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Quality Assessment of the Nationwide Water Pollution Source Survey Results on the Prioritized Toxic Water Pollutants from Industrial Sources in the Geum-River Basin by Exploratory Data Analysis
Quality Assessment of the Nationwide Water Pollution Source Survey Results on the Prioritized Toxic Water Pollutants from Industrial Sources in the Geum-River Basin by Exploratory Data Analysis
Journal of Korean Society on Water Environment. 2014. Nov, 30(6): 585-595
Copyright © 2014, Korean Society on Water Environment
  • Received : July 10, 2014
  • Accepted : October 01, 2014
  • Published : November 30, 2014
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은아 김
연숙 김
용석 김
덕희 류
제호 정
dah3o@korea.kr

Abstract
The temporal trends of the prioritized toxic water pollutants generated and discharged from the industrial facilities in the Geum-River basin, Korea were analyzed with the results of the nationwide Water Pollution Source Survey conducted in 2001 - 2012. The statistical results indicated rapid increase in the volume of raw toxic wastewaters whereas the amount of each toxic pollutant kept fluctuating for 12 years. Serious discrepancies in the survey data of the same type of industries demonstrated a low reliability of the survey result, which stemmed from several error factors. A unit-load for each type of industrial facility was devised to estimate the amount of prioritized toxic water pollutant based on the total volume of industrial wastewater generated from the same type of industrial facilities. The supplementary measures with an effective permit issuance policy and adding survey parameters of terminal wastewater treatment plants to use them as references to the Water Pollution Source Survey were suggested as means to minimize the errors associated with the false reports from the industries.
Keywords
1. Introduction
우리나라 폐수배출업소 화학물질 배출량 조사결과에 따르면 폐수배출업소 내 수계배출량은 2002년에서 2012년 사이 115-250 톤/년 범위에서 오르내리고 있고, 위탁처리량은 2002년 283천 톤/년에서 2012년 692천 톤/년으로 빠른 증가 추세를 보이고 있다. 그 중 발암우려물질 위탁처리량은 3만7천 톤/년에서 4만6천 톤/년으로 10년사이에 25%가량 증가하였다( PRTR, 2012 ). 이러한 유해물질은 상수원을 포함한 수계에 유입되는 경우 수생태계 및 인간의 건강에 악영향을 미칠 수 있어 철저한 배출 관리가 필요하여, 이에 수도법 제7조의2제1항, 산업집적활성화 및 공장설립에 관한 법률 제2조제1호, 환경정책기본법 제22조에 따라 상수원 보호구역에 유해물질 배출업소 입지를 제한하고 있다.
현재 특정수질유해물질 방류농도는 수질 및 수생태 보전에 관한 법률 시행규칙 제34조 별표 13에 의거 적용지역에 따라 규제되며, 공단폐수종말처리구역 배출업소 및 폐수종말처리장을 통하여 연계처리하는 배출시설은 특례지역 배출허용기준에 따라 규제된다. 특정수질유해물질의 배출농도가 배출허용기준을 초과하는 경우, 수질 및 수생태계 보전에 관한 법률 시행령 별표9-18의 기준을 따라 초과부과금 및 과징금, 과태료가 부과된다.
특정수질유해물질 배출업소의 입지 제한 구역 및 배출허용기준 등을 제시하는 상기 법령은 인간의 건강에 미치는 영향을 고려하여 합리적인 규제 기준을 설정해 놓았다. 그러나, 폐수배출시설에서 발생할 수 있는 특정수질유해물질의 종류 및 농도 범위에 대한 충분한 정보가 인허가 상 기재되어 있지 않거나 주기적인 배출현황 조사에 대한 규칙이 없는 경우, 실질적으로 담당공무원이 위와 같은 법을 집행할 근거가 충분하지 않을 수 있다. 이와 같은 가능성을 2012년 11월 발표한 환경부의 특정수질유해물질 배출현황 전수조사 결과에서 일부 찾을 수 있다. 당시 조사결과에 따르면 60개 조사대상 폐수배출업소 중 44개소에서 발생하는 특정수질유해물질 종류 조차 몰라 허가를 득하지 않고 생산활동을 하고 있었는데, 이 경우 44개 업소는 서류상 해당 특정수질유해물질 무방류시설로 분류되어왔다. 따라서, 실제로 유독물질이 배출됨에도 불구하고, 통계상 배출하지 않는 폐수배출업소가 되어 해당지역 특정수질유해물질 발생량이 과소평가될 수 있고, 특정수질유해물질 배출 업체를 대상으로 하는 행정관리 망을 벗어나는 구조적 결함 요소로 작용할 수 있다.
한편, 공단배수의 특정수질유해물질 농도 모니터링 기능 또한 부족한 상황이다. 2013년 수질측정망 운영계획( MOE, 2013a ) 기준 전국 공단배수 측정망은 70 개소 운영되고 있으며, 이 중 23개 측정소(전체의 33%)에서 월평균 시안 오염도가 사람의 건강보호를 위한 하천수질 환경기준을 초과하였고, 이중 11곳은 청정지역 배출허용기준을, 2곳은 특례지역 배출허용기준을 초과하였다( Water Information System, 2012 ). 전국 964개의 산업단지와 산업단지에 편입되지 않은 개별 폐수배출업소 규모를 고려하였을 때, 산업계에 의한 특정수질오염물질 배출이 수계의 수질에 미치는 영향을 추정하고 방류수질을 체계적으로 관리하는 데에 공단배수 측정소 70개는 충분하지 않을 수 있다. 이와 같이 공단폐수 방류수질 모니터링 기능이 취약한 상황에서 개별 배출시설의 특정수질유해물질 발생・배출현황에 대한 정보는 관련 환경정책 입안・집행에 매우 중요한 근거자료가 된다.
