개념 한 쪽
하천의 자정능력은 오염물질을 제거하는 자연적 능력으로 주로 미생물 분해와 물리·화학적 과정에 의존한다. 온도·용존산소·유속·퇴적물 등 환경 요인이 자정능력에 영향을 주며, 측정지표 선택은 현장의 생물학적 활동 유무에 따라 달라진다.
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출제기준 단원 「하천의 자정능력」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 온배수 영향 판별 | 1 | 온배수가 수역에 미치는 물리·생물학적 영향 판단하기 |
| 정체 수역 지표 선택 | 1 | 조류 영향으로 BOD 대신 COD를 선택하는 이유 설명하기 |
| 회복지대 특징 판별 | 1 | 자정 단계 중 회복지대의 DO 및 생물학적 특성 구분하기 |
하천의 자정능력은 주로 미생물에 의해 유기물이 분해되는 능력으로 정의한다. 미생물의 대사 활동은 온도에 민감하므로 여름철 고온에서는 박테리아 등의 성장과 분해 속도가 증가하여 자정능력이 활발해진다. 반대로 겨울철 저온에서는 미생물 활동이 둔화되어 자정능력이 떨어진다.
온배수와 같은 인위적 수온 상승은 수온 증가로 용존산소량을 감소시키므로 생물 서식과 자정능력에 악영향을 줄 수 있다. 온배수가 유발하는 주요 영향으로는 용존산소 감소, 어류 및 생물 피해, 동계 안개 발생이 있으며, 수온 상승이 곧바로 생물의 독성 민감도 증가를 의미하지는 않는다.
정체된 수역(호수·저수지 등)에서는 조류 번식과 광합성 영향으로 BOD 측정에 왜곡이 발생할 수 있다. 광합성으로 인한 산소 생성은 생물학적 산소요구량인 BOD를 실제 오염량보다 낮게 만들 수 있으므로, 총 유기물량을 파악할 때는 광학적 간섭을 받지 않는 COD를 사용하는 것이 적절하다.
자정 작용의 단계별 분류에서는 용존산소 농도와 우점 미생물군이 변화한다. 심하게 오염된 회복지대에서는 DO가 거의 없고 혐기성 분해가 우세하여 황화수소 같은 유해가스가 발생할 수 있다. 그 이후 산소가 회복되면 호기성 분해가 우세해지고 질소는 암모니아→아질산염→질산염 순으로 산화되어 질산염 농도가 증가한다.
퇴적물은 장기적인 내부오염원으로 작용하므로 수중 환경 변화(수온, pH, DO)가 퇴적물로부터 오염물질 재유출에 큰 영향을 준다. DO 감소는 환원조건을 유발하여 인 등의 유출을 촉진하고, pH 및 수온 변화는 화학적 평형과 반응 속도를 바꿔 유출을 증가시킬 수 있다.
- 온도와 미생물 활동: 하천에서 여름철 수온 상승은 박테리아의 대사 속도를 높여 유기물 분해를 촉진하므로 자정능력이 증가하는 원인으로 해석한다. 반대 선지로 용존산소가 여름에 더 많아 자정능력이 증가한다고 하면 재료와 배치되므로 오답으로 본다.
- 지표 선택과 모델 적용: 정체된 호수의 유기물량 평가는 조류 광합성 영향으로 BOD가 과소평가될 수 있으므로 COD로 평가하는 것이 적절하다. 공간적으로 균일하다고 가정하는 경우에는 완전 혼합 무차원 모델(CSTR)이 적용될 수 있음을 대응 관계로 기억한다.
화력발전소에서 배출되는 온열배수로 인한 수역에서 발생되는 영향이 아닌 것은?
정답 ② · 문항은 화력발전소의 온배수로 인한 수역 영향 중 해당되지 않는 항목을 묻고 있다. 온배수는 수온 상승으로 용존산소 농도를 낮추고 어류 등 생물의 서식에 악영향을 주며, 겨울철에는 안개 발생을 증가시켜 항해에 지장을 줄 수 있다.
온배수는 수온 상승으로 용존산소를 감소시키고 안개를 유발하지만, 생물의 독성 민감도는 증가시키지 않는다.
호수나 저수지 등 정체된 수역의 오염도(유기물량)를 BOD값 보다 COD값으로 나타내는 이유로 가장 적절한 것은?
정답 ① · 호수나 저수지 등 정체된 수역에서는 질소와 인의 농축으로 인해 조류(플랑크톤)가 대량 번식하는 부영양화 현상이 자주 발생합니다. 조류는 광합성을 통해 낮에 용존산소를 발생시키므로 실제 유기물 오염도에 비해 BOD 측정값에 양의 오차를 일으킵니다.
정체 수역의 조류 번식으로 BOD 측정에 양의 오차가 발생하므로 COD로 유기물량을 파악한다.
회복지대의 특성에 대한 것이다. 다음 중 옳지 않은 것은? (단, Whipple의 하천정화단계 기준)
정답 ① · 문항은 회복지대의 특성 중 옳지 않은 것을 찾는 문제로 회복지대는 용존산소가 저하되어 혐기성 분해로 인해 악취성 가스가 발생하는 구간이다. 따라서 용존산소 증가에 따라 가스 발생과 질소의 산화 제거가 일어난다는 서술은 회복지대의 특성에 맞지 않는다.
회복지대에서는 유기물 분해로 인해 용존산소가 고갈되고, 혐기성 조건에서 황화수소 등 유해 가스가 발생한다.
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