우리나라 농업용수의 TOC/COD 비율 특성

Abstract

산업의 발달과 도시화로 인해 생분해성 유기물질 관리지표인 BOD 중심으로는 난분해성 유기물질의 관리에 한계가 있다. BOD의 농도는 감소하여 수질개선 효과를 보이고 있는 반면, COD의 농도는 감소의 경향을 보이고 있지 않아 하천, 호소 오염저감대책을 수립하기 위하여 2013년부터 TOC를 도입하였으며, 2016년부터는 COD는 관리지표에서 사라짐으로써 대체항목이 될 예정이다. TOC는 유기탄소만 측정하므로 생물학적으로 산화될 수 있는 유기물과 생물학적으로 분해가 불가능한 물질까지 산화하는 CODMn보다 더 정확한 값을 도출할 것으로 예상되는 항목이다. COD가 지표에서 사라지게 되면, 과거부터 지속적으로 관리, 연구하던 수질 자료들과 2015년 이후 나올 자료들이 한눈에 파악하기 어려워질 것으로 예상된다. 본 연구에서는 몇 년간 유지되어 왔던 COD를 대신하여 대체되는 TOC를 통하여 과거의 CODMn 자료들을 TOC로 전환할 수 있는 기초자료를 제공하고자 한다. 우리나라의 805개 농업용저수지를 이용하여 2012-2014까지 3년간, 계절별로 4회/연, 총 12회에 걸쳐 조사하였다. 전국의 농업용 저수지에 대한 COD와 TOC의 상관관계에 대한 비율을 분석하였으며, 이를 TSIKO(한국형부영양화지수), 조류예보제, 호소 생활환경기준 따라 TOC/COD의 비율 특성 및 경향에 대하여 분석하였다. 실험을 통해 얻은 자료들을 이용하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 이론적 TOC/CODMn(%)의 비율을 구하기 위해 H2SO4(황산)으로 전처리한 표준용액과 전처리를 하지 않은 표준용액 두 종류를 CODMn, TOC 분석방 법으로 각각 5회 반복측정 하였다. 측정한 결과 CODMn(mg/L)의 일반시 료 평균은 5.6mg/L, CODMn(mg/L)의전처리시료의 평균은 5.4mg/L 로 전처리시료가 더 낮게 나오는 경향을 보였으며, TOC(mg/L)의 일반시료 평균은 5.4mg/L, TOC(mg/L)의 전처리시료 평균은 5.7mg/L로 전처리시 료가 더 높게 나오는 경향을 보였다. 그러나 CODMn과 TOC의 농도의 차 이는 거의 없게 나옴으로서, 이론적으로 CODMn과 TOC의 비율을 구했을 때, 약 1대1 비율로 TOC와 CODMn은 유사한 농도값을 나타내었다. 2. 805개의 농업원용수원을 3년(2012-2014), 계절별로 4회/년 총 12회를 걸 쳐 분석한 자료들을 통해 Y= 0.5528x + 0.1655, R²= 0.9046의 값을 얻음 으로서 TOC와 CODMn는 큰 상관성이 있으며, 이는 TOC가 CODMn의 대체 항목으로써 적합하다는 결과를 도출 할 수 있었다. 3. 약 9800개의 시료의 TOC/CODMn(%)의 비율을 10% 단위로 나누어 빈도 수를 구하고, 빈도수를 통해 약 90% 이상 분포 되어 있는 구간을 구해본 결과, 40~70% 사이에 포함 된다는 사실을 알 수 있었다. 4. TSIKO(한국형 부영양화지수)의 빈영양(30이하) → 중영양(50이하) → 부영 양(70이하) → 과영양(70초과) 총 4단계로 나누어 TOC/CODMn(%)의 비 율 특성을 구해 각 단계에 해당하는 CODMn와 TOC의 상관관계를 구해본 결과 빈영양 R²=0.7323, 중영양 R²=0.8572, 부영양 R²=0.7831, 과영양 R²=0.7189로 0.72이상의 높은 상관성을 보였다. 