수질관리기술사 개념서: 비점오염 및 저영향개발(LID)
제1장. 총론: 비점오염과 LID의 이해
1.1. 비점오염저감시설의 정의 및 종류 (#17)
정의: 비점오염원(도시, 도로, 농지 등)에서 강우 시 유출되는 강우유출수에 포함된 오염물질을 저감·제거하기 위해 설치하는 시설을 총칭.
| 구분 | 자연형 시설 | 장치형 시설 |
|---|---|---|
| 원리 | 식생, 토양 등 생태적 기작(침전,여과,흡착,분해) 활용 | 스크린, 여과, 와류 등 물리·화학적 기작 활용 |
| 종류 | 식생체류지, 인공습지, 침투시설, 식생여과대 등 | 여과형, 와류형, 응집/침전형, 생물막여과형 등 |
| 장점 | 유지관리 용이, 경관/생태 기능, 유출저감 효과 큼 | 좁은 부지 설치 가능, 표준화된 성능 |
| 단점 | 넓은 부지 필요, 동절기 효율 저하 우려 | 유지관리 복잡(슬러지,필터), 유출저감 기능 미미 |
1.2. 저영향개발(LID)의 정의 및 효과 (#3, #4, #5)
정의: 개발로 인한 물순환 왜곡을 최소화하기 위해, 강우유출수를 발생원에서부터 분산적으로 관리(침투, 저류, 이용)하여 개발 이전의 자연 상태에 가깝게 유지하고자 하는 토지이용 계획 및 기술.
효과:
- 환경적: 비점오염 저감, 강우유출량 및 첨두유량 감소, 지하수 함양, 도시 열섬 완화, 생태서식처 복원
- 경제적: 중앙집중식 대규모 시설(펌프장, 관거) 투자비용 절감
- 사회적: 쾌적한 도시환경 및 친수공간 제공
1.3. 불투수면(TIA vs EIA)과 물순환 (#10, #13)
도식: TIA와 EIA의 관계 및 LID의 역할
↓
[LID: 식생체류지]로 유입
↓
침투/처리
(EIA에서 제외됨)
↓
우수관으로 직접 연결
↓
하천으로 직행
(EIA에 포함됨)
핵심: LID 설계의 목표는 'TIA'를 없애는 것이 아니라, TIA에서 발생하는 유출수를 처리하여 'EIA(유효 불투수면적)를 최소화'하는 것이다.
1.4. 비점오염관리를 위한 물순환 관리지표 (#6)
개발 사업 등에서 훼손되는 물순환 기능을 정량적으로 관리하기 위한 목표 지표. (환경영향평가 등에서 활용)
- 유출량 관리: 개발 후 총 유출량이 개발 전을 초과하지 않도록 관리.
- 침투량 관리: 개발 후 침투량을 개발 전 수준으로 유지 또는 증대.
- 직접유출(EIA) 관리: 유효 불투수면적(EIA)을 최소화.
제2장. 비점오염 처리 계획 및 설계
2.1. 초기우수(First Flush)의 이해 (#8, #9)
그래프: 강우지속시간에 따른 유량 및 오염농도 변화
한계점: 용해성 물질(DN 등)은 효과가 미미하며, 강우강도 및 유역 특성에 따라 현상이 뚜렷하지 않을 수 있다.
2.2. 처리용량 산정식 및 적용시설 (WQV vs WQF) (#1)
| 구분 | WQV (수질처리용량) | WQF (수질처리유량) |
|---|---|---|
| 개념 | 처리효율 확보를 위해 시설 내에 저류해야 하는 강우유출수의 부피(m³) | 처리효율 확보를 위해 시설이 처리해야 하는 단위시간당 유량(m³/s) |
| 산정식 | 주로 특정 강우량(예: 5mm)을 처리하는 부피로 산정. WQV(m³) = 10 × 강우량(mm) × A(ha) × C | 합리식(Rational Method) 사용. WQF(m³/s) = (C × I × A) / 360 (C: 유출계수, I: mm/hr, A: ha) |
| 적용시설 | 저류지, 인공습지, 식생체류지 등 자연형(체류형) 시설 | 여과형, 와류형 등 장치형(처리형) 시설 |
2.3. Off-Line 유량조정 방식 적용이 유리한 현장여건 (#15)
처리 목표 유량(WQF)만 처리시설로 보내고, 초과 유량은 우회(Bypass)시키는 방식.
- 기술적 장점: 시설보호(Scouring 방지), 경제성 확보, 유지관리 용이
- 적용이 유리한 현장 여건:
- 기존 배수 시스템에 추가로 설치(Retrofit)하는 경우
- 설치 부지가 협소하여 시설 규모를 최소화해야 하는 경우
- First Flush 현상이 뚜렷하여 초기우수 처리만으로도 높은 효과를 기대할 수 있는 지역 (예: 고속도로)
제3장. 주요 저감시설 기술
3.1. 식생체류지(Bioretention) (#18)
LID의 가장 대표적인 요소기술로, 식생, 토양, 미생물을 이용해 강우유출수를 저류, 침투, 여과, 증발산시켜 처리.
