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문제 정의
- 충전된 밭 토양의 토성은 삼각도표법을 이용할 경우 점토 15%, 미사 20%, 모래 65%의 사양토의 특성을 지니고 있다. # 추사 폐수를 농경지에 액비의 형태로 주입하고 있기 때문에 축산폐수의 주입이 농경지 토양에 미치는 영향과 유출수의 특성을 조사함으로써 축산폐수의 농경지 주입이 작물의 성장촉진 뿐만아니라 농경지가 일종의 인공습지로써 축산폐수의 처리를 위한 하나의 처리 system으로 적용가능한지의 여부를 파악하고자 한 것이다.
- 본 연구에서는 축산폐수 발생량의 상당부분이 환경기초시설을 거치지 않고 미처리 상태로 토양 등에 투기되거나액비등의 형태로 농경지에 주입되고 있는 국내실정을 고려하여 축산폐수의 습지(또는 토양)처리시 처리능(효율), 오염물질의 토양축적둥 토양에 미치는 영향등을 파악하여 습지를 이용한 죽산폐수의 처리가능성과 운전시의 고려사항, 문제점 둥을 살펴보고자 하였다.
제안 방법
- 총질소는 시료를 분해병에 넣고 알카리성 과황산칼륨 용액을 가하여 고압 증기 멸균기안에서 분해한 후 발색 후자 외선 홉광도를 측정하여 분석하였으며, 총인은 Stannous Chloride 법에 의해 분석하였다. TOC* TOC analyzer (5000A, Shimadzu)를 사용하여 분석하였으며 C#은 IC(ion chromatography, Dionex, DX-500)를 사용하여 측정하였다. 색도는 시료를 0.
- 45 p. m membrane filter로 여과한 후 UV-vis spectrophotometer(UV160 \ PC, Shimadzu)를 이용하여 355nm에서 흡광도를 측정하여 분석하였다. 인공습지 토양으로부터의 유기물이 무기화되어 발생되는 CO2, CH4 농도는 Gas Analyzer(Geotechnical Instrument, GA94)를 이용하여 분석하였다.
- 또한 인공습지에 수변구역등에 일반적으로 서식하는 성장이 상당부분 완료된갈대 australis) 24수를 6 월 중순경에 뿌리채로 채취하여 인공습지의 토양 10cm 하부에 식재하여 축산폐수를 인공습지에 주입하는 동안 갈대의 외관상 성장을 파악하였다.
- m membrane filter로 여과한 후 UV-vis spectrophotometer(UV160 \ PC, Shimadzu)를 이용하여 355nm에서 흡광도를 측정하여 분석하였다. 인공습지 토양으로부터의 유기물이 무기화되어 발생되는 CO2, CH4 농도는 Gas Analyzer(Geotechnical Instrument, GA94)를 이용하여 분석하였다.
- 인공습지는 batch type으로 운전되었으며 토양의 단위 중량당 폐수 주입량은 3~4xl0-2m3/ton, 폐수의 체류 시간은 평균 16일, 운전기간은 계절별로 약2개월씩 운전하였다. 유입 부에 주입된 축산폐수는 인공습지를 수평방향으로 유하한 후 방류되었다.
- 축산폐수 처리장의 생물학적 처리수를 인공으로 조성된 습지에 적용하여 처리수질 측면과 축산폐수의 주입 후 습지의 토양에 미치는 영향의 측면에서 살펴본 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 축산폐수내의 오염물질이 습지토양에 주입되어 축적된 후 시간에 따라 감소되는 정도를 파악하기 위해서 모든 실험이 종료된 후 6개월동안 인공습지를 방치시키면서 2개월 간격으로 습지내의 토양을 채취하여 오염물질(CODcr, TP, TN, C#)을 분석하였다. 토양시료의 채취는 인공습지의 토양 내에서의 오염물질의 감소정도를 보다 정확하게 파악하기 위해서 인공습지 상부(토양표면에서 15cm하부)와 하부 (토양표면에서 30cm하부)에서 각각 길이방향으로 40cm 간격, 폭방향으로 35cm간격으로 8개소씩 모두 16개소에서 토양 시료를 채취하였다.
