Evaluation of treatment efficiencies of pollutants in daecheong lake juwon stream constructed wetlands

대청호 주원천 인공습지의 오염물질 정화효율 평가

Evaluation of treatment efficiencies of pollutants in daecheong lake juwon stream constructed wetlands

김태훈^*･성기은･하덕호･김동희･허순욱･최충식

Tae-Hun Kim

･Ki-Eun Sung･Duk-Ho Ha･Dong-Hee Kim･Soon-Uk Heo･Chung-Sik Choi

대전광역시 상수도사업본부 수질연구소

Daejeon Metropolitan City Water Quality Research Institute

ABSTRACT

This study focused on evaluating the efficiency of the removal of non-point source pollution by Daecheong Lake Juwon Stream constructed wetlands. The constructed wetland system is a surface flow type designed in the year 2007 for purifying eutrophic water of Daecheong Lake Juwon Stream. The value of conductivity, suspended solids(SS), chemical oxygen demand using a potassium permanganate(COD

), five-day biochemical oxygen demand(BOD

), total nitrogen(T-N), total phosphorous(T-P), and pH in inflow averaged 220.2, 2.46, 3.33, 1.34, 2.00, 0.04 mg/L and 7.24, respectively and in outflow averaged 227.9, 1.12, 3.34, 0.87, 1.16, 0.02 mg/L and 7.45, respectively. The average removal efficiency of constructed wetlands was 30 % for SS, 22 % for BOD

, 45 % for T-N and 31 % for T-P. The removal rates of SS, BOD

and T-N in the spring, summer and autumn were higher than those in winter. The removal rate of T-P was not significant different in all seasons. The amounts of pollutants removal in the constructed wetlands were higher in the order of 3

< 2

< 1

wetland for SS and T-P, 2

< 3

< 1

wetland for BOD

and T-N. Therefore, our findings suggest that the constructed wetlands could well treat the eutrophic Daecheong Lake Juwon Stream waters.

Key words: Daecheong lake, Constructed wetlands, Pollutants, Removal efficiency 주제어: 대청호, 인공습지, 오염원, 제거효율

1. 서 론

하천으로 유입되는 수질오염원은 점오염원 (Point pollutant source)과 비점오염원(Non-point pollutant source)으로 구 분할 수 있다(Lee et al., 2002). 주로 하수, 공장폐수 등 상시적으로 발생하는 다량의 오·폐수 등을 점오염원이라 고 하며, 비점오염원은 도시유출(기름, 중금속, 부유물질 등) 및 농업활동에 의해 생성되는 오염원(농약, 비료, 유 기물 등)이 지표면에 고농도로 축적되어 있다가 강우시 토양으로 침투하지 못하고 하천으로 유출되는 것을 말한 다(Seo et al., 2006).

Received 6 January 2015; Revised 19 March 2015;Accepted 7 April 2015

*Corresponding author: Tae-Hun Kim (E-mail: [email protected])

정부는 하천과 호소의 수질개선을 위한 4대강 물관

리 종합대책(1998 ∼ 2005년) 및 4대강 물환경관리기

본계획(2006 ∼ 2015년)을 추진하여 왔으나 점오염원

위주의 수질개선사업으로 목표수질 달성에 한계가 있

으며, 이를 극복하기 위해 비점오염원 저감이 필요하

다고 판단하고 있다. 비점오염물질에 의한 우리나라

하천 오염부하율 (BOD 기준)은 1998년 27 %에서 2010년

에는 68 %로 매년 꾸준히 증가하여 왔으며, 2020년에

는 약 72 %에 달할 것으로 예상되고 있어 비점오염원

을 관리하지 않고서는 수질개선효과를 기대하기 힘든

상황이다. 또한 2010년 기준, 4대강 유역의 비점오염원

이 차지하는 오염부하량은 한강 66 %, 낙동강 64 %,

금강 76 % 및 영산강·섬진강 71 %로 전 수계에서 비

점오염부하량이 점오염원보다 높은 실정이다 (Related Ministry, 2012).

