저수지 및 유역 수질관리 기법

   

저수지 및 유역수질관리 기법

▣ 저수지 및 유역수질관리 기법  (강병수)   서 론 본 론 우리 공사의 다목적댐 저수지 수질관련 연구 현황 결 론 참고문헌    요 약   우리나라는 20세기 중후반부터 사회발전과 생할수준의 향상으로 환경문제가 대두되었는데 전반적으로 산업의 발전 추세에 따라 환경문제도 각각의 특색을 나타내었다.   1990년초에는 경제발전과 더불어 이의 부작용으로 수질오염문제가 크게 문제가 되었는데 최근에는 일반폐기물까지도 사회적인 악영향으로 심각하게 나타났다.   본 내용은 맑고 안정적인 수자원을 이용하기 위해서는 저수지 및 유역의 수질관리 기법에 대한 내용을 공학적인 기법을 중심으로 기존의 우리 공사에서 수행되었던 연구보고서, 외국의 문헌 등에 서술된 내용을 발췌, 인용 향후 댐저수지 및 유역 수질관리에 적용 가능토록 수질관리기법을 서술하였고 우리 공사에서 시행한 다목적댐 수질관리와 관련한 연구 내용을 간략하게 소개하였다.   또한 여름철 홍수기시 상류유역에서 다량 유입되는 오염원의 저감대책을 기술하였고 수질개선 기법 적용시 효율성 있는 System을 제안하였다.    서 론 목록으로   우리나라는 20세기 중후반부터 사회발전과 생할수준의 향상으로 환경문제가 대두되었는데 전반적으로 산업의 발전 추세에 따라 환경문제도 각각의 특색을 나타내었다.   1990년초에는 경제발전과 더불어 이의 부작용으로 수질오염문제가 크게 문제가 되었는데 최근에는 일반폐기물까지도 사회적인 악영향으로 심각하게 나타났다.   수자원개발은 1960년대를 기점으로 수자원의 효율적 이용을 위하여 각종 수리시설물이 건설되어 대형 인공 저수지가 필요에 의하여 만들어졌다 댐저수지 이용 초기에는 수질에 대한 큰 문제는 없었으나 인문 과학의 발전과 더불어 부작용이 나타났다. 즉 물을 인위적으로 정체시켜 수자원을 효율적으로 이용하려는 시점에서 정체된 물이 악화되기 시작하였다. 즉 이를 부영양화라고 표현을 하는데 원래 부영양화는 어느 자연적인 호수가 많은 시간이 경과되면 자연적으로 악화되는 것이 일반적인데 인위적인 오염과 유역에서의 오염부하량이 증가함에 따라 인공적인 호수에 누적되어 진행속도가 급속이 빠르게 전개되었다.   그러나 이러한 문제점을 해결하기 위하여는 장시간의 노력과 투자가 필요한데 성급하게 대처하는 양상을 보여 큰 해결책을 제시하지 못하였다. 현재 우리나라의 수자원 이용분포는 하천수 57%, 댐저수지 36%, 지하수 7%인데 향후 댐저수지 이용이 많은 부분을 차지할 계획이고 우리의 수자원에 대한 장단기적인 대책도 있지만 보다 근본적이고 거시적인 수자원이용면에서는 부족한 면이 있음을 느낀다.   따라서 본 내용은 맑고 안정적인 수자원을 이용하기 위해서는 저수지 및 유역의 수질관리 기법에 대한 내용을 공학적인 기법을 중심으로 기존의 우리 공사에서 수행되었던 연구보고서, 외국의 문헌 등에 서술된 내용을 발췌, 인용 향후 댐저수지 및 유역 수질관리에 적용가능토록 수질관리기법을 서술하였다.    본 론 목록으로   저수지 및 유역수질관리의 근본적인 목적은 맑고 깨끗한 양질의 용수를 공급할 수 있게 하는데 있으며 또한 주위 환경과의 조화를 이룰수 있는 레크레이션으로서의 비중이 있다고 하겠다. 댐저수지에서는 이러한 수질관리 목적이 부영양화에서 기인하여 부영양화방지대책이라고 표현하기 때문에 댐저수지를 중심으로 부영양화의 대책을 대별하면 유역대책, 내부대책, 기타 관련법규의 정비 및 국민들의 생활수준향상으로 방지할 수 있다. <표 1>은 일반적인 부영양화방지대책을 요약하였다.   유역대책으로는 점오염원(Point source)과 비점오염원(Diffuse source, Non Point Source)으로 구분하는데 점오염원이란 인간활동과 같은 인위적인 요소에에 기인하며 비점오염원은 인위적인 요소가 아닌 자연적인 요소로서 초지, 산림 등과 같은데서 기인한다.<표 2> <표 2> 점오염원과 비점오염원의 구분   구 분 배 출 원 특 징 점오염원 공장, 가정하수, 분뇨처리장, 가두리양식장,축산농가 o 인위적 o 배출기능만 o 농도가 높은 배수를 수역의 한점에 집중적으로 배출한다 비점오염원 논,밭,임야, 대지 o 인위적 및 자연적 o 배출기능자와 흡수정화능력의 양면성 o 희석,확산하면서 넓은 지역으로 배출 o 자연적 영향을 받아 계절에 따라 변화한다.  ○ 부영양화의 개념   부영양화의 원인에 대하여는 매우 복잡다단하여 정확한 원인에 대하여는 명확하게 밝혀져 있지 않으나 호소내 유기물질에 의한 광합성작용 및 호흡작용으로 설명하면 다음 식①, ②에서 광합성활동은 빛에너지가 투여될 때 무기물질이 조류의 세포로 합성되고 호흡활동은 산소의 존재하에 유기물질을 분석하여 이산화탄소와 영양물질을 방출하게 된다. <표 2> 부영양화 방지 대책   유 역 대 책 점 오 염 원 생활배수 공공 (하수 및 분뇨포함) 고도하수처리장설치 (N,P제거공정) : 영양염류제거 공정 Air stripping, 생물학적 질화,탈질 Break-point 염소제거법 조류채취(Algae harvesting) 활성슬러지법, 이온교환법 전기화학처리, 전기투석법 역삼투압법, 증류(Distillation) 토지살포(Land application) 활성슬러지변법, 화학침투법 여과루 화학침투법,흡착 생물학적 인제거 Phostrip process A/O process Bardenpho process UCT process SBR process 개인 (하수 및 분뇨 포함) 정화조설치, 토양트렌치이용, 인함량이 적은 세제 사용 가정용 침전조 설치 산업배수 배수의 고도처리 시설(생활배수 처리 시설과 거의 동일함) 광산수 및 비산되는 부유방지막설치 축산배수 공동처리장 및 개인방지 시설 설치(분뇨의 적정처리 및 농지 환원) 수산양식 적정사료 사용, 배수의 적정관리 하천정비 하천준설, 식재, 완충녹지 조성 우회 하천로 조성 관광객 오염방지 의식 계몽, 분뇨의 적정처리 시설 설치 비 점 오 염 원 강우시 유입수 (임야, 농경지 등) 유입 우회로 건설 및 유입로 변경 비료사용전토양검사 동절기 비료사용줄이고 완충제 사용 유입지천에 체류지 건설 녹색지대 조성 농경지 물 재이용 비료절약사용 시비 방법 및 시간 개선 화확비료대신 유기물비료로 대체 유역의 침식방지막 설치 폐기물 적정관리 내 부 대 책 준설 영양염 불활성화 황산알루미늄 투여, 알루미늄산 나트륨 투여, 철화합물 투여 Fly ash 투여, Zirconium 투여 피복 표층 덮개막 설치, 바닥층 덧씌우기 조류의 회수와 처리 조류제거선, 수생식물 식재 살조제처리 황산구리 선택적방류 상,중,하 방류 인공순환 전증, 심층, 표면폭기 먹이사슬이용 저니층산화 Dilution, Flush 수초제거법 저층수제거 기타 대책 계몽강화 관련법규정비   광합성작용 106CO2 + 16NO3- + HPO4- + 122H2O + 18H+ → C106H263O110N16P + 138O2 --> ①   호흡작용 C106H263O110N16P + 138O2 --> 106CO2 + 16NO3- + HPO4- + 122H2O + 18H+ --> ②   이와같은 광합성작용과 호흡작용의 균형이 깨어지면 수질오염이 유발되는데 부영양화는 질소와 인같은 영양물질의 축적에 의해 광합성활동이 활발해져 조류가 비정상적으로 증식될 때 발생하며 질소와 인 모두가 부영양화의 주요원인이나 특히 인이 조류의 성장에 큰 제한인자로 알려져 있다.   수계에 존재하는 수중생태계에는 계절에 따라 다른 종류의 생물이 출현하고 그 양도 변화한다. 생태계의 계절변이는 특별한 이상기후가 없는 한 거의 비슷한 형태로 매년 되풀이된다. 그러나 아주 긴 세월(수백에서 수천년 이상) 동안에는 어떤 일정방향의 변화를 나타낸다.   즉 어느 생물군집이 다른 생물군집으로 바뀌어 간다. 이 변화가 변이(succession)이다. 자연상태에 있어서 수계생물군집의 변이는 호소에서는 비교적 빠르고 해양에서는 극히 느린 것으로 알려져 있다. 특히 호소에서의 생태변화는 지리적조건에 따라 다르다. 평지의 호소에서는 일반적으로 다음 계열로 천이한다. 빈영양호(Oligotrophic Lake) → 중영양호(Mesotrophic Lake) → 부영양호(Eutrophication Lake) → 저층습원(Low - Moor) 이 계열의 최종상태(삼림)를 Climax라 하고 생물군락과 환경과의 사이에 일종의 동적 평형상태가 성립하고 안정되어 구조나 조성이 변하지 않게 된다. 이것에 대하여 기온이 낮은 고지나 고위도지역에서는 다음과 같이 변이한다. II. 빈영양호 → 부식영양호(Dystrophic Lake) → 저층습원(低層濕原, Low - Moor) → 고층습원(High - Moor, 高層濕原) → 초원 → 삼림 이러한 구분을 생태계 遷移로 구분하면 이것을 습성변이(濕性변이, Hydrarch succession) , 또 이 계열(I 또는 II)을 습성변이계열(습성천이계열, Hydrosere)이라고 한다. 여기서 말하는 부영영화(Eutrophication)는 원래 육수학(Limnology) 또는 호소학에서 인정해온 위의 I 계열의 초기단계 즉 호소로서의 경관을 나타내는 생태계의 점진적 변화에 대응하여 생물성이 낮은 빈영양호가 생산이 높은 부영영호호 변할 때까지의 현상을 말한다. 호소 형식은 위의 습성천이의 초기과정에 있는 호소의 유형을 가리킨다. 호소는 호소를 둘러싸고 있는 환경요인과 호내의 생물생산에 따라 조화형호소와 비조화형호소로 크게 나눌 수 있다. 비조화형호소로는 부식영양형, 산영양형 및 알칼리영양형(사막지방에 분포)의 호소가 포함된다. 그러나 이들을 제외하면 세계 호소의 대부분은 조화형이다. 조화형의 호소는 호수중의 용해성분이 극도로 많거나 적지않은 균형이 있는 수질을 나타낸다. 따라서 생물생산도 조화를 이루어 다른 일반 호소에서 볼 수 없는 특이한 생물이 일정하게 생산자가 되는 일은 거의 없다. <표 3>은 일본의 吉村에 의해 정리된 분류표이다. 빈영양호는 일반적으로 산간에 위치하는 경우가 많고 수심도 깊다. 영양염이 적기 때문에 plankton의 양도 적고 호수는 깨끗한 상태를 나타낸다. 또한 생물생산이 적기 때문에 그것에 의한 수질의 변화도 적고 호수중의 용존산소 농도도 저층부근까지 포화에 가깝다. 비록 빈영양호하고 하더라도 주위의 삼림이나 하천을 통하여 영양염이 유입되지만 그 양은 매우 적다고 볼 수 있다. 그러나 이들은 하천을 통하여 유출되면서 생산된 식물플랑크톤 체내에 존재한 상태 및 화학반응에 의하여 생긴 현탁물질의 상태로 호저에 침강한다. 따라서 표층수중의 영양염농도는 어느 일정한 균형이 유지되어 빈영양상태가 계속된다. <표. 3> 빈영양호 및 부영양호의 특성   구 분 빈 영 양 호 부 영 양 호 지형 형태 깊고 호폭이 좁다 심수층은 표수층보다 용량이 많다 얕고 호폭이 넓다 심수층은 표수층보다 용량이 적다 분 포 산간의 호 평지의 깊은 호 평지의 낮은 호 물리적 특성 수색 담색 또는 연색 연 ∼ 황색 투명도 5m 이상 5m 이하 수 질 pH 중성부근 중성∼약알칼리성, 여름 표층이 강알칼리성으로 되는 경우가 있다. DO (용존산소) 전층이 포화에 가깝다. 표수층은 포화 또는 과포화, 저수층은 적다 기 타 N < 0.2ppm, P < 0.02ppm N > 0.2ppm, P > 0.02ppm 생 물 생산력 적고, 200mgC/m2/일 이하 크고, 200mgC/m2/일 이상 클로로필a 0.2∼2.5mg/m3 5∼140mg/m3 식물 플랑크톤 빈약, 규조류가 대부분 풍부, 여름에 남조류에 의해 수화가 되는 경우가 있다. 동물 빈약, 갑각류가 대부분 풍부, 윤형동물류 증가 벤토스 종류수, 량 모두 풍부 종류수 감소 연안식물 적고, 깊은 곳까지 생김 많고 얕은 곳에 생김 퇴적층 유기물의 양이 적고, 규조류의 잔해 존재 규조류의 잔해 및 부식형태로 존재   그리고 외국의 호소와는 달리 우리나라의 호소는 대개 험준한 산악지형을 흐르는 하천을 막아 축조한 관계로 원래 계곡이었던 곳에 물이 채워지면서 호수본류(main lake) 연안으로부터 나뭇가지 모양(樹技形)으로 분기된 즉 안쪽으로 ∪ 모형을 이룬 수역(Embayment)의 형태로 발달되어 있다. 이러한 수역은 유속이동(Advection transport)이 주로 이루어지는 호수 본류 수역과는 달리 수심이 깊고 물의 체류시간이 길어 확산이동(Diffusion transport)이 현저하고 다만 호수 본류 수역과 접하는 곳에서 소규모의 유속이동이 이루어지는 호소로 볼 수 있다. <표. 3>에 나타난 바와 같이 길촌(吉村)은 질소농도 0.2mg/l, 인농도 0.02mg/l 이하를 빈영양호하고 하였지만 이들의 수치에 대한 일정한 기준은 없다. 침강한 플랑크톤이나 호외에서 유입한 토사등이 저니에 축적되면 수심이 점차로 얕아진다. 외부에서의 부하가 변하지 않아도 호수중의 영양염농도는 증가하고 식물플랑크톤의 생산량은 서서히 커진다. 수심의 감소는 우선 심수층의 용적 감소를 가져온다. 이 때문에 표수층에서의 생산된 유기물량에 대하여 심수층 전체에 존재하는 산소량이 상대적으로 작아진다. 호수가 연직방향으로 순환하는 봄, 가을 순환기에는 물의 혼합에 수반하여 충분한 산소가 호수의 전층에 공급된다. 또 겨울철에는 물이 혼화되지 않아도 수온이 낮기 때문에 표수층에서 생산되는 유기물량이 적다. 이 때문에 심수층의 용존산소 농도가 저하되고 현저한 경우에는 저층이 무산소상태에 가까워진다. 이 상태가 되면 이미 축적된 저니에서 영양염 특히 인이 다량으로 방출한다. 이러한 인은 호기성 상태 보다도 혐기성 상태에서 다량으로 용출된다. 즉 외부에서 유입등에 의한 부하에 용출된 양이 가하여져 저니에서의 부하(내부부하)도 커진다. 이와 같이 수중의 영양염이 풍부하여 식물플랑크톤 생산량이 큰 호를 부영양호라고 한다. 빈영양에서 부영양호로의 천이는 외부에서 영양염부하가 클수록 그만큼 더 빨리 진행된다, 따라서 부영양호의 대부분은 비옥한 평야나 분지에 위치하는 경우가 많다. 이들의 호수는 식물플랑크톤의 증식에 의해 녹색 또는 갈색으로 탁해진다. 여름에는 조류가 과잉번식하는 수화현상이 현저하게 발달된다. 수질의 변화도 현저하고 심수층부에서 용존산소의 부족이 나타나며 또 식물연쇄를 통해서 각종 동물군의 생산과 더불어 세균의 분해활동이 높아진다. 부영양화의 상태가 되면 식물플랑크톤을 시발로 하여 생물생산이 활발해지기 때문에 저니의 퇴적속도도 빈영양호보다 빠르게 된다. 수심이 더욱 얕아지게 되면 수중에는 부엽식물, 침수식물, 대형 수생식물도 번식하게 된다. 또한 빈영양호와 부영양호의 중간단계에 있는 호소를 중영양호라고 한다. 그리고 빈영양호중에서도 특히 영양염농도가 낮고 생물생산이 극히 적은 호를 극빈영양호라고도 하며 OECD에서는 호의 영양단계를 5단계로 분류하고 있지만 대부분은 빈영양,중영양,부영양단계로 구분한다. 부영양상태가 되면 호소는 늪으로 변하고 호수는 사멸된다. 이와같이 호소의 생물생산 및 그에 따르는 경관은 일정 불변한 것은 아니고 시간과 더불어 변화하여 간다. 그러나 이 천이는 인위적인 영향이 거의 없고 자연적 요인만 이라면 대개는 매우 완만하여 수십만년이라고 하는 지질적 연대를 필요로 한다. 따라서 사람이 일생동안 관찰할 수 있는 호의 상태는 그 중에 극히 일단면에 지나지 않아 자연적 요인에 의한 변화과정을 직접 관찰한다는 것은 불가능에 가깝다. 그러나 산업화로 발달로 인간활동이 활성화되면서 도시하수, 공장배수, 축산폐수 등 여러가지 배수와 농림지에서 유입하는 영양염이 급속히 증대된 인공 호소가 많아졌다. 이와같이 유역내의 인간활동이 활발한 호소는 유기물 유입이 증가 했을뿐만이 아니라 자연의 상태보다도 매우 빠른 속도로 영양염 양도 증가하였다. 이 때문에 종래 관찰되었던 양보다 다량의 식물성플랑크톤의 증식이 일어나게 되었다. 이 현상도 외견상 자연의 부영양화와 유사하기 때문에 부영양화라고 한다. 그리고 모든 자연요인에 의한 부영양화와 구별하는 경우에는 인위적 부영양화라고 부른다   ○ 외부의 오염원 유입과정 호소나 댐저수지는 자체적인 오염부하보다는 외부에서 유입되는 것에 주로 기인된다. 주로 수체내에서 계절적인 변화에 의한 수직적인 혼합은 수체흐름중에 한가지에 속한다. 대개는 상류에서 유입되는 유량이 용존성 및 부유성 particles를 좌우한다. 특히 대 유량에 의하여 강과 유형이 비슷한 호수와 대규모 저수지댐에서 발생한다. 그러나 많은 천연적인 호수에서는 외부 유량이 상층부로 유입되어 상층부로 배출된다. 그러한 호수는 유역에서의 유량이 호수의 수체내의 움직임에 영향을 주지 않는다. 