하수처리시설 동절기 방류수 수질기준의 합리적 조정에 관한 연구 하수처리시설 동절기 방류수 수질기준의 합리적 조정에 관한 연구 (사)한국물환경학회 고광백 윤주환 한국환경공단 최익훈 박재영 2010. 07. 02

연구의 배경 및 목적 배경 목적 현행 총질소. 총인의 동절기방류수 수질기준이 현실적이지 못함 연평균 유입수질이 현행 동절기(12~3월) 기준보다 매우 낮아 동절기 기준 적용이 무의미. 2008년 평균 유입수질; 총질소: 33.0 mg/L, 총인: 3.7 mg/L (현행 총질소와 총인의 수질기준 : 각각 60 mg/L와 8 mg/L) 목적 현행 공공하수처리시설 방류수 동절기 수질기준의 타당성 검토 국내 실정에 적합한 합리적인 동절기 기간 및 방류수 수질기준(안) 제시

주요 과업 내용 동절기 유입·방류수질 분석을 통한 현행 기준 및 기간의 적정성 평가 국외 동절기 방류수 수질기준 사례분석 최근 5년간 수질분석 자료 및 TMS 자료를 통계학적으로 분석 현행 동절기 기간 및 기준이 방류수역에 미치는 영향 분석 국외 동절기 방류수 수질기준 사례분석 국외 총질소·총인에 대한 동절기 기간 및 기준 조사 국외 사례와 비교․분석을 통해 국내 기간 및 기준의 장․단점 평가 총질소·총인 처리시 온도에 의한 영향분석 총질소·총인 제거를 위한 생물학적 처리에 온도가 미치는 영향 월별 유입하수의 수온 변화 추이검토 수온과 총질소·총인 제거율의 상관관계 객관적이고 합리적인 총질소·총인 동절기 기간 및 기준(안) 제시 국내 실정에 적합한 합리적인 총질소·총인 동절기 기간 및 기준(안) 제시 합리적인 동절기 기간 및 기준(안)이 방류수역에 미치는 영향 제시

하수도법 시행규칙 일부개정령안(2009. 10.) 공공하수처리시설의 방류수수질기준 (제3조 제1항 제1호 관련) 구    분 생물화학적 산소요구량 (BOD5, mg/L) 화학적  산소요구량 (COD, mg/L) 부유물질 (SS, mg/L) 총질소 (TN, mg/L) 총인 (TP, mg/L) 총대장균 군수 (개/mL) 생태독성 (TU) 1일 하수처리 용량 500 m3 이상 Ⅰ 지역 5 이하 20 이하 10 이하 0.2 이하 1,000 이하 1 Ⅱ 지역 0.3 이하 3,000 Ⅲ 지역 40 이하 0.5 이하 기타지역 2 이하 1일 하수처리용량 500m3 미만 50㎥이상 50m3 미만 4 이하 겨울철(12월 1일～3월 31일까지)의 총 질소와 총 인의 방류수 수질기준은 60mg/L 이하와 8mg/L 이하를 각각 적용한다.

겨울철 방류수 총질소, 총인 수질 기준(안) 1안 2안 3안 40 0.2 20 0.3 0.5 2 4 구분 기존안 비고 TN 단위: mg/L 구분 기존안 1안 2안 3안 비고 TN TP 1 일 하수처리 용량 500톤 이상 I 지역 60 이하 8 40 0.2 20 II 0.3 III 0.5 기타 2 1일 하수처리용량 500톤 미만 50톤이상 1일 하수처리용량 50톤이하 4

최근 5년간 수질분석, 수온 및 TMS 자료 현황 최근 5년간(2004~2008년) 수질분석 자료 수온자료 TMS 자료 전국 시도 총 965개(2008년도 기준) 단위 처리시설 5년간 유입 및 방류수질 분석자료 자료 형태 : 월중 일평균자료의 최대, 최소, 평균 (유입,유출)농도 500 톤/일 이하 – 공법의 편중(부착성장공정), 지역적 편중 – 월 평균측정값만 존재, 따라서 분석대상에서 제외 500톤/일 이상 BNR공정 : 258개 단위 처리시설(서울포함), 시험운영기간, 증설등으로 연간 자 료 부족등은 제외 수온자료 대상: 전국 500 톤/일 이상 공공하수처리시설(유입수, 생물반응조, 방류수) 자료 회신: 277개소 2009년도 일일 자료: 성남(1처리장, 2처리장), 안성(안성, 불당) 등 전국 (21개소) 단, 서울은 ‘05~’09년 일일자료 TMS 자료 방류수 수질(3시간 평균) 자료; pH, BOD, COD, SS, TN, TP, 적산유량 특징 : 유입수질 분석 자료 없음 – 수온과 제거율의 상관관계 분석 불가

