: sewage treatment plant samples).

40 오은하 임항선 안길원 이해훈 박종수 양수인 Table 1. The current situation of sampling sites No. Samples Sampling sites Reference L-1 Juam Deoknam purification plant/gauging well L-2 Dongbok Yongyeon purification plant/gauging well L-3 Jangseong Jangseong-up Bongdeok-ri L-4 Damyang Yong-myeon Wolgye-ri Lakes L-5 Gwangju Goseo-myeon Bunhyang-ri L-6 Naju Naju-si Dado-myeon Panchon-ri L-7 Daedong Daedong-myeon Seoho-ri S-2 Jangseong Hawangnyong-myeon Gangbyeon-ro 377 S-3 Gwangju 1st Seo-gu Chipyeong-dong 753-1 S-4 Hampyung Eomda-myeon Hakya-ri 322-1 Public sewage S-5 Naju Naju-si Gaya-gil 55 treatment plants S-6 Hwasun Dogok-myeon Jukcheonng-ri 104 S-7 Muan Muan-up Yeongsan-ro 3061-60 S-8 Yeongam Yeongam-up Wolchul-ro 255 R-1 Jiseok-cheon 1 Neungju-myeon Namjeong-ri R-2 Jiseok-cheon 2 Nampyeong-up Suwol-ri R-3 Hwasun-cheon Dogok-myeon Jukcheonng-ri R-4 Hwangnyong river 1 Gangsung-up Yeongcheon-ri R-5 Hwangnyong river 2 Hawangnyong-myeon Jangsan-ri R-6 Gomakwon-cheon 1 Nasan-myeon Imun-ri R-7 Gomakwon-cheon 2 Hakgyo-myeon Gomak-ri R-8 Hampyeong-cheon 1 Hakgyo-myeon Gigak-ri R-9 Hampyeong-cheon 2 Hakgyo-myeon Umda-ri R-10 Uchi Buk-gu Yeongjeon-dong R-11 Gwangju 2-1 Seo-gu Maryeuk-dong R-12 Gwangsan Noan-myeon Haksan-ri R-13 Yeongsanpo Dasi-myeon Gujinpo-ro R-14 Donggang Hakgyo-myeon Gokchang-ri R-15 Mongtan Mongtan-myeon Myeongsan-ri Stream waters (branch) Stream waters (main) 은비정화성유기탄소 (NPOC=TOC) 검량방법과가감 (TOC=TC-IC) 검량방법으로구분할수있으며 NPOC 방법을사용하여정량하였다. 9,10) 시료는 2N HCl을첨가하여 ph 2 이하로하여 (5~7) 분동안 Air-Zero 가스로정화 (purging) 하여무기성탄소를제거한후 680 o C 의백금촉매가내장된고온반응기에서연소시켜시료중의탄소를이산화탄소로산화하여비분산적회선분광분석법 (NDIR, non-dispersive infrared) 을이용한검출기에서미리작성한검정곡선을사용하여분석하였다. 3. 결과및고찰 3.1. 유기물질분포특성영산강수계상류에위치한 7개호소수에대한유기물질분포에대한결과를 Table 2에나타내었다. 호소수의평균 BOD는 1.46 mg/l(0.61~2.73 mg/l), COD는 3.85 mg/l(2.47~6.30 mg/l), TOC는 1.97 mg/l(1.38~ 2.94 mg/l) 이었다. 대동호에서평균 COD와 TOC는각각 6.30 mg/l, TOC 2.94 mg/l로가장높았고, 주암호와담양호에서 TOC는각각 1.38 mg/l, 1.51 mg/l로낮은농도값을보였다. 공공하수처리시설방류수의유기물분포특성은 Table 3에나타냈다. 공공하수처리시설방류수의평균 BOD는 1.63 mg/l(0.62~4.63 mg/l), COD는 6.59 mg/l(3.65~ 8.04 mg/l), TOC는 3.70 mg/l(1.89~5.10 mg/l) 이었다. 평균 BOD는담양이 0.62 mg/l로가장낮았고, 영암의평균 COD와 TOC 농도가각각 3.65 mg/l, 1.89 mg/ L로가장낮았다. 공공하수처리시설방류수 TOC 농도에대한평가를하기위해평균의표준편차를구하고 95% 신뢰수준에서 n=11을이용하여평균에대한범위를구하여 11-13) TOC 평균농도범위를기준으로 8개공공하수처리시설

