부영양화

왜 배우는가: 부영양화는 호소 원수의 조류 증식, 맛·냄새물질, 용존산소 변화, pH 상승을 일으켜 정수장의 응집·여과·소독 공정 전체에 영향을 준다. 상하수도기술사 시험에서 원인, 정수처리 영향, 원수 pH 상승 문제로 반복 출제되므로 정수공정 연계 원리를 이해해야 한다.

출제 이력: 제131회 3교시 3번, 제129회 4교시 1번, 제126회 2교시 3번, 제122회 1교시 1번, 제91회 3교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의 문장:

부영양화(Eutrophication)는 질소·인 등 영양염류의 유입으로 수체의 식물플랑크톤과 조류가 과다 증식하여 수질이 악화되는 현상이다.

핵심 키워드

• 부영양화
• 영양염류(질소, 인)
• 조류 대증식(녹조, 남조류)
• 내부부하와 외부부하
• 이취미물질(지오스민, 2-MIB)
• 용존산소 고갈
• 원수 pH 상승
• 정수장 여과 폐색

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 물에 비료가 많이 들어가 물속 풀이 지나치게 자라는 현상이다. 호수나 저수지는 물이 천천히 흐르기 때문에 영양분이 쌓이기 쉽다.

정식 정의는 다음과 같다. 부영양화는 영양염류의 증가로 수체의 생산성이 과도하게 높아지고, 그 결과 생태계 구조와 수질이 변하는 현상이다. 자연적으로도 호소는 노화 과정에서 영양염류가 축적되어 점차 부영양화된다. 인위적으로는 하수·축산폐수·농경지 비료 유출이 이를 크게 앞당긴다.

핵심 용어 풀이

• 영양염류: 조류 성장을 결정하는 질소와 인이 대표적이다. 조류 성장의 제한 요인은 주로 인이나 질소 중 부족한 쪽이다.
• 내부부하: 호소 저층 퇴적물에서 영양염류가 용출되어 수체로 되돌아오는 부하다. 저수지처럼 정체성 수역에서 수질 변화에 큰 영향을 준다.
• 외부부하: 점오염원과 비점오염원에서 유입되는 영양염류다.
• 성층과 전도: 여름철 수온 성층으로 심층이 무산소 상태가 되고, 가을 전도 시 저층의 영양염류와 망간·철이 상층으로 올라온다.

3. 등장 배경과 필요성

산업화와 인구 증가로 합성세제·비료 사용이 늘었고, 하수와 공장폐수에 포함된 질소·인이 수역으로 많이 배출되었다. 처리되지 않은 영양염류가 저수지나 폐쇄성 내만에 계속 유입되면서 조류가 급증하였다.

국내에서도 이 문제가 정수장 운영에 직접 영향을 주기 시작하였다. 조류가 번성한 원수는 여과지를 빠르게 폐색시키고, 조류 세포가 응집을 방해하며, 이취미물질을 발생시킨다. 따라서 정수장은 일반 표준정수처리(응집·침전·여과·소독)만으로는 감당하기 어려워졌고, 활성탄이나 고도산화 같은 추가 공정이 필요해졌다.

또한 남조류 일부는 간장독을 일으키는 독소를 지니고 있어 공중보건상 문제가 된다. 그래서 상수원 관리 단계에서부터 영양염류를 줄이는 대책이 필요하다.

참고 식 (Carlson 영양상태지수 계열)

$TSI = 10 \left(6 - \frac{\ln SD}{\ln 2}\right)$

SD는 투명도(Secchi depth, m)다. 투명도가 낮을수록 지수가 커져 부영양 쪽으로 간다. 이 식은 투명도로부터 생물량을 추정하는 대표 지표로 쓰인다.

호소 원수에서 조류 농도 증가 시 응집·여과 장애가 발생함