연도별 동절기 비동절기 유입하수의 수질 변화 구분 총질소 총인 평균 최대 최소 2004 비동절기 25.36 70.21 0.33 3.07 11.03 0.16 동절기 27.83 73.05 0.00 3.18 11.81 0.09 2005 25.25 62.74 2.90 8.70 26.73 74.53 1.62 3.04 10.09 0.02 2006 28.30 72.50 0.06 3.40 10.55 0.15 30.46 78.13 1.75 3.56 10.59 0.31 2007 27.92 70.04 3.15 9.77 30.72 76.21 0.93 3.52 10.30 2008 30.75 72.68 1.15 3.61 10.32 32.57 80.03 3.78 10.56 0.10

동절기 기간(12월1일~3월31일) 제안 배경 월 평균 유입수온자료(중북부, 남부 및 일일수온자료) 연중 유입 수온의 변화 월 4 5 6 7 8 9 10 11 월평균 12.9 10.4 11.5 13.0 15.7 18.6 21.3 22.2 22.9 22.1 20.1 16.9 월최대 18.4 18.0 17.0 18.2 22.0 25.0 28.0 29.0 30.0 27.0 21.1 월최저 6.0 5.8 7.9 7.6 14.3 15.8 10.1 (동절기, 비동절기 구분) 11.9 20.0

동절기 기간(12월1일~3월31일) 제안 배경 생물반응조 수온과 방류수 수질과의 상관관계

동절기 기간(12월1일~3월31일) 제안 배경 생물반응조 수온과 총질소 총인 제거율의 상관관계

동절기 방류수 수질기준 개정의 필요성 봄철 부영양화 총인 제거시설 폐수종말처리시설 환경영향평가 협의 및 수질오염 총량제 실시 갈수기인 겨울철 하천에 공공하수처리시설 방류수중 비교적 높은 농도의 총질소와 총인 방 류로 봄철(4~5월)에 영양염류의 증대로 나타나 인근 하천이나 호수에 부영양화를 초래할 가능성 총인 제거시설 정부와 지자체는 2011년부터 I~III 지역을 대상으로 공공하수처리시설 내 총인처리시설의 증설 또는 개보수 작업의 실시를 지원할 예정 2009년부터 4대강 살리기 사업의 일환으로 4대강 수질향상을 위해 국비지원 사업이 예정 폐수종말처리시설 공공하수처리시설과 거의 유사한 생물학적 공법임에도 동절기에 대한 방류수질기준의 구 분 없음 환경영향평가 협의 및 수질오염 총량제 실시 동일 또는 유사한 공법임에도 환경영향평가협의대상 여부에 따라 동절기에 대한방류수질 기준 구분이 없음

겨울철 방류수 수질기준(안) 제안 1안 2안 3안 40 0.2 20 0.3 0.5 2 4 구분 기존안 비고 TN TP 단위: mg/L 구분 기존안 1안 2안 3안 비고 TN TP 1 일 하수처리 용량 500톤 이상 I 지역 60 이하 8 40 0.2 20 II 0.3 III 0.5 기타 2 1일 하수처리용량 500톤 미만 50톤이상 1일 하수처리용량 50톤이하 4

겨울철 방류수 수질기준(안) 제안 분석대상자료 분류(500톤/일 이상) 분류코드 처리공법 처리규모 개수 2008년도 2007년도 2006년도 2005년도 2004년도 공정별 개수 개별 비율 공정별 비율(%) 101 활성슬러지공법 5만톤/일 이상 8 3.10 4.44 7 7.14 7.22 7.87 201 부유성장-BNR 33 204 12.79 79.07 26 81.11 14 78.57 13 83.51 79.78 202 1.1~5만톤/일 38 14.73 27 20 18 203 3500~11000톤/일 56 21.71 41 31 25 500~ 3500톤/일 77 29.84 52 29 17 21 301 부착성장-BNR 10 37 3.88 14.34 10.56 2 11.22 6.19 8.99 302 6 1 3 303 304 500~3500톤/일 11 4.26 401 화학적 처리 4 9 1.55 3.49 3.89 3.06 3.09 3.37 402 0.78 403 404 0.39 258 100 180 98 97 89