현재 매년 시행되고 있는 산업계 오염원조사는 특정수질유해물질을 포함한 수질오염물질에 대하여 개별 폐수배출업소 원폐수 및 방류수 농도 및 연계처리시설, 폐수처리 방법 등 오염물 배출에 관한 상세한 정보를 기입하도록 유도하고 있다. 개별 폐수배출업소가 특정수질유해물질 발생 및 처리에 대한 정보를 충분히 인지하고 있고, 그 정보가 오염원조사 결과로 이어진다면 오염원조사 결과를 토대로 산업계의 특정수질유해물질 발생 현황에 대한 분석과 향후 산업계 폐수 관리에 대한 정책 입안 과정이 무리 없이 진행될 수 있을 것으로 판단된다. 그러나 현재 연 1회 실시되는 산업계 오염원 조사는 1-3종 개별 폐수배출업소의 입력 값과 4-5종 폐수배출업소가 소속된 지역 공무원의 입력내용에 대하여 검증기능이 지원되지 않아 신뢰도 향상을 위한 조사기법 개선 및 검증기능 강화가 요구되고 있다.
본 연구의 일차적인 목적은 탐색적 데이터 분석방법을 통하여 최근 12년간의 금강유역 산업계 특정수질오염물질 발생 및 배출에 대한 조사통계 결과를 분석하고, 그 결론으로부터 현행 오염원조사 결과의 적합성 및 조사방법의 한계점을 분석하고, 오염원 통계자료 신뢰도 향상을 통하여 관련 환경정책에 과학적인 근거를 제공할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
2. Materials and Methods
- 2.1. 연구 대상
본 연구는 ’01년부터 환경부에서 통합 관리된 전국오염원조사 결과를 토대로 최근 12년간 산업체 특정폐수 및 특정수질유해물질 배출현황을 분석하였다. 금강유역 업체별 특정유해물질 배출현황 데이터는 국립환경과학원에 제출된 원자료를 수질영향권역으로 구분하여 취합하였다. 현재 전국오염원조사는 환경부의 조사계획 및 총괄, 유역 (지방)환경청의 지원과 시・도의 주관 하에 시・도 (시・군・구) 관련 공무원이 매년 조사자료를 취합하여 그 내용을 전국오염원조사시스템에 입력한다. 국립환경과학원은 전국오염원조사시스템에 입력된 결과를 최종 검증하여 구축된 DB를 물환경정보시스템 자료실에 공개하는 체계로 진행된다.
전체 6개 오염원 그룹 중 산업계는 사업체 규모별로 조사자가 구분되며, 1-3종 폐수배출업소는 오염원조사시스템에 직접입력, 4-5종 폐수배출업소는 관할구역에 따라 시・도 또는 시・군・구에서 작성한다. 산업계 오염원 조사단위는 개별 폐수배출업소며, 폐수배출업소별 배출시설 분류, 물공급량, 폐수발생량, 원수 및 방류수 농도는 조사표 작성지침( NIER, 2013 )에 따라 작성된다.
이번 연구 대상 지역인 금강유역은 충청남・북도, 전라북도 일부와 대전광역시, 청주, 세종특별자치시를 포함하며 면적은 18,089.67 km 2 으로 4대강 유역 중 3번째로 큰 권역이다. 이 권역은 최근 10년간 오송, 아산 등에 다량의 특정폐수가 발생 가능한 산업단지가 개발되어 특정폐수발생량과 특정수질유해물질 발생량의 증가가 예상되는 지역으로, 발생・배출량 변화에 대한 시계열 분석에 적합한 연구대상 지역으로 판단되었다.
산업계 조사항목은 일반현황 I, II, 폐수발생량, 폐수오염도, 배출시설로 나누어 입력되며, 본 연구에는 특정수질유해물질 발생량 및 배출량과 관련된 항목과 폐수처리형태와 관련된 항목들이 이용되었다. 폐수배출시설이 소속된 행정구역은 사업자 등록증에 표시된 폐수배출업소 소재지 법정동을 2012년 위치 기준( KSSC, 2012 )으로 정리하였다. 배출시설구분은 업종과 유사한 개념으로, 오염원 조사 시점에 따라 변경되어 왔으나, 본 연구에서는 수질 및 수생태계 보전에 관한 법률 시행규칙 별표4에 의거 2008년부터 적용된 82개 그룹으로 재분류하여 통계처리하였다. 폐수발생량은 폐수배출업소에서 발생하는 폐수 중 폐수처리장 유입전 또는 폐수처리장 중간에서 순환 재이용되는 양은 제외된 양을 의미하며, 폐수 방류량은 폐수발생량 중 방지시설 처리 및 공공처리시설 연계처리 후에 실제 공공수역에 방류되는 양을 뜻한다. 폐수처리형태는 사업체 밖으로 배출되는 방법에 따라 1차 처리 후 직접방류, 1차 처리 후(폐수/하수)종말처리장 연계처리, 위탁처리(수탁처리 업소에 폐수를 위탁), 기타 4가지로 구분하였다. 특정폐수발생량은 특정수질유해물질이 함유된 폐수 발생량을 의미하며 특정폐수와 일반폐수가 폐수처리장에서 혼합, 처리되는 경우 일반폐수를 합하여 산정되고, 특정폐수방류량은 특정수질유해물질이 함유된 폐수를 폐수배출업소에서 방류하는 양을 의미한다. 오염도 조사항목 중 처리 전 농도는 폐수배출업소 내의 원폐수 농도를 뜻하고, 처리 후 농도는 폐수처리시설 처리를 거친 후 폐수배출업소 밖으로 나가는 특정수질유해물질 농도로 직접방류 업체의 경우 공공수역에 방류되는 농도와 동일하다.