대규모 인공댐 저수지에서의 외부오염원에 지대한 영향을 주는 유역에서의 유입수는 밀도류에 의해 좌우된다. <그림 1>에서와 나타난 바와 같이 유입수가 저수지보다 수온이 높을 경우 낮은 밀도의 물은 저수지 표층수로 이동되며 유입수의 밀도와 수온이 댐저수지의 중간정도 일 경우 유입수는 중간층으로 유입된다. 우리나라의 경우는 홍수기인 여름철에 대 유량이 댐저수지로 유입되기 때문에 주로 이러한 수체의 움직임이 관찰되는데 대청댐 직하류에 위치한 정수장과 소양강댐 직하류에 위치한 정수장에 이러한 현상을 관측할 수 있다. 즉 댐축의 저수지 표층은 깨끗한데 방류수는 탁한 현상이 관측되는 것이 밀도류에 기인한다고 설명 될 수 있다. 그림 2는 섬진강댐 유역에 '98.5월 중순에 약 50mm의 강우 직후 댐 저수지의 수심별 탁도 측정 결과를 도시한 것인데 댐축에서부터 상류 약 20km지점을 나타낸 것이 실선이고 댐축 상류 약 14km지점을 나타낸 것이 실선인데 상기의 내용과 잘 일치함을 보였다. 여기에서 주목할 점은 자연적인 요건이 오히려 여름철 수화현상을 조금은 억제한다고 볼 수 있는데 이유는 외부오염원이 시간이 지남에 따라 완전 혼합이 이루어 질 경우 영양염류가 다량 함유되어 오히려 수하현상을 가중시킬수 있다고 보기 때문이다. 또한 유입량이 댐 저수지보다 수온이 차거나 밀도가 높을 경우 유입수는 댐저수지 심층부로 유입된다. 성층화된 조건하에서 이러한 밀도류의 흐름은 저수지 상층부에 영양염류나 산소의 양을 고갈시키지 않고 전 저수지를 통하여 이동한다. 즉 짧은 체류시간을 가진 유입수는 수질면에서는 바람직하다고 볼 수도 있다. <그림 1> 밀도류에 의한 댐저수지내 유입수 흐름도 <그림 2> 섬진강댐에서의 밀도류에 의한 유입수 흐름도(1998.05.17)    유역대책  점오염원  생활배수중에서 크게 문제가 되는 질소와 인제거를 Process가 필요한데 일반적으로 질소, 인제거까지 포함된다면 BOD와 같은 유기물도 제거된다. 현재의 기존 처리방법으로는 여름철 댐저수지내에서 수화발생을 전혀 억제하지 못한다고 볼 수 있다. 생활배수(도시하수, 소규모 배수 등)시 수처리의 목표는 수중의 유기물과 부유물을 제거하여 양질의 처리수를 얻고, 질소나 인과 같은 영양염류를 가능한 한 제거하여야 하며 발생하는 오니량을 가능한한 감소시켜야 한다. 이 중에서도 N, P는 저수지, 폐쇄성 수역의 조류 및 이상증식 즉 부영양화를 방지하기 위해 수처리에서 요구되는 목표의 하나이다. 이 조류의 증식을 자극하여 부영양화를 발생시키는 물질이 많지만 질소, 인 이외에 조류의 증식 촉진물질인 Fe, 비타민류, 킬레이트 물질 등은 조류의 증식을 제한하는 농도 이상이 상시 자연수중에 존재하고 있다. 그러므로 질소와 인을 제거하는 일은 조류증식을 억제하기 위한 가장 중요한 조작이라 생각되며 이것이 실현 가능하다면 호소 및 폐쇄성 수역에 대한 내부생산력을 저하시켜 부영양화의 진행을 억제할 수 있다. 이 때문에 수처리분야에서는 질소 및 인을 제거하기 위한 기술개발이 시행되고 있다. 일반적으로 도시하수처리장에 이용할 수 있는 영양물질 처리 공정과 제거효율을 <표 4>에 나타내었다.  질소의 제거 방법   질소는 인과 함께 모든 생물의 필수영양요소로서 자연계에 과다하게 방출될 경우 부영양화가 진행되어 조류의 번식에 의한 수질오염을 유발시킨다. 또한 음용수중에 질산화물이 과량존재할 경우 유아에 대하여 Methemoglobinemia병을 유발하며 암모니아는 정수장에서 염소주입량을 증가시키거나 자연상태에서 질산화에 의해 질산으로 변하는 과정에서 수중의 용존산소를 소모함으로서 산소농도를 감소시켜 어류 등 수중식물의 번식에 바람직하지 않은 조건을 조성한다. 질소의 제거를 위해 사용되고 있는 방법으로는 물리/화학적 방법과 생물학적 방법이 있다.   ○ 물리/화학적방법  탈기(Air Stripping)법   유입하수의 pH를 11이상으로 충분히 높여서 수중에 존재하는 암모늄이온(NH4+)을 암모니아(NH3) 분자로 변화시킨 후 탈기(Air Stripping)탑에서 공기와 접촉시켜 기체상태로 날려보내는 방법이다. 유입하수의 pH를 높이기 위해 주로 석회가 사용되는데 특히 석회에 의한 인의 침전제거가 동시에 요구될 때 화학적조정이 같이 일어나므로 가장 경제적인 질소제거 방법중의 하나이다. 그러나 기온이 영하로 떨어졌을 때 그 처리 효율(적정온도 20℃ 이상)은 상당히 저하되기 때문에 추운지역이나 동절기에는 적용에 곤란한 점이 많으며 소음이나 악취, 탈기탑내에 scale이 형성되는 등 문제가 있다.  <표. 4> 영양물질 처리 공정 및 제거 효율                                                         제거효율 처 리 공 정 제거효율(%) 질소(N) 인(P) 탈기(Air Stripping) 80∼90 - 생물학적 질화·탈질(Biological Nittrification - denitrification) 60∼95 - Break point 염소제거법 80∼95 - 조류채취(Algae harvesting) 50∼50 다양 활성슬러지(Convention Activated Sludge process) 30∼50 10∼30 이온교환(Ion exchange) 80∼92 86∼98 전기화학처리(Electronical treatment) 80∼85 80∼85 전기투석법(Electrodialysis) 30∼50 30∼50 역삼투법(Reverse osmosis) 65∼95 65∼95 증류(Distillation) 90∼98 90∼98 토지살포(Land application) 다양 60∼90 활성슬러지 변법(Modified activated sludge) 30∼50 60∼80 화학침전법(Chemical precipitation) - 88∼95 여과후 화학침전법(Chemical precipitation) - 95∼98 흡착(Sorption) - 90∼98    이온교환법   암모늄이온을 선택적으로 치환하는 특성이 강한 Clinoptilolite를 충진한 이온교환Column을 통과시킴으로써 암모니아를 제거하는 방법으로 동절기에도 사용할 수 있다는 이점이 있다. 또 pH를 높일 필요가 없으므로 (적정 pH 4∼8) 알루미늄이나 철 등의 응집제에 의하여 인을 제거한 유출수를 처리하는데 적합하다.   Break point 염소제거법   하수중의 암모늄염은 염소와 반응하여 다음 반응식과 같이 암모늄이온을 질소가스로 변화시킨다. 이때 1mg/l의 암모니아를 완전 제거하는데 약 10mg/l의 염소가 소모되는 것이 보통이다. 실제로는 반응 때문에 1mg/l의 암모니아를 완전 제거하는데 대하여 250mg/g 정도의 Cl2가 소요된다. Break Point 반응은 매우 급하게 일어나는데 즉 pH 7, 수온 20℃에서 5분만에 약 90%의 반응이 일어나므로 큰 반응조는 필요하지 않지만 소요되는 약품비가 높은 편이며 투여되는 염소와 석회에 의하여 유출수의 염도가 증가된다. 따라서 이 방법은 유출수의 염도가 문제가 되지 않거나 낮은 농도의 암모니아를 제거할 때 적합하다. 3Cl2 + NH4+ → N2↑ + 6HCl + 2H+   ○ 생물학적 방법   하수중의 암모늄이온이 호기성조건에서 질산성 및 아질산성 이온으로 되었다가 다시 혐기성 조건에서는 탈질반응이 일어나 질산성 및 아질산성 이온이 질소 가스로 환원되므로써 질소의 제거가 이루어 진다.    질화 하수중의 암모니아는 다음과 같은 두 단계의 반응을 거치면서 질소화합물로 변화한다. 1단계                                  Nitrosomonas                 NH4+ + 3/2O2 -------------------> NO2- + 2H+ + H2O 2단계                                  Nitrobacter                 NO2- + 1/2O2 -------------------> NO3-   탈질   생물학적 탈질반응은 용존산소가 존재하지 않는 상태에서 Pseudomonas, Micrococcus, Achromobacter, Bacillus 등과 같은 통기성 종속영양 박테리아에 의하여 질산이 질소가스로 환원되는 과정으로 이때 질산기는 수소수용체로서 작용하며 탈질반응이 진행되기 위해서는 탈질박테리아의 탄소원으로 메탄올이 첨가되는데 이론적으로 질소 1mg/l 당 1.9mg/l의 메탄올이 필요하나 실제 처리장에서는 질산 1mg/l 당 3.0mg/l의 메탄올이 소요되므로 비용이 많이 드는 단점이 있다, 메탄올의 첨가에 의한 탈질반응은 다음과 같이 일어난다. 6NO3- + 5CH3OH → 3N2↑ + 5CO2 + 7H2O + 6OH-   질소제거 Process   도시하수의 질산화 공정으로는 하나의 반응조에서 유기물과 암모니아성질소를 동시에 제거하는 1단 활성슬러지 질산화 process와 유기물과 암모니아성질소 제거를 다른 반응조에서 단계식으로 제거하는 2단활성슬러지/질산화 process가 있다.   또한 탈질법으로는 첫 번째 반응조에서는 유기물과 암모니아성질소를 동시에 제거하고 두 번째 반응조에서는 탈질반응이 일어나는 2단 활성슬러지 질산화-탈질process와 유기물 및 암모니아성질소 그리고 탈질을 각각의 반응조에서 진행시키는 3단 활성슬러지 질산화-탈질 process가 있다. 각각의 process에서 탈질반응을 위해서는 외부로부터 <그림 3>과 같이 메탄올과 같은 유기물공급이 필요하며 메탄올 주입은 유출수 기준을 초과하지 않도록 주입하여야 한다. 그러나 계속적인 메탄올 주입은 유지관리비의 문제가 있어 탈질을 위한 유기물 공급체로서 폐수내의 BOD를 사용하는 방법으로 바뀌었으며 그 방법으로서는 2차침전지 유출수내 낮은 농도의 유기물을 사용하거나 탈질조의 체류시간을 길게하여 탈질조의 미생물이 분해되므로써 유출되는 유기물(Endogenouns Carbon)을 사용할 수 도 있으나 이 방법은 긴 체류시간을 유지하여야 하기 때문에 조의 크기가 커지고 탈질속도가 느리며 암모니아성질소가 방출되는 문제점이 있다. 따라서 탈질을 위한 유기물 공급체는 유입하수를 사용하는 방법이 개발되었다. 대표적인 예로는 <그림 4>와 같은 4단 Barden-pho process로써 첫 번째 Anoxic조에서는 탈질을 윌한 유기물 공급체로 유입하수의 유기물질을 사용한다. <그림 3> 메탄올주입에 의한 Seperate stage system에서 질소 제거 <그림 4> 4단 Bardenpho Process    인의 제거 방법    ○ 화학적 처리 방법   중금속 첨가법 응집제 첨가 활성슬러지법에 의한 인의 제거는 폭기조중에 응집제를 첨가하여 Ortho phosphorus를 응집시켜 불용성으로 만들고 이러한 불용성 물질을 최종 침전지에서 침전시켜 분리시키는 방법이다. 따라서 이러한 응집제로는 인산과 결합하여 불용성의 염을 만들게 되는 황산알루미늄과 폴리염화알루미늄(PAC)등의 알루미늄염이나 염화 제2철과 염화 제1철 등의 철염이 사용되고 있다. 폭기조중에 황산알루미늄이나 염화 제2철을 첨가하는 경우를 나타내면 다음과 같다.              Al2(SO4)3 + 2PO43- → 2AlPO4 + 3SO4-2                  ----- (1)              FeCl3 + PO4-3 → FePO4 + 3Cl                             ----- (2)              Al2(SO4)3 + 6HCO3 → 2Al(OH)3 + 3SO4-2 + 6CO2 ----- (3)              FeCl3 + 3HCO3 → Fe(OH)3 + 3Cl + 3CO2                   ----- (4)   위 식(1), (2)의 반응은 응집제가 Ortho phosphorus와 반응하여 인산알루미늄 및 인산제2철과 같은 인산 제2철의 불용성 인산염을 만드는 반응이며 가장 중요한 반응이다. 인산이온과 3가의 금속이온인 Al+3 또는 Fe+3 는 식(1)과 식(2)로부터 알수 있듯이 화학양론적(Stochiometric)으로 같은 mole의 반응이다. 그러므로 인 1mg/l에 대하여 알루미늄이온 0.88mg/l, 철이온 1.8mg/l가 필요하며 금속이온 1mg/l당에 생성되는 인산염은 AlPO4가 4.5mg/l이고 FePO4가 2.7mg/l이다.   또한 알카리도 성분이 존재하면 식(3)과 식(4)의 반응이 일어나고 수산화물의 floc이 형성되며 알루미늄이온 및 3가의 철이온 1mg/l당 생성되는 수산화물은 Al(OH)3가 2.9mg/l이고 Fe(OH)3가 0.9mg/l이다. 이와같이 응집제는 폭기조중에서 인산이온과 반응하는 것이 아니고 하수중에 존재하는 알칼리도 성분과 반응하여 수산화물도 생성하므로 인의 농도가 낮은 처리수를 얻기 위해서는 인에 대한 중금속의 Mole비(Al/P, Fe/P)는 1.0이상이 되어야 하며 통상적으로 2.0이상이 되도록 첨가한다. 응집제를 이용하는 처리법을 응집제의 투입위치에 따라 분류하여 보면 전 응집법과 응집제를 침전지의 앞 또는 최종침전지내에 투입하는 방법이며 BOD와 SS를 동시에 제거하므로 2차 처리에 대한 부하를 감소시키는 효과는 있으나 인의 생물학적 반응을 받지 않은 단꼐로서 Ortho phosphorus 형태의 인이 적어 제거율은 높지 않다. 후 응집법은 응집제를 2차 처리수에 첨가하는 3차처리법의 한가지이다. 폐수중에 함유된 유기인(Organic-P)이나 Poly-P의 생물학적 처리 과정에서 거의 Ortho -phosphorus로 가수분해 되므로 전응집법에 비하여 인의 제거 효과는 훨씬 높아진다. 응집제첨가 활성슬러지법은 응집제를 폭기조에 직접 투입하는 방법이며 인의 제거능력은 높으나 활성슬러지 미생물에 영향이 없도록 응집제 첨가 위치를 고려해야 할 필요성이 있다. <그림 5> 활성슬러지법에 의한 응집제투입의 위치        - 반송슬러지 유입전        - 반송슬러지 유입후        - 폭기조내의 침전하수 유입구        - 폭기조의 유출구        - 폭기조내에서 최종침전지로 가는 Line  Lime 첨가법   금속염첨가법과 마찬가지로 최초침전지나 최종침전지 유출수에 Lime을 주입하므로써 인를 제거하며 1단계 Low Lime process와 2단계 High Lime process의 2가지 system이 있다. 전자는 pH를 10이하로 유지시키면서 인 배출농도 1mg/l T-P/l를 만족하며 후자는 pH가 11 ∼ 11.5까지 높인 상태에서 1mgT-P/l이하의 매우 낮은 방류기준에 사용되나 Lime이 요구되고 후속하는 생물학적 처리공정으로 배출하거나 처리장에서 처리수를 방류하기전에 pH를 저하시키기 위한 조치가 필요하다. Lime에 의한 인제거는 물의 연수화 과정으로 인제거를 위해 요구되는 Lime양은 인의 농도보다는 식(5)와 같은 폐수의 알칼리도에 의하여 결정되어 폐수의 pH에 의해 Lime이 결정된다. Ca(OH)2 + HCO3- = CaCO3(S)↓ + H2O ---(5) 인제거를 위해 요구되는 Lime양은 총알칼리도의 1.5배 이다. 슬러지발생량은 인의 제거에 의해 생성된 Ca5(OH)(PO4)3(Hydroxy apatite)보다는 폐수의 알칼리도 제거에 의해 생성된 CaCO3 와 주로 관계가 있다. Lime 첨가법은 중금속첨가법보다 훨씬 많은 양의 슬러지가 발생하며 pH조절에 의한 처리방법이므로 Lime 저류조, 주입장치, 혼합장치 등에 대한 상당한 유지관리를 필요로 한다. 또 사용한 Lime은 소성화(Calcining)하여 재 사용할 수 있으나 이는 재생과정에 많은 건설비와 유지관리비가 소요되므로 대단위의 처리장에서만 적용이 가능하다. 더구나 Lime을 재생하여 사용하더라도 약 20∼30%의 보조 Lime이 소요된다. 따라서 Lime 첨가법은 과량의 화학제를 사용하여야 하거나 Lime 취급상의 어려움과 슬러지 발생량이 특히 많은 등의 문제점 때문에 실제 적용하는 사례는 극히 드물다. Lime첨가법의 장점과 단점은 다음과 같다. <장 점>   pH 조절에 의한 Lime 주입이 이루어지는 비교적 간단한 공정인 소요 Lime 주입량은 인의 농도보다는 폐수의 알칼리도에 의해 변화된다.   High lime process에 의하여 매우 높은 인의 제거율을 만족할 수 있다.   Cr, Ni 등 많은 중금속의 제거를 효과적으로 할 수 있다.   최종침전지에 Lime을 주입시키므로써 생물학적처리공정에 유기물부하를 감소시킨다. <단 점>   알칼리도가 높은 폐수에 대하여 화학적 약품비가 많이 든다.   타 인제거 process보다 슬러지 발생량이 많다.   Lime 저장조, 주입장치, 기타 제어장비의 유지비가 고가이다.   총건설비 및 유지관리비가 많이 소요되어 널리 사용할 수 없다.   High lime process에 대하여 재탄산화(recarbonation)단계가 요구된다.   ○ 생물학적 인 제거 원리   생물학적 인제거는 활성슬러지가 혐기성상태에서 인을 방출하고 다시 호기성상태에서 인을 과잉으로 섭취(Luxury uptake)하는 현상에 기인하는 것으로 활성슬러지 미생물의 인방출과 과잉섭취 과정은 <그림 6>에서 보는 바와 같이 활성슬러지가 혐기성상태에서 ortho phosphate를 방출하면 혼합액중의 ortho phosphate의 농도가 증가한다. 이 상태를 일정시간 유지한 후 호기성상태하에서 활성슬러지는 역으로 혼합액중의 ortho-phosphate를 흡수함으로써 혼합액중의 인농도는 거의 0으로 감소한다. 이 상태에서 고-액 분리하면 인의 농도가 낮은 상징수를 배출할 수 가 있다. 이 과정에서 유기물 제거상태는 혐기성조건하에서도 혼합액의 기질농도가 감소되는 것으로부터 유기물이 섭취됨을 알 수 있다. <그림 6> 혐기·호기상태에서 생물학적 인 및 BOD제거   ○ 생물학적 인 제거 기구   생물학적 인제거 기구는 아직 명확하게 밝혀지지 않았지만 일반적으로 <그림 7>에 나타낸 바와 같이 아세테이트와 기타 발효물질이 혐기성상태하에서 정상적으로 발생하는 임의성 미생물에 의한 발효반응으로 부터 생성되는데 이는 주로 용해성 유입BOD가 분해, 발효되면서 생성된다. 이 발효 생성물은 탈인 미생물에 의하여 아주 쉽게 분해, 저장되며 이때 혐기성상태에서 Poly-phosphate가 가수분해되면서 발생하는 에너지를 이용한다. 즉 세포내에 저장된 poly-phosphate가 PHB로 변화되면서 에너지가 방출되며 이 에너지는 활발한 기질의 전달과 Acetoacetate의 발효에 이용된다. 탈인균은 혐기성상태에서 발효물질을 분해할 수가 있어 활성슬러지계내에 다른 미생물보다 훨씬 활발하게 증식하게 된다. Rensink는 대표적인 탈인균인 Acinetobacter의 성장속도는 비교적 느리며 단순한 구조 유기물을 선호하는 경향이 있으며 만약 혐기성상태가 유지되지 않을 경우 이 박테리아는 활성슬러지내에 충분히 존재하지 않을거라고 추론하였다. 한편 호기성에서는 탈인 미생물이 세포내에 저장된 기질을 이용하면서 용해성인을 인산염의 형태로 과잉섭취하며 인을 과잉으로 섭취한 미생물을 잉여슬러지로 폐기시킴으로써 인을 제거한다. 따라서 인제거 기구에 의하여 생물학적 인제거 정도는 혐기성상태에서 성장하는 미생물에 의하여 발효되는 기질의 양과 탈인균에 의하여 분해, 저장되는 발효생성물의 양에 직접적인 영향을 받는다. <그림 7> 생물학적 인제거 기구의 개념도   ○ 생물학적 인제거 process 생물학적 인제거 process 개발에 관한 연구는 오래전부터 수행되어 왔는데 1955년 Greenburg등은 활성슬러지가 정상적인 미생물의 성장에 요구되는 양 이상으로 인을 섭취할 수 있다고 보고하였으며, 1959년 Srinath등은 액상의 미생물혼합액중의 용해성안이 여러 가지 폭기조건하에서 인의 농도는 1mg/l이하로 급격히 감소됨을 발견하였다. 1965년 Levin과 Shapiro에 의하여 연속적인 혐기-호기형 생물학적 인제거 시스템이 최초로 소개되었으며 현재 실용화되어 있는 주된 process로서 Phostrip, Bardenho, A/O process등이 있다. 이외에도 UCT(University of Cafetown) process와 SBR, VIP(Verginia Initiative Plant) process등이 있다.  Phosttrip process   Phostrip process는 1963년 Levin에 의하여 최초로 개발된 Luxury P uptake와 혐기성 인방출의 장점을 취한 활성슬러지법이다. <그림 8>에 나타낸 바와 같이 Phostrip process는 생물학적방법과 화학적방법을 조합한 것으로 반송슬러지의 일부를 혐기성상태의 탈인조로 유입시켜 혐기성상태하에서 인을 방출분해 한 뒤 상징액으로부터 과량함유된 인을 Lime으로 침전 제거 시킨다. 이 process의 장점은 유입수의 BOD부하에 큰 영향을 받지않고 유출수중 인의 농도를 1mg/l이하로 유지할 수 있다는 것이며 상당량의 인이 Lime슬러지로 제거되어 인을 과잉으로 함유하는 슬러지보다 처리가 용이하며 또 Lime주입량이 alum이나 중금속과 달리 제거될 인의 양보다는 알칼리도에 의하여 결정되고 탈인조 상징액이 총 유입 하수량에 비해 아주 적으므로 인을 침전시키기 위해 소요되는 Lime의 양은 순수화학적 처리 방법보다 적어 약품비가 절감된다. <그림 8> Phostrip process의 처리 계통도   A/O process   A/O process는 미국의 Air Products & Chemical사에서 개발 실용화 하였으며 <그림 9>와 같이 반송슬러지가 유입하수와 함께 혼합되어 혐기성상태에서 미생물에 의한 유기물의 분해가 일어나면서 인이 방출된다. 인이 방출된 미생물 혼합액은 다음 단계의 호기성조로 유입되어 폭기됨으로써 혐기성조에서 흡수한 BOD를 대사함과 동시에 인의 급격한 흡수가 일어난다. 여기에서 발생한 잉여슬러지가 폐기되어 인의 제거가 이루어지며 인제거율은 과량의 인을 함유하는 슬러지 폐기량에 따라 달라지게 되므로 시스템내 슬러지 체류시간(SRT)이 중요한 변수로 작용하게 된다. 슬러지의 인함량은 건량으로 4∼6%정도로 표준활성슬러지법의 2∼3%에 비해 2배의 인을 함유하여 방류되는 인의 상당량이 부유물질과 관련되므로 일반적인 인의 방류기준 1mgT-P/l를 만족하기 위해서는 방류수의 여과장치가 필수적으로 요구된다.  Bardenpho process Bardenpho process는 1970년대초 남아공화국의 Barnard에 의하여 생물학적으로 인과 질소를 동시에 제거할 수 있도록 개발된 활성슬러지공법으로 <그림 10>의 생물학적 질소제거 시스템 전단에 <그림 10>과 같이 혐기성조를 추가시켜 인을 생물학적으로 제거하기 위한 혐기-호기조건을 조성한 것이다. <그림 9> A/O Process 처리 계통도   Bardenpho process의 처리공정을 보면 반송슬러지가 유입하수와 함께 혐기성 폭기조에 유입되어 발효반응이 일어나면서 인이 방출되는 것으로부터 시작된다. 1단계 Anoxic조에서는 호기성질화조로부터 내부 반송된 혼합액과 함께 섞여 유입하수중의 용해성유기물을 탄소원으로 하여 질산이 질소가스로 환원되는 탈질반응에 의하여 시스템에서 발생된 질산의 약 70%가 여기에서 제거된다. <그림 10> Bardenpho process 처리 계통도   연속되는 1단계 폭기조에서는 질화가 일어나 암모니아를 질산으로 산화시키는 동시에 BOD제거와 함께 과잉의 인이 섭취된다. 2단계 Anoxic조에서는 혼합액중 미생물의 내생호흡에 의하여 다시 탈질반응이 일어나 혐기성폭기조로 질산의 반송을 최소화한다. 연속되는 최종 폭기조에서 짧은 시간 동안 폭기하여 최종침전지에서의 혐기성상태를 방지하여 인이 다시 방출되지 않도록 한다. 인의 제거는 A/O process와 마찬가지로 시스템으로부터 인을 과잉으로 섭취한 잉여술러지를 폐기시킴으로서 제거하는데 1mg/l이하로 방류시키기 위해서는 중금속을 첨가하거나 여과장치가 필수적인 것으로 알려져 있다.  SBR   SBR process는 1900년대 초기에 운전된 경험이 있어 새로운 처리개념이 아니라 하더라도 펌프나 기계등의 기술발전에 의한 운전의 자동화로 인해 최근 다시 많은 관심을 끌게 되었으며 처리개념과 유연한 운전특성으로 인해 활용이 늘어나고 있으며 혐기.호기성상태가 교환되므로써 생물학적 인제거 시스템으로서의 적용성이 명백해졌다.   1984년 미국 인디애너주 Culver처리장에서 실시한 생물학적 인제거에 의하면 먼저 단일반응조에 하수를 유입시킨후 폭기하지 않고 혼합시킴으로서 혐기성상태의 발효를 일으켜 인이 방출되며 다음에 반응조를 폭기시켜 과잉의 인을 섭취시킨 후 침전, 배수과정을 거쳐 처리수를 배출한다. <그림 11> SBR에 의한 생물학적 인제거의 계통도  UCT(University of Cape Town) process   그림 12의 UCT process는 남아프리카공화국 Cape Town대학에서 개발된 process로서 수정 Bardenpho process는 2차 침전지의 반송슬러지를 혐기성조로 직접 반송시키나 UCT process는 반송슬러지를 혐기성조에 유입시키지 않고 Anoxic조로 유입시킨다. 이는 반송슬러지에 함유된 질산성질소가 혐기성조에 유입되었을 때 인의 방출에 의한 나쁜 영향을 미친다는 경험에 기초한 것으로써 수정 Bardenpho process보다 혐기성조에서 질산성질소의 농도는 낮게 유지되며 동시에 폭기조에서 인의 흡수율은 높아진다. 그러나 UCT process의 폭기조에서 Anoxic조의 혼합액의 반송은 혐기성조에 질산성질소 농도를 감소화하는 역할을 하는 수단으로 사용되어 시스템 전체 질소제거를 위한 충분한 기능을 못하므로 <그림 13>의 수정 UCT process에서는 Anoxic조를 2조로 나누어 첫번째 조는 반송슬러지내의 질산성 질소농도를 낮추는 역할만 하고 두 번째 Anoxic조는 폭기조에서 반송된 NOx-N를 탈질시켜 process 전체의 질소제거를 향상시키는 역할을 하여 폭기조에서 과량으로 질산화가 진행되어도 인제거를 안전하게 수행할 수 있다. <그림 12> UCT pricess 계통도 <그림 13> 수정 UCT process 계통도  VIP(Virginia Initiative Plant) Process   VIP process는 생물학적 인 및 질소제거 process로써 Lamberts plant 폐수처리장 확장을 위한 설계기준을 확립하기 위하여 Pilot 규모의 실험을 진행하였다. VIP process는 <그림 14>와 같으며 <그림 12>의 UCT process와 유사하나 차이점은 다음과 같다.     o 혐기성, Anocix, 혐기성조건에 한 개의 반응조를 사용하지 않고 각각의 조건에 대하여 최소한 2개 이상의 완전혼합조(Complete mix cell)를 직렬로 사용하여 첫 번째 호기성조에서 잔류유기물 농도가 높게 유지되게 하므르써 인의 흡수속도를 증가시킨다.     o 고율로 운전하여 활성미생물량을 증가시킴으로써 인의 제거 속도를 높일 수 있어 반응조의 크기를 줄일 수 있다. VIP process의 미생물 체류시간(SRT)은 5∼10일이나 UCT process는 일반적으로 13∼25일로 설계한다. <그림 14> VIP process 계통도  유입하천수 처리방안 댐저수지내로 들어오는 유입하천 유역의 소규모 생활하수, 사업장, 축산 등의 배출수 수질을 정화하기 위한 방법 즉 직접정화법도 고려하여야 한다. 왜냐하면 댐 주변지역의 인구는 산재되어 있고 도시처럼 밀집되어 있고 대규모의 오염원이 아니기 때문이며 또한 처리장 건설에 소요되는 비용을 산재되어 있는 오염원에 대하여 전부 설치하기는 곤란하기 때문이다  접촉재 충진수로 정화법 생활하수 등이 미처리되어 다량으로 방류되고 있는 수로의 BOD는 30∼50mg/l 또는 그 이상인 경우가 많다. 이들 수로는 모두 콘크리트의 하수 수로로 정비되어 있으며 자정작용이 충분한 기능을 하지 못하여 정화되지 않고 유하한다. 이와같이 생활하수의 대부분은 수로에 미처리되어 방류되고 있으므로 수로내에 접촉재를 충진하여 부착생물막량을 증가시켜 자연정화기능으로 댐유역 실개천에 산재되어 있는 오염원을 자연적으로 정화하는 방법이다. 그러나 홍수기시 비가 다량으로 유입될 경우 정화효과를 기대하기는 어려우며 수온이 낮을시에도 정화효과가 미약하다 또한 토사에 의한 접촉재의 매설, 슬러지의 반출, 낙엽이나 쓰레기 등의 투기 등 유지관리가 어렵다.  자갈접촉산화법 하상의 부착생물막은 자갈을 다층으로 쌓아 자연정화기능을 높이는 방법으로 하천부지에 콘크리트조(수심 1.5m)를 만들어 큰자갈을 충진한다. BOD 30이하의 경우는 폭기하지 않은 하천수를 유하시켜 자갈에 형성된 부착생물막으로 정화한다. BOD제거율은 체류시간이 길수록 향상되지만 1∼2시간이 대부분이다. BOD가 30 이상인 경우는 폭기를 하며 폭기시 제거율은 90%로 향상된다. 실규모에서의 장치는 일본의 野川 시설이 최초이며 20개 이상의 시설이 가동되고 있다. 하천 고수부지를 이용한 방법으로 보급문제, 슬러지 처분 문제등도 고려사항이다. 직접정화법은 독창적인 기술로 개발의 여지가 많이 남아 있다. 직접정화법은 생태공학이 중심이 되어 물리화학적인 방법이 도입되어야 한다. 일부에서는 현재 발전을 하고 있는 Bio-technology도 직접 정화에 이용하고 있다. 분리방식은 배출수 처리기술을 응용하는 경우가 대부분이다. 수질정화는 넓은 부지, 많은 에너지(다량의 미생물체 등)에 매우 의존적이다. 소하천이나 호소에서는 처리수량은 많고 배출수에 비하여 오염정도는 상당히 낮으므로 소하천이나 호소의 수질개선은 여러 분야가 참여하여야 한다. 향후 직접정화법에서 검토하여야 할 사항   - 직접방식은 처리성능, 유지관리 측면에서 문제가 있지만 경제적이다. 분리방식은 처리효율이 높고 관리가 싶지만 시설을 건설하고 관리하는데 주의를 요하며 배출수처리문제도 고려하여야 하며 넓은 부지를 필요로 한다.   - 수량, 수질의 변화에 따른 처리조작이 필요하며, 유지관리가 어렵고 동력비가 많이      소요된다.   - 처리 효율을 높이기 위해서는 다량 생산된 슬러지의 배출이 필요하다.   - 수질개선과 동시에 주변 경관도 고려하여야 한다.   인공습지를 이용한 수질개선   인공습지를 이용한 오수정화처리에 관한 연구는 습지가 갖는 오염물질, 여과, 토사방지, 산소생산, 영양염류 순환 등 수질보존의 기능을 인위적으로 창출하기 위한 것이다. 여러 논문과 실험결과에 따르면 인공습지는 수질정화기능이 매우 높은 것으로 나타났다. 우리나라에서는 미나리, 부레옥잠, 생이가래 등과 같은 부엽 및 침수식물을 이용한 오수정화 처리에 관한 연구는 최근 몇 년 사이에 많이 수행되었으나 갈대, 주울, 부들 등과 같은 정수식물을 이용한 오수정화처리의 연구는 거의 없는 실정이다.   인공습지는 설치비와 유지관리비가 저렴하고 처리효율도 높으며 유기물제거는 물론 호수 부영양화의 원인 물질인 인, 질소와 중금속, 병원성균에 대한 정화기능까지 갖고 있어 매우 유용한 처리시설로 평가받고 있다. 이러한 습지의 가장 큰 단점은 넓은 부지를 필요로 한다는 점이다. 따라서 습지는 부지의 제한성이 없는 지역에 적합한 시설로 오수처리, 광산폐수, 축산폐수, 매립지의 침출수, 호수수질개선, 고도처리 들 수처의 여러분야에 응용되고 있다.   특히 유럽에서 인공습지를 이용한 오수처리는 경험의 부족, 위생상의 문제, 동절기 효율, 기질의 막힘 등과 같은 이유로 법적허용을 주저하고 있으나 세계 각지의 많은 전문가에 의해 이러한 부정적인 관점은 변화하고 있고 최근의 조사 결과에 따르면 인공습지가 "가장 유용한 방법", "공인된 기술의 규칙" 으로 법률상 표쥰화 될 것으로 예측하고 있다.(Habert et al., 1995)  비점오염원   비점오염원(NPS)은 농업과 원수의 수질에 상당한 영향을 끼치는 것으로 알려져 있다. 유역과 수서환경에 밀접하게 연관되어 비점오염원으로서 농업활동을 주 오염원으로 생각하며 가장 쉽게 비점오염원으로 고려할 수 있는 것은 부식된 침전물, 비료, 살충제, 유기물, 하수 슬러지등을 둘 수 있다.   비점오염원은 토양부식, 지하수, 음용수로 사용되는 취수원과 밀접하게 연관되어 있어 수자원 이용에 대한 우려를 자아내고 있다. 전세계적으로 지구 표면층의 30∼50%가 비점오염원에 영향을 받고 있는 것으로 보고 되었다. 지방에서의 비점오염원에 대한 농업활동 결과에 대한 평가는 농업전략의 핵심이 되고 있고 유해 환경영향평가에 대하여 저감시키고 있다.   정책자들은 토양표층에 농화학에 대한 거동을 알 필요가 있고 토양과 지하수에 대하여 경각심을 가져야 한다.   비점오염원에 대한 평가는 시간과 공적으로도 물리, 화학과정등이 복합적인 과정이 포함되어 있다.  삼림생태계 대책   자연공간으로서의 천연삼림, 농림업생산공간으로서의 산림, 기지 농촌지대에 점재하는 임, 대지 (주위보다 높은 평지 )와 저지가 연쇄하는 경사면의 잡목림, 가느다란 대나무 밭 등도 정도의 차는 있지만 산림생태계로 간주한다. 그리고 영양원소의 흡수부화기능이 배출기능을 상형하고 있다. 즉 이들 삼림생태계에 속하는 비점오염원은 집수역의 최대의 부하장치이다. 집수역전체에서는 삼림이나 임지의 면적을 어떠한 방법으로 유지해 가는가가 중요하다.   부득이하게 공업단지나 주택단지, 혹은 농지조성, 도로를 위하여 삼벌할 때에는 그에 의해 상실된 흡수부하기능에 상당하는 인공림을 만드는 것을 의무화할 필요가 있다. 이와 같이 기본적인 개념으로 보면 ①개벌금지 ② 삼림시견의 억제 ③잡목림, 소림, 「진수림 」의 보전 등을 대책으로서 들 수 있다.  