[논문]시화호 인공습지 운영현황 및 수질정화기능 개선방안

김세원; 김동섭; 최광순

문제 정의

동화천, 삼화천 유역의 경우 주된 오염원이 축산폐수 및 도시하수, 농경지 배수 등이벼, 내부분 비점오염원으로 산재되어 있어 오염물질 차집이 매우 어렵고 효과적인 정화처리가 어려운 실정이었다. 따라서 이상의 3개 하천합류부에 비점오염 물질을 자연정화기법을 이용하여 처리할 수 있는 인공습지를 설치, 상류 유역으로부터의 오염된 하천수를 시화호 유입 직전에 습지로 유입시켜 수질정화 후, 시화호로 유입하여 시화호 수질을 개선하고자 하는데 그 조성목적이 있다.
또한, 습지내 물흐름이 원활하지 못하여 대량증식한 조류와 오염물질들이 습지내 수로를 통해 수질 정화과정 없이 직접 유출되는 현상들로 인해 수질 정화능력이 감소한 주요 원인으로 조사되었다. 위와 같은 조사결과를 바탕으로 시화호 인공습지 내 수질정화기능 향상을 위한 수질개선 대책을 시행하였다.
습지운영 초기 유기물 및 영양염류 제거효율은 약 40~50%로 매우 양호한 수준으로 방류수 목표 수질을 만족시키며 운영되었으나, 2004년부터 일부 오염물질의 제거효율이 저하되었고 계절변동에 따른 오염물질 제거효율 변화도 심하게 나타나는 등 습지의 수처리 기능이 안정적이지 못한 경향을 보이고 있다. 이에 현재 시화호 인공습지의 수질 정화 기능을 종합적으로 분석하고, 인공습지의 수질 정화기능 향상을 위한 대책방안을 수립하고자 한다.

제안 방법

고습지 유출부 지역에 설치하였다. 물흐름 개선을 위해 Zig-Zag 제방을 쌓아 물흐름을 식생대 지역으로 유도하여 충분한 체류시간을 갖고 수생식물과 접촉하여 물리 . 화학 .
본 방법 수행을 위해 겨울시즌에는 물을 빼서 일정 기간 동안 토양층을 대기에 노출 시켰고, 봄과 여름철에는 수위를 10~20cm로 낮게 유지시키는 방안을 시행하였다. 그 결과, 퇴적물층이 자연 산화되어 유기물 분해 능력이 향상되었고, 추가적으로 봄철에 갈대 성장도 촉진되는 결과를 가져왔다.
습지내 혐기성환경 개선을 위해 수위 조절을 통하여 대기중 산소 공급 능력을 향상시켜 퇴적물내혐기성 환경을 자연산화 시키는 방안을 시행하였다. 본 방법 수행을 위해 겨울시즌에는 물을 빼서 일정 기간 동안 토양층을 대기에 노출 시켰고, 봄과 여름철에는 수위를 10~20cm로 낮게 유지시키는 방안을 시행하였다.
시화호 인공습지 운영현황을 반월천 고습지를 대상으로 하였으며 , 유입、유출수 수질현황 및 오염물질 (BOD, TN, TP) 제거효율을 분석하였다. 시화호 인공습지 상류유역에 대한 유역관리 및 하수처리장건설 등이 시행되어 운영초기 유입수 농도에 비해 현재 유입되는 유입수 BOD 농도는 약 5ppm 이하로 초기 설정한 10-30 ppm보다 현저하게 낮은 농도로 유입되고 있는 상황이다.
시화호 인공습지(반월천 고습지)의 시공간적 수 질분포에 대한 정밀조사를 통하여 습지의 수질 정화기능의 평가 및 저하원인을 분석한 결과 다음의 결과를 얻었다.

대상 데이터

염료추적자로서 ANSI/NSF 기준의 일반하천 실험기준을 만족하는 Kmgscote Chemical Inc. 의 Rhodamine 50WT(Red) 용액을 이용하였다.
인공습지내 수로를 통해 어떤 수질정화 처리 없이 오염물질이 유출되는 현상을 개선하기 위해 물흐름을 갈대가 식재되어 있는 지역으로 유도하여 수질 정화능력을 최대화 시킬 수 있는 시설을 반월천 고습지 유출부 지역에 설치하였다. 물흐름 개선을 위해 Zig-Zag 제방을 쌓아 물흐름을 식생대 지역으로 유도하여 충분한 체류시간을 갖고 수생식물과 접촉하여 물리 .