겨울철 방류수 수질기준(안) 제안 부유성장공정(BNR), 월별 방류수중 총질소, 총인 농도

겨울철 방류수 수질기준(안) 제안 부유성장공정(BNR), 확률도

국외 방류수 수질기준 미국 연방정부는 pH, BOD, TSS 항목만 수질기준 제정, 각 주정부마다 오염부하량이 할당되어 처리장마다 개별적인 방류수질기준 적용 우리나라와 기후 특성이 유사한 미국의 중부 및 북동부 지역 31개 하수처리장 대상, (Connecticut주, Pennsylvania주, Rhode Island주, Vermont주, New Hampshire주, Miane주), 기후특성은 다르나 계절별 수질기준이 다른 3개소(Wisconsin주, Arkansas주, California주)포함 - 총 34개소 대상 분석 EU EU에서 일반지역과 민감지역에 대해 처리용량에 따라 규정되어 있으며 EU 가입 국가별 별도기준을 따로 규정 EU의 소속국가 중 하나인 독일의 경우 COD, BOD, NH4-N, TN, TP의 항목에 대 해서 처리인구별 방류수 기준을 개별적으로 규정 일본 처리 공법에 따라 방류수 수질기준을 각기 다르게 부과하고 있으며 지자체별로 방류수 수질기준을 엄격하게 규정 총 47개 현에 대한 총질소, 총인 방류수질기준 분석

국외 방류수 수질기준 미국 북동부 및 중부 하수처리장 조사자료 구 분 조사 대상 동절기 구분 지역 하수처리장 BOD (mg/L) TSS TN TP 서부 1 San Diego, California Pad Dam 여름 - 0.1 겨울 10 1.0 중부 Arkansas Fayetteville 4~11월 5 21) 12~3월 51) 중북부 Medison, Wisconsin Nine Springs 5~9월 72) 102) 1.81) 10~4월 163) 4.11) 북동부 3 Connecticut Danbury 7월~9월 20 1.91) 14) 10월~6월 30 41) 1.55) Manchester 4월 81) 5월 61) 6월 10월 11월~3월 Cheshire 201)

Buckingham, Pennsylvania 국외 방류수 수질기준 미국 북동부 및 중부 하수처리장 조사자료(계속) 구 분 조사 대상 동절기 구분 지역 하수처리장 BOD (mg/L) TSS TN TP 북동부 1 Buckingham, Pennsylvania Buckingham Springs 5월~10월 106) - 31) 11월~4월 156) 71) 3 Rhode Island Woonsocket 6월~10월 10 15 11월~5월 30 4월~10월 0.1 11월~3월 1.0 4월 5월 3 (1.21)) 2.01) 151) 8 New Hampshire Keene 여름 2.11) 0.2 겨울 121) 11 2 Maine Avon Franklin 6월~9월 0.04 10월~5월 Baileyville 20 9월~5월

동절기 방류수수질기준 적용에 따른 방류 수계별 오염부하량 변화 구분 총질소 총인 방류수역 방류수수질기준(안) 기존(안)총질소:60mg/L이하, 총인:8mg/L이하 개선안(3안)총질소:20mg/L이하, 총인:0.2~2mg/L이하 개선안(3안)총질소:20mg/L이하,총인:0.2~2mg/L이하 한강 부하량(톤/일) 106.32 94.7 8.13 7.99 감소율(%) 10.93% 1.76% 금강 4.6 4.4 0.3 4.49% 0.00% 영산강 6.84 0.51 0.30% 낙동강 26.18 25.91 2.43 2.42 1.05% 0.48% 연안유역 43.5 40.25 3.5 3.45 7.47% 1.30%

결 론 동절기 기간 및 방류수 수질기준(안) 제안 결 론 동절기 기간 및 방류수 수질기준(안) 제안 단위: mg/L 2012년 1월 이후에 적용될 공공하수처리시설의 겨울철 총질소 방류수 수질기준은 처리용량과 지역구분에 따라 40 mg/L 이하 혹은 20mg/L 이하로 차등 적용 -> 1, 2 및 3안 참조 겨울철 총인의 방류수 수질기준은 처리용량과 지역구분을 고려하여 이미 공고된 하수도법 시행규칙 일부 개정령안(2009. 10)에 따라 차등 적용 충분한 평가자료의 미비로 겨울철은 현행기간(12월 1일~3월 31일까지)으로 유지하되 차후 추가 검토 예정 구분 기존안 1안 2안 3안 비고 TN TP 1 일 하수처리 용량 500톤 이상 I 지역 60 이하 8 40 0.2 20 II 0.3 III 0.5 기타 2 1일 하수처리용량 500톤 미만 50톤이상 1일 하수처리용량 50톤이하 4