1981년 완공된 대청댐에 의해 형성된 인공호수인 대청호는 대전과 충청도 지역에 생활용수 및 다목적 용수를 공급하고 있다. 대청호는 유역면적 3,204 km

, 연간 1,649백만 m

의 용수 공급량을 갖으며, 금강이 주 수자원이나 여기에는 주원천, 등동천, 품곡천, 회인 천, 안내천 및 소옥천 등 지류가 합류되어 이루어진 다. 대청호는 유역면적 중 오염부하량이 가장 높은 토 지인 대지 증가와 상류의 각 읍·면에서 발생하는 생 활, 축산계 등 비점오염원들이 늘어남에 따라 수질오 염이 가중되고 있는 실정이다(Kwon et al., 2002; Kim, 2005; Geum-River Basin Environmental Office, 2008).

비점오염물질 저감시설로는 자연형 시설과 장치형 시설이 있다. 자연형 시설은 자연생태계를 이용하여 오염물질을 처리하는 시설(저류시설, 인공습지, 침투 시설, 식생형 시설 등)이며, 장치형 시설은 물리적, 생 물학적 정화작용을 이용하는 시설(여과형, 와류형, 스 크린형, 응집·침전 처리형, 생물학적 처리형 시설 등) 이다.

인공습지가 수질개선 목적으로 팔당호, 주암호, 동 복호 등에 설치된 후 이에 따른 수질정화에 관한 연 구가 수행되었다(Choi et al., 2007; Seo and Han et al., 2011; Lee et al., 2011). 대청호의 경우 대청호 유역의 비점오염원 유출특성 등에 관한 연구는 많으나(Shin et al., 2010; Choi et al., 2009), 대청호에 설치된 인공 습지의 수질개선효과에 관한 연구는 부족한 실정이다.

따라서 본 연구는 대청호 상수원 취수탑 인근에 위 치한 인공습지에서 시기별, 처리 단계별 오염물질 제 거 효율 및 오염물부하량별 처리능력을 평가하여 향 후 대청호의 수질개선에 요구되는 기초자료로 제공하 고자 한다.

2. 연구대상 및 분석방법

2.1 연구대상

대전광역시 동구 옥천로 주원천에 설치된 인공습지 는 2007년 동구 대청호수로 취수탑 상수원 전면 수역 의 수질개선을 위하여 조성한 수질정화용 인공습지이 며(Fig. 1) 주요 처리대상 오염원은 도로 및 시가지역 의 강우시 유출수, 행락객 쓰레기, 생활오수 등의 비

점오염원으로 설계되었다. 조성된 인공습지는 기존 환경을 최대한 이용하고 특별한 유지관리기법이 필요 하지 않은 지표흐름형 인공습지(surface flow system)로 조성되었다. 습지의 구성은 침강저류지와 다단 인공 습지(1차 습지, 2차 습지 및 3차 습지)로 구성되어 있 으며, 침강저류지에는 창포와 수련이 우점 생장하고 있고 다단 인공습지에는 갈대 및 바이오갈대가 분포 하고 있다. 인공습지의 총 면적은 10,229 m

(침강저류 지 950 m

, 다단 인공습지 9,279 m

)이며 다단 인공습 지 처리용량은 4,674 m

(평균수심 0.5 m)이다. 조사기 간 동안 습지의 평균 유입수량은 1,123 m

/day 이었으 며, 습지내의 체류시간은 평상시 약 4.2 day, 강우시 약 1.7 day을 유지하였다.

2.2 분석방법

대청호 주원천 인공습지에 대한 수질조사는 2014년 1월부터 12월까지 매월 1 ∼ 2회 주기로 실시하였으 며, 9월 2일 채수 시에는 강우가 있었다. Fig. 1은 인 공습지의 전경 및 유입수의 이동방향을 화살표로 나 타내고 있으며, A로 표기한 곳은 유입수 지점이며 D 는 유출수 지점이다. 인공습지에 의한 오염물질의 변 화를 통계적으로 알아보기 위해 유입수와 유출수를 채취하여 pH, 전기전도도, SS, COD

, BOD

, T-N, T-P 를 분석 후 그 결과에 대해 정규성 검정을 실시하였다 . 정규성 검정 방법에는 Kolmogolov-Sminov 검정과 Shapiro-Wilk 검정이 있는데, 데이터 수가 적은 경우에 사용하는 Shapiro-Wilk 검정을 이용하였다. 정규성 검 정결과 정규성을 만족하면 t-검정으로, 정규성을 만족 하지 못하면 Wilcoxon 검정으로 유입수와 유출수 간 의 유의성을 검증하였다(SPSS ver. 12). 또한 인공습지 의 수처리효율 평가를 위해 Fig. 1에서 보는 바와 같 이 처리단계별(A, B, C, D) 시료를 채취하여 분석 후 시기별, 처리 단계별 및 유입 부하량별 오염물질의 처 리효율을 비교 검토하였다 . 시기별 수처리 효율 검토 는 월별 및 계절별 즉, 봄(3 ∼ 5월), 여름(6 ∼ 8월), 가을(9 ∼ 11월), 겨울(12 ∼ 2월)로 구분하여 수행하였 다. 인공습지의 수정화효율은 (유입농도–유출농도) / 유입농도×100%로 하여 계산하였다.