오염원조사에서 특정수질유해물질로 조사하는 대상은 점차 확대되는 추세로, 2001년도부터 구리, 납, 비소, 수은, 시안, 유기인, 6가크롬, 카드뮴, 테트라클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 페놀, PCB 총 12종이 조사되었고, 2006년 셀레늄, 벤젠, 사염화탄소, 디클로로메탄, 1,1-디클로로에틸렌, 1,2-디클로로에탄, 클로로폼이 추가되었으며, 2011년부터 현재와 같은 25종 물질이 조사되고 있다. 본 연구에서는 현재 조사항목 중 2011년 확대 적용된 6개 물질을 제외한 19종의 특정수질유해물질물질 중 독성이 강하거나(청정지역 배출허용기준 0. 1 mg/L 미만) 연간 발생량이 많은 17개의 특정수질유해물질을 분석대상으로 하였다. 화학적으로 유사한 특성을 가지는 테트라클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 사염화탄소, 디클로로메탄, 1,1-디클로로에틸렌, 1,2-디클로로에탄, 클로로폼은 염화유기화합물 그룹으로 묶어 통계처리하였다.
- 2.2. GIS map 분석 방법
본 연구는 오픈소스 기반의 지리정보시스템 중 QGIS를 활용하였고, 공간분석에 사용된 행정구역 GIS map은 통계청에서 제공하는 2012년 기준 읍면동 행정구역경계와 동일한 shape file을 활용하였다. 물환경정보시스템(내부망)의 2009-2012년 금강 수질영향권역 산업계 오염원현황 자료를 받아 배출업소의 주소에 대응하는 법정동 코드를 부여하고, 그 법정동 코드를 매개로 join 기능을 사용하여 행정구역경계 shape 파일과 병합하였다. 2009-2012년 사이 세종특별자치시 생성 등으로 인한 법정동 명칭변경이 있는 경우, 지도상 2012년 구역에 대응하는 법정동 코드를 부여하였다. Shape 파일은 EPSG:5171 Korea East Belt 좌표계를 통하여 QGIS상에서 분석되었다.
물질별 발생량(g/day)은 제출된 특정폐수 발생량(m 3 /일)과 특정수질유해물질 처리전 농도(mg/L) 값들을 곱한 합으로 산정하였다. 물질별 배출원단위는 특정폐수 발생정보를 누락한 사업체를 포함한 발생량을 추정하기 위하여 도입된 계수로, 위에서 언급된 방법으로 산정된 ’12년 특정수질유해물질 발생량을 배출시설별로 구분하고 총폐수발생량으로 나누어 1 m 3 원폐수 발생량 당 함유되어있는 특정수질유해물질량(g)의 최근 4년간의 평균(mg/L)을 구하였다. 이 배출원단위와 배출시설별 연간 총 폐수발생량을 곱하여 배출시설별 특정수질유해물질 연간 발생량을 추정하고, 지도상에 법정동별로 표시하였다. 각 레이어는 하나의 물질 발생량 분포에 해당하고, 50% 투명도로 중첩되었으며, 중첩된 순서는 위에서 아래방향으로 구리, 납, 비소, 수은, 시안, 6가크롬, 카드뮴, 페놀, PCB, 벤젠, 염화유기화합물(PCB 제외)이다.
3. Results and Discussion
- 3.1. 금강유역 특정수질유해물질 발생 및 배출현황 시계열 분석 (’00 - ’12년)
금강유역 전체 업체 중 특정폐수 배출업체수(특정폐수방류량= 0 또는 미기입 업체 제외) 업체수(개소) 및 방류량(m 3 /day)을 Fig. 1 , 2 에 나타내었다. 2003년부터 전체 업체수가 급감한 것은 ’03 - ’04년 수질환경보전법시행규칙 개정에 따라 사진처리시설, x-ray 시설, 금은판매점의 세공시설, 렌즈 제작시설 중 전량 위탁처리하는 경우 폐수배출업소가 아닌 기타수질오염원으로 분류된 요인이 작용한 결과일 수 있다( MOE, 2013b ). ’07년과 ’09년 위탁처리를 이용한 업체수가 전후 연도에 비하여 눈에 띄게 높은 비율을 차지하였던 데이터를 제외하였을 때, 전반적으로 특정폐수 배출업소가 증가하는 추세에 있다. 위탁처리하는 배출업소의 경우 특정수질오염물질 오염도 입력 의무가 없는 것으로 잘못 이해하여 발생농도를 0으로 기입하는 오류가 있을 가능성 등 오염원 조사항목의 정의에 혼란이 있을 여지가 있어 조사 결과에 대한 신뢰도는 상대적으로 더 낮을 수 있다. 금강유역 전체 업체수 상승률과 비교했을 때 상대적으로 특정수질유해물질 배출업소 수의 증가가 빠름을 알 수 있다. 이러한 현상은 특정수질유해물질 종류의 증가(17종에서 ’06년 19종, ’08년 24종, ’10년 25종으로 증가)에 의하거나 실제 배출현황과 관계없이 오염원 자료 입력상 응답률에 변화가 있었을 가능성 모두 가능하다. 폐수처리유형의 변화를 보면, 특정수질유해물질이 종말처리장을 통하여 연계처리되는 비율이 높아짐을 발견할 수 있고, 이것은 공공수역의 특정수질유해물질 부하량이 환경기초시설 처리효율에 크게 영향을 받는 방향으로 나아가고 있음을 알 수 있다.
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The number of the total (right y-axis) industrial facilities and those discharging prioritized toxic water pollutants (left y-axis) in 2001 - 2012.
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The volume of the total (right y-axis) and toxic wastewater effluent (left y-axis) with regard to the treatment methods in 2001 - 2012.