논 대책   논에서는 질소, 인유출방지대책, 수관리관계, 시견재배관계, 토양관리관계로 나누며 또 단위 논 , 논군, 하천의 3 Level에 관하여 <표 5>에 나타냈다.   대책의 기본은 수중의 질소, 인농도를 높이지 않을 것, 질소, 인을 함유한 물을 논 밖으로 유출되지 않도록 할 것. 논으로부터 나온 물은 반복리수, 또는 순환리수를 하여 절수와 동시에 지구외로의 배수를 최소로 하는 것인데 구체적으로는 다음의 대책이 농가개인노력으로 행하여질 필요가 있다.      - 시비직후의 낙하방지      - 용수절약 변류방지      - 비료의 절약      - 시비방법의 개선      - 퇴비유기물비료에 의한 화학비료의 대체     -  시비시기의 개량 등이다. <표. 5> 논에서의 비료성분 유출방지대책           Level 관리관계 단 위 논 논 군 하 천 수 관 리 관 계 강제낙수방지 일류방지 변류방지 절 수 용배수계통의 정비 절 수 대량취수 → 대량배수 개선 순환이수 반복이수 저농도용수 (지하수 등)로의 용수변용억제   논 군 → 하천의 반복리수의 고농화 농업용수유지를 위한 하천수질 열화 방지     시비재배 관 계 전면수중의 질소, 인농도를 증대시키지 못한다. 시비방법의 개선 (표층시비억제,국소시비법촉진) 시비시기의 개선 (적기분비) 화학비료개량 퇴비의 이용촉진과 산화비료의 절감 시비직후의 落水에 의한 유출방지 토양관리 관 계 과도한 침투방지 床 締 客 土   일본의 長野縣, 滋賀縣등 에서는 국소시비를 하여 수량의 증가, 비료의 절약, 질소와 인의 유출방지등 일석삼조의 효과를 거두고 있어 개략적으로 살펴보면 전식(모내기 기계 )에 paste의 비료탱크를 설치하여 시비주입 pipe를 도주모 2cm, 깊이 3cm로 조립했다. paste 비료를 조상으로 토출시키면서 모내기를 하였다. 국부시비를 하였을 경우는 전면수중의 질소, 인의 농도를 무시비구로 변하지 않는다는 것이 확인되었다.   中田들은 paste 3cm, 화성 5cm로서 군소시비한 경우 비료성분의 면원수로의 용출은 거의 없었다는 것이 확인되었다. 그러나 화성 3cm는 거의 관행구에 가까운 (전층시비)전면농도를 나타내었다.   中田들은 작상 10cm의 위치에 유안을 체상으로 시용하였을 경우, 전층농도에 비해 이용이 높으며 손실량은 반감한다고 보고하고 있다. 또 中田들은 수전에 시용하는 형태는 (NH4)3PO4가 가장 좋은 토양으로 유지되어 유출되기 어려운데 반해 요소는 NH4성비료보다 유출되기 쉽다. 퇴비전용토양은 NH4의 보유력이 강하여 유출하기 어렵다고 기술하고 있다.   宮城縣지방은 이전보다 퇴비, 생짚을 연용하고 있으며 화학적 비료의 시용량이 적은 도작을 하고 있은 곳이다. 여기서 질소의 차인배출량은 -27.8 kg /ha /년, T-P는 -6.5kg /ha /년으로 질소, 인을 정화하는 기능이 현저하게 강하다.   퇴비의 이용은 절비와 전면수농도의 저하와 연관되며, 水田의 배출을 억제하는 유용한 대책이다.   침투를 위한 유출을 방지하는 대책은 누수를 방지하는 것이다. 단단히 조으기, 객토, 점토등의 사용이 각지에서 행하여 지고 있다. 일강수심의 년평균이 25 mm이상인 논은 질소를 배출할 우려가 있다.   용배수 계통 정비, 순환이용, 반복이수, 누수방지 나아가 농업하천의 수질보전등은 개별 농가에서 대응할 수 있는 문제는 아니다. 이들은 행정측의 책임으로서 대책을 실시해야 할 것이다. 또 pipeline이나 用排분리가 물의 낭비와 반복이수의 저하와 연관되지 않도록 하여야 한다. 농업하천이 여러 가지 요인으로 오염되어 농업용수로서 이용 불가능한 곳이 있다. 그런 곳에서는 우물을 파서 pipeline으로 물이 공급되고 있다.   종래에 행하여졌던 하천 ↔ 논의 반복이수 - 수질보전의 관계는 없어지고 많이 있었던 농업용 취수는 하나도 남아있지 않다. 하천의 수질을 유지하여 논 ↔ 하천의 반복이용의 고농화를 꾀하는 일은 중요한 대책의 하나이다.   밭, 과수원대책   밭, 과수원으로 부터의 질소 유출방지대책은 논에 비해 훨씬 어렵다 . 질소에서는 차인배출량을 (-)로 하는 것은 거의 무리이다. 미국의 Long Island의 감자밭 (10,000 ha )에서는 질소가 200 ∼250 kg / ha 사용되어 NO3-N이 100 kg/ha/년 유출되고 있다고 보고되었다.   주요 채택된 대책안은 ① 감자의 생산금지 ② 시비량 제한 ③ 적기시비에 의한 분비이었다. 실질적으로 적기분비에서 상당한 효과를 인정하고 있다.   배출량을 작게 하는데에는 침투수중의 NO3-N농도를 높이지 않는 것이다. 침투수중의 NO3-N농도는 시비량에 영향을 준다. 대책으로서는      - 성비 (시비기 의 호전이 필요)      - 적기분비      - 용출되기 어려운 퇴비, 유기물비료의 사용촉진 등이다.   밭의 경우 국소시비는 효과가 없겠지만 경사가 있는 밭에서는 대책이 될 수도 있을 것이다. 경사지에서는 토양침식이 일어나기 쉽고 이 경우는 인도 유출한다.   이와같은 경우에서는 등고선 계단화한 밭을 만들어 식생으로 피복해 두는 것도 필요하다.   외국에서는 밭 주위에 다년생식생에 의한 生항원(?)을 만들어 수분유지, 영양염흡수, 침식방지에 도움을 주고 있다. 상술한 정도의 대책으로서 밭, 과수원에서의 NO3-N의 유출은 도저히 방지할 수 없다.   따라서 제2 대책으로 밭, 과수원으로부터 유출된 NO3-N의 부하를 어떻게 하여 삭감시키는가 하는 것이다.  생태계의 활용   비점오염원 부하의 삭감 대책중에서는 밭, 과수원지에서 유출된 NO3-N을 자연생태계를 이용하여 제거하는 것이 커다란 과제가 된다. 그러나 이 방법을 실시한 예는 거의 없고 점오염원에서의 오수를 처리한 예는 많이 있다. 비점오염원에서 유출하는 부하는 점원부하와 같이 어떤 특정한 장소에 한정되어서 배출되는 것은 아니다. 넓은 지역에 면으로서 분포되어 있으며, 자연지하수와 지표수가 일체가 되어 이에 대한 점원대책으로 이용하는 처리장과 같은 것으로서 처리하는 것은 거의 불가능에 가깝다.   또 그 지역의 유출처,가령 하구와 같은 곳에 무엇인가 처리시설을 만드는 것도 그 수량이 큰 점을 고려한다면 경제적으로 무리일 것이다.   따라서 비점오염원대책으로는 그 지역에 NPS로서 확대되고 있는 토지를 활용하는 것이 좋으며 특히 NO3-N의 제거에는 습지와 논과 같이 침수토양계의 환원상태하에서 탈질기능을 가지고 있는 것이 바람직하다.   논에서는 전술한 바와 같이 시비기 이외에서는 差引배출은 (-)로 되어 있어, 그 질소제거기능이 활용가능하다. 벼를 벤 후의 비관개기의 습한 밭과 휴경지의 활용도 유효할 것이다.   습지나 연못에서도 탈질소와 식생, 어류에 의한 흡수를 기대할 수 있다.   여기서 비점오염원대책의 생태계활동의 제일단계로서 밭에서 NO3를 함유한 유출수를 그 지역에 기존의 습지, 밭, 논에 대한 자연지형을 이용하여 유도하는 것을 생각해 볼 수도 있다. 구릉지대에 밭이 있고 그 하부에 임지, 습지, 논이 있는 경우는 이상적인 지형일 것이다. 이들 정화형비점오염원에 도입된 NO3를 함유한 물은 거기서 탈질하거나 식생에 의해 흡수되기도 한다. 이것을 탈질흡수 zone 라고 부른다.   여기서 주의하지 않으면 안되는 것은 도수된 NO3를 함유하는 물에 의해 그 곳의 생태계가 훼손돠는 것이다. 경작기인 논에 고농도의 NO3 물이 끊임없이 공급되는 경우에는 탈질과다의 장해가 일어나는 경우가 있다.   다음 방법은 이들 정화형비점오염원에 있어서 식생관리를 인위적으로 행하여 질소의 식생에 의한 흡수를 적극적으로 꾀하는 일이다. 식생을 방치하면 식생에 흡수한 질소는 식생의 고사후 재차 수중에 방출되기 때문에 식생을 제거할 필요가 있다. 경우에 따라서는 연근, 율무, (사료)양식, 쌀 등의 토양에 강한 상품작물을 생산하는 것도 생각할 수 있다.   그러나 이 경우에는 흡량과 품질관계로서 시비를 행할 필요가 생기며 그 때문에 새로운 배출이 생기는 경우도 있다. 그렇게 되면 당초의 목적이 달성되지 않으므로 신중히 하지 않으면 안된다. 더우기 이와같은 탈질흡수 zone을 새롭게 만들어 내는 것이 대책이라고 생각된다.   그러나 일반적으로 비점오염원 대책으로서 거기까지는 행하지 않는다.   대책으로서는 어디까지나 기존 생태계의 활용을 고려해야 하며 또 그 이상에서 전술한 재배, 시비, 수량관리의 개량에 의해서 비점오염원에서의 배출을 배출되는 시점에서 억제하는 것이 좋을 곳으로 사료된다.    내부대책  영양염 불활성화   양염의 불활성란 호수에 화학약품을 첨가하여 영양염류를 생물이 이용불가능한 형태로 만들며, 생산층으로부터 영양염류를 제거, 잠재적으로 이용가능한 영양염의 순환을 억제한다. 혹은 퇴적층으로 부터의 영양염 용출을 방지하는 것을 말한다.   그러나 현재까지 수화발생의 제한인자인 인의 활성화를 위한 처리방법으로는 주로 정수처리과정에서 사용되는 약품이 주로 사용되는데 정수처리의 약품규격은 고시되어있는데 아직까지는 호수에서의 영양염 불활성회에 대한 적용 약품 항목은 없다.    ○ 인의 불활성화 원리   영양염의 불활성화중에서 가장 많이 사용되고 있는 것이 인의 불활성화이다. 인의 불활성화의 목적은 호수중의 인을 제거하는 것과 저니로 부터의 인 용출을 방지하는 것이다. 하수고도처리의 하나인 인의 응집침전처리로서 사용되고 있는 Fe, Cl, Ca화합물이 호수에서도 화학처리제로서 사용된다. 봄과 여름의 순환기에 형성되는 저니표층부의 산화층은 인을 Fe의 수화산화물과 함께 trap한다.   그러나 여름 정체기에는 2가의 철로 환원되어 인이 용출되기 때문에 Fe화합물은 저니로부터 인 용출의 장기적인 방지효과를 기대할 수 없다. 또 aphatate와 같은 인과 Ca의 화합물이 효과적으로 사용되는 것은 자연수역에서 있을 수 없는 높은 pH 영역이다. 또한 석회는 호내의 생물상에 나쁜 영향을 미친다. 한편 알루미늄은 호수의 산화, 환원조건에 따라 변화되지 않으며 독성이 없다.    ○ 인의 불활성화를 할 시 검토 사항   인의 불활성화 방법은 체류시간이 긴 호수에 대하여 적용되어야 할 것이다. 또 타 호내대책에 대해서도 말할 수 있겠지만 유입오염부하가 소멸되고 나서 적용하여야한다. 미국 EPA의 보고에 의하면 영얌염의 Diversion후 호수내 인의 농도와 조류량(plankton biomass)이 저하되었으나 5년간 계속 조사한 결과 인의 농도와 조류의 양은 부영양화에 알맞은 상태를 유지하고 있었으며 인의 유입도 허용농도 이상을 유지하고 있었다. 이는 비점오염원의 유입 영향과 내부부하 때문인 것으로 보고하고 있다.   인의 불활성화에 앞서 고려사항으로는      - 화학처리제의 살포량      - 화학처리제의 선택      - 살포하는 심도 및 살포방법      - 살포시기      - 화학처리제 살포에 의한 호내생태계에의 환경영향평가 등을 고려하여야 한다.   화학처리제의 살포량은 목적에 따라 다르다. 호수중의 인 제거를 목적으로 하는 경우에는 Jar test로 희망하는 인 농도까지의 황산반토 첨가량을 기준으로 하여 여기에 호수전체의 체적을 곱하여 구하는 방법과 인이 가장 효과적으로 제거된 Al/P비를 정하여 호수중의 총인양을 곱하여 구하는 방법이 있다.   이들 경우 호수의 pH가 현저하게 내려가거나 용존 형태로 남는 Al농도(이하 RDA라 한다)는 매우 낮다.   다음에 저니에서의 인용출을 방지하는 것을 목적으로 할 경우 가능한 한 많은 Al(OH)3 floc을 만들 필요가 있다. 이 경우 전과 같이 Jar test를 이용했는데 호수중의 인제거는 제2義的으로서 황산반토의 첨가에 의한 pH의 변화와 RDA농도가 허용범위내로 들어 가도록 최대한 첨가되는 양을 살포량으로 정한다. Al의 용해성은 pH 6∼8로 최대가 된다. 또 RDA가 50μg/l 이하이면 독성이 없다고 한다.   엄밀하게는 각 호수에 대하여 Al의 첨가량, RDA농도, 알칼리도외의 관계를 분명히 한 다음에야 결정해야 되지만 통상은 pH가 6정도이면 Al의 첨가량에 관계없이 RDA가 50μg/l 이하로 된다. 따라서 간단하게 pH 6이 되기까지의 Al 첨가량에서 살포량을 결정할 수 있다.   또 이 방법은 알칼리도가 낮은 호수에 대해서는 적용불가능하다는 것은 알칼리도가 낮아지면 살포량이 적어져 인의 용출을 방지할 수 없기 때문이다.   대체법으로는 황산반토와 알루민산나트륨을 동시에 살포하는 방법이 있다.   이 방법에 의하면 RDA가 증가되지 않도록 또 일정한 pH가 되게끔 살포조건을 구한다면 다량의 Al을 살포할 수가 있다. 이와같은 살포량에 대하여 인용출 방지 효과가 지속되는 기간과 또 어느 기간 인용출 방지 효과를 초래하기 위한 Al을 살포할 수가 있다.   이와 같은 살포량에 대하여 인용출방지효과가 기대되는 기간과 또 어느 기간 인용출방지효과를 초래하기 위한 Al의 필요 살포량에 대하서는 아직 명확하게 나타나 있지는 않다.   호의 표층 혹은 심층에 살포하는 Al의 형태는 액체상의 알루미늄이 가장 효과적이다. 건조한 분말알루미늄은 살포전에 슬러지탱크에서 잘 혼합하여 사용한다.   다음에 살포하는 심도는 목적에 따라 다르다. 즉 호수중의 인제거를 목적으로 하는 경우는 수온약층보다 하층에 살포한다.   살포장치는 Al의 저류, 선박을 이용한 Al의 운송, 교반하면서 살포하는 세단계로 구별할 수 있다.   이것과는 달리 거대한 호스로 호수면에 내뿜는 방법도 있으나 호내에서의 혼합교반이 적기 때문에 국부적으로 pH가 현저하게 내려갈 우려가 있다. 또 호수중의 인 제거를 목적으로 하는 경우에는 살포시기인데 호수중에 무기인이 많이 내재하고 있는 봄전에 하는 것이 좋다고 되어있는데 저니에서의 인용출방지를 목적으로 하면 살포시기는 문제되지 않는다.   Al의 담수생물에 대한 독성은 보고예가 매우 적으며 더구나 실험방법에서도 명확히 나타나지 않았다. 이것은 Al 화합물의 용해성은 pH에 의존하기 때문에 RDA와 pH,알칼리도가 측정되어있지 않다면 얻어진 결과의 의미가 적기 때문이다.   Freeman과 Everhart등은 Al의농도가 52mg/l에서 송어에 대한 독성이 없다고 보고하였으며, Cooke 등은 pH가 6이하에서 RDA가 50μg/l이하로 유지되어 있으면 Al의 독성은 없다고 보고하였다.   Zr을 이용한 인불활성화   Peterson과 Sanville은 인의 불활성화제로서 La과 Zr이 가장 효과적이라 하였다. 그러나 La는 독성이 있기 때문에 Sanville등은 Zr에 의한 인의 불활성화효과를 확인하여 생태계에 미치는 영향을 평가하기 위해 Cline's호에서 실험을 수행한 결과 살포구역에서는 살포직후에 호수중의 T-P가 급격하게 감소되었다. 그러나 다른 구역에서의 T-P는 Anabaena의 수화발생과 함께 증가되었다. 또 식물중에는 Zr을 섭취하는 것이 있지만 어류에서는 축적되지 않았다. 또한 Zr에 의한 수생식물에 대한 급성, 만성적인 영향은 없는 것으로 보고하였다.   Al 성분을 함유한 침전약품에 비해 수중의 어류 또는 조류에 독성이 없는 것으로 알려지고 있다(Peterson, 1976 : Kumar and Rai, 1978)  황산알루미늄(sluminum sulfate , Al(SO4)3)   폐수 및 정수처리 과정에서 주로 사용되고 있으며 통상 14개의 결정수로서 분자량은 대개 600정도 이다. 물에 주입하면 알칼리와 반응하여 수산화알루미늄 floc을 형성한다. 이것은 값이 저렴하고 독성이 적기 때문에 많이 사용하고 있다. 대량의 사용이 가능하고 거의 모든 수중유기물의 침전에 적합하다. 결정은 부식성.자극성이 없고 취급이 용이하며 철염에 비하여 생성되는 floc이 가벼우나 적정 pH의 폭이 좁다pH 5.5∼8.5)   황산알루미늄에는 고형과 액상이 있다. 비중은 고형물은 1.62, 겉보기 비중은 덩어리상에서 약 0.5 세립상에서 약 0.6∼0.7이다. 액상의 비중은 농도와 온도에 따라 변화한다. 액상의 황산알루미늄은 액온이 내려가거나 농도가 높게되면 결정이 석출하게 되므로 주의하여야 한다. 저장이나 운반시 고농도 일수록 유리하나 호수에 사용할 때 장치를 손상시킬 위험이 있으며 저장 용기의 보온여부도 고려하여야 한다.   농도가 Al2O3으로써 8.3∼8.4%를 넘으면 석출온도가 높게되므로 8.3% 전후로서 취급, 운반하는 것이 운반이나 저장에 가장 적합하다. 고형 황산반토의 알루미나분은 14∼15%이다.   화학적성질은 Al2(SO4)3로 표시되는 조성을 가지며 고형황산알루미늄에서는 수분자의 결정수를 가지므로 Al2(SO4)3·nH2O로 표시된다. 이 결정수의 양은 농축,건조의 정도에 따라 다르며 우리나라에서 사용되는 수처리용으로서는 51분자의 것이 많이 사용되며, 또한 최근에는 Al성분이 많은 포합된 고분자수처리제를 이용하고 있는 실정이다.   