성능/효과

1) 시화호 인공습지의 오염물질 제거효율은 조성 이후 지속적으로 감소하는 것으로 나타났으며, 외국의 습지에 비해 낮은 것으로 나타났다. 특히 BOD와 TP의 월평균 제거효율은 각각 12.
2) BOD의 제거효율은 습지 하류부에서 식물플랑크톤이 대량 증식하였던 4월과 7월에 (-)로전환된 반면, TP의 경우는 4월부터 감소하기 시작하여 5월에 (-)로 전환되어 8월까지 제거효율이 없는 것으로 나타났다.
3) 폐쇄수역인 St. 5, St. 8, St. 10의 좌안, 우안, 중앙 지점의 SS 농도분포를 비교 분석한 결과지점에 따라 다른 분포양상을 보였지만 세 지점 모두 중앙지점에서 높은 경향을 보였다.
4) 결론적으로 시화호 인공습지에서 수질 정화기능의 저하는 과도한 유기물 생산에 의한 습지의 혐기성환경과 이에 따른 습지 하류 부에서 용출된 인과 대량 증식한 식물플랑크톤이 균등하지 못한 물 흐름에 의해 식생대를 거치지 않고 유출되 었기 때문으로 판단된다.
본 방법 수행을 위해 겨울시즌에는 물을 빼서 일정 기간 동안 토양층을 대기에 노출 시켰고, 봄과 여름철에는 수위를 10~20cm로 낮게 유지시키는 방안을 시행하였다. 그 결과, 퇴적물층이 자연 산화되어 유기물 분해 능력이 향상되었고, 추가적으로 봄철에 갈대 성장도 촉진되는 결과를 가져왔다.
첫째, 긴급 배수를 위해 습지 내에 조성한 수로 및 open water로 수체의 흐름 이주를 이루고 있었고, 이는 수로부분이 식생 지역에 비해 흐름을 막는 갈대 등의 장애물이 없어 수리 저항이 작았기 때문인 것으로 판단된다. 둘째, 침전지를 통해 유입된 물은 수리 저항이 없는 수로와 open water를 중심으로 이동되며, 식생 밀집 지역으로 이동이 있으나 지체시간이 길어짐을 알 수 있었다. 셋째, 이러한 수리특성은 습지 내의 각 부분에서 체류시간이 각각 상이하게 나타나는 현상을 초래하며 습지 내 퇴적물의 분포도 각각 다르게 하여 퇴적토의 분해기작을 특정지역에서 과다하게 일으킬 수 있고 과다한 체류시간으로 인한 혐기화도발생시킬 우려가 있을 것으로 판단된다.
또한, 습지내 물흐름이 원활하지 못하여 대량증식한 조류와 오염물질들이 습지내 수로를 통해 수질 정화과정 없이 직접 유출되는 현상들로 인해 수질 정화능력이 감소한 주요 원인으로 조사되었다. 위와 같은 조사결과를 바탕으로 시화호 인공습지 내 수질정화기능 향상을 위한 수질개선 대책을 시행하였다.
생물학적 과정을 통해 오염물질을 정화시켜 수질개선 능력을 향상시키는 방법이다. 물흐름 시설 시행결과, 유기물과 입자성 오염물질의 처리효율이 향상되어 본 시설 적용 전보다 유출수 수질이 매우 안정적으로 처리되는 것으로 나타났다.
여름철에 이러한 현상이 자주 발생하였다. 반월천 고습지를 대상으로 조사한 년 평균 BOD, TN, TP 제거효율 분석결과, BOD는 운영 초기 평균 47%로 양호한 오염물질 제거효율을 보였으나 점차적으로 제거효율이 감소하는 경향을 보였고, TNe 운영기간동안 약 20~40%의 안정적인 제거효율을 보였다. TP의 경우 운영초기에는 약 55% 이상의 높은 오염물질 제거효율을 보였으나, 그 다음해부터 제거효율이 급격하게 감소하였고 2004년부터는 유출수 농도가 유입수 농도보다 높은 역전현상이 나타나기 시작하였다.
둘째, 침전지를 통해 유입된 물은 수리 저항이 없는 수로와 open water를 중심으로 이동되며, 식생 밀집 지역으로 이동이 있으나 지체시간이 길어짐을 알 수 있었다. 셋째, 이러한 수리특성은 습지 내의 각 부분에서 체류시간이 각각 상이하게 나타나는 현상을 초래하며 습지 내 퇴적물의 분포도 각각 다르게 하여 퇴적토의 분해기작을 특정지역에서 과다하게 일으킬 수 있고 과다한 체류시간으로 인한 혐기화도발생시킬 우려가 있을 것으로 판단된다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해서는 습지내 흐름의 균일화를 위한 수리특성 개선이 필요할 것으로 판단된다.
시화호 인공습지의 수질정화기능 하락의 주요 원인을 조사한 결과, 수위 및 수심조절 등이 계획적으로 운영되지 못하였고 오염물질들의 지속적인 퇴적 등으로 인해 특히 봄과 여름철에 혐기성환경이 형성되어 유기물 분해 능력이 감소한 것으로 조사되었다. 또한, 습지내 물흐름이 원활하지 못하여 대량증식한 조류와 오염물질들이 습지내 수로를 통해 수질 정화과정 없이 직접 유출되는 현상들로 인해 수질 정화능력이 감소한 주요 원인으로 조사되었다.
체류시간 실측을 통해 나타난 내용을 정리해 보면, 반월천 고습지에는 다음과 같은 수리 특성이 있었다. 첫째, 긴급 배수를 위해 습지 내에 조성한 수로 및 open water로 수체의 흐름 이주를 이루고 있었고, 이는 수로부분이 식생 지역에 비해 흐름을 막는 갈대 등의 장애물이 없어 수리 저항이 작았기 때문인 것으로 판단된다. 둘째, 침전지를 통해 유입된 물은 수리 저항이 없는 수로와 open water를 중심으로 이동되며, 식생 밀집 지역으로 이동이 있으나 지체시간이 길어짐을 알 수 있었다.
특히 BOD와 TP의 월평균 제거효율은 각각 12.3%와 -44.5%로 나타났으며, 계절변동도 매우 큰 것으로 나타났다.