Fig. 2 의 특정폐수 방류량의 증가는 전체 폐수방류량의 증가와 변화도가 유사하며, 이것은 금강권역의 신생 산업단지 입주 등으로 인하여 산업활동이 급격하게 증가한 것에 원인을 찾을 수 있다고 본다. Fig. 2 에서 처리 후 직접 방류하는 폐수량 또한 급속도로 증가하고 있음을 확인할 수 있는데, 이것은 폐수배출업소에서 연계처리시설을 거치지 않고 직접 공공수역으로 배출된 양으로, 배출농도와 해당 방류량은 공공수역 수질에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 방류되기 전 개별처리, 공공처리, 또는 기타처리에 활용되는 폐수처리 기술이 공공수역 수질에 점차 중요한 부분을 차지하므로 중점 관리되어야 할 요소라고 본다. 한편, 처리후 산업단지(농공단지) 폐수종말 또는 하수종말처리장으로 유입되거나 위탁처리 되는 경우, 연계처리 시설을 거친 후에 공공수역으로 방류되므로 이에 해당하는 배출농도는 연계처리 시설의 처리효율만큼 감소되어 공공수역 수질에 영향을 준다. 그러나 국내 폐수종말처리장과 하수처리장은 보통 BOD, COD, SS, T-N과 같은 일반오염물질의 처리공정을 중심으로 운전되고( Cho et al., 2012 ), 중금속 및 난분해성 유기물질을 위한 별도의 처리과정이 미미함에도 기본 7개 항목(BOD, COD, SS, TN, TP, 대장균군수, 생태독성)만 관리되고 있어 종말처리장 방류수의 특정수질유해물질 농도에 관한 관리가 시급하다.
Fig. 3 은 본 연구의 대상인 특정수질유해물질 17종의 최근 12년간 일일 총 발생량과 일일 총 배출량의 변화를 보여준다. 편의상 특정수질유해물질은 괄호안과 같이 간략하게 표기하기로 한다; 구리와 그 화합물 (Cu), 납과 그 화합물 (Pb), 비소와 그 화합물 (As), 수은과 그 화합물 (Hg), 시안 화합물 (CN), 6가크롬 화합물 (Cr 6+ ), 카드뮴과 그 화합물 (Cd), 페놀류 (phenol), 벤젠 (benzene), 폴리클로리네이티드바이페닐 (PCBs), 염화유기화합물(Org-Cl). 총 발생량은 오염원조사시 입력된 (오염물질 별 처리 전 농도*특정폐수 발생량)의 합으로 산정되었고, 총 배출량은 (오염물질 별 처리 후 농도*특정폐수 방류량)의 합으로 산정되었다.
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The total amounts of the prioritized toxic water pollutants in raw (solid line) and in discharged (dashed line) toxic wastewaters daily. Note the scale of the y-axis in decimal logarithm.
Fig. 3 을 구성하는 17개 물질(11종류)에 대한 일일평균 총 발생량 및 배출량은 아래 Table 1 , 2 에 정리되어있다. 특정수질유해물질별 발생량과 배출량은 시간이 지남에 따라 증가 또는 감소되는 일관적인 추세 없이 변동계수(표준편차/평균값)가 0.7 - 3.5으로 연간 발생량의 변동이 크게 나타나고 있다. 발생량 변동계수가 큰 것은 오염원 조사 결과가 실제 배출현황을 반영하지 않아 임의 값이 입력되었을 경우나, 배출시설의 조업환경 등 폐수 배출에 미치는 요인에 대한 변화가 커서 원폐수의 특정수질유해물질 농도에 큰 변동이 있는 두 가지 경우가 가능하다.
The amount of each prioritized toxic water pollutant generated daily in raw wastewaters (kg/day) ={average concentration of a toxic water pollutant in raw wastewatervolume of toxic raw wastewater}/1000
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The amount of each prioritized toxic water pollutant generated daily in raw wastewaters (kg/day) = {average concentration of a toxic water pollutant in raw wastewater volume of toxic raw wastewater }/1000
The amount of each prioritized toxic water pollutant discharged daily (kg/day) ={average concentration of a toxic water pollutant in discharged wastewatervolume of discharged toxic wastewater}/1000
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The amount of each prioritized toxic water pollutant discharged daily (kg/day) = {average concentration of a toxic water pollutant in discharged wastewater volume of discharged toxic wastewater }/1000
첫 번째의 경우는 기존 연구 보고서( Lee, 2009 )에서 발견된 바와 같이 현실적이지 않은 농도 또는 전년도 보고 내용과 동일한 수치를 입력하는 관리상의 허점이 드러난 사례들을 통하여 쉽게 유추할 수 있는 시나리오이다. 현재 특정수질유해물질에 관하여 처리 전과 후의 폐수 농도 측정 횟수나 보고의무와 같은 감독 항목이 법적으로 명확하게 규정되어있지 않아, 개별 폐수배출업소에서 원폐수와 방류수의 특정수질유해물질 농도를 측정하지 않고 추정값으로 오염원조사시 보고를 하더라도 신뢰할 수 있는 값인지 판단할 법적 장치가 마련되어있지 않은 상황이다. 현재 국내 법률상으로 특정수질유해물질 배출업소 규정기준은 원 폐수 농도 기준 검출한계 이상으로 정하여 엄격하게 관리되고 있는 듯 보이나, 인허가 등록대장상 배출물질만 기재되었을 뿐, TMS 부착의무나 배출농도 보고 의무가 없어 기본부과금대상물질과 비교했을 때 조업 중 감독기능이 상대적으로 허술하다. 두 번째의 경우, 장시간 배출허용기준 미만의 수준을 유지하는 배출시설이라도 사고 발생 및 조업조건 변동에 따라 고농도 특정수질유해물질 배출이 가능함을 시사한다. 따라서, 특정수질유해물질 배출업소 원폐수와 방류수 농도 감독・관리 기능 강화로 조사결과의 신뢰성 향상과 함께 유해물질 다량유출 사고를 방지하는 효과를 기대할 수 있다.