영산강수계 TOC, COD/BOD 특성 41 Table 2. Distribution of organic matter items in lake water sampling sites Lake Juam Dongbok Jangseong Damyang Gwangju Naju Daedong Items max. 0.90 1.98 2.48 1.90 1.87 2.30 3.65 BOD min. 0.28 0.40 1.00 0.60 0.70 1.08 1.85 (mgo 2 /L) avg. 0.61 1.15 1.56 1.20 1.27 1.69 2.73 COD (mgo 2 /L) TOC (mgc/l) max. 3.10 3.42 6.63 4.20 5.15 8.73 8.63 min. 1.80 2.40 2.64 1.74 2.82 3.40 4.28 avg. 2.47 2.84 3.85 2.88 3.79 4.80 6.30 max. 1.55 1.81 2.25 1.90 2.42 3.83 4.00 min. 1.14 1.35 1.45 1.02 1.54 2.00 2.00 avg. 1.38 1.58 1.86 1.51 1.95 2.36 2.94 Table 3. Distribution of organic matter items in sewage treatment plant sampling sites Sampling sites BOD(mgO 2 /L) COD(mgO 2 /L) TOC(mgC/L) max. min. avg. max. min. avg. max. min. avg. Damyang 1.27 0.33 0.62 8.01 5.20 6.39 4.41 3.49 3.90±0.20 Jangseong 2.99 0.46 1.19 8.50 3.36 5.53 3.90 2.41 2.79±0.33 Gwangju 1st 2.74 0.88 1.70 9.93 4.80 7.63 5.06 3.27 3.96±0.40 Hampyeong 2.52 0.47 1.20 9.80 5.10 8.04 7.20 3.30 5.10±0.90 Naju 1.90 0.27 0.97 9.50 6.55 7.96 6.42 4.14 4.97±0.50 Hwasun 9.36 1.81 4.63 11.07 4.50 7.44 4.20 2.46 3.26±0.35 Muan 6.00 0.41 1.83 9.80 4.16 6.09 8.00 2.22 3.73±1.30 Yeongam 1.40 0.45 0.87 6.93 2.44 3.65 2.26 1.46 1.89±0.17 Muan* - - - - - - 4.00 2.22 2.89±0.41 Muan*: 95% 신뢰수준, n=9에서측정된값 ( 높은농도의 1, 3월측정값제외 ) 을구분해본결과담양은 3.7~4.1 mg/l의평균범위를보여 a로표기하였고담양보다낮은농도범위 (2.46 ~3.6 mg/l) 를보인장성, 화순은 b로구분하였다. 함평, 나주는 4.2~6.0 mg/l의가장높은값의범위를가진 c로, 가장낮은농도범위 (1.72~2.06 mg/l) 인영암은 d 로표기했다. 광주제1처리장의평균농도범위는 3.56 ~4.36 mg/l으로 a와 c에속하므로 ac로하고, 무안은 2.43~5.03 mg/l의평균범위로변화폭이가장큰 abc 로구분할수있었다. 이러한방법으로공공하수처리시설방류수의 TOC 평균농도범위를적용함으로써처리시설의방류수의연중농도에대한변화폭을알수있고운영상태를가늠해볼수있었다 (Fig. 2). TOC 평균의범위에따른운영상태는높은농도순으로 c>a>b>d로구분할수있는데, c에속한함평은 Fig. 2. Concentrations of TOC in sewage treatment plant sampling sites.

