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문제 정의
- 본 연구는 갈대와 부들이 군락을 이루고 있으며 오랜 기간 농경배수와 생활하수가 유입되고 있는 자연 습지에서의 오염물질 정화 능력을 조사하였으며, 습지내 체류 시간이 길어지는 경우에 달성할 수 있는 수질 정화능력을 예상하기 위하여 습지내에 enclosure를 설치하고 그 내부에서의 물질 농도변화를 측정하였다.
가설 설정
- 이용하여 계산하였다. 유출수량은 유입 수량과 동일한 것으로 가정하였다. 습지에서의 유기물과 영양염류에 대한 정화효율은 조사당일의 유입· 유출수의 농도를 비교하여 해당 일의 정화율로 산정하였으며 이의 일평균치를 제시하였다.
제안 방법
- 습지에서의 유기물과 영양염류에 대한 정화효율은 조사당일의 유입· 유출수의 농도를 비교하여 해당 일의 정화율로 산정하였으며 이의 일평균치를 제시하였다. 단위면적당 제거량은 유입 수량과 유출 수량에 각각의 농도를 곱하여 부하량과 유출량을 산정하고, 제거량(부하량-유출량)을 습지의 면적으로 나누어 계산하였다.
- 부유물질(SS)은 일정 양의 시료를 무게가 측정된 GF/F 로 여과한 후 100℃ dry oven에서 건조한 후, 여과 전후의 여과지 무게 차로부터 계산하였다. 부유성 고형물 농도 측정에 사용된 여과지는 다시 500℃의 강열감량기에서 30분간 연소시킨 후 무게를 측정하여 휘발성 고형물 (VSS)의 양을 계산하였다.
- 부유물질(SS)은 일정 양의 시료를 무게가 측정된 GF/F 로 여과한 후 100℃ dry oven에서 건조한 후, 여과 전후의 여과지 무게 차로부터 계산하였다. 부유성 고형물 농도 측정에 사용된 여과지는 다시 500℃의 강열감량기에서 30분간 연소시킨 후 무게를 측정하여 휘발성 고형물 (VSS)의 양을 계산하였다. 습지내 용존산소(DO)는 DO meter를 사용하여 측정하였다.
- 습지 안에서 퇴적물과 수층 사이의 유기물과 영양염 순환을 조사하기 위해서 가로와 세로의 길이가 각각 2 m 인 enclosure를 습지에 설치하였다. 퇴적층의 30 cm 정도 깊이까지 차단함으로써 외부와 enclosure내 물의 출입을 최소화하였다.
- 유출수량은 유입 수량과 동일한 것으로 가정하였다. 습지에서의 유기물과 영양염류에 대한 정화효율은 조사당일의 유입· 유출수의 농도를 비교하여 해당 일의 정화율로 산정하였으며 이의 일평균치를 제시하였다. 단위면적당 제거량은 유입 수량과 유출 수량에 각각의 농도를 곱하여 부하량과 유출량을 산정하고, 제거량(부하량-유출량)을 습지의 면적으로 나누어 계산하였다.
- 식생을 제거하였을 경우 수중의 유기물과 영영염농도의 변화 정도를 알아보기 위하여 enclosure 2에는 식생의 줄기와 잎을 모두 제거하였다. 실험은 7월 24일부터 8월 22일까지 실시하였고, enclosure 내 물은 8월 8일과 8월 15일에 채수한 후 습지의 표층수로 교환하였다. 저층에 퇴적된 식물 고사체가 수중 물질의 농도에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 8 월 15일에는 물의 교환에 앞서 enclosure 바닥에 축적되어 있던 식물 고사체를 제거하였다.
- 화학적산소요구량 (COD)은 공정시험법에 따라 과망간산칼륨법으로 측정하였다. 용존유기탄소(DOC)는 고온의 산화촉매 (high temperature catalytic oxidation)를 사용하는 TOC 분석기 (Shimadzu 5000-A)로 측정하였다. 질산이온(NO3-N)은 카드뮴 환원법으로 측정하였고, 총질소(TN)는 persulfate 분해 법으로 전처리한 후에 카드뮴환원법에 따라 측정하였다.