- 축산폐수의 color 제거정도를 파악하기 위해 인공습지에 주입되는 유입수에 대하여 spectrophotometer를 이용하여 200 - l, 100nm에서의 흡광도를 측정하였다. 측정된 결과를 Fig.
- 축산폐수의 주입으로 토양에 축적된 유기물이 무기화되어 토양으로부터 제거되는지 여부를 파악하기 위하여 실험이 완전 종료된 후(2002년 4월 11일)반응조의 상부를 비닐로 완전 밀봉하여 하루 3회(오전 9시, 오후 3시, 저녁 9시), 35일동안 대기와 인공습지내의 gas(CO2, CH4)를 비교 분석하였다. 인공습지는 실외에 설치되었으며 운전기간동안 강우 및 눈에 의한 영향을 배제하기 위해서 햇빛이 투과되는 비닐 재질의 차단시설을 인공습지 상부에 설치하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 축산폐수는 Y시 축산폐수 공동처리장의 생물학적처리수로서 인공습지에 주입된 축산폐수의 성상 올 Table 1에 나타내었다.
- 실험을 위해 제작된 인공습지(Fig. I)는 높이 0.7m, 길이 2m, 폭 1m의 아크릴로 제작된 반응조로써 약 2톤의 밭 토양(경기도 양평의 농경지에서 채취, 유기물(5.1%), 무기물 (75.4%), 수분(19.5%))이 0.5m 높이로 충전되었다. 충전된 밭 토양의 토성은 삼각도표법을 이용할 경우 점토 15%, 미사 20%, 모래 65%의 사양토의 특성을 지니고 있다.
- )을 분석하였다. 토양시료의 채취는 인공습지의 토양 내에서의 오염물질의 감소정도를 보다 정확하게 파악하기 위해서 인공습지 상부(토양표면에서 15cm하부)와 하부 (토양표면에서 30cm하부)에서 각각 길이방향으로 40cm 간격, 폭방향으로 35cm간격으로 8개소씩 모두 16개소에서 토양 시료를 채취하였다. 토양시료에 대한 오염물질 측정은 적당량의 토양시료를 환경오염공정시험법의 용출시험법에 따라 측정하였다.
이론/모형
- 채취된 시료는 Standard Methods와 수질오염 공정시험법에 제시된 분석법에 따라 분석하였다fl 시료내의 유기물질 함량을 나타내는 COD는 크롬법을 이용하여 측정하였다. 총질소는 시료를 분해병에 넣고 알카리성 과황산칼륨 용액을 가하여 고압 증기 멸균기안에서 분해한 후 발색 후자 외선 홉광도를 측정하여 분석하였으며, 총인은 Stannous Chloride 법에 의해 분석하였다.
- 총질소는 시료를 분해병에 넣고 알카리성 과황산칼륨 용액을 가하여 고압 증기 멸균기안에서 분해한 후 발색 후자 외선 홉광도를 측정하여 분석하였으며, 총인은 Stannous Chloride 법에 의해 분석하였다. TOC* TOC analyzer (5000A, Shimadzu)를 사용하여 분석하였으며 C#은 IC(ion chromatography, Dionex, DX-500)를 사용하여 측정하였다.
- 토양시료의 채취는 인공습지의 토양 내에서의 오염물질의 감소정도를 보다 정확하게 파악하기 위해서 인공습지 상부(토양표면에서 15cm하부)와 하부 (토양표면에서 30cm하부)에서 각각 길이방향으로 40cm 간격, 폭방향으로 35cm간격으로 8개소씩 모두 16개소에서 토양 시료를 채취하였다. 토양시료에 대한 오염물질 측정은 적당량의 토양시료를 환경오염공정시험법의 용출시험법에 따라 측정하였다.