42 오은하 임항선 안길원 이해훈 박종수 양수인 Table 4. Distribution of organic matter Items in stream water sampling sites Branch stream Main stream Sampling sites BOD (mgo 2 /L) COD (mgo 2 /L) TOC (mgc/l) max. min. avg. max. min. avg. max. min. avg. Jiseok-cheon 1 3.26 0.41 1.52 4.98 1.80 2.99 2.82 1.17 1.76 Jiseok-cheon 2 4.95 0.44 2.12 7.09 1.96 3.59 3.72 1.11 2.01 Hwasun-cheon 9.39 0.89 2.43 13.18 2.28 3.91 4.28 0.67 1.82 Hwangnyong river 1 2.54 0.39 1.20 4.72 1.64 2.78 2.20 0.39 1.49 Hwangnyong river 2 2.61 0.37 1.21 5.05 2.00 3.07 2.55 0.57 1.63 Gomakwon-cheon 1 3.31 1.14 1.99 6.71 2.82 4.36 3.91 1.10 2.29 Gomakwon-cheon 2 4.99 1.04 2.96 8.13 3.36 5.31 3.66 0.95 2.39 Hampyeong-cheon 1 3.30 0.40 1.75 6.05 2.28 3.81 2.87 1.59 2.03 Hampyeong-cheon 2 10.08 1.70 4.76 8.09 4.10 6.46 3.66 1.68 2.77 Uchi 4.59 0.61 2.42 6.91 3.38 5.27 4.60 1.00 2.72 Gwangju 2-1 15.99 3.57 7.15 11.33 6.29 7.95 4.59 2.48 3.38 Gwangsan 9.60 1.12 4.51 10.21 3.16 6.59 4.02 1.74 2.98 Yeongsanpo 6.66 1.54 4.03 9.13 4.32 6.66 3.91 2.12 2.87 Donggang 5.22 1.00 3.61 8.45 4.00 6.38 3.61 2.12 2.79 Mongtan 6.52 1.00 3.36 8.31 4.06 6.33 3.64 2.27 2.80 다른하수처리장의방류수보다높은농도이며변화폭도큰것으로나타났다. 무안의경우는 1월과 3월의높은이상자료를포함시변화폭이가장컸는데, 이를제외하면 b에속하게되므로겨울철에는공공하수처리시설관리에관심이필요하다. 영암에서 TOC 평균의범위가가장낮았는데분뇨와축산폐수가유입되고있는다른처리시설과달리일반하수와생활하수를처리함에따라원수의유입농도가낮은영향으로사료된다. 영산강수계지류와본류에대한유기물질분포에대한결과를 Table 4에나타내었다. 영산강수계에유입되는하천지류의평균 BOD는 2.22 mg/l(1.20~5.10 mg/ L), COD는 4.03 mg/l(2.78~6.29 mg/l), TOC는 2.02 mg/l(1.49~2.77 mg/l) 이었다. 전체적으로황룡강의농도가낮고함평천하류지점 ( 함평천 2지점 ) 의농도가높은경향을보였다. 함평천의경우함평천상류에서함평읍정수장의상수원수로취수되고함평읍을경유하는동안공원조성등에필요한생활용수로이용됨으로인하여하류에서충분한수량과농도유지가어려웠던것으로생각된다. 14) 영산강본류의평균 BOD는 4.18 mg/l(2.42~7.15 mg/l), COD는 6.63 mg/l(3.16~6.46 mg/l), TOC는 2.92 mg/l(2.72~3.38 mg/l) 이었다. 영산강본류의유기물질농도는오염원의영향을비교적받지않는호소수또는영산강지류하천에비해높았다. 특히본류 Gwangju 2-1 지점의평균 BOD가가장높았는데이는영산강본류의유기물질이광주제1공공하수처리시설 (Gwangju 1st) 에의한영향과함께광주시내를경 유하면서유입되는비점오염원등으로부터의유기물질배출량이많다는것을예측할수있고이것이영산강수계유기물질오염부하량을증가시키고있는큰요인으로여겨진다. 3.2. 시료성상에따른유기물지표간비교유기물오염지표인 BOD, COD를탄소농도로환산하여유기물산화율과시료성상에따른유기물지표간농도율을 Table 5에나타내었다. BOD와 COD의산화율을계산하기위하여유기물의산소요구량을탄소량으로치환하였다. 