인간과 환경 수자원 및 수질오염

물의 특성 및 중요성 생명현상에 필수적 : 체중의 65%, 20% 손실시 사망 용매 : 물질의 용해, 이동 투과성 : 수중 생태계 생산(광합성) 4C에서 밀도 최대 : 수표면의 얼음 생성, 수온 유지 열용량이 큼 , 기화열과 융해열이 큼 : 기화열(539cal/g), 융해열(80cal/g) , 온도조절

물과 인간 물이 없이 수명을 유지할 수 있는 기간 : 약 1주일(4~9일) 정도

물의 순환

지구상의 수자원 분포

지구상의 수자원 분포 면적 수자원량 담수의 구성

세계 주요국가의 강수량 우리나라 연평균 강수량은 1,283mm로 세계평균 973mm의 1.3배 연간 1인당 강수량은 약 2,705톤/년으로써 세계평균의 12% 물부족국가로 분류 강수량의 2/3가 여름 장마철 때 일시에 바다로 유입되어 이용가능한 할 수 있는 물은 매우 제한

월별 강수량 분포

각국 하상계수 비교 * 하상계수:하천유황의 변동정도를 표시하는 지표로 하천의 주요지점에서 최대유량과 최소유량의 비로 정의됨

수자원 이용 실태

한국의 수자원 특성 연 강수의 부존 총량 중 증발로 인한 손실 등을 빼면 이용가능량은 26%에 불과하고, 특히 지하수 이용가능량은 연간 133억㎥로 추정되지만, 1999년 현재 이용량은 연간 40억㎥에 지나지 않는다. 더구나 연도별, 지역별, 계절별 강수량의 차이가 크고, 변화의 폭이 커 수자원 관리에 매우 불리한 특성을 갖고 있다. 우리나라 수자원의 전체 이용량 333억톤 중 자연하천수 취수가 50%나 되어 조금만 가물어도 취수장애가 발생하므로 이수안전도를 높이기 위한 댐 건설과 하천정비 및 대체수자원의 개발이 필요하다.

- 우리나라는 국토면적의 70%가 지면경사 20% 이상으로서 일단 비가 내리면 단시간 내에 하천으로 흘러듬 - 우리나라는 국토면적의 70%가 지면경사 20% 이상으로서 일단 비가 내리면 단시간 내에 하천으로 흘러듬 ▶소양강댐에서 5,000㎥/초 방류시 인도교까지 14.50시간 소요 ▶충주댐에서 15,000㎥/초 방류시 인도교까지 12.51시간 소요 - 또한, 하천의 유량변동이 매우 심하여 연간 697억㎥의 수자원 부존량을 보유하고 있음에도 ▶67%인 467억㎥이 홍수로 유출되어 바다로 유입 ▶33%인 230억㎥만 홍수기가 아닌 평상시에 유출

주요국가의 수자원 부존량 및 이용률 주) 이용율=이용수량/유출량 자료:수자원백서(한국수자원공사, 1996)

수자원의 종류 우수(rain water) 지표수(surface water) 하천 호수 지하수(ground water) 대양(ocean)

수자원 문제 오늘날 80개국에서 전세계 인구의 40%가 식수난과 농업·산업 용수난을 겪고 있으며 중동·아프리카·중남미등은 물부족이 심각한 상태 각종 국제 물 회의에서는 앞으로 25년 후에는 전세계의 상당수 국가들이 물부족 사태에 직면할 것이라고 경고 물부족에 대한 예측

「2020년 세계 - 글로벌시대의 개막」(OECD보고서) 물부족대책 국제회의 ('99.2월. 스위스 제네바, 세계100여개국대표 참가) 현재 25개 국가가 물부족사태를 겪고 있으며, 2025년에는 34개국으로 늘어날 전망 「2020년 세계 - 글로벌시대의 개막」(OECD보고서) 2025년에는 52개국 30억명이 물부족을 겪을 전망 아브제이드 세계물회의 의장 아프리카 중동 등지에서 이미 3억명이 심각한 물부족을 겪고 있으며, 2050년에는 전세계 인구의 3분의 2가 물부족사태에 직면 UN의 산하기구인 국제인구행동연구소(PAI) 한국의 활용 가능한 수자원량은 630억㎥으로서 이를 국민 1인당 활용 가능량으로 환산할 경우, 1955년 2,940㎥에서 1990년에는 1,452㎥으로 줄어들어 물 부족국가로 분류되고 있다