채수된 수질의 분석은 수질오염공정시험기준(환경

부, 2014)에 준하여 다음과 같이 하였다. pH는 채수

직후 현장에서 pH-meter(HM-30P, DKK-TOA, Japan)로

Fig. 1. View of Daecheong Lake Juwon Stream constructed wetlands, and Sampling sites.(A: inflow, B: 1

treatment, C: 2

treatment, D: 3

treatment, outflow).

측정하였으며, 전기전도도 측정은 Electrical conductivity meter(CM-40S, DKK-TOA, Japan)를 사용하였다. BOD

는 5일간 배양 후 배양전과 후의 농도차로 구하였고, SS 분석은 유리섬유여과지를 이용하였다. COD

분 석은 산성 과망간산칼륨법을 사용하였고, T-N 분석은

자외선 /가시광선법 중 산화법(UV-Vis Cary 300, Varian, USA), T-P는 자외선/가시선 분광법(UV-Vis Cary 300, Varian, USA)을 사용하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1 인공습지 유입수와 유출수의 오염물질 농도 비교

인공습지에 의한 오염물질 농도 변화를 비교하기 위 하여 유입수와 유출수의 pH, 전기전도도, SS, COD

, BOD

, T-N, T-P 값에 대해 정규성 검정을 실시한 결 과, Table 1과 같이 pH, 전기전도도, T-N은 정규성을 만족하고 SS, COD

, BOD

, T-P는 정규성을 만족하 지 못했다. Table 2는 정규성 만족 여부에 따라 조사 1 년 동안 인공습지 유입수와 유출수의 pH, 전기전도도, SS, COD

, BOD

, T-N 및 T-P 값에 대한 t-검정 및 Wilcoxon 검정 통계량을 나타낸 것이다.

pH에 대한 검정결과 ‘H

: 인공습지 유입수와 유출 수 pH 평균이 같다.’라는 귀무가설이 유의수준 ɑ=0.05 에서 기각되어 인공습지 유입수와 유출수의 pH (p=0.0181, p<0.05)가 차이가 있는 것으로 나타났다.

유입수 pH는 7.24, 유출수는 7.45로 유출수에서 약간 더 높은 수준을 나타났으며 1월에서 12월까지의 값을 보면 6월 11일과 8월 20일을 제외하고는 모두 유출수 가 더 높은 pH 값을 보였다(Fig. 2(a)). 인공습지의 용 존 이산화탄소가 감소하면 pH는 증가하며, 식물플랑 크톤이 광합성을 할 경우 용존 이산화탄소를 소모하 게 되어 pH가 증가하는 양상을 보인다(Horne and Goldman, 1994). 따라서 상승한 pH는 인공습지에 쌓 여있는 퇴적물에서 용출된 영양염류 및 햇빛에 의해 식물플랑크톤이 증식한 결과로 생각된다. 물속의 용 존 이온량 , 즉 오염물질의 이온강도를 나타내는 전기 전도도는 Table 2와 같이 유입수 평균은 220.2±20.6 μ S/cm, 유출수 평균은 227.9±16.1 μS/cm로써 유출수가 다소 높은 값을 보였다. 그러나 Fig. 2(b)에서 보는 것 과 같이 특별한 경향성이 없으며, 검정결과 p=0.7697 로써 통계적으로 유의한 차이는 없었다.