15) BOD와 COD는유기물이소모되는산소의양을측정하는것으로측정결과도출된산소의양은화학양론비 (C/O 2 = 12/32) 를이용하여곱하고일반적으로유기물산화시소비되는산소 (O 2 ) 와산화되는탄소 (C) 의몰비로나누어탄소의양으로환산하였으며이를 BOD- C, COD-C로표시하였다. 15,16) 호소수에대한유기물지표간비율을 t-분포표 12,13) 를이용하여 95% 신뢰구간 (n=77) 에서비교한결과 BOD/ TOC는 0.74±0.06, COD/TOC는 1.95±0.08, COD/ BOD는 3.14±0.37이었다. 다른수계에속한소양호의 COD/TOC 는 0.64±0.12, 춘천호 2.18±1.22, 의암호 2.18±1.05, 청평호 2.38±1.13, 대청호는 1.40±0.54의분포로지점별편차가커수계별 COD, TOC의연구가필요한것으로나타났다. 16) 호소수의 BOD-C/TOC(%) 는 25.6% 로나타나소양호, 청평호등다른지역호소 (6.9~24.5%) 에비해약간

영산강수계 TOC, COD/BOD 특성 43 Table 5. Ratio of BOD/TOC, COD/TOC, COD/BOD in different samples Items BOD-C/TOC COD-C/TOC BOD/TOC COD/TOC COD/BOD Samples (%) (%) Lake waters 0.74 ± 0.06 1.95 ± 0.08 3.14 ± 0.37 25.6 67.6 Sewage treatment Plants 0.48 ± 0.10 1.84 ± 0.09 6.96 ± 1.05 15.0 60.7 Youngsan river (branch) 1.13 ± 0.12 2.07 ± 0.08 2.68 ± 0.40 37.6 68.3 Youngsan river (main) 1.41 ± 0.17 2.28 ± 0.13 2.10 ± 0.34 48.7 76.1 높게나타났다. COD-C/TOC(%) 는 67.6% 로나타났는데이는다른연구자료에서분석한소양호 (24.1%), 춘천호 (81.8%), 청평호 (89.3%) 와비교하여낮거나높아호소에따라 COD 분해율에차이가있음을알수있었다. 5,16,17) 공공하수처리시설방류수의유기물지표간비율을비교한결과 BOD/TOC는 0.48±0.10, COD/TOC는 1.84 ±0.09, COD/BOD는 6.96±1.05(95% 신뢰수준, n=88) 이었다. 이러한결과는공공하수처리시설방류수가생물학적안정화과정을거쳐방류되기때문에생분해성유기물의양이적어 18) BOD/TOC가낮게나타났고, COD/BOD는 6.96로매우높았다. 공공하수처리시설방류수의 BOD-C/TOC(%) 는 15.0% 로낮았는데이는하수처리시설방류수가생분해성유기물질의양이상대적으로적기때문이고 COD-C/TOC(%) 는 60.7% 로나타났다. 이와같이공공하수처리시설방류수의 COD/ TOC = 1.84±0.09로매우안정적인수치를보였고 COD와 TOC간의상관성을비교하여유의적인상관성을보인다면현재하수처리시설방류수의유기물지표인 COD를 TOC 항목으로대체할수있을것이라판단된다. 영산강수계지류의 BOD/TOC 는 1.13±0.12, COD/ TOC는 2.07±0.08, COD/BOD 는 2.68±0.40(95% 신뢰구간, n=99) 이었고, 영산강의수계본류의 BOD/TOC 는 1.41±0.17, COD/TOC는 2.28±0.13, COD/BOD는 2.10±0.34(95% 신뢰구간, n=66) 이었다. 지류와본류의 BOD-C/TOC(%) 는각각 37.6%, 48.7% 로한강 10.8%, 낙동강 22.2%, 금강 29.4% 에비하여높은수준으로다른수계에비해부영양화상태인것으로나타났는데김, 성등의기존연구와일치한다. 16,17) 영산강지류와본류의 COD-C/TOC(%) 도각각 68.3%, 76.1% 로한강수계 46.7%, 낙동강수계 40.6%, 금강수계 46.0% 와비교하여높은수치를보였으나다른수계의자료가하천의지류와본류를구분하지않아비교의어려움이있었다. 5,16,17) 이와같이영산강수계가다른수계에비하여 TOC에대한 BOD, COD의비가 높은이유는부영양화와관련이있는것으로생각되는데부영양수역에서는식물성플랑크톤의유기물이큰비중을차지하기때문이다. 