합성세제, 사람과 가축의 배설물, 비료 등이 인위적 부영양화의 주요원인이 된다.
댐건설로 출현한 대형호수는 보기에도 시원한 경관이 일품이다. 그러나 이곳도 오염의 예외지대는 아니다. 주목할 것은 대형호수의 오염을 초래하는 주요원인중의 하나가 물고기들의 배설물이라는 사실이다. 이른바 호수의 부영양화(富營養化)와 이에 따른 수질 및 생태계의 변화를 살펴보자.
용존산소와 유기물의 관계
수질오염문제에 있어서 가장 비중이 큰 것은 통상 생물학적 산소요구량(BOD)으로 측정되고 있는 수중의 유기물 농도의 증가이다. 수중의 유기물 농도 증가는 용존산소(溶存酸素)의 양을 감소시키며 때로ㄴ,ㄴ 용존산소를 완전히 고갈시키기도 한다. 수중의 산소가 고갈되면 생태계가 파괴되고 물의 자정능력을 저하시크는 등의 피해를 초래한다. 현재 설치되어 있는 폐수처리장은 대부분 이 유기물을 제거하기 위한 것이다.
호수에 유입되는 유기물원은 크게 두가지로 나누어 볼 수 있다. 하나는 유역에서 유입되는 유기물이다. 유역인구가 많은 경우에는 가정하수가 주요한 근원이 되고, 울창한 삼림지대에 위치한 호수의 경우에도 낙엽의 분해 등에 의해 하수보다는 낮은 농도이지만 많은 양의 유기물이 유입된다.
또다른 근원은 호수내에서 식물의 광합성에 의해 생성되는 유기물이다. 일반적으로 물의 체류시간이 짧은 하천형 호수에서는 전자의 중요성이 크고 저수량이 커서 체류시간이 긴 호수에서는 후자인 자체생성유기물의 비중이 커진다.
수중식물의 양이 많아 호수내에서의 유기물 생산량이 많은 호수를 부영양호(富營養湖)라 하고, 수중식물이 적고 유기물 생산량이 적은 호수를 빈영양호(貧營養湖)라 한다. 부영양호와 빈영양호의 특성을 비교하면 표1과 같다.
호수의 영양상태를 결정짓는 요소로는 형태적인 요인과 무기영양염의 양을 들 수 있다. 일반적으로 수심이 얕고 주변의 경사가 완만한 호수는 깊고 가파른 호수보다 부영양호가 되기 쉽다. 무기영양염은 수중식물세포의 구성원소가 되는 비료성분에 해당하는 것으로 무기영양염이 많을수록 수중식물의 양은 많아진다.
수중식물의 양은 가장 결핍되어 있는 원소에 의해 결정되어지며 이를 제한영양소라 한다. 대개의 호수에서 제한영양소는 인산염이므로 수중의 인산염의 양은 수중의 수초와 식물플랑크톤 등의 수중식물의 양을 결정한다.
호수가 빈영양호에서 부영양호로 변화되는 과정을 부영양화라 하는데 자연적 부영양화와 인위적 부영양화로 나누어볼 수 있다. 자연적 부영양화는 영양염의 유입증가 없이 일어나는 것으로 대개 퇴적물의 축적에 따른 수심의 감소와 저수량의 감소에 의해 일어난다.
이러한 자연적 부영양화는 호수에서 필연적으로 일어나는 현상으로 호수의 '노령화'라고도 표현할 수 있다. 그러나 자연적 부영양화 과정은 매우 느린 속도로 진행되므로 보통 수천년 이상의 시간에 걸쳐 일어난다.
인위적 부영양화는 인구증가와 문명발달에 따라 무기영양염류의 유입량이 증가함으로써 일어난다. 인위적 부영양화는 자연적 부영양화에 비해 진행속도가 매우 빨라 수십년 이내의 기간동안에 빈영양호를 부영양호로 변화시킬 수 있다. 무기영양염, 특히 식물성장의 제한 영양염인 인산염의 근원을 보면 합성세제, 사람과 가축의 배설물, 농경지에 뿌려지는 비료 등을 들 수 있다.
그중에서도 가장 중요한 것은 합성세제의 보조성분으로 포함되어 있는 인산염이다. 합성세제를 사용하기 이전보다 합성제 사용 이후의 가정하수중 인의 농도는 약 5배 이상 증가했다.유역에 대도시가 있어 인구밀도가 높은 호수에서는 이 합성세제중의 인산염이 호수 부영양화의 가장 큰 원인이 된다.