물부족 극복 방안 수자원의 적극적 개발 : 수자원의 개발계획 수자원의 효율적 이용 수원의 다변화 물절약 다목적댐 건설 : 2011년까지 다목적댐 등 적정규모의 댐 건설로 신규수자원 47억㎥개발 용수예비율을 8.5%로 증대시킬 계획 수자원의 효율적 이용 하천 상 ·하류의 댐들을 상호 연계운영 기존댐의 용수공급능력증대 수원의 다변화 지하수, 해수의 담수화, 중수도 시스템, 우수, 인공강우 등 물절약 우리나라의 장기 물 수요전망에 의하면 2011년에는 연간 139억㎥의 생공용수가 필요한 것으로 전망 10%만 절약한다면 2011년에는 13.9억㎥/년의 용수가 절약

수질오염 물의 물리/화학/생물학적 자정능력을 초과하여 수질이 크게 변화함으로써 물의 이용가치가 저하되고, 생물이나 인간에게 피해를 주는 현상 환경조건의 변화 독성작용 자연수 특성 부유물질, 거품, 악취, 색갈 등이 없고 주위 기온과 유사한 수온변화 생태적으로 안정된 상태 적당량의 산소 및 생물체의 생존을 위한 무기영양소, 유기성 물질 함유

오염원 점오염원 : 일정한 배출경로를 갖고 있는 오염원으로 통상 생활하수, 산업폐수, 축산폐수를 일컫는다. 점오염원 : 일정한 배출경로를 갖고 있는 오염원으로 통상 생활하수, 산업폐수, 축산폐수를 일컫는다. 생활하수 : 가정, 상업시설 등 가정생활 및 영업활동에 기인하는 오염원 산업폐수 : 공장 등 산업활동에 기인하는 오염원 축산폐수 : 소, 돼지 등 가축사육활동에 기인하는 오염원 비점오염원 : 불특정 배출경로를 갖는 오염원으로 양식장, 야적장, 농경지배수, 도시노면배수 등이 이에 해당된다.

수질오염 유형 산소 소모성 물질(가정 하수, 분뇨 등 유기물로 미생물 분해시 산소 소모) : 산소 고갈, “혐기성 상태” 생물학적 오염(세균, 바이러스, 원생 동물, 기생충) : 감염성 질병 유발 무기 영양소(수용성 질산염과 인산염) : 부영양화 수용성 무기 화합물(산, 염기, 독성 중금속과 그 화합 물질) 유기 화합물(유류, 플라스틱, 세제) 부유 물질 방사능 물질 열

수질오염원

수질회복에 필요한 물의 양 음식물 우유 된장국 식용유 라면 국물 BOD (mg/L) 103,500 52,500 1,000,000 18,800

수질지표 탁도 (Turbidity) pH (수소이온농도) 물위에 떠있는 부유물질의 정도에 따라 물의 맑고 탁한 정도를 측정해낸 값. 단위 : 도, NTU, FTU pH (수소이온농도) 산성이나 알칼리성 표시 범위 1 - 14 (pH 7.0 중성..) 보통 자연수 pH 6.5-7.5

수질지표 용존 산소 (DO, Dissolved Oxygen) 물속에 녹아 있는 산소량을 말하며, 온도, 압력 등에 따라 일정치 않으나 보통의 물에서는 7∼9ppm 정도다. 청정이 유지되고 물고기 생존에 적합하려면 5ppm 이상이 되어야 하며, 2ppm이하에서는 악취가 발생하게 된다. 공기 중의 산소가 물 속으로 녹아 들어가는 비율은 수온이 낮을수록, 공기와의 접촉 표면이 넓을수록, 그리고 유속이 빠를수록 높아진다. 따라서, 물살이 세고 수온이 낮은 계곡의 물은 용존 산소량이 많고, 도시 주변을 흐르는 하천의 물은 유속도 느리고, 산소 용해율보다 유기물 분해에 따른 산소 소모율이 더 높기 때문에 용존 산소량이 적을 수 밖에 없다

수질지표 생화학적 산소요구량 (BOD,Biochemical Oxygen Demand) 수중에 포함되어 있는 유기물이 미생물에 의해서 호기성 분해될 때 필요로 하는 산소량을 mg/L 또는 ppm단위로 나타낸 것으로서, 용존 산소에 의해서 유기물의 양을 직접적으로 나타내는 척도가 되고, 하천이나 하수, 공장폐수 등의 오염 농도를 나타내는 지표가 된다. 일반적으로는 20℃에서 5일간 소비되는 산소량이 사용되며,BOD 로 표시된다

수질지표 화학적 산소요구량 (COD, Chemical Oxygen Demand) 부유고형물 물속의 유기물이 과망간산칼륨이나 중크롬산칼륨과 같은 산화제에 의해 산화될 때 소비되는 산소량 부유고형물 (SS, Suspended Solid) 물에 녹지 않고 수중에 현탁되어 있는 유기물과 유기물을 함유하는 고형물질이며, 시료를 공극이 0.1%인 여과지를 사용하여 여과시킬 때 여과되지 않는 부분이다.