Cooke등은 인불활성화방법에 대한 장기 monitoring의 실시예가 없다고 보고하였지만 대표적인 실시예로서 Twin호에 대하여 살펴보면 Twin호는 1960년대에 부패조에서의 유출수 등에 의해 부영양화가 진행되었다.   Carlson에 의한 TSI는 65로서 과영양에 속하며 1971년부터 1972년에 걸쳐서 부패조의 배수가 유로 변경되었다. 그러나 저니에 의한 인의 내부 때문에 회복이 늦어져 남조류의 수화가 발생되거나 대형 수생식물이 번식하고 있었다. 따라서 저니로 부터의 인용출을 방지하는 것을 목적으로 하여 심층수에 황산반토를 RDA기준으로 26mgAl/l로 살포하였다.   또 Twin호는 West Twin호와 East Twin호로 이루어졌으며 그 형상이나 tnlwf 매우 유사하다. Al의 살포처리를 실시한 것은 West Twin호 이며 East Twin호는 그 효과를 평가하기 위한 대조로 이용하였다. 1975. 8.29∼31에 Al 살포결과 Al에 의한 인불활성효과는 살포직후에 나타나 1978년까지 지속되고 있다는 것을 알았다.   또한 Cooke등은 1980년까지 인이 저농도이었다는 것을 보고하였다, 그러나 Twin호에 있어서 물질수지(유입량,외부 및 내부부하, 체류시간)로 인의 불활성화로 저니의 내부부하를 완전히 방지할 수 없었다. 현장 마이크로즘을 이용한 실험에서는 Al(OH)3의 floc에 의하여 저니로 부터의 인용출을 방지할수 있었음을 보고하였다.   이 원인으로는 Al의 살포처리를 실시하지 않았던 연안대의 저니에서 인의 용출을 생각할 수 있다. 연안대의 저니에 침전된 Al(OH)3의 floc은 바람에 의하여 안정된 층을 형성하지 못하기 때문에 연안대로의 Al살포는 효과를 별로 기대할 수 없다. 따라서 연안대가 넓은 호소에서는 Al의 살포에 의한 인의 불활성화 방법의 효과가 적다고 생각된다. 인이외의 수질지표로서 조류량에 관하여 살펴보면 처리후 3년에 ½ ∼ ⅓으로 감소된다.   조류 조성에서는 처리 후 남조류의 비율이 감소된 반면 규조류와 과편모조류가 증가되었다. 또 조류의 다양성지수도 처리 후 증가하였다.   또한 알루미늄의 살포처리후 호수중의 RDA는 대부분 검출되지 않았으며 pH의 감소도 거의 문제가 되지 않았다. 이처럼 Al에 의한 인의 불활성화방법은 적당한 살포량 및 살포방법을 취할 수가 있다면 호내에 있어서 유력한 부영양화 대책이 될 것이다.  알루미늄산 나트륨(sodium aluminate, NaAlO2)   수산화나트륨(NaOH)에 알루미나(Al2O)를 녹인 것으로 단독으로는 응집작용이 약하므로 황산알루미늄과 함께 사용한다. 수중의 알칼리도를 필요로 하지 않으며 급속히 수산화알루미늄의 Floc을 생성한다. 황산알루미늄보다 가격이 매우 고가이다.  철화합물   철염으로는 황산이나 제1, 제2 철염들인 Fe(SO4)3, FeCl2, FeCl3 등으로서 황산알루미늄과 마찬가지로 물속의 알칼리도와 결합하여 수산화2철의 floc을 형성하여 응집을 일으킨다.  반응식은 다음과 같다. 2FeCl3 + 3Ca(HCO3)2 → 2Fe(OH)3 + 3CaCl2 + 6CO2   이 화합물은 수중의 알칼리도와 반응시간이 길며 반드시 알칼리제를 병용할 필요가 있다. 높은 pH를 나타내는 물에 적당하다. 즉 pH>7.0이면 DO에 의하여 쉽게 수산화 제1철이 제 2철로 된다. 황산 제1철염사용시 가장 적당한 pH는 9.0∼11.0이며 염화 제2철염(Ferric chloride, FeCl3·6H2O3)의 최적 pH는 3.5이상으로 광법위하다. 또한 황산제2철(Ferric sulfate, Fe2(SO4)3)은 보통의 물에는 거의 불용하며 산성용액에서 용해한다. 생성되는 floc이 황산에 의한 것보다도 무거워서 침강성이 좋고, 값이 저렴하다. 그러나 부식성이 강한 특성이 있다.  Fly Ash   보통 유연탄을 사용하는 화력발전소의 연기에서 포집된 微球狀 석탄재 분말로서 크기는 0.5∼100㎛ 정도이다. 화학적성분은 사용하는 연료의 종류에 따라 다르나 대부분 <표. 6>와 같은 범위를 나타낸다. <표. 6> Fly Ash의 화학적성분   성 분 범위,중량비 Silica, SiO2 Alumina, Al2O3 Iron Oxide, Fe2O3 or Fe3O4 Calcium Oxide, CaO Magneusium Oxide, MgO Sulfur Trioxide, SO3 Loss on Ignition, Carbon 17.0 ∼ 31.0 2.0 ∼ 268.0 1.0 ∼ 10.0 0.5 ∼ 2.0 0.2 ∼ 4.0 0.36 ∼ 36.2   Fly Ash의 인 제거능력은 석회 또는 석고성분의 함량에 따른다. 수처리장에서 응집보조제로서 사용되며 효과는 벤토나이트와 같거나 그 이상이다. Floc의 침강이 빠르고 물과 혼합이 잘되고 건식주입이 가능하다. Fly Ash에 대한 효과는 많이 보고되고 있느나(Tenny et al., 1970, Yaksich, 1972) 부정적인 결과도 보고<Cooke, G.D., R.H.Kennedy, Precipitation and inactivation of phosphorus as a lake restoration technique, EPA-600/3-81-012>되고 있으므로 실제 적용에는 충분한 검토가 이루어져야 할 것이다.    ○ Fly Ash의 특징     - 직경 0.5∼100μ정도의 空胞를 지닌 입자로서 단위 체적당의 표면적이 크다.     - 흡착력이 크다.     - 수용성석회와 석고가 포함되어 있기 때문에 인의 불활성화능력이 있다.     - 침강속도가 크다.     - 시멘트상이기 때문에 저니를 막는데 적합하다.   이 같은 특징을 활용하여 Fly ash가 저니로 부터의 용출을 억제하기 때문에 사용되고 있다. 인 불활성화능력은 Fly ash중의 석회와 석고의 함유량에 따라 달라진다. Fly ash를 수중에 첨가하면 pH가 10∼12까지 상승되어 CaPO4이 형성되기 쉬워진다. 실내 실험에서는 10g/l의 Fly ash 첨가로 저니로부터의 인용출을 억제할 수 있는 것으로 나타났다.   Cooke는 5cm의 Fly Ash층은 혐기조건하에서의 인용출을 억제할 수 있는 것으로 보고 하였다. Fly Ash의 단점으로는     - pH의 상승     - DO의 소비     - 중금속의 용출     - 수생식물에 미치는 독성     - 수생생물 및 저생생물에 대한 물리적인 저해등을 들수가 있다.   Hampton은 실내실험을 한 결과 Yaksich가 제안한 10g/l라는 살포량은 blue gill Daphnia, Chironomus에 대하여 독성을 나타내었다. 또 Fly ash가 살포된 현장에서도 어류, 무척추동물, 조류에 대한 독성이 확인되었다. 또한 Fly ash에서 용출된 중금속의 생물축적도 문제점이라고 보고하였다.   1975년에 평균수심이 2m인 Charles East호의 저니의 일부에 Fly ash를 20∼50mm의 층이 되도록 살포하고 나머지는 Fly ash에 의한 인용출 방지효과를 보기 위한 대조로 하였다.   인 용출실험 결과 저니가 혐기성상태로 되는 하기에 있어서 인용출속도가 작아짐이 밝혀졌다.   살포처리후 처리구역의 T-P는 150㎍/l가 되어 처리 이전의 225㎍/l와 좋은 대조를 보였다. 또 처리중의 인분포에서 Fly ash 살포 저니는 T-P, CDB-P, 간극수중의 인이 적어진다는 것을 알았다. 또 인용출과 관계된다고 생각되는 CDB-P의 총인이 차지하는 비율이 작아졌다. 이는 Fly ash에 의해 저니중의 인이 화학적인 변화를 받기 때문이라고 생각된다.   그러나 Fly Ash층과 살포후의 저니 Core sample(1976년)은 10∼20mm의 데트라이터스층이 Fly ash층의 상부에 보여진다. 이 데트라이터스층인 CDP-P가 Fly ash 층과 비교해 높아진다는 것이 주목된다. 이것이 혐기적조건하(6,7,8월)에서의 인 용출을 완전히 방지할 수 없었다는 단점과 관계가 있으리라 생각된다. 이처럼 Fly Ash 살포에 의한 저니처리는 인의 용출을 감소시키는 효과를 얻을수 있지만 영구적인 인 용출방지대책이 될 수 있는지 의문이 남는다. 또한 중금속의 용출과 생물농축의 문제와 검토를 해보면 현시점에서는 상기의 점에 대하여 검토를 충분히 가할 수 있기 때문에 Fly Ash를 이용해 볼 만 하다.  저니층 복토   복사(覆砂) 및 복토에 의한 영양염용출방지에 대한 보고에는 플라스틱류이다. 실내실험에서는 저니의 표층부에 모래를 수cm 전면에 깐것에 의해 댐 저수지 저니에서의 영양염용출을 억제하는 효과를 확인하였다.(Dunst, R, C, 등 1974)   또 혐기적인 조건하에서도 점토와 카올리나이트를 5cm 전면에 깔면 140일간 인용출을 방지할 수 있었다.   일본에서는 유기오니를 모래로 봉입하여 어장기능을 회복시키는 것을 목적으로 하여 해역에서 행하여진 두께 15cm이상의 복사에 의해 저니에서의 영양염용출을 방지할 수 있다는 것을 알 수 있었다.   또 홍수에 의해 운반된 사토가 댐저수지와 저니층에 침전되는 것에 의해 저니의 용존산소소비속도가 작아진다는 것도 괸측되고 있어 복사와 복토에 의한 영양염용출 방지효과가 기대되는데 그 효과가 실제의 호소에서는 나타나 있지 않기 때문에 검토할 필요가 있다.  플라스틱 시트   Hynes는 수개월간에 걸친 실내실험에서 0.01mm의 폴리엑신시트가 혐기조건하에서도 영양염의 용출을 방지하는 것을 밝혔다. 플라스틱에 의한 처리는 플라스틱의 설치방법 및 유지방법에 기술적인 문제가 남아있다. 또한 시설비가 많이 소요되는 것이 단점이다.   그러나 이 처리방법은 인뿐만이 아니라 Fe과 질소의 용출도 억제가능하기 때문에 조그마한 호소에서는 플라스틱시트에 의한 영양염 용출 방지 효과가 기대 된다.  준설   호수는 정체된 수계이므로 유역에서 침식되어 물과 같이 흐르던 흙, 모래 뿐만 아니라 여러 가지 오염물질이 침전되고 또한 수표면에서 자라던 조류가 죽게 되면 침전되어 퇴적물을 형성하게 된다. 미국의 Temescal호는 1907년 수심 11m에서 1973년 수심 5.5m의 호수가 되어 호수용량의 39%가 감소되었다고 한다.<US EPA, Restoration of Lake Temescal Capsule Report, EPA-625-2-80-026, 1980>   그러므로 호수의 퇴적물내에는 많은 유기물질,영양염류등이 들어 있게 되어 이 유기물질이 분해하면서 수중의 산소를 소비하여 호수용존산소 결핍현상이 발생한다. 호수의 저니가 혐기성상태가 되면 불활성화 되었던 오염물질 특히 영양염류와 철, 망간과 같은 중금속류가 용출되고 이것이 밀도차에 의하여 수표면에 도달하면 영양염류의 재이용에 따른 부영양화를 촉진시키고 수화현상과 같은 문제를 일으킨다.   호소 저니란 도시하수, 농업폐수, 축산폐수, 산업폐수 등의 유입을 통하여 하천이나 호소에 퇴적되어 수질오염의 주 원인으로 작용하는 토양으로서 환경보전의 관점에서 바람직 하지 않은 물질이다.   저니란 말은 호소의 바다에 쌓여 있어 저니라고 하며 통상적으로 오니(sludge)와 같은 개념이라 할 수 있는데, 저니의 입도 분포는 아주 미세하고 유해물질, 유분, 유기질 물질 등에 의해 오염된 상태로 하천이나 호소 저면에 쌓여 있으며, 입자가 아주 미세하므로 외부 충격에 의한 교란이 매우 심한 특징을 갖고 있다.   이러한 유기성 저니의 제거 목적은 저니 중의 유기물이 수중에 용출되어 수질을 악화시키는 것을 방지하고자 함이며, 일반적으로 호소 저층부에서 용존산소가 고갈되면 저니 퇴적층으로부터의 용출이 급속히 일어나 조류의 성장을 촉진시켜 호소의 부영양화를 가속시키는 요인이 되므로 저니 층의 준설 방안이 제기되고 있다.    ○ 호소 저니 준설의 필요성   호소의 저니 준설의 필요성은 다음과 같이 요약할 수 있다.     저니는 수질 오염의 주 원인으로 도시하수나 농업폐수. 축산폐수, 산업폐수, 공장폐수 등의 유입을 통하여 하천이나 호소, 해저에 퇴적되어 질소(N), 인(P)등 무기염류의 농도를 증가시켜 영양염류를 증대시킴으로써, 부영양화를 발생시킨다. 부영양화가 일어남으로써 조류가 다량으로 증식하게 되고, 조류의 사체를 분해하기 위한 미생물이 다량의 용존산소를 소비하게 되어 어류 및 수중 생태계를 위협 하게 된다. 또한 산업 폐기물이나 공장폐수 등의 유입으로 인하여 중금속이 함유된 저니층이 생성되면 수질 악화는 물론 생태계가 파괴되는 위험에 처하기도 한다.     하상의 오염된 퇴적물이 혐기성 분해에 의해 가스가 발생하고, 저니가 함께 부상되면서 수질 오염을 유발할 가능성이 있으며, 봄, 가을에는 수심별 수온차에 의한 전도현황(turn over)으로 오염된 퇴적물의 교란을 일으킬 수 있다.     호소에서의 저수용량 확보와 하천에서의 통수 단면적의 확보 측면에서도 저니 준설이 요구되며, 이를 통해 호소와 하천 본래의 역할 수행을 원활히 함과 동시에 수질 개선에도 도움이 된다.    ○ 호소내 오염된 퇴적물의 개선방안   준설에 의해 저수지의 저니를 제거하는 목적은 저니로부터 영양염류의 용출을 방지하고, 레크레이션 등의 활동과 선박의 운행이 가능하도록 하고 중금속 등에 오염된 유해물질을 제거 등이며, 저니에 의한 오염부하가 상당히 큰 경우도 있다. 준설은 저수지의 생태계에 커다란 영향을 주며 막대한 비용이 소요되고 준설한 저니의 처리대책이 문제점으로 지적되고 있으나, 대상으로 하는 저수지에 대해 문제점을 명확히 파악한 다음에 다른 대책과 비교하여 준설이 효과적인지 검토할 필요가 있다. 질소와 인의 물질수지에 있어서 저니가 어느 정도 차지하고 있는지를 분명히 하기 위해서는 유입 부하량 뿐만 아니라 저니로부터의 영양염 용출에 의한 내부부하를 평가하여야 한다.   퇴적물의 개선대책은 준설방안이 가장 유효하다고 할 수 있으나 호소의 준설에는 여러 가지 제약 요인이 따르기 때문에 사전 면밀한 조사를 통하여 타당성 여부를 판단하여 적용하여야 할 사안으로 사료된다.   일반적인 호소 저니 준설의 효과로는 여러 가지가 있으나 다음과 같이 간단히 요약할 수 있다.     - 부영양화 발생 가능성 감소로 조류 발생 가능성 억제     - 악취 발생 물질의 제거로 쾌적한 환경 조성     - 흑갈색의 퇴적 토사 제거로 미관 개선     - 퇴적 저니 제거로 시민 환경의식 고취 및 적극적인 환경개선 의지 표명     - 혐기성 분해에 의해 발생되는 퇴적 저니 용출로 인한 저질의 부상 방지    ○ 준설의 기준   준설의 목적은 대상 수역의 이용 목적에 따라 다양한데, 크게는 저수용량의 확보나 수질의 개선 및 수로의 폐쇄 방지 등으로 구분할 수 있다. 따라서 퇴적물의 제거 기준에 이용 목적에 따라 달라지게 되며 수역의 조건이나 상수원으로의 사용여부 및 기타 수자원의 이용 형태에 따라 달라지게 된다. 수질개선을 목적으로 퇴적물을 준설할 경우에는 퇴적물의 구성성분을 분석하여 유기물의 농도에 따라 평가할 수 있는데, 과거 국내에서는 이러한 연구나 조사 결과가 미흡하므로 일본 등 외국의 사례를 중심으로 기준을 설정함에 현 시점에서 타당하리라 판단된다.   <표. 7>에서 보는 바와 같이 호저의 퇴적물을 준설하는 것은 많은 효과를 얻고 부영양화를 방지하는데 좋은 효과를 거둘 수 있으나 수생생태계를 변화시키다는 문제가 발생할 수 있다.   특히 한강개발사업시 실시하였던 것과 같은 모래 자갈 등만을 준설하는 경우에는 하천에서는 퇴적된 오염물질을 부상시켜 바다로 흘러내려가게 하므로 수질개선의 효과를 거둘 수 있으나 댐저수지 상류에서 모래, 자갈만을 준설하는 경우 퇴적된 영양염류를 부상시켜 수표면에서 자라고 있는 조류에게 양호한 조건을 갖춰줌으로서 수질이 더욱 악화될 우려가 있다.   그리고 퇴적물 제거 전용 선박을 이용하여 퇴적된 오염물질을 호수 밖으로 제거할 수 있도록 하는 것도 수질개선효과를 기대할 수 있을 것 같다.   또한 퇴적물의 처리비용은 호수의 위치와 깊이에 따라 달라지는데 미국에서는 1979년 Great lake에서 1m3당 $1.34가 소요되었으나 북동부에서는 $5.65가 소요된 것으로 보고 하였다.<R.E. Wedepohl 등, 1983> <표. 7> 호수의 준설효과와 문제점   준설호수의 조건 준설효과 문 제 점 호수가 생긴지 오래되어 퇴적물이 많이 쌓였을 때 호수의 퇴적물이 제거되므로 일반적인 수질의 개선효과 있슴 호저 생물상에 영향을 주어 수생생태계를 변화시킬 수 있슴 호수의 수심이 얕아졌을때 호수의 수심을 깊게하므로 저수량을 늘리는 효과가 있슴 호수의 위치, 수심등에 따라 준설비용의 차이가 있으나 많은 비용이 소요됨 제거된 퇴적물을 쉽게 운반할 수 있을 때 퇴적물에서 용출되는 독성물질(주로 중금속류)의 제거 효과가 있슴 저니층의 용존산소 결핍현상이 심할 때 수심이 얕은 호수에서 자라는 수초를 제거하는 효과가 있슴 자갈등 골재채취가 주 목적일 경우 침전되어 불활성화되어 있던 영양염류가 수표면으로 용출되어 부영양화를 가속화 시킴    ○ 준설의 사례   일반적으로 수질개선을 위한 오니토의 준설은 항만을 대상으로 시행되고 있으며, 담수호의 경우 주로 작은 연못이나 규모가 작은 호수에 적용되었을 뿐 대규모 다목적 댐저수지의 오니제거 사례는 극히 드물다. 