- 3.2. 폐수배출시설별 특정수질유해물질 발생현황 분석
2008년 개편된 폐수배출시설 구분 기준을 적용하여, ’01년부터 ’12년까지의 특정폐수 발생량 응답률을 폐수배출시설 종류별로 Table 3 에 정리하였다. 분석 대상 배출시설 23종은 폐수배출시설 구분 기준 개편 후인 ’09 - ’12년 오염원조사 결과를 토대로 특정수질유해물질 4년평균 발생원단위( Table 4 ) 물질 별 상위 5개로 구성되었다. Table 3 에서 NA는 해당 배출시설 조사결과가 없는 경우이고, 0은 폐수배출업소가 있으나 특정폐수발생량을 입력한 업체가 없는 경우를 뜻한다. 2006년과 2008년에는 산업계 오염원 조사 대상업체 전체가 특정폐수 정보를 제출하지 않았다. 추출된 폐수배출시설은 생산제품 및 산업활동의 유사성에 근거하여 구분된 업종구분 기준을 따르므로 해당 사업체는 적어도 한 가지의 특정수질유해물질이 원폐수에서 검출될 가능성이 높다. 그러나 Table 3 에서 보이듯이 추출된 폐수배출시설에 포함된 사업체 전체 중 매해 5% 미만의 업체가 특정폐수 발생량을 입력하였고, 동종 폐수배출시설의 ’01~’12년 평균 입력 비율이 30%를 넘지 않고, 연간 수치 변화의 폭이 커, 입력 값에 대한 신뢰도 조사가 필요하다.
The ratio (%) of the number of toxic wastewater-discharging facilities with respect to the total number of facilities: the types of the wastewater-discharging facilities are classified based on the article 6 of Water Act Enforcement Rules in 2001 - 2012
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The ratio (%) of the number of toxic wastewater-discharging facilities with respect to the total number of facilities: the types of the wastewater-discharging facilities are classified based on the article 6 of Water Act Enforcement Rules in 2001 - 2012
Pollutant unit-loads of the major toxic wastewater-discharging facilities: average (in 2009 - 2012) amount of prioritized toxic chemicals per one liter of total raw wastewater (mg/L)
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Pollutant unit-loads of the major toxic wastewater-discharging facilities: average (in 2009 - 2012) amount of prioritized toxic chemicals per one liter of total raw wastewater (mg/L)
아래 Table 5 는 오염원 조사 입력 값에 대한 신뢰도를 가늠하기 위하여, 2003-2005년 전국 단위로 샘플조사된 ( Choi, 2008 ) 업종별 산업계 원폐수 평균농도와 동일 기간 금강유역 특정폐수 배출업소 대상 오염원 조사 결과를 토대로 산정된 평균농도를 비교한다. Choi의 업종 구분은 전국오염원 조사의 기준과 상이한 부분이 있고, 금강유역 전체 업소를 대상으로 한 본 연구와 달리 전국에서 132개 업소만 선택 조사하여 조사범위상 차이가 있어 직접 비교는 어려우나, 저자가 알고 있는 범위에서 오염원조사 폐수배출시설 구분과 가장 유사한 업종별 특정수질유해물질 폐수오염도 실측치를 제공하고 있어, 정성적 비교분석에 유의미하게 활용될 수 있다고 판단된다. Table 3 에서는 폐수배출시설의 특정수질유해물질 오염도 입력 비율이 낮거나 0값을 입력한 이유가 실제로 배출되지 않아서 인지 아니면 누락된 것인지 파악할 수 없었으나, Table 5 에서 비소와 수은을 제외한 입력 항목의 10%만 0인 것에 반해 오염원조사의 경우 입력 항목의 67%가 0으로, 큰 차이를 보이는 것은 오염원조사의 해당 항목 오염도 정보가 누락되었을 가능성을 시사한다.
Average concentrations of selected wastewater-discharging facilities: comparison between the results from the Choi’s (Choi, 2008) study and those from Nationwide Water Pollution Source Survey (NWPSS) during ’03 - ’05
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Average concentrations of selected wastewater-discharging facilities: comparison between the results from the Choi’s (Choi, 2008) study and those from Nationwide Water Pollution Source Survey (NWPSS) during ’03 - ’05
폐수배출시설에 대한 새로운 82종 구분 기준이 도입되고, 특정수질유해물질 조사 결과가 상대적으로 안정화된 2009년부터 최근 4년간 조사결과를 분석하여 폐수배출시설 종류별 특정수질유해물질 발생 원단위를 산정한 결과가 Table 4 에 정리되었다. 이 원단위는 특정폐수 발생량 및 배출량 정보가 누락될 수 있는 업체의 배출량을 추정하기 위하여 원폐수 발생량을 기준으로 산정된 가상의 계수이며, 특정폐수 발생량을 기준으로 계산된 평균농도( Table 5 )와는 다른 개념을 가진다. 원단위는 배출시설 종류별 사용하는 원료 및 재료의 성분을 반영하며, 위에서 분석된 바와 같이 발생량이 과소평가 되었을 가능성이 높아, 보수적인 지표로 사용될 수 있다고 판단된다. 최근 몇 년 사이에 생산량이 증가한 대표적 배출시설인 반도체 및 전자부품 제조시설의 구리, 시안 원단위, 도금시설과 같은 금속가공 시설의 중금속 원단위, 합성수지 및 플라스틱물질 제조시설과 같은 유기물 다량사용 업체의 유해 유기물질 원단위가 높아 해당업체 방류수질 관리의 필요성을 보여준다. 그리고 고농도 유해화학물질을 처리하는 폐수처리업체는 여러 종류의 중금속 발생농도가 다른 배출시설에 비하여 상대적으로 높아 최적방지기술 도입이 시급하다.