농도 : 용액 중의 성분량 농도[mg/L] = 물질량[mg]/수량[L] 1ppm = 1/1,000,000 = 1mg/1kg ―→ 1mg/L 1ppb = 1/1,000,000,000= 1mg/1kg ―→ 1mg/L 부하(負荷) : 물질의 총량 부하[mg]=농도[mg/L]×수량[L]

플라나리아, 옆새우류, 강도래류, 멧모기류, 물이끼, 녹조류, 버들치 선충류, 여울날도래류, 개구리밥, 장구벌레, 피라미 수질 등급에 따른 지표 생물 수질 용도 지표 생물 1급수 간단한 정수로 음료수로 사용 플라나리아, 옆새우류, 강도래류, 멧모기류, 물이끼, 녹조류, 버들치 2급수 약품처리 후 음료수로 사용, 수영 가능 선충류, 여울날도래류, 개구리밥, 장구벌레, 피라미 3급수 음료불가, 공업용수로 사용 거머리류, 복족류, 섬모류, 윤충, 붕어, 잉어 4급수 고도 정수처리후 공업용수 실지렁이류, 붉은 깔다구류, 꽃등에, 종벌레

수질환경기준(하천)_COD제외 호소의 경우 BOD 대신 COD 이용 T-N 및 T-P 포함

한국 5대강 수질 오염현황

자정작용의 과정 물리적 작용 : 희석, 확산, 혼합, 침전, 흡착, 여과 화학적 작용 : 산화, 환원, 중화, 응집                                                                                                                                                                               물리적 작용 : 희석, 확산, 혼합, 침전, 흡착, 여과 화학적 작용 : 산화, 환원, 중화, 응집 생물학적 작용 : 미생물에 의한 유기물 분해

자정작용 단계 A. 분해단계 - 오염에 의한 미생물수가 증가한다. - DO는 감소, BOD는 급격히 높아진다.   - 오염에 의한 미생물수가 증가한다.   - DO는 감소, BOD는 급격히 높아진다.   - 분해가 심해짐에 따라 오염에 강한 곰팡이류가 번식.   - 녹색수중식물이나 고등생물의 수가 감소한다.       B. 부패단계   - DO가 고갈되면 호기성 미생물이 사멸하고 혐기성 미생물이 성장한다.   - 물색이 회색, 흑색이 되며, H2S, CH4로 악취가 난다.   - CO2, CH4, H2S의 농도가 증가하고, 물고기는 산소부족으로 살수 없다.   - 유기물이 분해되어 BOD 감소, 세균의 수는 줄고, 무기염류가 증가한다.       C. 회복단계   - 무기염류 증가로 녹조류, 남조류, 규조류가 증가하여 녹조현상을 일으킴   - 녹조류의 광합성과 산소의 유입으로 DO는 다시 회복된다.   - DO의 증가로 가스 발생량이 줄고, 혐기성 미생물이 호기성 미생물로 대체.   - 무기염류의 감소로 조류도 사라지고, 큰 수중식물이 재출현한다.   - 강바닥에는 조개나 벌레의 유충이 번식하고, 오염에 강한 어류가 출현.      D. 정수단계  - 용존산소량이 풍부하고, 수중식물의 광합성이 활발하게 진행된다.

부영양화

자연적 부영양화(노령화) 인위적 부영양화 (오염물질의 유입) 호수 밑바닥에 쌓인 퇴적물의 분해에 따라 영향물질을 수중에 공급함으로써 발생, 퇴적물 증가에 따른 수심의 감소와 저수량의 감소에  의해 가속화. 호수의 일생에서 반드시 거치는 것으로 호수의  '노령화'라고도 하면 수천년 이상의 세월에 걸쳐 일어남. (오염물질의 유입) 인위적 부영양화