국내의 경우 현재 실시되고 있는 한강준설사업을 비롯하여 5건의 사례가 조사되었으나 준설 후의 수질관리 차원에서의 지속적인 조사자료는 거의 존재하지 않는다.   외국의 경우 준설에 의한 오니토의 제거는 60년대부터 시행되었다. 특히 미국은 60년대 이후부터 지금까지 저수지의 저수용량유지 및 수질 개선사업의 일환으로 준설사업을 시행하였다. 일본 역시 70년대 초반 하천수질개선을 위해 取訪湖의 준설을 시작으로 현재까지 준설사업을 실시하고 있다. 특히 일본은 과거 20여년간의 축적된 기술을 이용하여 오니준설에 의해 발생되는 2차오염 방지 방법과 준설오니토의 효율적인 처리방법, 준설 후의 사우관리 등에 대한 지속적인 연구가 병행되고 있다.   일본은 20여년의 축적된 기술을 이용하여 오니 준설에 의해 발생되는 2차 오염 방지 기법과 준설된 오니의 효율적인 처리방법, 준설 후의 계속적인 유지관리 등을 효율적으로 수행하며, 계속적인 연구작업이 병행되고 있음을 볼 수 있다. 미국은 60년대 초에 Washington의 Green호에서 준설을 시작한 이래 지금까지도 환경 개선 사업의 일환으로 계속하고 있다.   살조제 처리에 의한 처리    ○ 살조제 처리의 목적   호수를 상수원으로 하는 정수장에서는 조류나 수초가 여과지를 폐쇄시킨다. 조류 플랑크톤은 수도의 여과지를 막히게 하여 정수처리를 곤란하게 할 뿐만 아니라 심할 경우에는 정수가 부족하여 급수에 지장을 초래하며 이 취미의 원인이 된다.   각종 조류 중에는 취기를 내는 것이 있는데 그 중에서도 곰팡이냄새와 흙냄새는 수도에서 보통 이용되고 있는 급속여과법으로는 제거할 수 없기 때문에 문제가 되고 있다. 더구나 이를 제거하려고 하면 활성탄이나 오존이라는 고가 약품을 필요로 하여 수도에 있어 경제적 부담이 크다.  또한 물과 제품에 색을 띄운다.   물에 조류 플랑크톤이 다수 혼입하면 소위 Green water가 되어 녹색의 물이 되거나 면직이나 종이에 부착되어 착색하기도 한다.    ○ 살조제처리시 고려 사항  살조제처리의 원칙   유해조류와 수초를 방제하는데에는 약제처리외에 일광차단, 영양염의 제거 삭감등의 수단이 있으나 확실하며 신속한 효과를 거두는 것은 약제처리이다. 처리에 이용할 수 있는 약제는 대상생물에는 유해하나 사람, 가축, 어족에는 무해하든지 독성이 매우 낮아야 한다.   현실적으로 타 생물에 전혀 무해한 약제가 없기 때문에 수도 전용댐에서는 널리 이용되고 있으나 수산이나 농업관개를 포함한 다목적댐에서는 적용이 어렵다.   따라서 다목적댐에서는 통상 약제 이외의 방법으로 조류를 억제하기 때문에 그 효과를 기대하기는 매우 어렵다. 최근에는 폭기시설과 병용하면 약제의 효과가 증대된다는 것이 확인되었기 때문에 다목적댐에서도 약제사용이 반드시 불가능하지는 않다. 게다가 특정한 조류만을 죽이는 약제개발도 추진하고 있기 때문에 장래에는 더욱더 합리적인 처리방법도 가능해지리라 생각된다.  조기 살조제 살포   약제처리는 조기에 행하는 것이 중요하다. 이상적으로는 장해가 일어나기 전에 처리하여야 한다. 이를 위해서는 정기적으로 생물시험을 하여 장해 생물의 동향을 늘 감시해야만 한다.  살조제의 투여   필요로 하는 충분한 양을 한번에 투여하는 것 즉 소량씩 나누어 주입하거나 시험하여 효과가 있으면 증량하여 가는 방법은 시기를 놓칠 뿐만 아니라 결국은 약품을 많이 사용하게 된다.  살조제주입률의 결정   주입률은 생물의 종류에 따라서 크게 다르며 약품의 종류에 따라서 다르다. 경도,알칼리도, 일사량, 수온, 생물수, 생물의 발육단계, 피산화물 등 에도 영향을 받는다.    살조제의 특성과 종류       ◇ 살조제의 특성        - 가격이 싸고 소량으로 효과가 있는 것        - 특정한 종류에만 효과가 있는 것        - 수중내 및 방류수도 사람과 가축 등에 해를 주지 않을 것        - 물에서 이취미를 내지 않을 것        - 축적성이 없을 것        - 기구시설에 대하여 부식성이 없을 것        - 어떤 조건하에서도 효력을 발휘할 것        - 저장, 취급이 용이할 것        - 검출정량이 용이하게 되는 것 등의 조건을 구비하여야 한다.   특히 음용수로 사용되는 원수는 무해한 것이 필수의 조건이다.       ◇ 살조제의 종류   황산동, 염소, 염화동, 이산화염소 등 여러 가지가 있지만 처리 대상 생물에 대한 특성, 효력, 취급 또는 작업상 난이 등 각각 장단점이 있기 때문에 사용할 목적에 적합하게 선택하는 것이 필수이다.   황산동(CuSO4·5H2O)   청색의 결정으로서 5분자의 결정수를 가지며 0℃의 물에 약 14%, 30℃에서는 25%, 100℃에서는 75% 이상 용해된다. 생물처리에서는 통상 방습종이 자루에 넣은 공업용 규격품을 사용한다. 황산동은 조류에 대해서 특히 효과가 있을 뿐 아니라 독성이 없고 취급상 위험이 없어 살조제로 가장 널리 사용되고 있다.   또 황산동은 퇴적오니중 유기물의 분해를 억제하는 역할이 있기 때문에 소위 오니의 부패가 일어나지 않는다. 그러나 효과가 나타나기까지는 상당한 시간을 요한다는 점과 동에 강한 조류의 번식을 유발할 우려가 있다.   생물의 서식환경에 영향을 주지 않기 위해서 황산동의 주입률은 생물의 종류에 따라서 크게 다르며 수온, 경도, 알칼리도, 일사량 등의 영향을 고려하여 결정하여야 한다.   가령 수온이 15℃를 기준으로 이보다 1℃상승할 때마다 전술한 <표. 8>에 나타난 주입률에서 2.5%를 줄이고 반대로 1℃ 내려갈 때 마다 2.5%를 늘릴 필요가 있다고 한다. 또 유기물이 10ppm 증가할 때 마다 주입율을 2%씩 증가시켜 알칼리도 10ppm에 대해서는 0.5∼5% 증가시켜야 한다고 하는 보고도 있다. 이는 경도와 알칼리도가 높은 수중에서는 황상동이 알카리와 반응하여 용해도가 낮은 수산화물을 만들어 침전하기 때문이며 유기물이 많으면 효율이 감소하는 것도 같은 이유이다.   한편 생물중에는 동에 대하여 강한 것이 있어 황산동처리후에 이러한 조류들이 대번식을 초래하는 경우가 있는데 그 주된 종류를 <표. 9>에 나타내었다.    염소(Cl2)   염소는 황갈색, 냄새가 나는 유해기체로서 무게는 공기의 약 2.5배, 0℃에서 약 6기압을 가진다. 처리에서 이용할 경우 Bombe에 넣은 액체염소 또는 표백가루, 차아염소산 등의 형태로 취급된다.   염소의 장점은 세균이나 동물에 대해서 효력이 큰 것 외에도 속효성 유무 및 각종 염소주입장치가 가능하기 때문에 연속주입이 쉽다는 것 등이다.   그러나 반면 독성이 있기 때문에 취급이 곤란하며 조류에 대해서는 황산동보다 효과가 떨어지며(약 1/5), 효과의 지속성이 없고 특히 산화되기 쉬운 물질이 있거나 일광으로 단시간에 소실되어 버리는 특성이 있다.   각종 물질에 대한 염소의 주입율은 실제적으로 유기물량, 암모니아, 피산화체의 무기물 일사량 등을 고려하여 증감 투입하여야 한다. 즉 이러한 요소는 모두 염소를 소비하기 때문에 그만큼 증감할 필요가 있지만 그 양은 처리하고자 하는 물의 염소요구량에서 추정하는 것이 실용적이다.    염화동   염소주입기에 동(銅)반응조를 부설하여 구리에 염소를 반응시켜 현장에서 만들지만 실제적으로는 미반응염소가 다량 남기 때문에 염소·동(銅)처리라고도 말한다. 즉 표준적으로는 염소 1에 대하여 동 0.1의 비율로 용출한다. 동반응조를 늘려서 되풀이하여 반응시키면 1:0.25 혹은 1:0.35로 할 수가 있다. 단지 이 반응을 할 경우 발열하므로 접촉시간을 길게 해서는 안된다. 염화동처리는 염소에 강한 생물일지라도 또 동에 견디어 내는 생물일지라도 모두 사멸시킬 수 있기 때문에 유리하다고 한다. 그러나 염화동처리를 행할지라도 소령의 녹조와 암조류가 있을때에는 역시 생존을 계속한다.    기타   상기 처리제외에 여러가지 약품이 개발되어 효과가 입증된 살조제도 많이 있다. 가령 콜로이드은은 남조류의 번식억제에 가장 유효하며 제4암모늄 화합물은 녹조류에 대하여 황산동보다도 효과가 있고 고기에 대한 독성은 적다고 한다.  또한 펜타클로로페놀(PCP)은 특히 具類의제어에 효과가 있다고도 한다.   한편 동화학제를 도수로등의 벽면에 도포하여 착생을 방지하고자 하는 시도를 하여 일부 성공한 예도 있다. 또 Palmer는 장래 유망한 살조제로서 제4암모늄 화합물에 로진아민, 키논, 아미드 유도체, 항생물질등을 들고 있다.   이들 유기약제의 장점으로는 강한 선택성을 들 수 있다. 가령 2, 3디클로로나프토키논(CNQ)은 0.5ppm으로 남조류의 수화를 소멸시킬 수 가 있지만 어류에는 어떠한 영향도 주지 않는다고 한다. 한편 수초처리제로서는 삼산화비소(As2O5)와 2,4-D가 대량으로 이용되고 있다.     ○ 살조제에 의한 처리 방법     ◇ 살조제양의 산정  소요 약품양은 다음과 같이 산출한다.   우선 처리 대상물질의 종류를 결정하고 이에 따른 필요주입율을 정한다. 다음에 호내 수온의 수직분포를 조사하여 전층이 같을 경우는 전저수지에 주입률을 곱하여 처리약품량을 산출한다. 수온에 수직차가 있을시는 최상위의 수온약층(수온이 급변하는 층)의 상한까지의 표층수량에 주입률을 곱한 것을 처리약품량으로 한다. <표. 8> 플랑크톤처리제 표준주입률   구 분 CuSO4·5H2O(ppm) Cl2(ppm) 남조류 Anabaena Aphanizomenon Oscillatoria Phormidium Polycystis 0.12∼0.48 0.12∼0.50 0.20∼0.50   0.12∼0.25 0.50∼1.00 0.50∼1.00 1.10 3.00 1.00 규조류 Achnanthes Asterionella Attheya Cyclotella Fragilaria Melosira Navicula Nitzschia Rhizosolenia Stephanodiscus Synedra Tabellaria 0.50 0.12∼0.20 0.20 0.50 0.25 0.33 0.07 0.50 0.20∼0.70 0.25 0.50∼1.00 0.12∼0.25 2.00∼3.00 0.50   1.00 2.00 0.50∼2.00             녹조류 Ankistrodesmus Chlamydomonas Closterium Coccomyxa Cosmarium Draparnaldia Eudorina Gloeocystis Hydrodictyon Microspora Palmella Scenedesmus Sphaerocystis Spirogyra Staurastrum Telraspora Ulothrix Volvox Zygnema 1.00 0.50 0.17   2.00∼3.00 10.33 2.00 0.50 0.10 0.40 0.50∼1.00 1.00 0.25 0.12∼0.20 1.50 0.30 0.20 0.25 0.50       2.50∼3.00 1.50∼2.00           2.50∼3.00     0.70∼1.50   1.00∼1.50   0.30∼1.00   <표. 9> 황산동에 대한 생물의 저항성   구 분 매우 예민한 종 비교적 예민한 종 비교적 저항성이 있는 종 매우 저항성이 있는 종 남조류 Anabaena Aphanizomenon Polycystis Cylindrospermum Oscillatoria   Nostoc Phormidium   규조류 Asterionella Fragilaria Melosira Navicula   Gomphonema Nitzschia Stephanodiscus Synedra Tabellaria Achnanthes Cymbella Neidium     녹조류 Closterium Hydrodictyon Spirogyra Ulothrix Volvox       Cladophora Enteromorpha Zygnema           Chlamydomons Chlorella Crucigenia Desmidium Palmella Pediastrum Staurastrum Tetraedron Ankistrodesmus Eudorina Kirchneriella Pandorina Scenedesmus          ◇ 살조제 살포 방법   용액살포법   용액살포법은 미리 황산동 결정을 열탕에서 용해하여 이것을 선박에서 후미에 살포하여 뿌리는 방법인데 약품용해등의 준비작업에 일손이 필요하며 더구나 한번에 배에 실을 수 있는 약품량이 적기 때문에 비효율적이다.   반면 기상조건에 영향을 받지 않아 작업종사자의 수고가 분말법보다 적다는 이점이 있다.   분말살포법   분말살포법은 분말상 또는 세립황산동을 선상에 설치한 동력살포기로 뿌리는 방법이다. 따라서 준비가 간단하고 한번에 선박에 실을 수 있는 약품량이 매우 많으므로 능률적으로 작업할 수 있다. 그러나 우기시에는 작업이 불가능하며 바람이 불면 작업이 까다롭다.    연속용해법   연속용해법은 용해조를 선박 중앙부의 구멍에서 선박밑에 매어 달고 분말황산동을 연속투입하여 달리면서 용해주입하는 방법이다. 따라서 앞의 방법과 같은 결점이 적지만 단지 여름철에는 용해속도가 매우 크기 때문에 용해조를 올렸다 내렸다 하여 수심을 조정할 필요가 있다.      ○ 살조제 살포요령    표면살포법   어느 방법을 사용하더라도 작업상 가장 주의해야 할 점은 처리수에 대하여 균일하게 뿌려야 한다. 이를 위해서는 선박간격은 30m이상되지 않게 지그재그, 평행 등 반복 주행하면서 살포할 필요가 있다.   또 전수면을 몇 개의 구획으로 구분하여 각 구획별로 약품량을 할당 주입하면 균일성이 증가하여 작업에도 편리하다. 다만 순환기(겨율철)에 있어서의 구획별 소요약품량은 각 구획수역의 현존 수량에 따라 배분하면 되나 성층기에 있어서는 수온약층 상한까지의 수량에서 비례 배분하여야 한다.   중층 플랑크톤 처리법   플랑크톤이 수온약층의 아래에 번식하였을 경우에는 분말살포법등을 사용하여 직경 1∼2mm의 세립상 황산동을 살포하는 방법이 취하여 지고 있는데 유입수에 살조제를 주입하는 방법도 있다. 전자의 원리는 입자를 적당히 고르면 황산동이 약층을 통과하여 낙하하는 것을 이용한 것이며 후자는 성층기의 유입수가 통상 약층이하에 유입하는 것을 응용한 것으로 훨씬 경제적이다.      ○ 효과 판정  효과는 통상 다음날이 되면 판정한다. 즉 조류를 현미경으로 관측하여      - 엽록소가 빠져있거나, 퇴색되어 있고      - 원형질이 수축되어 축소되어 있거나      - 군체의 해체 유무등의 관찰을 통하여 변화가 확인되면 유효하다고 판정한다.   또 생물기능의 노화 또는 정지를 조사하는 것에 의해서도 판정이 가능하다. 가령 표층수를 취하여 샘플병에 놓고 알루미늄호일로 싼 sample병을 온도, 습도가 같은 조건하에서 배양한다. 수시간 ∼10시간후에 이들 sample병의 DO를 측정 비교하면 광합성작용의 유무가 판정된다. 또 다음날에는 큰 변화가 확인되지 않더라도 서서히 변화가 일어나는 경우도 있기 때문에 수일간은 계속해서 관찰할 필요가 있다.      ○ 사후조치   살조제를 뿌리면 고기가 죽어 부상하는 경우가 많다. 이 경우도 위생적으로는 전혀 걱정이 없으나 취수원에 대하여 국민에게 불안감을 느끼게 할 수 있으며 고기가 부패하면 수질악화의 원인이 된다.   그래서 살조제의 투여는 반드시 호내외에서 고기의 생존여부를 확인하여 발견하면 즉시 처리하는 것이 필요하다. 또한 어류의 폐사는 수일간 지속되기 때문에 지속적인 관측이 필요하다.      ○ 문제점과 적용한계   수도전용 댐인 경우는 인체에 대한 독성만 없다면 문제가 되지 않으나 다목적댐 또는 천연적인 경우는 어족과 작물에 대한 독성이 문제가 된다. 또 살조제를 계속 투여하면 약품에 대한 수중의 생물이 내성이 생길 우려도 있다.      ○ 어족에 의한 영향   어족에 대한 황산동의 치사농도는 종류에 따라 다른데 대부분의 어족은 상당한 농도까지 견딜수 있고 잉어의 경우 치사농도는 0.3ppm이다. 그러나 실제로는 이보다 낮은 주입율에서도 사망하였다는 보고도 있으며 사인은 동의 독성만이 아니라      - 플랑크톤의 사체가 아가미를 폐쇄할 경우      - 죽은 플랑크톤의 분해 때문에 산소결핍이 발생될 경우에 의해서도 기인될 수 있다.   