영산강은설치된여러개의보로인하여갈수기에는유속이느려져식물성플랑크톤이번성할수있는물리적조건을가지고있고, 인의농도가높아서일사량만충분하면조류의번성에최적인조건을가지고있다. 수중생태계의유기물의기원은육상식물기원과수중조류기원의두가지로나눌수있는데육상기원의유기물은대부분오랜시간미생물의분해를거치고남은난분해성유기물이며, 식물성플랑크톤세포는생분해성이높은유기물이다. 따라서부영양화할수록 BOD/TOC의비가커질것으로예상할수있다. 5,16,17) 또한하천수의오염물질거동에영향을주는강수량에따른계절적특성을고려하여강우기와비강우기에대한 TOC에대한 COD를비교한결과영산강지류의경우강우기 (6~9월 ) 의 COD/TOC = 1.94, 비강우기의 COD/TOC=2.19로강우기의비율이약간낮았다. 영산강본류의강우기 COD/TOC = 2.22, 비강우기는 2.38로지류와마찬가지로강우기의비율이낮았다. TOC에대한 BOD는지류의경우강우기 (6~9월) 의 BOD/TOC = 0.76, 비강우기는 1.34로영산강본류의강우기 BOD/TOC = 1.23, 비강우기는 1.52로강우기의비율이낮았다. 2005년 6월부터 9월까지강우기동지점의 TOC에대한 BOD, COD의상관비는 0.76, 1.60 이고강우기전 BOD/TOC = 1.26, COD/TOC = 2.06, 강우기후에는 0.99, 2.07로각각나타나본연구결과와유사한경향을보였다. 14) 이러한결과로하천의유기물오염도지표평가는강우기와비강우기를구분한계절적특성과본류와지류의지역적특성을고려한연구가필요함을알수있었다. 3.3. 시료성상에따른유기물지표간상관관계호소수, 공공하수처리시설방류수, 하천수에서측정된유기물지표간상관관계는엑셀을이용하여분석하였으며회귀공식을구하여다른변수의값을예측해보

44 오은하 임항선 안길원 이해훈 박종수 양수인 Table 6. Results of regression among BOD, COD and TOC in different samples Samples Items (y : x) Eq. of regression R n p Lake waters BOD : TOC y=0.5960x + 1.0710 0.741 77 < 0.01 COD : TOC y=0.3406x + 0.6303 0.894 77 < 0.01 Sewage treatment plants BOD : TOC y=0.0238x + 3.6605 0.029 88 - COD : TOC y=0.5297x + 0.2094 0.798 88 < 0.01 Youngsan river (branch) BOD : TOC y=0.2283x + 1.5040 0.541 99 < 0.01 COD : TOC y=0.3406x + 0.6370 0.840 99 < 0.01 Youngsan river (main) BOD : TOC y=0.1130x + 2.4514 0.465 66 < 0.01 COD : TOC y=0.2069x + 1.5727 0.534 66 < 0.01 았다 (Table 6). Correl 함수상관계수값은 1에가까울수록강한양의상관성이있으며, -1에가까울수록강한음의상관성을가지며 0에가까울수록상관성이없다. 호소수의유기물지표간상관관계를살펴보면 COD 에대한 TOC 상관계수는 0.894(n=77) 로강한상관관계를보여주었으며, BOD에대한 TOC 상관계수도 0.741로나타나매우유의한상관성을보였다 (Fig. 3). 공공하수처리시설방류수의유기물지표간상관관계를살펴보면 BOD에대한 TOC 상관계수는 0.029(n= 88) 로상관성이없는것으로나타났으나, COD에대한 TOC 상관계수는 0.798로강한상관관계를보이며유의적인것으로나타났다 (Fig. 4). 이는공공하수처리시설방류수의유기물지표에대한평가시 TOC에대한 BOD 상관관계가매우낮지만 TOC는현재 COD를대체할수있음을나타낸다. Fig. 3. Regression analysis TOC, COD and BOD in lake samples. Fig. 4. Regression analysis TOC, COD and BOD in sewage treatment plant samples.