물속에 존재하는 유기성, 무기성 입자물질인 부유

물질(Suspended Solids, SS)은 Fig. 2(c)에서 보는 바와

같이 2월 4일과 12월 4일을 제외하고 유입수보다 유

출수의 농도가 낮았으며, 유입수와 유출수의 SS 평균

농도는 각각 2.46±0.71 mg/L, 1.12±0.17 mg/L로 검정결

Treatment stage pH Conductivity SS COD

BOD

T-N T-P

p value inflow 0.917 0.625 0.002 0.000 0.026 0.526 0.000

outflow 0.517 0.978 0.072 0.046 0.193 0.060 0.000

Table 1. Results of normality test by Shapiro-Wilk of inflow and outflow

Parameters Unit Treatment stage N Mean±S.E. p

pH - inflow 23 7.24±0.05

0.0181

outflow 23 7.45±0.07

Conductivity μS/cm inflow 11 220.2±20.6

0.7697

outflow 11 227.9±16.1

SS mg/L inflow 11 2.46±0.71

0.0208

outflow 11 1.12±0.17

COD

mg/L inflow 23 3.33±0.26

0.1572

outflow 23 3.34±0.18

BOD

mg/L inflow 23 1.34±0.17

0.0029

outflow 23 0.87±0.12

T-N mg/L inflow 23 2.00±0.16

0.0006

outflow 23 1.16±0.16

T-P mg/L inflow 23 0.04±0.008

0.0002

outflow 23 0.02±0.004

Table 2. Summary of t-test and Wilcoxon test statistics of pH, Conductivity, SS, COD

, BOD

, T-N, T-P in water samples collected inflow and outflow of the constructed wetlands. One year represents the period from January, 2014 to December, 2014

N : sample numbers, S.E. : standard error

과 차이가 있었다(p=0.0208, Table 2). SS는 침전작용에 의해 침전된 후 미생물에 의한 분해, 식물과 토양에 의한 흡수로 제거되었을 것으로 생각된다(Ko et al., 2010). COD

는 Table 2와 같이 유입수가 3.33±0.26 mg/L, 유출수는 3.34±0.18 mg/L로써 유입수와 유출수가 비 슷한 값을 보였다. 또한 Fig. 2(d)를 보면 10월 22일 높 은 농도의 COD

유입수가 낮은 농도의 유출수로 변 화되는 것을 제외하고는 유입수와 유출수 중 COD

농도는 일정한 경향성이 없어 보이며

통계적으로도 유의한 차이는 없었다. 이와 같은 결과 는 깨끗한 유입수 즉, 유입수 중 유기물 함량이 적기 때문에 COD

농도 감소가 낮았다고 생각된다(Seo et al., 2011). BOD

는 Table 2와 Fig. 2(e)와 같이 유입수 와 유출수가 각각 1.34±0.17 mg/L, 0.87±0.12 mg/L로 유출수에서 낮아지고 안정화되는 경향을 보였으며 통 계적으로도 유의한 차이(p=0.0029)를 보였다. 유입수 중 유기물은 바닥으로 침전되어 바닥층의 미생물에 의해 이산화탄소와 메탄으로 분해되거나 토양으로 흡수되

어 제거된다 (Armstrong, 1979; Krasovskii and Chashchukhin, 1974). 또한 인공습지의 뿌리나 줄기에 호기성 미생물 이 부착되어 엷은 미생물막(microbial film)을 형성하며 이 막은 생물반응조(biological reactor)로써 용해성 유기 물을 흡수 ·제거하여 BOD

의 농도를 낮춘다 . T-N 농도 는 Table 2와 같이 유입수는 2.00±0.16 mg/L 였는데, 유 출수는 1.16±0.16 mg/L로 낮아져 정화효과가 있었고, Fig. 2(f)에서 보는 바와 같이 유출수의 T-N 농도가 유 입수에 비해 조사기간 모두에서 감소하는 경향을 보 였으며, 검정결과 통계적으로 유의한 차이(p=0.0006) 를 보였다. T-N 농도의 감소는 알려져 있는 인공습지 의 질소제거 기작 즉, 미생물에 의한 질산화-탈질화, 식물에 의한 흡수, 물리적 반응인 흡착·침전 등에 의해 제거되었을 것으로 생각된다(Faulker and Richardson, 1989; Spiels and Mitsch, 2000; Gersberg et al., 1985).

T-P의 경우 Table 2 및 Fig. 2(g)와 같이 유입수가

0.04±0.008 mg/L에서 유출수 0.02±0.004 mg로 낮아졌

고 9월 17일을 제외하고 모든 기간에서 유출수의

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

Fig. 2. Changes of pH and SS, Conductivity, COD

, BOD

, T-N, T-P contents in the water with time in Daecheong Lake

Juwon Stream constructed wetlands.