가두리양식장의 물고기배설물의 영향
두번째 인의 근원은 사람을 포함한 동물의 배설물이다. 특히 유역에 대규모 가축사육장이 있거나 호수내에 가두리 양어장어이 많은 경우, 이것이 중요한 수질악화의 원인이 된다.
부영양화가 진행되면 부영양호의 특징인 식물플랑크톤의 대량증식, 소위 '물꽃현상'(water bloom)의 출현빈도가 잦아지게 된다. 물꽃현상은 식물플랑크톤의 대량증식으로 인하여 물의 색깔이 초록색 갈색 빨강색 청록색 등으로 변하는 현상을 말하는데 증식한 식물플랑크톤의 색에 따라 다르다.
물꽃현상이 일어나면 식물플랑크톤의 광합성에 의한 유기물 생산이 증가하여 호수 심층에서 유기물이 분해될 때 산소를 소비하므로 용존산소가 감소하게 된다. 일반적으로 식물세포를 구성하는 원소의 비는 C:H:O:N:P=106:180:45:16:1이므로 1g의 인이 완전히 식물에 이용되어 유기물을 생산하면 1백60g의 BOD를 생성하게 된다.
북한강의 상류에 위치한 소양호에서도 최근 수년간 물꽃현상의 출현빈도가 높아지는 경향을 보이고 있으며, 아직 부영양호 수준에 달하지는 않지만 식물플랑크톤의 양도 점차 증가하는 추세를 보이고 있다. 식물플랑크톤의 양은 엽록소a의 농도를 측정하여 나타낸다.
소양댐 앞 표층의 엽록소a 농도의 월별변화를 조사한 결과에 의하면 1984년 이후 빈영양호의 기준인 4μg/ℓ를 넘는 경우가 빈번해지고 있는 것으로 나타났다.
소양호에 유입되는 인산염의 근원을 보면 유역에서 유입되는 인의 양이 연간 약 45t으로 조사되었으며 이는 소양호를 부영양호로 유지시킬 수 있는 양은 아니다. 소양호는 유역인구가 약6만명에 불과하며 최근 감소추세를 보이고 있으므로 유역인구증가에 의한 부영양화의 가능성은 없는 것으로 보인다.
그러나 현재 소양호내에 설치되어 있는 10여개의 가두리 양어장의 규모가 점차 증대되어 감에 따라 양어장에서 유입되는 인의 양이 부영양화의 중요한 원인이 되고 있다.
물고기 사료는 약 2% 정도의 인을 포함하고 있는데 물고기가 먹은 후 대부분 배설물을 통하여 호수로 방출된다. 표2는 소양호의 한 가두리 양어장 앞에서 조사한 용존무기인의 농도를 댐앞과 비교한 것이다.
양어장이 확산이 잘 되는 호수의 본류에 가까이 위치하고 있음에도 불구하고 인의 농도가 월등히 높은것을 알 수 있다. 1986년 경우 소양호내 양어장에서 배출된 인의 총량은 36t으로 추산되는데 이는 유역에서 유입되는 인의 총량에 육박하는 수준이다.
가두리 양어장의 경우 호수 가운데데 그물을 치고 양식을 하는 구조적 이유 때문에 가정하수와 같은 폐수처리에 의한 인의 제거가 불가능하다. 현재 대청댐 충주댐 등 대형 인공호에는 많은 가두리 양어장이 설치되어 있는데 호수의 부영양화를 막기 위해서는 사료의 투입량을 통제할 필요가 있다.
부영양화를 억제하는 데는 몇가지 대책이 있다. 도시의 가정하수가 많이 유입되는 경우에는 폐수처리를 통하여 인을 제거할 수 있다. 이 경우 통상의 2차처리, 즉 생물학적 처리만으로는 30% 이상 제거하기 어려우며 3차처리를 거쳐야 충분히 제거할 수 있다. 또는 가정하수중의 인의 가장 큰 근원인 합성세제의 사용량을 줄이거나 합성세제의 보조제를 인을 포함하지 않는 규산염 등으로 교체하는 방법도 있으나 인산염보다는 성능이 떨어지는 단점이 있다.
