33. 생태공학을 이용한 수질개선

가. 서론

  국내 수계는 용수수요의 증가와 함께 각종 저류시설이 축조됨에 따라 유량부족과 정체화가 가속되고 있는 반면, 비환경친화적 농업구조와 오염원의 증가로 인해 말초부인 소하천에서부터 오염물질이 축적되고 있다. 영양물질 배출허용기준의 강화, 고도처리 시설 등의 정책이 계속될 것이나 물리화학적 고도처리가 경제적 부담이 매우 큰 점을 고려한다면 수질개선을 위한 생태공학적 접근은 시설과 유지관리면에서 경제적인 장점을 가지고 있을 뿐만아니라 2차 오염의 가능성이 적어 기계적 고도 처리의 대안이 될 수 있다.

  생태공학적 기술은 크게 폐하수처리를 통한 오염원관리(source control)와 자연수면에서의 생물관리(biomanipulation)로 대별된다. 수생관속식물(vascular hydrophytes)이나 습생식물에 의한 자연정화 기술은 기존의 물리화학, 미생물학적 유기물처리의 보완, 질소 인과 같은 영양물질에 대한 고도처리, 수질정화와 친수효과를 겸한 습지 biotope, 실내 공기오염의 정화 등에 광범위하게 적용되어 왔다. 국내에서는 주로 부레옥잠이 pilot-plant 규모의 폐하수처리, 오염된 저수지나 호수의 직접정화 등에 적용되어 왔다. 수생식물 이용기술은 부지확보와 기후적 제약, 수확물의 처리와 같은 제반 문제점이 따르고 있으나 적절한 조건에서 적용될 경우 물리화학적 처리의 제한점을 보완함은 물론 균형적인 자연의 순환고리를 지속시킬 수 있는 기술이다.

  수중생태계에서 대형 수생생물은 환경요인에 의해 생육이 조절되는 피동적 측면과 아울러 생물 자체의 반작용으로 환경을 변화시키는 능동적 측면을 함께 지니고 있다. 수질환경의 개선에 대한 대형생물의 능동적 측면은 일찍부터 자연정화의 하나로서 인식되어져 왔으나 이러한 기능을 인위적으로 극대화하려는 시도는 1950년말 이후에 구체화되었다. 생물관리는 식식어류의 투입, 플랑크톤 섭식어류의 직접제거, 고차 육식어류의 투입 등을 통해 수중 영양단계의 구조를 변화시키므로써 일차 생산성을 제어하는 top-down control(하향조절)과 수생관속식물이나 사상성 대형 부착조류를 이용하여 영양물질을 제거하므로써 관리대상 수체의 조류증식을 억제하는 bottom-up control(상향조절)로 나뉜다. 특히 수생관속식물에 의한 자연정화는 1960년대에 부상된 이후 유기물과 영양물질 및 유해물질의 처리를 위한 기존의 물리화학 및 미생물학적 처리의 보완, 수질정화와 친수공간의 확보를 겸한 습지조성, 실내 공기오염에 대한 정화 등에 광범위하게 적용되고 있다.

  현재까지 대형 수생생물을 이용한 수질개선 기법은 크게 처리장에서의 수처리(Water treatment)와 자연수체내 수질개선(특히 일차생산력 제어)의 두 분야에서 적용되어 왔다. 수개선에 이용되는 대형 수생식물은 다양한 영양단계와 생활형을 점하고 있으며 그에 따른 적용분야도 여러 유형으로 세분된다. 식물유형별로는 부수식물처리시스템(floating plant system)과 토양-정수식물여과시스템(rock/emergent plant filter system, planted soil filter system)으로 구분되며, 습지유형별로는 자연습지시스템(natural wetland system)과 인공습지시스템(artificial wetland system)으로, 처리유형별로는 자유흐름시스템(free flow system)과 지하흐름시스템(subsurface flow system)으로 구분된다(표 4.33.1).

표 4.33.1. Overall schemes of water quality improvement techniques by using aquatic macroorganisms
                                    Floating plant system