T-P 농도가 줄었으며, 검정 결과도 p=0.0002로써 통계 적으로도 유의한 차이의 T-P 정화가 일어났다. 인공습 지에서 인 제거는 미생물과 식물에 의한 흡수, 토양에 의한 흡착, 유기물 및 무기물과 결합에 의한 침전 등 으로 제거 되었을 것으로 생각된다(Reddy et al., 1998).

3.2 대청호 주원천 인공습지의 시기별 오염물질 제거 효율

유입수와 유출수의 수질에 통계적으로 차이가 있는 지 분석을 한 결과, pH, SS, BOD

, T-N, T-P 값이 통 계적으로 유의한 차이가 있었고 이 유의한 차이를 보 이는 값에 대하여 시기별 오염물질 제거효율을 평가 하였다. Fig. 3과 Fig. 4는 대청호 주원천 인공습지의 pH, SS, BOD

, T-N, T-P 값에 대한 시기별 정화효율 및 처리단계별 변화를 보여주며 시기별, 처리 단계별 조사 각각 2014년 기간 동안 총 23회, 11회 분석을 하 였다.

인공습지의 월별 pH 변화율은 평균 2.9 %로 조사되 었고 3월, 10월 각각 6.3, 9.2 %로 높은 증가를 보였으 며, 4월부터 9월까지는 0.9 ∼ 3.3 % 정도로 큰 차이 는 없었다(Fig. 3(a)). 계절별 pH의 변화는 봄철과 가을 철에 각각 약 3.5 및 4.2 %로 여름철과 겨울철에 비해 높았다. 일반적으로 식물성플랑크톤의 증식이 pH를 증가시키는 양상을 보이므로, 봄과 가을에 식물성플 랑크톤의 생육이 왕성했던 것으로 생각된다. 처리 단 계별 pH 변화는 6월을 제외한 모든 시기에서 처리단 계가 증가함에 따라 전반적으로 pH가 증가하는 경향 을 보였다(Fig. 4(a)). 이러한 결과는 각 처리 단계에 존재하는 식물성플랑크톤의 증식에 필요한 용존형태 의 이산화탄소 소비로 인한 결과라 판단되며, Choi et al.(2008)도 인공습지에서 pH의 증가는 습지내 조류의 증가에 의해 영향을 받는다고 보고한 바 있다.

조사기간 내 SS의 월별 처리효율은 평균 30 %로 조사되었으며, 2월과 12월에 각각 –67, –43 %로 낮은 처리효율을 보였으나 3월부터 11월까지는 10∼7 6 % 정도로 다소 차이는 있으나 안정적인 처리효율을 가졌 다. 인공습지내 습지식물의 밀도가 높으면 바람 및 열 에 의한 혼합효과 감소, 물질의 수평운동 방해 등으로 체류시간을 연장시켜 SS의 침전이 증가된다(Brix, 1993;

Dinges, 1982). 또한 식물뿌리와 SS간 정전기적 작용 에 의해 SS가 뿌리에 부착된 후 식물과 미생물에 의

해 분해되는 등 습지식물의 밀도가 인공습지의 SS 처 리효율을 증가시키는 것으로 알려져 있다(Wolverton, 1989). 3월부터 11월까지는 습지식물이 생육하고 있는 시기로 SS 처리효율이 비교적 안정적으로 유지되었지 만 식물체가 고사되어 밀도가 낮은 시기인 2월, 12월 에는 마이너스 처리효율을 나타냈다. 계절별 SS의 처 리효율은 봄 57 %, 여름 51 %, 가을 38 %로 높은 효율 을 보였으나 겨울철에는 –55 %로 마이너스 처리효율 을 나타냈다. 인공습지 처리 단계별 SS는 2월과 12월을 제외한 모든 시기에서 처리단계가 증가됨에 따라 대 체적으로 감소하는 경향을 나타냈다 .