주요 설계인자 및 기술사적 중요성
| 설계 인자 | 고려사항 | 기술사적 중요성 |
|---|---|---|
| 전처리 (Pretreatment) | 침사지 등으로 거친 입자상 물질 사전 제거 | 주 여과층의 막힘(Clogging)을 방지하여 시설의 수명을 좌우. |
| 침투저류층 (Ponding Depth) | 일시적 물 고임 깊이 (15~30cm) | 저류용량과 식생 생존(내침수성)을 동시에 고려. |
| 여과층 (Filter Media) | 모래, 토양, 유기물의 적정 혼합 | 오염물질 제거의 핵심. 과도한 유기물은 인(P) 용출 우려. |
| 하부배수시설 (Underdrain) | 원지반 투수계수가 낮을 때(<10⁻⁵ cm/s) 설치 | 시설 내 물고임(Bogging) 방지 및 안정적 배수 기능 보장. |
3.2. 인공습지의 장·단점 (#2)
자연 습지의 정화능력을 인공적으로 구현한 시설. 비점오염 처리에서는 넓은 수표면에 식생을 조성하여 긴 체류시간 동안 오염물질을 처리.
| 장점 | 단점 |
|---|---|
| • 처리효율이 높고 안정적 • 질소, 인 등 영양염류 제거에 특히 효과적 • 생태 서식처 제공 및 경관 우수 • 유지관리비 저렴 |
• 넓은 부지 면적 필요 • 초기 설치비용이 높을 수 있음 • 동절기 효율 저하 가능성 • 모기 등 해충 발생 우려 |
3.3. 도로 비점오염물질 저감시설의 유형 (#16)
오염원 특성: 중금속, 유분, 타이어 마모 입자 등 입자상 물질의 비중이 매우 높다.
- 식생형: 식생수로, 식생여과대 등 (초기 설치비 저렴, 넓은 부지 필요)
- 장치형: 여과형, 와류형 맨홀 등 (좁은 면적 설치, 유지관리 비용 높음)
- 침투형: 침투측구, 침투 트렌치 등 (발생원 처리, 토양조건 민감)
- 기타: 투수성 포장 (별도 부지 불필요, 표면 막힘 취약)
제4장. 관련 법규 및 정책 응용
4.1. 비점오염원관리지역 지정기준 (물환경보전법) (#11)
개정일: 2021년 11월 23일
주요 지정 기준:
- 유역의 불투수면적률이 25% 이상인 경우.
- 특정수질유해물질 등 우려되는 오염원이 위치한 지역.
- 하천·호소의 목표수질을 초과하고, 그 원인이 비점오염으로 판단되는 지역.
- (추가) 비점오염원 관리대책이 특히 필요하다고 인정되는 지역.
4.2. 완충저류시설 설치대상 (#7)
목적: 사고 유출수 및 비점오염물질의 하천 직유입 방지.
설치 대상 (물환경보전법 시행령 제43조):
- 특정수질유해물질 또는 유해화학물질을 취급·저장·제조하는 시설이 설치된 산업단지 및 공업지역.
- 그 외 환경부장관이 필요하다고 인정하여 고시하는 지역.
4.3. 빗물이용시설 vs 우수유출저감시설 비교 (#12)
| 구분 | 빗물이용시설 | 우수유출저감시설 |
|---|---|---|
| 주요 목적 | 물의 재이용 (수자원 확보) | 유출 저감 (재해 예방, 물순환 개선) |
| 주요 기능 | 집수 → 저장 → 이용 (조경, 화장실 용수 등) | 집수 → 저류·침투 → 방류 |
| 법적 근거 | 물의 재이용 촉진 및 지원에 관한 법률 | 물환경보전법, 자연재해대책법 등 |
| 관계 | 빗물이용시설은 빗물을 저장하므로, 부수적으로 우수유출저감 기능도 일부 수행한다. | |
4.4. 도시침수 대응방안 (#14)
원인: 기후변화로 인한 집중호우와 도시의 불투수면적 증가로 인한 첨두유량 증대가 복합적으로 작용.
| 구분 | 대책 종류 | 상세 내용 |
|---|---|---|
| 구조적 대책 |
회색 기반시설 (Gray Infra) | 대규모 빗물 터널(대심도 터널), 펌프장 증설 등 |
| 녹색 기반시설 (Green Infra) | LID 기법 전면 도입 (가장 근본적인 대책), 저류시설 확대 | |
| 비구조적 대책 |
계획 및 관리 | 침수 위험 예측 및 경보 시스템 구축, 토지이용 규제, 시민 행동 요령 홍보 |