그러나 플랑크톤의 증식초기에 동처리를 하더라도 사멸하기 때문에 살포시 농도가 짙은 구역에 들어간 어족이 죽는 경우도 있을 수 있다고 가정해 볼 수 있다.   아무튼 저수지에 황산동을 뿌리면 송어, 황어, 피라미 등의 유수어가 먼저 죽고 2∼3일후에 잉어, 붕어, 메기, 뱀장어 등이 약해져 부상한다고 하는 경향이 확인되었다.      ○ 농작물에 의한 영향  농작물에 대한 영향은 관개용수를 통한 벼농사의 악영향을 생각할 수 있다.   동은 식물이 생육하는데 있어서 없어서는 안될 요소이지만 벼농사의 관개용수의 동이온에 의한 피해 발생 농도는 0.01ppm이라고 한다.   단지 저수지에 뿌린 황산동은 신속하게 불용화되어 유출하는 양은 대단히 적기 때문에 즉시 피해를 주는 일은 없다 하더라도 장시간 토양에 축적되면 문제가 될 것이다. 이에 관련하여 논 토양중에 동이 100ppm 함유되면 벼농사에 피해가 생긴다.      ○ 내성의 문제   조류를 반복하여 같은 약품으로 처리하면 약품에 대한 내성이 생기지 않을까 우려는 되지만 아직까지 명확한 data는 없는 실정이다. 적어도 황산동에 관해서는 내성이 생기지 않을 것이라고 생각할 수 있다.      ○ 약제의 주입 방법   약제의 주입방법은 지, 호수, 수로 혹은 pipe에 있는 생물의 생육환경에 따라서 다르기 때문에 이러한 점을 고려 하야 하며 균일하게 살포 또는 혼합시키는 것이 중요하다.   수중폭기장치   호소내에 수중폭기장치 설치의 목적은 하계에 호소의 성층현상이 발생할 때 저층의 혐기상태의 수질을 개선하고 부영양화를 방지하는데 있다.   원래 성층현상은 하계에 호소의 수표면이 태양광선과 높은 기온에 의하여 표층수온이 상승하면서 비중이 떨어져 비중이 큰 하층수와 혼합되지 않는 수층을 이루는 현상이다. 이때에 상층수에 유입된 영양염이 조류의 성장에 충분하면 상층수는 광선을 받아 조류가 크게 발생하고 이것이 계속되면서 사멸한 조류의 유기물이 저층으로 침강하여 부패하면서 용존산소는 감소하여 혐기상태가 된다.   이때에 유기물은 조류의 사체가 아니라 호소에 유입하는 되는 하수, 폐수등과 같이 유입된 유기물도 같이 분해되면서 용존산소는 급속히 감소된다. 이러한 혐기상태에서는 유기물이 분해하면서 암모니아, 황화수소, 메탄(methan)등이 발생하고 불용성의 철, 망간은 산성에서 용출되어 수질이 오염된다.   상층수의 부영양화는 광선이 침투되는 수심까지 조류가 활발히 발생하여 혼탁, 착색, 착취되어 수도수원을 악화시킨다. 따라서 폭기는 호소수의 상하층을 순환시키는 목적으로 실시된다.    ○ 호소수의 순환 방법    전층폭기순환법   이 방법은 호수전체를 혼합순환시키는 성층파괴법이라고 할 수 있는 것으로 간헐식공기양수통방식과 다공파이프형, 펌프양수형이 있다. 이중 다공파이프형과 펌프양수형은 어느 것이나 연속양수방식이다.   이러한 형태는 다같이 저층수의 수질개선만 아니라 유해조류의 억제, 취기냄새의 방기에 효과가 있다. 이러한 효과를 위해서 조류가 증식한 표층수를 어떻게 효율적으로 광선이 없는 심층에 이송하는가가 주요한 요소이다.   이러한 관점에서 연속법은 양수된 저층수가 표층수를 밀어제치고 다시 하강순환하는 정상류가 생기기 쉽다. 특히 펌프방식은 이 특성이 심하다. 그 결과 표층에서는 녹조류가 심하게 발생하고 오히려 투명도가 악화되는 경우도 발생하였다.   이것에 비하여 간헐식에서는 양수된 저층수와의 혼합에 의해서 생긴 표층수를 주위에서 보충하는 것을 간헐적으로 기다려서 다음의 분출이 일어나므로 표층수와의 혼합효율이 좋다. 물론 1회의 연행된 수량은 많지 않으나 1일 3,000회정도 중단, 분출을 반복하므로 연행수량은 크고 결과적으로 전 표층수가 심층으로 운반 순환된다.   이러한 간헐식공기양수공순환법에서는 장치 하부에 있는 공기실에 공기가 충만할 때마다 후사이폰작용으로 큰 기포가 간헐적으로 분출하여 이 기포는 통속의 물을 밀어 올리고 도중의 물도 같이 올려서 수표면에서 폭기하여 혼합을 촉진한다.   이와 같이 차고 산소가 부족한 저층수가 표층의 수온이 높고 용존산소가 포화되어 있는 물과 혼합되므로 찬물도 수온이 상승하고 비중이 떨어지며 또 산소를 포함하게 되어 즉시 하층으로 내려가지 못하게 되고 수평방향으로 흐르게 된다.  이것이 계속되면서 호수전체가 순환된다.   광선의 조사는 남조발생의 가장 큰 원인인데 호수 수면의 약 5 m이하는 거의 광선이 투과하지 않으므로 조류가 발생한 표층수가 그 이하의 저층과 순환하면 간헐적으로 광선이 차단되고 표층수중에서 번식하였던 조류는 광선이 없는 하층에 가면 조류의 발생이 억제될 뿐만 아니라 이미 번식한 조류가 사멸하거나 번식이 억제된다.   평균수심이 5m 이하의 낮은 호수에서는 저층수까지 광선이 도달하여 남조류는 번식하지 않으나 규조의 번식은 억제될 수 없다.   그러나 남조류가 착취의 원인이므로 5m 이하의 수심을 가진 호소에서도 착취만은 방지가 가능하다. 한편 다공파이프형 통기방식은 표층수와의 혼합이 펌프식보다 좋으나 저층에 무산소층이 넘게 되므로 저층수의 수질개선이나 인(P)의 용출방지도 불충분하다는 결점이 있다. 또 이 방법에 소요되는 에너지(電力量)는 간헐식에 비하여 상당히 크다.    심층폭기법   심층폭기법은 프랑크톤의 억제는 불가능하다, 원래 이 방법은 하층의 찬물에 산소를 공급하여 냉수어를 양식하여 낚시를 즐기기 위한 목적으로 고안되었다.   즉, 심층에만 산소를 공급하는 것으로는 상층의 프랑크톤에는 아무런 억제효과를 기대할 수 있다.    2층분리폭기순환법   2층분리폭기순환법은 저수지의 깊이가 큰(40 ∼50 m이상) 경우에 전층폭기순환법을 심층폭기순환법을 상하 따로따로 병행하여 약 10 m이상의 표층수를 순환시켜 프랑크톤의 번식을 억제하는 동시에 심층수는 따로 폭기순환하여 산소를 공급하여 수질개선과 인분의 용출을 억제하므로써 양쪽의 요구를 만족시킬 수 있다.   이것은 특히 관개용수로 사용되는 저수지에서 저층의 찬물을 전층폭기순환하므로서 전 저수지수의 수온이 저하되어 농작물에 피해를 주는 것을 방지하는 효과도 있다.   2층분리폭기순환법에서는 에너지를 상하층순환에 따로 사용하지 않아도 가능하다는 잇점이 있다. 호수폭기순환방법의 종류와 특성은 <표 10>과 같다.   <그림 15>은 수중폭기장치의 형식을 나타내었고 <그림 16>는 수중 순환장치 유형을 도시하였다. <표. 10> 수중폭기장치의 종류와 특성   내 용 저층수 수질개선 조류 제어 냄새 방지 농작물영향 탁도 문제 냉수 어증식 온수어증식 증발 방지 부영양화방지 비 고 전층폭기 (간헐식) 간헐식양수통형 ○ ○ ○ △ × △ ○ ○ ○ 5 m 이상 수심 필요 전층폭기 (연속식) 다공산소전이형 ○ ○ ○ △ △ △ ○ ○ ○ 수심에 무관 양 수 통 형 ○ ○ ○ △ × △ ○ ○ ○ 간헐식과 거의 같으나 효율이 저조 펌 프 양수형 ○ ○ ○ △ × △ ○ ○ ○ 심층폭기 (공기) 육 상 폭 기 ○ × × ○ ○ ○ △ × ○ - 상향류 폭 기 ○ × × ○ ○ △ △ × ○ 하향류 폭 기 ○ × × ○ ○ △ △ × ○ 심층폭기 (순산소) 육 상 흡입형 ○ × × ○ ○ ○ △ × ○ - 수 중 흡입형 ○ × × ○ ○ ○ △ × ○ 표면폭기 Rotor 폭 기 × × × ○ △ ○ △ △ △ 수심 3 m 이상인 곳에서는 효과 없음 펌 프 폭 기 × × ○ ○ ○ ○ △ △ △ 주 입 폭 기 × × ○ ○ ○ ○ △ △ △ 상하층 분리 순환 폭기 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 30 m 이상의 수심이 필요 ※ ○ ; 유효, △ ; 유효하나 문제 있음, × ; 무효 <그림 15> 폭기장치의 형식 형식 <그림 16> 인공순환장치 종류    ○ 우리 공사의 설치 사례   구분 다목적댐 용 수 댐 기타 댐명 대청댐 연초댐 광동댐 달방댐 사연댐 선암댐 안계댐 영천댐 시화호 유형 간헐식 간헐식 산기관식 간헐식 간헐식 간헐식 산기관식 간헐식 간헐식 산기관식 설치 년도 '90, '92 '91, '94 '97 '96 '96 '96 '97 '97 '97 '96 설치 수량 8기 (3+5) 7기 (5+2) 9기 9기 6기 5기 18기 5기 10기 100기 설치비 (억) 3.3 2.2 0.15 4.2 2.8 3.2 1.4 3.2 5.5 5.0    ○ 외국의 설치 사례    일본의 설치실적 일본에서는 1972년 千葉縣의 白石湖에 간헐식공기양수통을 설치하여 조류발생을 방지하는데 성공한 이래 1987년까지 총70개소에 설치하여 부영양화방지, 조류방지, 이취미방지에 성공하고 있으며 매년 설치호소수가 증가하고 있다.    유럽 및 미국의 설치실적 歐洲, 미국의 통용예는 다음과 같다.     Sven Bjojk : Lake resforation techniques, paper presentel at the European Water pollution Control Association, International Congress, Rome, April, 15∼18. 1985 (Lund 대학 육수학과 교수) 스웨덴의 Hornborgai호 보전계획은 대량의 오수유입으로 호수의 부패로 인한 수질악화를 상층폭기장비(Flexible limno)를 설치하여 호수의 산성화, 부영양화, 오물퇴 등을 방지하는데 성공하였다.     Sven Bjojk : Scandinavian lake restoration activities, paper presenter at the European Water Pollution Control Association, International Congress, Rome, April, 15∼18. 1985 1960년 이래 Hornborgai호, Trummen 호, Lillesjon 호, Sodra Horken 호, Tunis 호, Lilla Galtsjon 호의 수질보전계획은 저층폭기시설을 이용하여 성층현상, 부영양화현상, 퇴적현상을 방지하는데 성공한 종합적 보고임.     Arnold Srapel : Even Potable-Water Reservoirs are short of Breath : Unmweltmagazin, oct, 1985, translated by Atlas Capco Aqua Technique. (Huckelhoven, Germany) 독일 Aabach저수지, Breitenbech 저수지, Ennepe저수지, obernam저수지, Wahnbach 저수지, Dhunn댐 등에 저층폭기장치를 설치하므로서 총질소와 P농도를 저하시키고 부영양화 현상방지에 효과를 거두고 수질에 개선되었다.     Bob Riche : Lake Waccabuc, Robert Riche Pubic Relations, Ridgefield, Connecticut First Installation of Deep Fresh Water Acration System to Improve Water Quality Provides Positive Results at Northeast Lake 미국 South Salem( N. Y ) (뉴욕시의 서북 40mile 지점)에 있는 Waccabue 호에 부영양화와 동결이 심하였는데 1973년부터 저층폭기를 12년간 계속한 결과 부영양화를 방지하는데 성공하므로서 이 호수를 음용수로 사용할 수 있게 되고 담수어가 대량번식하고 수영에도 지장이 없게 되었다.     Atlas Copco Aqua Technique : Limno Ripox Contracid, Referrence Lisa 1985, Sweeden. Atlas Copco사에서는 1971 년부터 1985 년까지 호수에 저층폭기 시설을 설치하여 수질개선에 성공한 48개 사례를 보고하고 있다.     Water Research Centre : Annual Report for the year ended March 31. 1978, p.20. Reservoir Studies : Artificial destratification and Short- Circuiting. 영국 서남부의 수개 저수지에서는 압축공기를 도입하는 System을 설치하였다. 그중 Sutton Bingham저수지 (2.6 ×106m3)에 Wessex WA가 이 System을 설치하여 2 일간 계속 운전하므로서 수온약층은 급속히 해소되고 용존산소는 포화도 20%에서 80%로 상승하였다. 또 Wistlandpounmd 저수지 (1.5 ×106m3, South West WA )에서는 부수과정에서 조류발생과 망간농도에 장해를 받아왔는데 폭기시설을 설치하여 3일간 차전하므로서 망간농도는2∼ 3 ㎎/ℓ에서 0.2 ㎎/ℓ 급격히 감소하였다.    저니층 산화 저니층 산화는 현재 연구가 지속적으로 이루어지고 있는 방법이다. 이 방법은 질산칼슘(calcium nitrate)을 저니층의 10 인치 표층에 주입하여 유기물질의 산화와 탈질산화를 유도하는 방법이다. 그 전체 과정을 처음 시도한 W. Ripl의 이름을 따 RIPOX라고 부른다. 이 방법은 평균수심이 6.6 ft이고 면적이 10.5 acre인 스웨덴의 Lillesjon이라는 호수에서 처음 시도되었다. 이 연구에서 초기의 장비개발과 사전조사에 1990년을 기준으로 112,000 달러의 비용이 소비되었고, 사용된 화학약품 값으로만 약 7,000 달러의 비용이 들었다. 그 결과 저니층으로부터의 인의 용출이 상당히 줄어들었고 그 효과는 적어도 2년간 지속되었다. 또 다른 사례로 미국의 Minnesota 에서도 이 방법이 적용되었는데 호수외부로부터 지속적으로 유입되는 높은 영양염류부하로 인하여 실패로 끝나고 말았다. 아직까지 이 방법에 대한 부작용은 보고 된 바 없다.    유로변경   지금까지 호소에 유입하였던 하수 혹은 배수(처리, 미처리를 불문한)의 방류를 호소의 유역외로 변경하여 호소로 유입시키지 않도록 하는 방법을 유로변경(diversion)이라 부른다.   유로변경에 의해 하수, 배수중에 포함되어 있던 영양염류량에 대응하는 부하를 감소시킬 수가 있다. 그러나 이 방법은 많은 비용(파이프라인 혹은 수로의 굴삭)을 요한다. 또 미처리의 하수, 배수를 하천에 방출시킬 경우 하천의 수질오염을 초래할 위험성이 높다. 이 때문에 대상호소에서는 효과적이지만 수 전체에 대해서는 안전한 대책이라고 말하기 어렵다.   유로변경은 대상호소의 수질회복에는 대단히 유효하다고 생각된다. 그 때문에 배수의 고농처리에서 많은 실시 예가 있다. 그러나 그 모두가 성공했다고는 할 수 없다.   Washington 호(워싱턴 주), Lyngby - so 호(덴마아크), Madison호군(Wisconsin 주)과 같이 성공했던 예도 있지만, Sammamish 호(워싱턴 주)와 같이 반드시 기대했던 효과를 얻을 수 없었던 예도 있다.   유로변경에 따른 수질변화를 상세하게 기록하였고, 또한 효과가 있었던 호수로서 워싱턴호가 유명하다.    유입수량의 증가(Dillution/Flushing)   호소에 대한 유입수량의 증가는 호내의 영양염 수준을 저하시키거나 식물플랑크톤의 생산량을 감소시키고자 하는 목적에서 행하여 진다.   이것은 희석, 유출(dillution / flushing)이라고도 부르며 영양염농도가 낮은 물로서 호내의 영양염농도가 높은 물을 치환하여 식생플랑크톤을 Wash out한다.   또 체류시간을 3∼5 일로 낮게 잡으면 영양염농도가 높더라고 식물플랑크톤의 생산량은 저하된다. 방법으로서는 다음 2가지가 있다.    ① 호수를 pump로 배출하여 영양염이 적은 지하수 유입을 증가시킨다.    ② 타지역에서 영양염이 적은 물(정화용수)을 도입한다.    ○ 유입수량증가의 실시예 ①의 방법을 이용한 호수는 Sanke 호(위스콘 주)가 있다. 여기서는 호수의 약 2 /3를 배출했다. 그 효과 Lamnanceae 의 대폭적인 감소를 알 수 없었다. ②의 방법은 각지에서 행하여지고 있다. 성공한 호의 하나로 Green 호 (워싱턴 주)가 있다.   이 호에서는 1962 년에 일부(얕은 부분)를 준설한 후 Seattle 시의 상수잉여분을 희석수로서 방출하기 시작했다. 방류결과 인 ,질소 모두 저하되고 있다는 것을 알았다. 또한 투명도는 5월 ∼8월의 평균치는 1959 년 1.3에서 1965 년 1966 년에는 각각 3.1, 3.5 m로 향상됐다.   특히 1967 년에는 과거최고의 6.3 m가 관측되었다. 식물플랑크톤에서는 방류전에 문제가 되었었던 Aphanizon enon flos -aqvae가 감소되었다.   방류후도 Anabena circinalis가 발생되고 있지만 1959년에는 매월 남조류가 우점이었던 것에 대해 1965년, 1966년에는 5∼6개월만에 우점종으로 되어 있다.   또 Vekdeserc 호(체코슬로바키아)에서는, 저온의 산지하천수를 저층부에 도입하고 있다. 