지하수오염

왜 배우는가: 지하수는 생활용수, 농업용수, 산업용수로 널리 쓰이는 자원이므로 오염이 생기면 피해가 넓고 복구가 어렵다. 시험에서는 오염원의 분류, 이동 기작, 복원 대책이 한 문제로 묶여 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제137회 1교시 9번, 제131회 1교시 13번, 제129회 4교시 4번, 제98회 4교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

지하수오염은 지하수에 중금속, 미생물, 유기화합물 같은 유해물질이 유입되어 지하수의 수질이 이용 목적에 맞지 않게 되는 현상이다. 답안의 첫 줄은 다음 정의 문장으로 시작한다.

지하수오염은 지하수에 유해물질이 유입되어 수질이 악화되는 현상이다.

지하수는 토양과 암석의 빈틈을 천천히 흐르고 눈에 보이지 않으므로, 오염이 일어나도 발견과 정화가 어렵다는 점이 이 개념 전체를 관통한다. 아래 키워드는 1교시 용어 문제와 4교시 논술 문제 답안의 뼈대가 된다.

• 지하수오염: 지하수의 수질이 자연 상태에서 벗어나 이용 기준을 넘는 상태를 가리킨다.
• 점오염원(Point source): 공장 배출구, 매립지, 저장탱크처럼 배출 지점이 특정되고 명확한 오염원이다.
• 비점오염원(Non-point source): 농지, 도로, 공사장처럼 배출 지점이 불특정하고 넓은 지역에서 발생하는 오염원이다.
• 이류: 지하수의 동수구배에 따라 오염물질이 지하수와 같은 속도로 이동하는 현상이다.
• 수리분산: 역학적 분산과 분자확산을 합친 현상으로, 오염물질의 농도를 낮추며 넓게 퍼지게 하는 기작이다.
• 분자확산: 농도 차에 의해 용질이 분자 운동으로 퍼지는 현상이다.
• 잠재오염원: 현재는 오염을 일으키지 않지만 지하수에 오염물질을 공급할 가능성이 있는 시설이나 활동을 말한다.
• 오염지하수 정화: 오염된 지하수에서 오염물질을 제거하거나 무해하게 만드는 처리 전체를 가리킨다.

2. 개념 풀이

지하수오염의 정식 정의는 지하수에 인위적 또는 자연적 원인으로 물질이 유입되어 물리·화학·생물학적 성질이 변하고, 그 결과 음용, 농업, 산업 용도에 맞지 않게 되는 상태이다. 이 정의의 핵심은 오염을 물질의 종류로만 정하지 않고 수질이 이용 기준을 벗어난 상태로 정한다는 데 있다. 같은 물질이라도 농도와 용도에 따라 오염 여부가 달라진다.

오염물질의 유형은 크게 네 부류로 나뉜다. 중금속은 광산, 도금 공정, 폐기물에서 나오며 토양과 암석에 흡착되어 장기간 남는 특성이 있다. 질산성 질소는 농지의 비료와 가축 분뇨에서 주로 나오며 음용 기준을 넘기 쉬운 대표 오염물질이다. 유기화합물은 유류, 용제, 농약이 대표적이며 물보다 가벼운 것과 무거운 것이 지하에서 이동하는 양상이 서로 다르다. 병원성 미생물은 하수와 축산 폐수에서 유입되며 단기간에 음용 피해를 일으킨다.

원리를 보면 오염물질은 지표에서 토양층을 지나 지하수면 아래의 포화대에 도달한 뒤 지하수 흐름을 따라 이동한다. 지하수가 흐르는 방향과 속도는 동수구배가 결정하므로, 오염물질은 그 구배를 따라 지하수와 같은 속도로 움직인다. 이 현상을 이류라고 하며, 실제 지하수는 동수구배가 없으면 움직이지 않으므로 이류가 지하수 내 주된 이동 기작이다.

그러나 오염물질은 이류 경로만 따라 움직이지 않는다. 공극 내부에서는 중심부와 입자 표면 부근의 속도가 달라 오염물질이 흩어지고, 농도 차에 의해서도 퍼진다. 이처럼 이류 경로에서 벗어나 퍼지는 현상을 수리분산이라 하며, 이는 공극 속도 차에 따른 역학적 분산과 열운동에 따른 분자확산으로 구성된다. 수리분산의 결과 오염 영역은 중심에서 넓게 퍼지고, 중심부의 농도는 이동하면서 점차 낮아진다.

지하수오염의 특징은 네 가지로 정리된다. 첫째, 지하수는 눈에 보이지 않아 오염 여부의 확인과 조절, 정화 처리가 어렵다. 둘째, 한꺼번에 많은 양을 마셔서 생기는 급성 독성과 달리 낮은 농도가 장기간 누적되어 나타나는 만성 독성이 지하수오염에서 가장 흔한 위해 형태이다. 셋째, 노출 경로가 음용에만 있지 않아 농업용수 이용과 토양 접촉까지 함께 고려해야 한다. 넷째, 오염이 확인된 뒤에도 가둠, 제거, 현장 내 처리, 이용 중단 같은 대책을 단계별로 적용해야 하므로 복원 기간과 비용이 크다.

3. 등장 배경과 필요성

지하수오염 문제가 부각된 배경은 산업화와 도시화, 그리고 지하수 이용의 확대에 있다. 생활하수와 산업폐수, 광산 폐기물, 농약과 비료가 늘어나면서 오염물질의 발생원이 지표 곳곳에 분포하게 되었다. 도로에 뿌리는 제설용 염화물과 각종 화학물질이 지하로 스며드는 것도 대표적인 비점오염원의 유입 경로이다.

지하수 과잉양수도 오염을 부르는 요인이다. 온천장이나 해안처럼 지하수를 과도하게 뽑는 지역에서는 지하수위가 내려가면서 오염물질이 유입되고, 지반침하가 함께 나타난다. 지하수 개발이 수량 확보에만 치우치면 수질과 지반 문제가 동시에 생기므로, 개발 단계부터 수질 평가와 환경영향 평가를 함께 해야 한다.