아래 Table 6 은 오염원 조사자료 기준으로 산정된 특정수질유해물질별 ’09 - ’12년간 총 발생량을 보여주고, Table 7 Table 4 와 같이 산정된 원단위를 적용하여 예측한 연간 총 발생량을 나타낸다. 두 결과 모두 같은 오염원(업체)를 대상으로 하였으나 Table 6 은 실제 입력된 업체별 오염도를, Table 7 은 원단위를 산정에 활용한 점이 다르다. 오염원조사 결과는 4년간 특정수질유해물질별 발생량의 편차가 크며 증가 내지 감소의 일정한 추세가 없는 반면, 원단위를 기준으로 산정한 결과는 배출시설별 총 폐수발생량의 추세를 따라 최근으로 올수록 증가하는 경향을 보여준다.
The total amount (kg/day) of each prioritized toxic water pollutant generated daily in raw wastewaters based on the nationwide pollution source survey results ={average concentration of a toxic water pollutant in raw wastewatervolume of a toxic raw wastewater}/1000
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The total amount (kg/day) of each prioritized toxic water pollutant generated daily in raw wastewaters based on the nationwide pollution source survey results = {average concentration of a toxic water pollutant in raw wastewater volume of a toxic raw wastewater }/1000
The total amount (kg/day) of each prioritized toxic water pollutant generated daily in raw wastewaters based on the pollutant unit-loads (Table 4) and the total volume of raw wastewater generated daily ={pollutant unit load for each group of industrial facilitiesvolume of raw wastewater}/1000
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The total amount (kg/day) of each prioritized toxic water pollutant generated daily in raw wastewaters based on the pollutant unit-loads (Table 4) and the total volume of raw wastewater generated daily = {pollutant unit load for each group of industrial facilities volume of raw wastewater }/1000
원단위를 토대로 산정된 특정수질유해물질 발생량은 배출시설 구분이 발생폐수 내 오염물 종류 및 농도의 편차를 반영하는 정도에 따라 과대 또는 과소 산정될 가능성이 있다. 그러한 오차는 원단위가 해당 배출시설의 원폐수를 대표할 만큼 세분화 되어있고 사용 원료 및 부산물에 대한 정보를 충분히 반영한 배출시설 분류기준을 적용할 경우 줄일 수 있는 여지가 있다. 배출업소의 특정수질유해물질 발생・배출현황 입력오류를 근본적으로 방지할 수 있는 오염원조사 방법 및 절차에 관한 법적 개선이 어려운 상황에서는 이와 같은 배출시설별 원단위를 활용한 오염물질 발생량 비교가 검증방법상 효과적인 대안이 될 수 있다고 본다.
- 3.3. 지리정보시스템을 활용한 특정수질유해물질 발생량 분포 분석
Fig. 4 는 ’12년에 연간 발생된 11종의 특정수질유해물질량을 법정동별로 산정하여 지도상에 나타낸 결과이다. 각각의 레이어는 한 가지 물질 종류에 해당하고, 일일평균발생량를 Fig. 4 의 범례와 같이 4단계 색으로 구분하였다. 각 레이어의 투명도를 50%로 하여 11개 물질의 총량을 색의 명암 비교를 통하여 직관적으로 알아볼 수 있게 하였다. Fig. 4(a) 에서 보이듯이 오염원조사 결과 특정수질유해물질 발생 업체는 일부 법정동에 집중되어있고 이 결과는 Table 3 의 낮은 특정폐수 입력업체 비율과 일맥상통한다. 이 비율을 100%로 가정했을 때, 즉 폐수배출시설별 원단위를 해당 배출시설에 일괄 적용한 결과가 Fig. 4(b) 와 대응한다. Fig. 4(c) 에서 보이듯이 특정수질유해물질이 다량 발생하는 법정동은 (a) (b) 가 유사한 분포를 보이나, 특정수질유해물질이 발생하는 전체 법정동의 면적은 (a) 가 1,891 km 2 , (b) 가 14,279 km 2 로, (b) 가 8배가량 넓다. 이 면적은 특정수질유해물질 발생량과는 직접적인 연관성이 없는 수치로, 특정수질유해물질 배출시설의 분포도를 나타낸다. Table 6 Table 7 을 비교하면 2012년 오염원조사 결과 특정수질유해물질 총 발생량은 원단위 기준으로 추산된 총 발생량의 68%로 Fig. 4 에서 보이는 면적상의 현격한 차이와는 대조된다.
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Distribution of the prioritized toxic water pollutants in the Geum-River basin, 2012: (a) statistical result from the 2012 nationwide pollution source survey (overlaid with 11 layers of 50% transparency), (b) estimated distribution with the pollutant unit-load-based results (overlaid with 11 layers of 50% transparency), (c) map (a) over map (b) (overlaid with 22 layers of 50% transparency)
- 3.4. 현행 특정수질유해물질 배출현황 조사의 적합성 평가 및 보완방안
오염원조사시스템은 특정수질유해물질 배출여부에 대한 법적 근거자료를 반영하지 않고 배출업소 또는 지자체 공무원이 입력한 값에 신뢰성을 의존하고 있는데, Table 3 에서 특정수질유해물질 발생 가능성이 높은 배출시설의 특정폐수 발생량 입력 비율이 30%를 넘지 않은 결과는 현재 데이터 제공자에 대한 의존도를 낮추는 방향으로 가야 할 필요성을 나타낸다. 한편, 현재 오염원조사에서 특정수질유해물질 발생・배출량 입력은 특정폐수 발생 업체의 경우 25가지 조사물질의 처리 전・후 농도 중 한 항목 이상만 입력하면 오류 없이 진행할 수 있는 논리 구조로 되어있어, 실제로 발생되는 물질 종류에 비하여 적은 종류가 통계자료로 산정이 될 가능성이 높다.