- 조사기간 동안의 강우량은 일일 기상청 자료를 사용하였으며, 유입수량은 유속계로 측정된 유속과 유입구의 단면적을 이용하여 계산하였다. 유출수량은 유입 수량과 동일한 것으로 가정하였다.
대상 데이터
- 본 연구대상 습지는 강원도 춘천시 신동에 위치하고있으며 과거에는 벼농사가 이루어졌으나 농업활동 중단과 함께 식생이 발달하여 형성된 자연 습지이다. 면적은 약 2, 192 m2이고, 저수량은 328 m3, 평균 수심은 15 cm이다 (Fig.
- 부유성 고형물 농도 측정에 사용된 여과지는 다시 500℃의 강열감량기에서 30분간 연소시킨 후 무게를 측정하여 휘발성 고형물 (VSS)의 양을 계산하였다. 습지내 용존산소(DO)는 DO meter를 사용하여 측정하였다. 화학적산소요구량 (COD)은 공정시험법에 따라 과망간산칼륨법으로 측정하였다.
- 실험에 앞서 습지 둘레에 제방을 쌓아 수심을 15 cm 정도로 유지하였으며, 유입수가 유출구 방향으로 일정한 흐름을 유지하도록 하기 위해 습지 내에 유로 변경시설을 설치하였다. 조사는 1999년 7월 22일부터 1999년 8월 21일까지 1~3일 간격으로 수행하였으며, 유입지점과 유출지점에서 시료를 채취하였다. 많은 강우가 내렸던 8월초에는 습지전체가 물에 잠기었기 때문에 조사가 이루어지지 않았다.
이론/모형
- 질산이온(NO3-N)은 카드뮴 환원법으로 측정하였고, 총질소(TN)는 persulfate 분해 법으로 전처리한 후에 카드뮴환원법에 따라 측정하였다. 용존무기인 (DIP)는 ascorbic acid법으로, 총인(TP)과 용존총인 (DTP)은 각각 시료 원수와 GF/C로 여과된 여과액을 persulfate 분해법으로 전처리한 후 ascorbic acid법으로 측정하였다.
- 용존유기탄소(DOC)는 고온의 산화촉매 (high temperature catalytic oxidation)를 사용하는 TOC 분석기 (Shimadzu 5000-A)로 측정하였다. 질산이온(NO3-N)은 카드뮴 환원법으로 측정하였고, 총질소(TN)는 persulfate 분해 법으로 전처리한 후에 카드뮴환원법에 따라 측정하였다. 용존무기인 (DIP)는 ascorbic acid법으로, 총인(TP)과 용존총인 (DTP)은 각각 시료 원수와 GF/C로 여과된 여과액을 persulfate 분해법으로 전처리한 후 ascorbic acid법으로 측정하였다.
- 습지내 용존산소(DO)는 DO meter를 사용하여 측정하였다. 화학적산소요구량 (COD)은 공정시험법에 따라 과망간산칼륨법으로 측정하였다. 용존유기탄소(DOC)는 고온의 산화촉매 (high temperature catalytic oxidation)를 사용하는 TOC 분석기 (Shimadzu 5000-A)로 측정하였다.
성능/효과
- Enclosure 내에서 SS와 VSS의 농도는 시간에 따라 감소하는 경향이 나타났고, 식생의 유무에 따른 두 enclosure간의 뚜렷한 농도차이는 관찰되지 않았다 (Fig. 3). 부유물질의 농도가 식생의 유무와 관계가 없었던 것은 부유물질의 주된 제거기작이 침강이기 때문에 식생의 영향을 적게 받기 때문인 것으로 생각된다.
- 5 %를 제거하였다. NO3-N의 일평균 제거율은 22.2%로 TN과 비슷하였으나, 단위면적당 제거량은 61.4%로 조사항목 중 가장 높은 효율을 보였다. NO3-N는 주로 탈질작용에 의해 제거되었을 것으로 추정된다.
- , 1997). 부유물질은 조사항목 중 42.7%로 가장 높은 제거효율을 나타냈고, 단위면적당 평균 제거율은 1,515 g/m2/yr로 유입부하량의 56%가 제거되었다 (Table 2).