영산강수계 TOC, COD/BOD 특성 45 Fig. 5. Regression analysis TOC, COD and BOD in Youngsan river (branch). Fig. 6. Regression analysis TOC, COD and BOD in Youngsan river (main). 유기물오염이상대적으로낮은영산강지류하천수에대한유기물지표간상관관계를살펴보면 BOD에대한 TOC 상관계수는 0.541, COD에대한 TOC의상관계수는 0.840(n=99) 로 COD에대한 TOC의상관성이매우높았다 (Fig. 5). 이는부산지역하천의 TOC와 COD, BOD의상관관계가 0.900, 0.588로나타난연구결과와유사성을보였다. 또한 2008년금강수계에대한분석결과는 TOC와 COD, BOD의관계가각각 0.921, 0.839로보고되었으며, 2007~2010년오염총량측정자료결과 TOC와 COD, BOD의상관관계는 0.92, 0.83을보이는등기존연구 18-20) 를통한여러수계자료를종합하여볼때 TOC가 COD, BOD와유의적인상관성을보임을알수있었다. 영산강본류하천수에대한유기물지표간상관관계를살펴보면 BOD에대한 TOC 상관계수는 0.465, COD에대한 TOC의상관계수는 0.534(n=99) 로 COD 에대한 TOC의상관성이지류에비해서낮았다 (Fig. 6). 이와같이영산강본류의유기물지표간상관관계는 호소수, 공공하수처리시설방류수와다른경향을보였는데영산강본류는풍부한질소와인농도로인하여일차생산이활발히일어나부영양화된수역이다. 21,22) 이로인하여상대적으로빈영양수역인호소수와비교하여유기물지표간상관관계가낮게나타난것으로생각된다. 또한 TOC는용존유기탄소 (DOC) 와입자성유기탄소 (POC) 로구성되어있는데수계내에서 POC는생물학적으로분해가용이하고대부분침강되어제거되기때문에 DOC가더중요한환경적인의미를갖는다. 즉, DOC는 POC보다이용성이떨어지기는하지만박테리아에흡수되어상위먹이연쇄로에너지를공급한다. 일반적으로하천이나호소에서 POC는총유기탄소의 10~ 17% 에불과한것으로알려져있으며대부분 DOC의형태로존재하며 DOC가높은호소를상수원으로사용하여수돗물을정수처리후염소소독과정을거쳐발암물질인총트리할로메탄 (THMs) 를생성함으로수질관리에있어더중요한의미를갖는다. 23-25) 영산강본류에서 BOD, COD에대한 TOC의상관계수가낮은것은

46 오은하 임항선 안길원 이해훈 박종수 양수인 DOC량과 POC량의농도비율에의한것으로생각되며, 영산강수계가외부로부터관리되지않고있는유수지, 농배수로등비점오염원에의한난분해성유기물과강우기에유입되는토사등이지속적으로유입되고있는결과로보이므로향후영산강수계의난분해성유기물에대한수질관리가필요할것으로생각된다. 26-28) 3.4. 유기물평가항목기준및방류수에대한적용가능성제시환경정책기본법의환경기준 (2012. 11월개정 ) 은유기물질평가항목으로기존의 BOD, COD항목외에 TOC 항목을생활환경기준에새롭게추가하였다. 3) 호소의경우등급까지는 COD/TOC는 1.0의기준을적용하였고등급이상은 1.25~1.33을적용하였다. 그러나영산강상류호소의경우 COD/TOC는 1.95± 0.08로나타나상당부분유기물질농도가저평가되어난분해성유기물질에대한대책이필요할것으로생각된다. 연구결과를기초로할때호소수의경우현재제시된 TOC의환경기준을 Ia등급은현재의기준인 2 mg/l에서 1mg/L 이하, Ib등급은 2mg/L 이하, II등급은 3mg/L 이하, III등급은 4mg/L 이하로강화하여관리할필요가있다 (Table 7). 하천수의 TOC 기준을살펴보면 Ia등급은 COD와 TOC가 2mg/L 이하이고 Ib, II, III등급은각각 3mg/ L, 4mg/L, 5mg/L 이하로 COD/TOC는 1.0~1.4을적용하였다. 그러나영산강지류와본류하천수의 COD/TOC도호소의경우보다높은각각 2.07±0.08, 2.28±0.13로나타나하천수의유기물질농도가저평가되어난분해성유기물질에대한대책이필요할것으로생각되나, 하천수에대한조사대상이영산강수계지천과본류에한정하여조사했으므로향후다른수계에대한 BOD, COD, TOC 항목에대한지속적인조사가필요하며수계별수질특성을반영한유기물질지표의적용이필요 할것으로생각된다. 