위의 예시 이외에도 현재 산업계 특정수질유해물질 연간 배출현황 조사로 오염원조사는 대상 사업체의 배출 물질 및 농도 범위에 대한 정확한 정보가 제공되는 목적을 달성하는데 있어서 몇 가지 한계점이 존재한다. 첫째, 인허가자료와 같은 폐수배출시설 기초정보 및 지도・점검자료 검토기능이 없어 오염원조사시스템에 입력된 수치의 신뢰도를 가늠할 수 없다. 둘째, 인허가자료 및 지도・점검자료 검토기능이 존재한다 하더라도, 현재 폐수배출시설에 대한 인허가 정보에 대한 신뢰도는 해당 지자체 공무원의 전문성 및 감독주기 등의 외부 요소에 크게 좌우된다. 셋째, 2009년부터 오염원조사는 사업체 배출농도를 조사하고, 환경기초시설로 유입・연계처리 시키는 폐수배출시설의 경우 공공수역으로 방류되는 농도는 환경기초시설의 처리효율을 감안하여 추후 산정되는데, 지금까지 환경기초시설 오염도 조사는 BOD, COD, SS, TN, TP, 대장균군수 여섯 개 항목으로 한정되어있어 각 환경기초시설로 유입되는 양과 각 산업체가 연계처리 시키는 물질량을 비교・검증할 수 없다.
첫 번째 한계점에 대한 개선 방법의 하나로, 오염원조사시스템에 배출시설 인허가 데이터베이스를 구축하여 1-3종에 대한 업체 입력 내용 및 4-5종 입지 지자체 공무원 입력 내용과 비교, 오류검증 결과를 피드백함으로써 1차적으로, 공식화된 문서상의 배출정보와 오염원 조사결과를 통일시킬 수 있는 효과가 있다. 국립환경과학원에서는 2014년 하반기부터 안전행정부의 새올행정시스템상의 인허가 정보를 제공받아 오염원 조사에 활용함으로써 산업체 오염원조사 결과 검증 방법을 보완할 예정이다. 그러나, 이 방법이 실제 배출업소의 특정수질유해물질 배출현황을 잘 반영하기 위해서는 인허가 정보가 조업활동과 환경 변화에 따라 변하는 폐수발생 현황을 말해줄 수 있어야 하나, 수질 및 수생태계 보전에 관한 법률 시행령 제31조는 특정수질유해물질 배출시설 폐수발생 변화에 따른 변경허가 의무를 배출유량기준 30% 증가 또는 700 m 3 증가의 경우로 폭넓게 정의하여, 인허가 자료를 통하여 매년 특정수질유해물질 발생량・배출량 변화를 알아내는 데에 한계가 있다. 한편 지자체의 새올행정시스템 활용도에 따라 폐수배출시설의 인허가, 지도・점검에 관한 최근 현황자료 접근성에 차이가 클 수 있어, 시스템 활용에 관한 지자체간 업무규칙의 통일화가 필요하다.
미국의 경우에는 National Pollutant Discharge Elimination System (NPDES) 또는 Integrated Compliance Information System ( U.S. EPA, 2011 )을 통하여 인허가 유효기간 및 배출오염물질 농도 실측치 등의 기업의 오염물 배출에 관한 업소의 월간 보고자료를 기반으로 한 통합 데이터베이스를 구축하여 담당 공무원들의 환경행정을 뒷받침하는 자료로 활용되고 있다. ICIS-NPDES의 경우 주요 배출시설이 아닌 중・소 업소 보고의 의무가 없어, 정확한 전체 배출량 산정이 불가능하나 주요 배출시설이 환경에 미치는 영향성의 비중을 고려하면 행정집행의 효율성 측면에서 효과적인 관리방법일 수 있다( Mieno et al., 2012 ).
배출시설 인허가 사후관리 강화는 두 번째 한계점에 대한 개선방법으로 고려될 수 있다. 현행 수질 및 수생태계 보존에 관한 법률 시행규칙 제36조 관련 서식12에 명시된 바와 같이 배출시설 설치허가를 위한 검토기간이 10일로 한정되어있으며, 허가를 신청할 때 수질오염물질 발생 예측서 내용을 사업자가 작성하여 제출하므로, 실질적으로 배출되는 특정수질오염물질의 종류와 농도에 대한 실측치 없이 서류검토만으로 인허가가 발급이 가능하다. 따라서 특정수질유해물질 실질 배출현황에 대한 정보를 얻기 위하여 주기적 허가조건 재검토 및 이행평가보고 등을 통한 사후관리 및 검사 과정을 강화( Choi, 2011 )할 필요가 있다고 본다. 이미 유럽은 Integrated Pollution Prevention and Control 제 9조를 통하여 허가조건에 모니터링 요구사항 및 측정방법・주기・평가 방법을 포함시키고, 갱신에 관한 조항을 두어 변화하는 배출현황을 파악할 수 있는 여건을 제공하고 있다.