- 부유물질의 농도는 유입수에서 10.6~74.7 mg/l, 유출수에서 5.4~42.0mg/l의 범위로 나타났다 (Table 1). 습지 내에서의 부유물질은 물리적 작용인 침전이나 흡착에 의해 제거되는 것으로 알려져 있다.
- 6mg/l의 범위를 보였다. 습지에서의 DOC 일평균 제거율은 5.0%였으며, 조사기간 중 단위면적당 제거량은 7.6g/m2/yr로 유입부하량의 단지 1%만이 제거되었다 (Table 2). 본 연구대상 습지는 식생이 밀집되어 있어 유기물분해에 적합한 환경조건을 이루고 있지만 (Tanner and Sukias, 1995), 바닥에 수년간 축적되어 있는 식물사체와 성장중인 식생으로부터 유기물이 유출됨으로서제거율이 낮았던 것으로 사료된다(김 등 1999).
- 식생이 없는 enclosure 2에서는 실험수의 교환과 식물 사체의 제거 후 COD 농도가 일시적으로 감소하였다가 다시 증가하였으나, 식생이 존재하는 enclosure 1에서는 물의 교환 이후 COD 농도가 현저하게 감소하였다 (Fig. 4). 실험수 교환이 이루어진 직후의 낮은 COD 농도는 유기물 농도가 낮은 교환수에 의한 희석으로 보이나, 식물 사체가 제거된 후 식생이 있는 곳에서의 COD농도 감소 원인은 확실치 않다.
- 총인은 실험수 교환 이후 식생이 없는 enclosure 2에서는 지속적으로 감소하였으나, 식생이 존재하는 enclosure 1에서는 실험수 교환과 식물 고 사체의 제거가 이루어진 시기 이후에 점차적으로 증가하였다. 용존총인은 큰 변화없이 일정하게 유지되었던 반면에 용존 무기 인의 경우는 시간에 따라 증가하는 경향이 나타났다. 이것은 용존유기인 혹은 입자상유기물이 습지 내에서 산화되어 분해 · 제거되면서 유기물에 포함되어 있던 인이 무기화되어 수중으로 재용출된 것으로 판단된다.
- 8mgO2/l로 다른 항목에 비하여 유출수의 농도변화는 작은 편이었다. 유입수와 유출수의 농도 비교에 의한 COD의 평균 제거율은 16.8%이었고, 단위면적당 제거량은 104 g/m2/day로서 유입부하량의 14.2%가 제거되었다. COD의 낮은 제거율은 수초의 광합성에 의한 유기물 생산 및 짧은 체류시간과 관련이 있는 것으로 생각된다.
- 이것은 실험수 교환 이후 수체내 산소농도가 증가함에 따라 질산화 작용이 진행되었기 때문인 것으로 생각된다. 총인은 실험수 교환 이후 식생이 없는 enclosure 2에서는 지속적으로 감소하였으나, 식생이 존재하는 enclosure 1에서는 실험수 교환과 식물 고 사체의 제거가 이루어진 시기 이후에 점차적으로 증가하였다. 용존총인은 큰 변화없이 일정하게 유지되었던 반면에 용존 무기 인의 경우는 시간에 따라 증가하는 경향이 나타났다.
- 0mg/l의 농도변화를 나타냈다. 평균 제거효율은 22%이며 단위면적당 제거량은 유입부하량의 28%에 해당하는 251g/m2/yr로서부유물질에 비해 낮은 제거율을 나타냈다. 휘발성고형물은 유기물의 간접적인 지표로서 이러한 휘발성고형물의 제거율은 습지내에서의 유기물생산으로 인하여 무기물에 비해 낮다는 것을 의미한다.
후속연구
- 이것은 물 이동이 차단됨으로써 나타난 산소공급의 제한 등과 같은 환경조건의 변화에 따라 퇴적층과 수층 사이의 평형상태가 상향조정되었다는 것을 의미한다. 따라서 소규모의 습지조성이나 또는 체류시간의 확장이 습지 내부의 총 생물량 증가를 동시에 수반하거나, 이에 따른 적절한 생물활동 등과 관련되지 않을 경우 수중에서 여러 오염물질의 농도를 증가시키는 결과를 초래할 수도 있을 것으로 보인다.
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