빈영양화부터 부영양화까지는 TOC/CODMn(%)의 비율의 평균값이 올라가 는 경향을 보였으며, 과영양화에서는 내려가는 경향을 보였다. 각 단계의 빈도수를 통해 우리나라 농업원 용수원의 사계절은 대부분 중영 양화와 부영양화 상태를 유지한다. 5. 조류 예보제의 조류해제, 조류주의보, 조류경보, 조류대발생 총 4단계로 Chl.a의 농도에 따른 TOC/CODMn (%)의 비율의 특성을 구해본 결과, 각 단계에 해당하는 CODMn과 TOC의 상관관계는 조류해제 R²=0.9111 조류 주의보 R²=0.8742 조류경보 R²=0.8203 조류대발생 R²=0.7242로 0.72이 상의 높은 상관성을 보였으나, Chl.a 농도가 올라갈수록 상관관계가 떨어 지는 것을 볼 수 있다. 조류해제 부터 조류대발생의 차례로 TOC/COD (%)의 비율의 평균값은 내려가는 경향을 보였다. 조류예보제의 분포도를 통해 조류해제부터 조류경보에서는 CODMn 비해 상대적으로 TOC가 높게 나타났는데, CODMn에 비해 상대적으로 높게 TOC가 측정됐다는 것은 유 기오염물질 중 외부오염물질의 유입이 주 원인으로 작용하는 난분해성 물 질의 비율이 높다고 판단할 수 있다. 조류 대발생에서는 CODMn 비해 상대 적으로 TOC가 낮게 나타났는데, 이는 생물학적으로 산화될 수 있는 유기 물까지 산화시키는 CODMn의 분석 특성에 따라 상대적으로 TOC가 낮게 나타난다고 판단 할 수 있다. 조류예보제의 빈도수를 통해 우리나라의 Chl.a 농도는 사계절동안 15 mg/L 미만인 조류해제 단계가 많이 나타난 다. 6. 호소 생활환경기준에 COD등급에 따라 TOC/CODMn(%)의 비율의 특성을 구해본 결과, TOC/CODMn(%)의 비율이 매우좋음(Ⅰa) 단계부터 나쁨(Ⅴ) 단계까지 올라가는 경향을 보였으나, 매우나쁨(Ⅵ) 단계인 COD 10mg/L 를 초과하는 수질의 경우 내려가는 경향을 보였다. TOC/CODMn(%)의 비율의 분포구간을 통해, 매우좋음(Ⅰa) 단계부터 약간 나쁨(Ⅳ) 단계에서는 분포구간이 약 90%이상인 구간은 40~70%이였으 나, 나쁨단계(Ⅵ)는 50~80%구간으로 나타났다. 분포구간에 따라 유기물 질 농도가 높아질수록 TOC/CODMn(%)의 비율 또한 같이 증가한다는 사 실을 알 수 있다. 호소 생활환경기준의 빈도수를 통하여 우리나라 농업용 수는 약간나쁨(Ⅳ) 등급의 수질들이 많이 나타났다. 7. 6의 결과에 따라 호소 생활환경기준의 TOC 농도를 TOC(mg/L)=CODMn (mg/L)/(100(%)/등급평균(%))을 이용하여 제안해 보았다. 제안된 TOC의 농도는 매우좋음(Ⅰa) 1.1이하 좋음(Ⅰb) 1.6이하 약간좋음(Ⅱ) 2.2이하 보통(Ⅲ) 2.9이하 약간나쁨(Ⅳ) 4.8이하 나쁨(Ⅴ) 6.1이하 매우나쁨(Ⅵ) 6.1초과이다. 매우나쁨(Ⅵ)의 경우 TOC/CODMn(%)의 비율의 평균이 떨어져 6.1이하로 낮게 나왔으나, TOC와 COD의 측정값이 흔들리는 경향이 있다고 판단하 여. 나쁨(Ⅴ)단계를 기준으로 매우나쁨(Ⅵ) 단계를 정하였다.