공공하수처리시설방류수에대한 TOC 기준의적용가능성을제시하고수질관리정책에필요한기초자료확보를위해방류수의 TOC 항목과다른유기물평가항목지표간산화율과상관성을분석한결과공공하수처리시설방류수에서 BOD-C/TOC가 15.0% 에그치고있어공공하수처리시설방류수의 BOD 기준의실용성은매우낮은것으로조사되었다. 이는하수처리장방류수가생물학적처리과정을거침으로생분해성유기물질의양이감소되어지기때문으로생각된다. 그러나 COD-C/ TOC가 60.7% 에이르고 COD와 TOC 항목간의상관계수가 0.798로높아공공하수처리시설방류수에대한 TOC 적용가능성을보여주었다. 우리나라의수질오염공정시험기준은사회적, 법적구속력을갖고있기때문에새로운수질항목이채택되기위해서는실험방법의적합성과실질적검증을통한과학적근거가뒷받침되어야한다. 현재적용되고있는방류수의수질오염공정시험기준은일일하수처리용량 50 이상공공하수처리시설방류수의수질기준의경우 BOD 10 mg/l 이하, COD 40 mg/l 이하이다. 8) 공공하수처리시설방류수에대한실험결과 COD/TOC 비율은 1.84 ±0.09로나타났고, COD와 TOC의상관계수는 0.798 로높은상관성을보였으므로, 향후공공하수처리시설방류수에대한 TOC 기준을 20 mg/l으로적용할수있을것이다. 4. 결론영산강수계에위치한호소수, 공공하수처리시설방류수, 하천수를대상으로하여유기물질지표항목인 BOD, COD, TOC에대한변화특성과분포비율특성을파악한결과는다음과같이요약할수있다. 1. 오염원의영향을거의받지않는영산강수계상류 7개호소수의평균 BOD, COD, TOC농도는각각 Table 7. The Grade of organic matter Items in stream water, lake water (Unit: mg/l) Grade Lake water Stream water COD TOC Recomanded TOC BOD COD TOC Exellent Ia 2 2 1 1 2 2 Good Ib 3 3 2 2 4 3 Goodish II 4 4 3 3 5 4 Ordinary III 5 5 4 5 7 5 Baddish IV 8 6 6 8 9 6 Bad V 10 8 8 10 11 8 Very bad VI 10 8 8 10 11 8

영산강수계 TOC, COD/BOD 특성 47 1.46 mg/l, 3.85 mg/l, 1.97 mg/l이었고, 95% 신뢰수준 (n=77) 에서 BOD/TOC는 0.74±0.06, COD/TOC는 1.95±0.08, COD/BOD는 3.14±0.37로나타났다. 2. 영산강수계로방류되는공공하수처리시설방류수의평균 BOD, COD, TOC 농도는각각 1.63 mg/l, 6.59 mg/l, 3.70 mg/l이었고, 95% 신뢰수준 (n=88) 에서 BOD/TOC는 0.48±0.10, COD/TOC는 1.84±0.09, COD/BOD는 6.96±1.05로나타났다. 이는공공하수처리시설방류수가생물학적안정화과정을거침에따른결과로여겨지며유기물에대한지표로 TOC 항목의적용가능성이높음을보여준다. 3. 영산강지류하천수의평균 BOD, COD, TOC는각각 2.22 mg/l, 4.03 mg/l, 2.02 mg/l 이었고, 95% 신뢰수준 (n=99) 에서 BOD/TOC 는 1.13±0.12, COD/TOC 는 2.07±0.08, COD/BOD는 2.68±0.40으로나타났다. 4. 영산강본류하천수의평균 BOD, COD, TOC는각각 4.18 mg/l, 6.53 mg/l, 2.92 mg/l 이었고, 95% 신뢰수준 (n=66) 에서 BOD/TOC 는 1.41±0.17, COD/TOC 는 2.28±0.13, COD/BOD는 2.10±0.34로나타났다. 영산강의지류와본류에서 BOD, COD/TOC 비율이 1.41, 2.28로높게나타난것은영산강수계가부영양화된수역의특성을띠고있으며, 일차생산에의한식물성플랑크톤의유기물이큰비중을차지하기때문인것으로보인다. 