부영양화과정 분해에 따른 영양염류 방출

부영양화의 영향 - 남조류나 규조류의 수화발생 등, 식물성 플랑크톤의 개체수가 증가 - 수중의 현탁 물질량의 증가 - 악취를 방출하는 유기물의 생성 - 수중에서 생성되기도 하고 외부에서 유입한 유기물질에서의 부식물질의 생성 - 식물성 플랑크톤에 의한 물의 착색 - 투명도의 저하 - 대형수생식물의 번성 - pH의 상승 - 저질표면 부근 및 심수층의 용존산소 농도의 저하 - 저층의 혐기성화로 메탄가스 , 인의 용출, 철, 망간의 용출 등이 발생할 수 있다. - 원수의 유기물량의 증가로 인한 과다한 염소처리로 THM의 생성 - 조류때문에 완속 및 급속여과지가 막힘 - 소독 과정의 장애 발생 - 수돗물에서 악취 발생 가능 - 독소를 띤 조류로 인해 건강상의 피해 가능 - 조류의 호흡, 분해에 의한 용존사소량 부족 및 유독물질 생성으로 어류 폐사 - 고농도의 질소에 의한 각종 농업 경작 피해 - 물의 착색으로 미관상 불쾌감 유발 - 각종 수상 레저 활동 및 산책 등에서 악취나 혼탁한 물로 인해 불쾌감 유발

부영양화의 대책 (1) 영양물질 유입의 억제 - 하수처리장의 증설 및 고도처리 등으로 유역으로부터의 영양염 유입의 차단 - 하수처리장 방류수를 하류로 유로 변경 - 수역 주변의 축산, 공장, 위락시설 등의 오염물질 배출업소의 철저한 감시 및 관리 (2) 호소내에서의 처리 방안 - 호소내 또는 유입지천에 철 또는 알루미늄 염을 첨가하여 영양염류의 불활성화 - 외부의 수류를 끌어 들여 수 교환율을 높임 - 성층파괴를 위한 심층폭기나 강제 순환 - 수심이 깊은 호소에서 영양염류농도가 높은 심층수의 방류 저질토를 합성수지 등으로 도포하여 저질토에서 나오는 물질을 차단 - 영양염류가 농축되어 있는 저질토의 준설 - 차광막을 설치하여 조류증식에 필요한 광을 차단함 - 수체로 부터의 수초 및 부착조류의 제거

열오염 화력발전소 또는 원자력발전소에서 방류되는 냉각수 예)당인리발전소 4-5기의 온수 배출시 주변수온은 30 -34℃, 한강본류 23℃  열오염이 생물에 미치는 영향   수온상승 ->수중생물의 체온 상승 -> 호흡율증가 -> 산소요구량 증가    (그러나 수온이 상승할 수록 용존산소 농도는 감소한다) -> 산소 결핍 -> 수중생물의 사멸 수온상승 -->  병원성미생물 급증 --> 수인성 전염병 발생      수온상승 --> 식물의 생리작용, 생장 촉진 --> 식물사멸 및 분해로 오염

유류오염 석유소비 증가 ->해양에서 원유채취 증가 ->해양수송증가 -> 유류의 해양유출사고증가  석유소비 증가 ->해양에서 원유채취 증가 ->해양수송증가 -> 유류의 해양유출사고증가  국내 해양오염의 대부분이 기름오염사고 유류의 해야유출 ->물표면에 얇은 막 형성 ->대기와 물사이의 산소교환 방해 ->용존산소 감소 -> 물고기의 폐사 광투과율저하(유막에 의한 반사 혹은 ->광합성 방해 등 새와 수중모피동물(물개, 해달) 등에 피막 -> 부력감소 등 포유류 체포 및 어류 아가미 부착 -> 체온유지 및 호흡지장 어패류의 악취 및 사멸, 휴양지로서의 기능 상실

하수처리 하수처리는 하수중에 포함된 오염물질의 제거를 목적으로 하며 그 처리방식에 따라 1차 처리, 2차 처리, 3차 처리로 분류된다. 1차 처리는 하수중에 부유하는 물질이나 침강성 물질을 물리적으로 제거하는 방법으로 중력침강, 부상분리 등의 시설이 이용되며 대개 하수처리장에서 최초침전지까지의 공정이 이에 해당한다. 2차 처리는 하수중에 용존되어 있는 유기물 및 1차 처리에서 처리되지 않는 유기성 고형물의 제거를 목적으로 생물학적 처리방식이 주로 이용되며, 방식에 따라 처리효율에 차이가 있지만 대개 80% 이상의 제거율을 나타낸다. 3차 처리는 물리, 화학, 생물학적 처리방식을 조합하여 2차 처리에서 제거되지 않은 유기물 이외에 질소, 인과 같은 영양물질을 제거하는 고도의 처리과정이다.

상수처리과정

상수처리과정

송배수과정에서의 잔류염소변화 배수지 정수지 관로재질/노후도 관로연장/수온/유속 등 배수지관 송수관 급수관 배수본관 체류시간 정수지부터의 총 염소손실 정수지 잔류염소 송수관 배수지 배수관 급수관 수도꼭지 잔류염소 (기준:0.2mg/L이상)