성능/효과
- " 이러한 축산폐수는 하수처리장, 분뇨처리장 및 축산폐수처리장 등에서 방류수 수질이하로 처리하도록 규제하고 있으나 현재 우리나라의 경우 대부분의 처리시설 용량이 발생량에 비해 크게 부족한 실정으로 일부는 처리시설을 거치지 않고 방류되거나 액비 등으로 토양에 주입되고 있는 실정이다.1) 이렇듯 불완전 내지 미처리된 축산폐수는 하천이나 호소등의 수질에 악영향을 미칠 뿐 아니라 토양에 주입된 경우에는 토양 및 지하수 환경에 영향을 미칠 가능성도 배제할 수 없다.
- 기대된다.4,5) 반면 다량의 폐수를 처리하기 위해서는 넓은 부지가 필요하며, 악취, 해충발생, 폐수처리에 장시간소요, 처리효율의 조정이 용이하지 않고, 기후(계절)적인 영향을 받기 쉬운 점은 단점으로 지적된다.
- 때문이다. 따라서 인공습지에 축적되어 있는 TP와 TN은 충분한 휴지기를 통해 토양환경의 변화등에 의해 식물에 직접 이용 가능한 형태로 변형되어 생육에 필수적인 영양소 성분으로 작용함으로써 식물체내에 흡수되어 토양으로부터 제거되거나 토양수를 통해 습지 토양으로부터 유출됨으로써 토양으로부터의 축적을 방지할 수 있을 것으로 판단된다.
- 것으로 판단된다. 습지토양에 축적된 오염물질중 유기물의 경우는 비교적 원활히 토양으로부터 제거되는 것으로 관측되었으며, TN, TP 등 식물의 성장에 필수적인 영양소 성분들은 인공습지에 식물군집을 형성시키거나 정화식물의 이식을 통해 습지토양으로부터의 제거를 유도할 수 있을 것으로 판단된다.
- 2%의 제거율을 각각 나타내었다. 실험의 수행횟수가 증가하면서 CODcr 과 TOC의 제거율은 모두 약간씩 감소하는 경향을 나타내고 있는데 이는 계절적인 영향에 의한 것이 아니라 토양에 축산폐수의 주입이 지속됨에 따라 토양내에서 유기물(CODcr, TOC)의 완전한 제거가 이루어질 수 있는 충분한 시간적인 여유가 없이 축산폐수가 토양에 계속해서 주입되는 관계로 미 제거된 유기물이 토양에 축적되고 점차 토양의 유기물 완충능 내 지는 제거능이 감소됨에 따라 나타나는 현상으로 볼 수 있다.
- 6%의 효율을 나타내었다. 실험횟수가 증가함에 따라 제거율이 약간 감소하는 경향을 나타내었으나 큰 차이는 없는 것으로 관측되었다.
- 유기물제거의 계절적 영향을 살펴볼 때 계절변화에 따른 유기물의 제거효율에는 큰 차이는 없는 것으로 판단되었다. 즉 유기물의 제거가 온도에 따른 토양미생물의 활성 등에 영향을 받기 보다는 토양매체의 여과 및 흡착에 따른 영향에 좌우되는 것으로 판단되었다.
- 0%의 효율을 나타내었다. 인공습지를 거친 축산폐수 유출수내의 질소형태는 no2- 가 불검출-0.5mg/L, NO-가 0.5-0.9mg/L, NH3 가 평균 10.2mg/L로 유출수 TN농도의 약 65%정도가 NH3로 구성되어 있어 인공습지 내에서 충분한 질산화가 이루어지지 않은 것으로 조사되었다. 따라서 총질소의 제거율과 축산폐수처리장의 TN 방류수기준을 고려할 때 처리효율은 비교적 양호한편이지만 유출되는 질소의 대부분이 NH3 형태를 띄고 있어 환경계로 유출될 경우 수계의 용존산소 고갈의원인 이 될 가능성을 배제할 수 없기 때문에 2차적인 오염의 사전예방을 위해서는 NI%에 대한 후속처리가 병행되어야 할 것으로 판단된다.
- 판단되었다. 즉 유기물의 제거가 온도에 따른 토양미생물의 활성 등에 영향을 받기 보다는 토양매체의 여과 및 흡착에 따른 영향에 좌우되는 것으로 판단되었다. 이는 인공습지에 주입된 축산폐수가 축산폐수처리장에서 이미 생물학적인 처리가 완료된 상태의 처리수이기 때문에 생물학적으로 분해 가능한 유기물은 어느정도 제거되었다고 볼 수 있기 때문이다.