한편, 이러한 관리감독 기능을 강화할 수 있는 검증기초자료로 취급원료 및 생산과정에 따라 세분화된 배출시설의 화학물질 전생애관리(life cycle assessment) 연구를 통한 특정수질유해물질 원단위 정보가 유용하게 사용될 수 있다. 과거 국립환경과학원에서 수행한 ‘폐수배출시설 표준원단위 조사연구’과제를 통하여 배출시설별 폐수발생량, BOD, COD, SS, T-N, T-P 원단위를 산정하였는데, 특정수질유해물질의 경우 다양한 (28종) 물질에 대한 배출과정을 이해하기 위하여 배출업소가 사용하는 화학물질 mass balance 및 폐수처리 공정별 효율에 대한 다년간의 자료 축적이 필요할 것으로 보인다. 미국의 경우 30여년 전부터 업종별 주요 수질오염물질 발생원 및 발생과정에 대한 심도 있는 분석을 통하여 적합한 폐수처리 프로세스를 제시하였는데( Nemerow, 1978 ), 현대 첨단 업종을 반영하여 우리나라의 산업활동에 적합한 내용으로 수정・반영하는 것도 고려해 볼만하다고 생각한다.
현재 유럽을 중심으로 Pollutant Release and Transfer Register(PRTR) 웹 시스템 ( E-PRTR, 2014 )을 사용하여 지도상에 대기, 수계, 토양으로 년간 배출되는 유해화학물질 총량을 산업시설 단위로 알 수 있도록 일반인에게 공개하고 있다. 수계의 경우 71개 수질오염물질을 대상으로 물질별 발생 총량이 일정량 이상인 시설은 연간 발생 총량, 사고 유출 사항 등을 보고 하도록 규정하고 있다. E-PRTR 데이터는 시설 관리자가 제공하기 때문에 국내 오염원조사와 마찬가지로 수치에 대한 신뢰도 문제가 잠재되어 있으나, E-PRTR 규칙, 제5항은 데이터 산정 방식 및 근거자료를 명시하도록 요구하고, 제9항은 데이터 적합성 검증 조건을 제시하여 안정적인 신뢰도를 기대할 수 있도록 한다( European Commission, 2006 ). 국내 오염원조사는 전국 모든 시설에 동일한 조사항목을 적용시키면서 시설별로 어떤 원시자료를 활용하고, 각 조사항목을 어떻게 해석하여 보고하는 지에 대한 정보가 없어 검증에 활용할 근거자료가 부족하다는 문제가 있는데, E-PRTR 조사와 같이 “활용 가능한 최선의 데이터”와 산정방식에 관한 정보 등 시설별 보충자료를 제공받을 수 있다면 좀더 과학적인 신뢰성 검증이 가능할 것으로 판단된다.
마지막으로, 오염원조사에서 환경기초시설에 대한 오염도 조사항목으로 특정수질유해물질을 추가하여 기초처리시설에 유입되는 양과 해당 기초처리시설로 연계처리 시키는 폐수배출시설의 배출량 간의 물질수지를 검토하는 방안이 있다. Fig. 2 에서 최근 12년간 종말처리시설로 연계처리되어 방류되는 폐수량이 급격히 증가하는 추세를 확인하였는데, 종말처리장의 특정수질유해물질 처리기술 및 용량 개선이 따라오지 않는 경우 유입량과 비례하여 방류되는 유해물질이 증가할 수 있다. 오염원조사 결과 검증목적 이외에도 이러한 유해요인으로 인한 효과를 예측, 평가하는 목적으로서 종말처리장의 특정수질유해물질 유입, 방류 농도는 관리되어야 할 지표임이 분명하다.
4. Conclusion
본 연구는 최근 12년간 전국오염원조사 결과를 토대로 금강유역에 위치한 배출시설로부터의 특정수질유해물질 발생현황을 분석하고, 그로부터 결과값의 신뢰도 측면에서 적합성 및 조사의 한계점과 보완방안을 제시하였다. 금강유역 전체 특정폐수 발생량은 2001년부터 2012년 사이 급격히 증가하는 추세를 보이는 반면, 물질별 발생량과 배출량은 12년간 증가 또는 감소되는 일관적 추세 없이 연간 발생량이 크게 변동하는 것으로 분석되었다. 2008년 82종으로 개편된 폐수배출시설 구분 기준을 적용하여 12년간 특정수질유해물질 발생량이 높은 폐수배출시설에 한하여 배출현황을 분석한 결과, 오염원 조사에 특정폐수 배출현황을 보고한 업체는 연간 5% 미만, 동종 폐수배출시설의 12년 평균 입력 비율은 30% 미만으로 낮게 나타났다. ’03~’05년 업종별 실측 농도를 비교했을 때에도 오염원조사 특정수질유해물질 오염도 정보가 상당부분 누락되었음을 시사해 오염원 조사 결과는 배출현황을 파악하는 근거자료로 부족하다고 여겨진다. 이러한 오류를 보완하기 위하여 배출시설별 원단위를 산정하여 배출시설별 총폐수발생량을 기준으로 2012년 특정수질유해물질별 연간 발생량의 지역적 분포를 비교해본 결과, 오염원 조사결과는 특정 법정동에 집중되어 발생하는 반면, 원단위 기준 산정결과는 오염원조사상 발생량(g/day)의 약 1.5배가 오염원 조사결과 분포 면적의 8배에 이르는 법정동에 걸쳐 발생되는 것으로 나타났다. 산업계 특정수질유해물질 오염원조사의 신뢰도 향상을 위한 보완방법으로, 실제 조업현황을 반영한 인허가 내용 및 지도・점검 결과 원시자료를 오염원조사 결과 검증에 활용하는 방안과 연계처리시설로 이용되는 종말처리장에서의 특정수질오염물질 오염도 항목을 추가하는 방안이 제시되었다.
Acknowledgements
본 연구는 2014년도 국립환경과학원 박사후연수과정 지원사업에 의해 수행되었습니다.
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