후속연구

이러한 환경변화는 인공습지를 운영하는 한 지속적으로 일어나기 때문에 지속적인 모니터링을 통한 수질 정화기능 평가 및 개선방안 및 관리방안이 필요하다. 본 연구를 통해 시화호 인공습지의 수질 정화기능을 지속적으로 유지시키면서 관리하기 위한 방안으로 수위관리, 물흐름 개선 뿐만 아니라 식생 관리, 식물플랑크톤 대량증식 관리방안, 고사체 제거 및 인 용출 억제 방안, 수질 및 퇴적물 모니터링 등 다양한 수질정화기능 향상을 위한 개선대책을 체계적으로 수립하여 지속적으로 수행해야 할 것으로 사료된다. 嘛
현재 반월 천고 습지의 경우 앞서 살펴본 바와 같이 식물 고사 체로 인한 수위의 낮아지는 문제, 일부 open water 지역에서의 침식작용으로 인한 부들 유입 등의 문제점들이 파악되었다. 이러한 문제점들의 해결을 위해 문제 지역의 사수역 해결 방안을 위한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
8day)로 조사되었다. 체류시간을 통해 습지의 수리특성을 파악한 결과 수로와 자유수면지역(open water)에서의 흐름 이주를 이루고 있었으며, 이로 인해 습지 전체로는 부분별로 상이한 체류시간을 나타내는 바, 습지 내 흐름의 균일화를 위한 수리특성의 개선이 필요한 것으로 판단되었다. 체류시간 실측을 통해 나타난 내용을 정리해 보면, 반월천 고습지에는 다음과 같은 수리 특성이 있었다.

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