5. 호소수의 TOC에대한 COD 항목간상관관계는 0.894로강한상관성을보였으므로호소의경우 COD/ TOC=1.95 비율로정량화가가능한것을나타났다. 그러므로호소수의경우현재제시된 TOC에대한환경기준을 Ia등급은 2mg/L에서 1mg/L 이하, Ib등급은 2 mg/l 이하, II등급을 3mg/L 이하, III등급은 4mg/L 이하로강화하여관리할필요가있다. 6. 공공하수처리시설방류수에 COD/TOC는 1.84± 0.09이었고, COD에대한 TOC의상관계수는 0.798로높은상관성을보여일일하수처리용량 50 m 3 이상공공하수처리시설방류수에대한 COD 기준 40 mg/l에서 TOC 20 mg/l로대체적용할수있을것이다. 감사의글이연구는국립환경과학원 환경분야시험 검사의국제적적합성기반구축 사업에따른국고보조금이일부지원되어이루어졌으며이에감사드립니다. 참고문헌 1. 국립환경과학원물환경정보시스템, http://water.nier.go. kr, 2014년 1월. 2. 환경부, 정책결정자를위한수질관련기준비교분석, 2000, 1-185. 3. 환경정책기본법시행령제2조환경기준별표, 시행 2013.1.1., 대통령령제24203호, 2012.11.27., 일부개정. 4. 김창수, 임병진, 이재관, 이준배, 최광수, 김재령, 이재윤, 담수중의총유기탄소분석법연구, 국립환경과학원보, 2005, 27, 55-64. 5. 김재구, 신명선, 장창원, 정성민, 김범철, 한강수계주요하천과호수내 TOC와 DOC분포및 BOD와 COD의산화율비교, Journal of Korea Society on Water Quality, 2007, 23, 72-80. 6. 서희정, 강영주, 민경우, 이경석, 서광엽, 김승호, 백계진, 김성준, 하천수와하수처리장방류수의유기물분표및분해특성, Analytical Science & Technology, 2009, 23, 36-44. 7. 국립환경과학원영산강물환경연구소, 영산강수계지류 지천수질모니터링 2년차보고서, 2012. 3-139. 8. 환경부, 수질오염공정시험기준, 2011. 9. Shimadzu, Total organic carbon analyzer user manual, 2000, 1-20. 10. 이윤진, 윤재섭, 박준석, 남상호, 자연수및먹는물중의생물학적분해가능한용존유기탄소의측정방법개선에관한연구, 대한위생화학지, 2001, 16, 35-41. 11. ISO, Guide to the Expression of Uncertainty in Measurements, 1993, 1-105. 12. NGGIP, 2006 Guidelines for National GHG Inverntories, 2006, 2, 1-29. 13. NIST, Guidelines for Evaluating and Expressing the Uncertainty of NIST Measurement Results, NIST Technical Note, 1993, 1297. 14. 박혜영, 이중기, 하훈, 이호범, 김양기, 박찬오, 박송인, TOC를이용한유기물질의상관성연구, 전라남도보건환경연구원보, 2006, 17, 88-100. 15. 류동경, 배상득, 장재용, 박제철, 류재근, 낙동강수수질오염총량관리대상물질에관한연구 - TOC 유기물중심으로, 한국물환경학회 대한상하수도학회공동춘계학술발표회논문집, 2006, 1181-1188. 16. 김범철, 정성민, 장창원, 김재구, 호수와하천에서유기물오염도의지표로서 BOD, COD와 TOC의비교및분해율산정, 대한환경공학회지, 2007, 29, 640-643. 17. 성진욱, 김형진, 박제철, 합천호의 TOC 분포특성, 한국환경과학회지, 2011, 20, 711-719. 18. 최성화, 김경선등, 부산지역하천의총유기탄소와유기물오염지표와의상관관계에관한연구, 부산시보건환경연구원보, 2013, 23, 124-133.

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