이것에 의해 저층의 산소부족을 보충하여 유화수소의 발생을 방지했다. 식물프랑크톤은 표층으로부터 flush 시킬 수가 있다. 그러나 이 방법은 배수 혹은 감수가 표층부인 호수, 댐밖에 적용할 수 없다. 유입수량증가를 행하는 데에는 다음과 같은 점을 고려할 필요가 있다.     - 장애조류의 생산량은, 정화용수의 도입량을 증가시키는 만큼 감소한다.     - 정화용수의 영양염농도는 낮아져야만 한다.     - 저니로부터 영양염 용출에 의해 회복이 지연되는 경우가 있다.    -  유입수의 도입위치    심층수의 선택적 방류   성층기에 있어서 영양고농도가 높은 심층수를 선택적으로 방류하여 호소에서 계외로 나가는 영양염양을 증가시키는 방법이다. 이 때문에 어떤 깊이에서 방류시키기 위한 pipe가 호안에 설치되어 pipe의 방류선을 하류의 하천까지 연결하여 사이폰형식으로 방류하는 것도 사용된다.(소위 Olszewski pipe) 또 이 방법은 혐기상태인 저층수의 용량을 감소시키기 위해서도 유효하다.    ○ 심층수의 선택방류의 실시예   심층수의 방류에 의해, 호소의 영양염 고농도가 감소된 호로서는 Twin Valley 호 (미국)가 있다. 심층수의 방류에 의해 유출되는 질소 및 인량은 각각 25%, 22% 증가했다. 그것은 하기에 영양염농도가 높은 물을 방류했기 때문이다. 그러나 혐기적이며 영양염농도가 높은 방류수는 하천에 악영향을 주었다.   방류에 따른 혼합은 어느 정도의 폭기효과를 나타냈으나 하류에서는 소위Oxygen sag가 확인되었다. 또 대기의 수생식물이 번식하게 되어 야간의 DO가 저하됐다.   혐기적인 심층수량을 감소시키는 효과는 많은 호소에서 확인되었다. 가령, Fanshawe 호(캐나다)에서는 선택적인 심층수의 용량이 전호용적의 15%에서 1%로 감소됐다.   심층수의 물은 저온이기 때문에 그를 방류하는 것은 심수층수온의 상승과 연결된다. 따라서 생물활성은 증가하지만 그에 따른 산소소비량의 증가는 방류효과를 저감할 정도는 아니다. 심층수의 방류는 하류의 DO 저하이외에도 불쾌한 gas(H2S)의 발생, 철의 floc 형성등 하류에 끼치는 영향을 무시할 수 없다. 또 호내의 생태계에 미치는 영향에 대해서도 그 조사예가 거의 없다.    우리 공사의 다목적댐 저수지 수질관련 연구 현황 목록으로   □ '86 대청다목적댐 유역내 수질 및 오염원 조사 연구('86. 용역)    - 대상댐 : 대청댐    - 유역의 오염부하량 산정    - 호수 및 유입하천 수질조사 실시    - 호내외 수질악화 저감 기법 대책 소개    - 대청호 수질보전을 위한 제도적 대책   □ 다목적댐 수질관리를 위한 기초 연구('86∼'87 : 자체)    - 대상댐 : 충주댐    - 수질 및 식물성 플랑크톤 조사    - 오염 유입 다량 발생 지역 제시   □ 대청댐 저수지 Model 생태계를 이용한 부영양화 방지 수법 연구('90 : 자체)    - 대상댐 : 대청댐    - 어느지점을 격리구역으로 만들어 영양염류 및 약품 살포후 수질 및 식물성플랑크톤 조사   □ 다목적댐 수중폭기장치 설치 타당성 조사('90. 용역)    - 대청댐에 설치된 수중폭기장치의 효과 규명(수질, 퇴적물, 식물성플랑크톤)    - 부영양화 대책 서술   □ 대청호 저니에 함유된 오염물질의 존재 형태 및 인 용출에 관한 연구('90 : 자체)    - 대상댐 : 대청댐    - 대상댐 저니의 중금속함유, 인의 형태, 용출실험 분석    - 가두리양식장 퇴적물이 주요 오염원으로 작용    - 저니중 유기물은 분해도가 매우 높은 상태로 저니의 유기물층이 인의 근원이 아님   □ 내수면양식장이 댐저수지 수질에 미치는 영향에 관한 연구('91 : 용역)    - 대상댐 : 소양강댐, 대청댐    - 수질, 식물성 및 동물성 플랑크톤 조사    - 대상댐의 영양단계판정    - 생태계 모델에 의한 장래 수질 예측    - 양어장 오염배출량과 부영양화에의 기여도 조사    - 유입하수의 3차처리 촉구   □ 부영양화 방지를 위한 저니로부터 인용출 제어 연구('91, 자체)    - 대상댐 : 대청댐    - 인제거를 위한 약품 및 시기 제시   □ 안동댐 퇴적물중 오염물질의 존재형태별 함량 분석('91, 자체)    - 대상댐 : 안동댐    - 효과 : 퇴적물내 인 불활성화 처리 기초자료 제공 수질예측 자료 활용    - 퇴적물내 유기물 함량 제시 : 대청댐보다 높음    - 퇴적물내 인의 형태별 함량 분포 조사 : 대청댐보다 낮음    - 퇴적물내 Pb,Zn 함량은 타댐보다 높다.   □ 다목적댐 수질예측에 따른 오염저감 최적화 방안에 관한 연구('91∼'93 : 용역 및 자체)    - 대상댐 : 안동댐, 대청댐, 합천댐    - 연직 2차원 수질모형 개발 및 적용   □ 댐저수지 회복기술에 관한 연구('92∼'93 : 용역)    - 대상댐 : 대청댐    - 수화발생 원인 조류(남조류)의 생리적 특징 확인    - 식물성 플랑크톤 제거를 위한 생물조작 개념 필요   □ 수중폭기에 따른 장래 수질변화예측 및 규명에 관한 연구('93∼'94: 용역)    - 대상댐 : 대청댐    - 대상 수역에 추가적인 보조 수단 필요    - 수중폭기의 효율적인 운영 방안 제시    - 강우 초기 외부 오염원을 제어할 수 있는 시설 필요   □ 보령댐 유역내 오염원에 의한 댐 저수지 수질 영향 조사('94 : 용역)    - 대상댐 : 보령댐    - 폐탄강지역에서의 침출수 문제 예상 : 철,망간    - 폐탄광 처리 방법 서술   □ 자갈접촉산화법을 이용한 댐저수지 유입수 처리방안 연구('94∼'95. 자체)    - 대상 : 대청댐 유입지천 옥천천    - 결과 : 접촉산화법 운영 방법 제시 : 설계 인자 제시   □ 댐 유역 오염물질 유입특성 및 영향에 관한 연구('96∼'97. 용역 및 자체)    - 대상댐 : 대청댐    - 비점오염원 발생특성 조사    - 오염물질 이동 특성 조사(하천 및 저수지)    - 수질예측(하천 및 저수지)    - 오염물질의 유입 저감방안 및 현장 수질관리 기법의 적용 가능성 검토    - 대청댐 최적 수질환경괸리 기법 제시   □ 댐저수지 유기퇴적물 분포 및 처리 방안 연구('96∼'97 : 자체)    - 대상댐 : 대청댐,안동댐    - 저니 처리 방법, 처리 지역 및 재활용 방안 제시   □ 원격탐사를 이용한 충주댐 오염부하량 산정 연구('94∼'95 : 용역)    - 대상댐 : 충주댐    - 오염부하량 산정 수질모형 개발    - 지리정보 시스템 및 수질 D/B 구축   □ 주암호 수질관리 전략 개발에 관한 연구('97.용역)    - 수질 및 식물성플랑크톤 조사,    - 오염부하량 조사    - 수질관리 기술 및 사례조사    결 론 목록으로   수질개선 기술에는 간단하게 유입하천, 유역내, 저수지내 대책으로 대별할 수 있는데 어느 한 시스템이 잘못 계획되면 큰 효과를 발휘할 수 없으므로 체계적이고 장기적인 안목으로 구성된 시스템 구성이 필요하다.   보다 합리적이고 과학적인 System을 구성하여 저수지 및 유역의 수질개선을 도모하여야 하는데 현재까지 체계적인 관리 시스템 정립없이 시행했다고 해도 과언은 아닐 것이다.   부영양화 방지 대책을 공학적 기술로 조절하여야 한다면 - 외부에서 유입되는 영양물질을 감소시키거나 제거시키는 방법 - 내부적 오염원, 농도, 영양물질의 순환을 감소시키는 방법 - 선택적 취수를 통한 이동물질의 이동을 가속화시키는 방법 - 수중식물을 생물,화학적으로 직접 조절할 수 있는 기법으로 대별할 수 있다. 특히 이러한    조절기술을 적용할 경우 면밀한 검토가 이루어진 다음 실행하는 것이 효율적이라고    사료된다.   저수지 및 유역수질관리 적용시 공학적인 기법 적용도 중요하지만 보다 체계적인 System이 필요하다. <그림 17>은 수질개선 공학적 기법 적용시 최대의 효과를 거양하기 System을 flow chart로 나타냈는데 저수지 및 유역수질관리를 위하여는 이러한 system이 필요하다고 사료된다.   □ 기술선진화 적용 방안   현재의 유역 및 수질관리 기법 적용이 제도적 및 재원도달 방안 등이 미흡하다고 수질관리를 소홀히 할 수 없는데 유량과 수질을 동시에 관리하면서 탄력적인 저수지 운영 및 수질관리가 필요하다. 이의 대안으로서 선택적인 방류 및 취수방법을 제시하고자 한다.   여름철 홍수기에 댐 상류 유역에서 유입되는 유입수는 밀도차에 의하여 완전혼합되지 않고 일정한 층이 형성되어 댐축까지 도달하게 된다.   실 예로 홍수기시 대청댐과 소양강댐 방류수와 댐축 표층수를 육안으로 관측시 댐저수지의 물은 청정한 색을 띄우지만 방류수는 혼탁한 색을 띠운다.   실제로 집중강우시 섬진강댐을 대상으로 '98년 5월과 7월에 수질 측정 결과 전체적으로 하층 < 표층 < 중층 순으로 탁도가 분포되어 있었다.   이러한 유입수는 시간이 경과함에 따라 댐저수지에 퇴적하게 되는데 이는 식물성플랑크톤의 영양원으로 공급되어 수화(水華)현상을 발생시켜 악영향을 초래하게 된다. 이러한 악영향을 줄이기 위해서 <그림 17> 수질개선기법 적용 Flow chart   선택적 취수 및 방류가 가능한댐에서는 유입수층을 방류 할 수 있으나 선택적 방류가 불가능한 댐에서는 댐 물을 원수로 취수하는 정수장에서 유입수층을 취수하여 정수처리한다. 물론 정수처리시 고알칼리도, 고탁도 등 애로 사항은 있지만 충분히 정수처리 공정에서 해결할 수 있다.   그러나 현실적으로 댐저수지의 수심이 깊어 유입수층을 알기 어려우므로 수심별 탁도를 측정할 수 있는 장비를 갖출 필요가 있으나 장비가 없을시 댐 유입수와 기존의 댐저수지의 수온차가 있는 만큼 수심별 수온을 측정하여 수온약층이 형성되는 지점이 댐 상류 유입수임을 간접적으로 알 수 있으므로 큰 문제는 안될 것으로 사료된다.   일반적으로 인위적인 인간활동에 의한 점오염원의 관리 대책으로는 거시적인 시각으로 종합적인 계획을 수립하여야 한다. 정부에서는 2005년까지 하수처리율을 80%까지 올리기 위하여 소규모 하수처리장 244개를 신설 및 확충하고 축산폐수처리장 65개소 건설등 환경기초시설을 확충할 계획을 가지고 있다.   그러나 이보다 앞서 선행되어야 할 것은 신설될 환경기초시설이 일반적인 유기물제거에만 치중되어 실제 수질문제가 야기되는는 부영양화에 관한 대책으로는 미흡하므로 영양염류를 제거하는 고도처리 시설 공정도 병행하여야 한다고 본다.   특히 댐유역은 대도시에서 발생되는 오염이 아니라 영세 축산 농가, 관광객 등에 소규모 산발적인 오염특성을 가지고 있고, 또한 하수처리공동시설을 갖추기에는 어려운 마을 공동부락이 다수이므로 1차적으로 공동 폐수 처리장에서 폐수를 배제 후 각 댐의 유입지천을 이용한 자연환경친화적인 처리 시설이 필요하다고 본다.   또한 댐내의 대책으로는 광역적인 특성(2개 이상의 지자체 구역)을 가진 댐저수지가 대부분이므로 수질관리상의 주체를 분명히 할 수 있도록 법제화하여 관리토록 하여야 하며 수질개선 시설투입은 많은 시간과 막대한 비용의 투자가 필요하므로 이를 보완해 줄 수 있도록 제도적 및 재원부담 방안이 마련된다면 수질관리가 합리적이고 효율적으로 이루어 질 수 있다고 사료된다.   그리고 무엇보다도 수질보호에 대한 국민의 의식을 전환하여야 하며 국가, 지자체, 민간 환경단체 등이 막연한 대안 보다도 체계적인 교육프로램을 만들어 계몽하는 것도 좋은 방법이라 생각된다.   비점오염원에 대한 관리는 현재 외국에서도 진행 중에 있으며 우리나라는 매우 적어 이에 대한 체계적인 연구가 필요하다, 아울러 비점오염원의 유입량을 감소시키는데에는 농부들의 협조가 절대적으로 필요한데 예를 들면 농가의 생산성에 대한 재정적동기와 이익등에 대한 검토가 있어야 한다고 본다.   또한 지금까지의 연구현황을 보면 중복되거나 어느 한 댐만을 대상으로 연구가 이루어져 있었으며 또한 기존의 연구에 대한 자료 공유화나 연계성이 전혀 없어 향후 이러한 점도 고려할 수 있는 연구 계획의 수립 및 실행도 필요하다고 사료된다.    참 고 문 헌 목록으로 - 한국수자원공사, 공무국외여행 구국보고서(대청호 준설계획에 따른 시설견학 및    자료습득), 1997. - 한국수자원공사,다목적댐 수중폭기장치 설치 타당성조사 연구 보고서, 1990. - 한국수자원공사.대청다목적댐 유역내 수질 및 오염원조사보고서. 1986. - 한국수자원공사.댐 유역 오염물질 유입특성 및 영향에 관한 연구. 1997. - 한국수자원공사,부영양화방지대책, 1988. - 須藤降一·森 忠洋·岡田光正,부영양화대책 자료 모음집, 1983. - 한국수자원공사,부영양화방지를 위한 저니로부터 인 용출 제어 연구, 1991. - 이종호,樹技形 댐호의 2차원 수질예측모형의 개발에 관한 연구, 서울대학교 박사학위 논문,    1992. - 과학기술정책관리연구소,인공습지를 이용한 군부대 오수정화처리에 관한 연구, 1997. - 한국수자원공사,자갈접촉산화법을 이용한 댐저수지 유입수 처리방안 연구. 1995. - 국립환경연구원,자갈층 접촉산하법을 이용한 오염하천의 정화, 한국수질보전학회지    제 9권 제 1호,1992). - 한국수자원공사, 주암호 수질관리 전략개발에 관한 연구, 1997. - 한국건설기술연구원, P/L(생물학적 인.질소제거) 프로세스 개발에 관한 연구, 1988. - 환경부,환경백서, 1997. - 한국수자원공사, 합천다목적댐 수중폭기장치 설치 타당성 조사, 1996. - 한국수자원공사, 다목적댐수질관를 위한 기초연구, 1986,1987. - 한국수자원공사, 수중폭기에 따른 장래수질변화 예측 및 효과규명에 관한 연구, 1993,1994. - 한국수자원공사, 댐저수지 수질회복기술개발에 관한 연구,1992,1993. - 한국수자원공사, 다목적댐 수질예측에 따른 오염저감 최적화방안에 관한 연구(1∼3차),    1991∼1993. - 한국수자원공사, 내수면양식장이 댐저수지 수질에 미치는 영향에 관한 연구, 1991. - 한국수자원공사, '86대청다목적댐 유역내 수질 및 오염원조사 연구, 1986. - 한국수자원공사, 대청댐 저수지 Model 생태계를 이용한 부영양화 방지 수법 연구, 1990. - 한국수자원공사, 댐저수지 유기퇴적물 분포 및 처리 방안 강구, 1996,1997. - 한국수자원공사, 댐유역 오염물질 유입특성 및 영향에 관한 연구, 1996,1997. - 최영송, 낙동강수계의 물문제 현안과 대처방안, '98 국제 환경문제 심포지움 영남대학교,     1998.2. - Thomas D.Brock,A Eutrophic Lake, 1985. - Steven C. Chapra, Engineering Approach for Lake Management, 1983. - DAVID HARPER, Eutrophication of Freshwaters, 1992. - S.E. Jorgensen and R.A. Vollenweider,Guidelines of Lake Management(Vol 1) Principles of Lake Management, 1988. - North Amerocan Lake Management Society, Lake and Reservoir Restoration Guidance Manul(2nd edition), 1990. - North American Lake Management Society,Lake and Reservoir Restoration Guidance Manual, 1990. - North American Lake Management Society,Lake and Reservoir Management, 1993. - EPA, Monitoring Lake and Reservoir Restoration, 1990. - Wetzel,Limnology(2nd edition), 1975. - Rovert V. Thorman & John A.Mueller,Principles of Surface Water Quality Modeling and Control, 1987. - G. Dennis Cooke,Water Quality Management For Reservoir and Tailwaters (Report 1), 1989. - G. Dennis Cooke,Water Quality Management For Reservoir and Tailwaters (Report 2), 1989. - Keith loague et al , The challenge of predicting nonpoint source pollution, Environmental science & technology, 1998.3).