인공습지내 BOD

의 평균 처리효율은 약 22 %이고, 2월, 9월, 12월을 제외한 달에서 24 ∼ 64 %의 처리효 율을 보였으나 2월, 9월, 12월에 각각 –50, –5, –57 % 로 유출수의 BOD

가 높은 값을 보였다. 인공습지에 의한 BOD

개선은 주로 습지내 존재하는 미생물에 의해 이루어지며, 이 미생물의 활동은 온도에 영향을 받는다. 따라서 2월과 12월에 나타난 결과는 SS와 마 찬가지로 습지내 대부분의 습지식물이 고사하고 수온 이 낮아져서 미생물의 활성이 저하된 결과로 판단된 다. 수온이 낮은 1월에 42 %의 높은 처리효율을 보였 으나 Fig. 2(e)에서 보는바와 같이 1월 유입수의 BOD

함량(0.52, 1.07 mg/L)과 유출수의 BOD

함량(0.15, 0.94 mg/L)을 처리량적인 측면에서 볼 때 큰 효과는 아니다. 9월의 경우는 Fig. 2(e)와 같이 9월 중 9월 2일 의 마이너스 처리효율로 인한 것으로, 이날은 강우가 있었기 때문에 인공습지 인근 비점오염원의 유입이 증가 하였기 때문으로 생각된다. 계절별 BOD

처리효 율은 봄, 여름 및 가을에 각각 32, 54 및 16 %로 여름 철에 처리효율이 가장 높았으며, 겨울철은 –22 %로 마이너스 효율을 보였다. 이와 같은 BOD

처리효율의 결과는 미생물의 대사활동이 기온의 영향을 상당히 받는 것으로 생각된다. 습지 처리 단계별 BOD

는 겨 울철 2월과 강우가 있던 9월을 제외하고 모든 시기에 서 처리 단계가 증가하면서 점점 감소하였다.

T-N의 평균 처리효율은 약 45 %이었고, 1월과 12월

각각 11, 12 %로 비교적 낮은 처리효율을 보였으나 2월

부터 11월까지는 26 ∼ 73 %의 안정적인 처리효율을

보였다. 5월부터 10월까지 45 % 이상으로 연평균

T-N 처리효율보다 높았으며, 월별 T-N 처리효율은

월별 평균기온처럼 상승 후 하강하는 모습을 보였는데

이러한 현상은 수온에 영향을 받은 것이라 판단되어 진다.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Fig. 3. Monthly and seasonal removal rates of pH and SS, BOD

, T-N, T-P in effluent in constructed wetlands.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Fig. 4. Changes of pH and SS, BOD

, T-N, T-P contents according to treatment stage in constructed wetlands.

즉, 유입수 중 질소 제거는 미생물의 질산화/탈질이 주된 기작으로 알려져 있으며(Watson et al., 1989), 15 ˚C 이하와 30 ˚C 이상에서는 질산화 및 탈질화 미생물의 활동이 둔화되어 질소 제거율이 감소하므로(Yang, 2002) 처리효율은 기온에 따라 증감을 한 것으로 생각

된다. 계절별 T-N 처리효율은 봄, 여름, 가을 및 겨울

각각 47 %, 67 %, 52 % 및 17 %로 여름에 처리효율

이 가장 높았고 겨울에 가장 낮았다. 처리 단계별 T-N

함량변화는 단계가 증가할수록 꾸준히 감소하는 경향

을 보였으며 단계별 처리효율은 2

< 1

< 3

습지

순으로 3

습지가 전체 T-N 처리량의 약 50 % 이상을 처리하였는데, 이는 Fig. 1에서 보는 바와 같이 다른 습지에 비해 3

습지의 큰 처리용량이 영향을 주었을 것으로 생각된다.

월평균 T-P 처리효율은 약 31 %로 T-N 처리효율보 다 약간 낮은 처리효율을 보였다. 2월과 9월을 제외하 고 15 % 이상의 처리효율을 보였으며, 9월의 경우 –7

%의 효율을 보였고 이는 Fig. 2(g)와 같이 9월 17일의 마이너스 처리효율 때문이지만, 유입수 T-P 함량 (0.019 mg/L)과 유출수 T-P 함량(0.025 mg/L)의 차이는 0.006 mg/L로 매우 낮은 농도이므로 함량에 큰 차이 를 보이지 않는다. 월별 T-P 처리효율은 T-N 처리효 율과는 달리 기온에 영향을 받지 않는 것처럼 보이는 것은 제거 기작의 차이가 있기 때문으로 생각된다. 인 의 제거 기작은 흡착, 침전, 식물과 미생물에 의한 흡 수 등으로 알려져 있으며 그 중 가장 중요한 기작은 흡착으로 인 이온이 알루미늄 및 철 등의 금속이온과 결합하여 불용성화합물로 변하여 침전되므로 인의 제 거는 기온에 영향을 적게 받았을 것으로 판단된다. 그 러므로 T-P 처리효율은 봄, 여름, 가을 및 겨울 각각 37 %, 31 %, 22 % 및 33 %로 계절별 큰 차이는 없었 다. 또한 인공습지는 T-P 흡착에 대한 포화용량이 존 재하고 이 용량을 초과하면 인이 처리되지 못하고 용 출되어 유입수보다 유출수의 T-P 농도가 높게 나타나 는 경향이 있으나(Gerrites, 1993), 본 습지의 경우 인 의 탈착이 아직 일어나지 않은 것으로 판단된다. 습지 처리단계별 T-P 함량은 처리단계가 증가됨에 따라 약 간의 증가와 감소가 반복되었으나 최종 방류수는 감 소하는 경향을 보였다.