- 처리수의 수질은 상당히 양호한 편이었으며 특히 SS의 경우 평균 99%이상의 높은 제거효율을 나타내었다. 반면 축산폐수처리장의 방류수 기준을 고려할 때 처리수에 대한 추가적인 후속처리가 필요한 것으로 판단된다.
- 토양에 주입된 cT(는)은 유기물의 경우처럼 토양미생물의 기질로 이용되거나 분해가 용이하지 않고, TN, TP의 경우처럼 미생물 또는 식물에 영양소로 이용되지 않기 때문에 인공습지의 방치 후 6개월이 경과한 후에도 감소 정도가 미미한 것으로 측정되어 단기간동안 자연적인 경로를 통한 충분한 감소를 기대하기는 어려울 것으로 관측되었다.
후속연구
- 넷째, 겨울철의 경우 기온이 영하로 하강할 경우는 습지의 토양이 얼어 축산폐수의 주입과 처리가 원활하지 않고 처리에도 장시간이 소요되기 때문에 기온이 하강할 경우는 폐수주입을 중단하는 등 이에 대한 적절한 조치가 필요할 것으로 판단된다.
- 둘째, 강우시 특히 여름의 장마기간에는 주입된 폐수가 강우에 의해 쓸려 내려와 하류 수계의 수질을 더욱 악화시킬 가능성이 있기 때문에 주입시기에 대한 적절한 고려가 선행되어야 할 것으로 판단된다.
- 2mg/L로 유출수 TN농도의 약 65%정도가 NH3로 구성되어 있어 인공습지 내에서 충분한 질산화가 이루어지지 않은 것으로 조사되었다. 따라서 총질소의 제거율과 축산폐수처리장의 TN 방류수기준을 고려할 때 처리효율은 비교적 양호한편이지만 유출되는 질소의 대부분이 NH3 형태를 띄고 있어 환경계로 유출될 경우 수계의 용존산소 고갈의원인 이 될 가능성을 배제할 수 없기 때문에 2차적인 오염의 사전예방을 위해서는 NI%에 대한 후속처리가 병행되어야 할 것으로 판단된다.
- 무엇보다도 인공습지를 이용한 수처리의 장점중 하나는 재래식 수처리 system에 비해 에너지소비가 매우 낮고 비용이 적게 소요된다는 점이며 환경친화적 수처리방법의 하나로 그 이용이 앞으로 보다 확대될 것으로 기대된다.4,5) 반면 다량의 폐수를 처리하기 위해서는 넓은 부지가 필요하며, 악취, 해충발생, 폐수처리에 장시간소요, 처리효율의 조정이 용이하지 않고, 기후(계절)적인 영향을 받기 쉬운 점은 단점으로 지적된다.
- 셋째, 실제로 죽산폐수를 습지를 이용하여 처리할 경우 처리 수의 수질이 인공습지의 처리수 결과와 유사하다고 가정할 때 죽산폐수처리장 방류수 기준과 비교할 때 기준을 초과하고, 또한 토양을 거친 처리수가 지하수나 하류의 수계로 직접 유입될 경우 수질오염을 야기할 수 있기 때문에 습지를 거친 처리수를 포집하여 추가적인 처리를 하여야 할 것으로 판단된다.
- 이는 동일한 토양을 대상으로 증류수를 주입하여 바탕실험한 결과에서 C「이(가) 상당한 농도로 검출되었는데 이결과로부터 인공습지의 토양내에 존재하는 C「의 유출이 cr 농도의 증가를 초래한 것으로 판단된다. 이렇듯 증가된 유출수내의 cr에 대한 적절한 제어가 이루어지지 않은채로 자연수로 유입되는 경우에는 수중의 cr 농도 증가에 따른 수환경에 부정적인 영향을 초래할 가능성이 있기 때문에 이에 대한 적절한 후속처리가 필요할 것으로 판단된다.
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