3.3 대청호 주원천 인공습지의 오염물질 부하량에 따른 오염물질 처리량

주원천 인공습지에서 pH를 제외한 SS, BOD

, T-N, T-P항목에 대해 실측한 유량데이터를 가지고 처리단 계별(1

, 2

, 3

습지) 오염물질 부하량에 따른 처리량 및 상관계수를 분석한 결과는 Fig. 5와 같다. SS 부하 량에 따른 SS 처리량은 Fig. 5(a)와 같으며 유입되는 유입수의 SS 부하량은 1

습지가 674 ∼ 9,660 g day

, 2

습지가 651 ∼ 5,257 g day

, 3

습지가 786 ∼ 3,257 g day

의 범위로 SS 부하량은 처리조를 거치면서 감소 하였고, SS 부하량에 따른 SS 처리량의 상관계수 R

value는 1

, 2

, 3

습지 각각 0.9034, 0.8405, 0.6604로 상관성이 높은 것으로 나타났다. 또한 유입수 중 SS 최고 부하량인 9,660 g day

일 때 1

, 2

, 3

습지의 처리량은 각각 4,403 g day

, 1,999 g day

, 741 g day

으로 처리량이 3

< 2

< 1

습지 순으로 1

습 지에서 전체의 45.6 %가 처리되었는데, 이는 비록 3

습지가 가장 큰 처리용량을 가지고 있으나 1

습지를 거치면서 습지식물의 영향에 의해 빠르게 SS가 침전 되었기 때문이라 생각된다.

인공습지에서 1

습지로 유입되는 유입수의 BOD

부하량은 483 ∼ 3,392 g day

, 2

습지로 유입되는 부 하량은 427 ∼ 2,145 g day

, 3

습지로 유입되는 부하 량은 416 ∼ 2,235 g day

의 범위였으며(Fig. 5(b)), 2

습지가 약간 높은 BOD

유출수 농도를 보이기도 하 는데 이는 다른 1

, 3

습지에 비해 낮은 식생 피도의 영향일 것으로 생각된다. 왜냐하면 BOD

정화에 미생 물의 활동이 중요한 역할을 수행하는데 낮은 식생 피 도의 2

습지는 미생물의 먹이원 중 하나인 고사한 식물체의 유기탄소가 다른 습지에 비해 적어 미생물 의 활동이 적어져 이로 인해 BOD

처리효율이 낮아 진 것으로 판단된다. 그리고 BOD

부하량에 따른 BOD

처리량의 상관관계는 처리단계 모두에서 R vlaue가 0.3 이상으로 상관성이 있는 것으로 나타났다.

처리 단계별 T-N 부하량에 따른 T-N 처리량은 Fig.

5(c)와 같으며, 유입되는 유입수의 T-N 부하량은 1

, 2

및

3

습지 각각 508 ∼ 3,060 g day

, 520 ∼ 2,665 g

day

및 489 ∼ 2,544 g day

의 범위로 습지를 거치

면서 부하량이 감소하는 경향을 보였다. 유입수 중

T-N 최고 부하량인 3,060 g day

에서 1

습지의 처리

량은 1,164 g day

, 2

습지의 처리량은 172 g day

,

3

습지의 처리량은 516 g day

으로 2

습지의 처리

량이 전체의 5.6 %로 가장 낮았고, 1

, 2

, 3

습지 중

동일한 T-N 부하량에 대해 2

습지에서의 T-N 처리

량이 가장 낮았다. 또한 각 습지에서 T-N 부하량과 처

리량의 상관성 분석결과 1

습지는 상관성이 있었으

나 2

및 3

습지는 각각 상관성이 낮거나 거의 없는

것으로 나타났다. 2

습지의 처리량과 상관계수 값이

낮은 이유는 BOD

의 2

습지 정화결과와 마찬가지

로, T-N 정화는 습지내 미생물 대사활동에 의해 이루

어지며 2

습지의 식생피도가 다른 습지에 비해 상대

적으로 적어 미생물의 활동이 감소되어 나타난 결과

로 판단된다. 그리고 다른 습지에 비해 큰 처리용량과

(a)

(b)

(c)

(d) Fig. 5. Loading rate(g day

) removal(g day

) relationship.

식물 밀도가 높은 3

습지에서 부하량과 처리량의 상 관성이 거의 없는 것으로 나타났다. 이는 Fig. 5(c)에 서 보는 바와 같이 6월(부하량 1,743 g day

, 처리량 943 g day

), 8월(부하량 1,558 g day

, 처리량 1,054 g day

), 9월(2,053 g day

, 처리량 1,510 g day

)등 높 은 처리량 값이 R Value를 감소시켰으며 이 시기는 여름철로 기온에 영향을 받아 미생물의 대사활동이 활발해졌기 때문으로 생각된다.

처리 단계별 T-P 부하량에 따른 T-P 처리량은 Fig.

5(d)와 같이 1

습지로 유입되는 유입수의 T-P 부하량은 8

∼ 192 g day

, 2

습지로 유입되는 부하량은 9 ∼ 165 g

day

, 3

습지로 유입되는 부하량은 10∼85 g day

로 처리단계가 증가하면서 부하량은 감소하였다. T-P

부하량에 따른 T-P 처리량은 3

습지를 제외한 다른

습지에서 상관성이 높게 나타났으며 , 3

습지는 상관

관계가 거의 없는 것으로 보였는데, 이는 1

와 2

습

지에서 T-P의 대부분이 처리된 후 3

습지로 유입되 어 부하량이 1

와 2

습지 비해 상대적으로 적었기 때문이라 생각된다.

4. 결 론

본 연구에서는 대청호 상수원 취수탑 인근에 위치 한 주원천 인공습지에서의 수질개선효과를 알아보기 위해 2014년 1월부터 2014년 12월까지 1년간의 수질 조사를 기초로 시기별, 처리 단계별 및 오염물부하량 별 처리능력을 평가하였다. 인공습지 유입수의 pH, 전 기전도도, SS, COD

, BOD

, T-N, T-P의 평균은 각각 7.24, 220.2 μS/cm, 2.46 mg/L, 3.33 mg/L, 1.34 mg/L, 2.00 mg/L, 0.04 mg/L였으며, 인공습지 유출수의 pH, 전기전도도, SS, COD

, BOD

, T-N, T-P의 평균은 각 각 7.45, 227.9 μS/cm, 1.12 mg/L, 3.34 mg/L, 0.87 mg/L, 1.16 mg/L, 0.02 mg/L였다. t-검정 및 Wilcoxon 검정결과, 유의수준 ɑ=0.05에서 실험 1년간 인공습지 유입수와 유출수의 전기전도도, COD

값에는 차이 가 없었으나, pH, SS, BOD

, T-N, T-P 값은 차이를 나 타냈다. pH의 연평균 변화율 및 SS, BOD

, T-N, T-P의 연평균 처리효율은 각각 3 % 및 30, 22, 45, 31 %로써 pH의 변화율은 적었고 처리효율은 T-N이 가장 높았 다. 계절별 pH의 변화율은 식물성플랑크톤 증식으로 인해 봄과 가을에 높았으며, SS, BOD

, T-N의 경우는 처리율이 습지식물 또는 미생물의 영향을 크게 받기 때문에 동절기에 비해 하절기에 처리효율이 높았다.

반면 T-P는 주로 기온의 영향이 적은 흡착에 의한 침 전으로 제거되기 때문에 계절적인 차이에 따라 처리 율의 변화가 나타나지 않았다. 처리 단계별 오염물질 부하량에 따른 오염물질 처리량은 SS와 T-P에서 3

<

2

< 1

습지, 그리고 BOD

와 T-N은 2

< 3

< 1

습 지 순의 효율을 보였다. 대청호 주원천 인공습지는 유 입수 중 SS, BOD

, T-N, T-P에 대하여 높은 제거율을 나타내어, 결과적으로 대청호로 유입되는 비점오염물 질에 대한 정화가 잘 이루어지고 있음을 확인할 수 있었다.

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