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문제 정의
- 따라서 본 연구는 신규 조성된 주암호 생태습지의 오염 물질 정화효율과 수생태학적 역할을 평가하기 위하여 인공 생태습지 조성 초기부터 시스템 및 시기에 따른 오염물질 함량과 처리효율을 조사하였고, 인공 생태습지 내 식생특성과 수질특성을 고려하여 수생태학적 효율을 평가하였다.
- 주암호 생태습지는 조성초기라 식생의 발달이 수질에 미치는 영향이 많을 것으로 판단된다. 이에 본 조사대상 인공생태습지에서 수생 식물의 분포특성을 조사하여 인공습지에서 식생과 수질간의 상관관계를 조사하여 인공습지의 수생태학적 역할을 평가하고자 하였으며, 인공 생태습지의 각 시스템별 식생결과는 Table 2에서 보는 바와 같다. 수생식물은 습지생태계의 1차 생산자로서 습지의 토양을 안정화시키고 침식을 방지하며, 수 중 부유물질의 침전촉진과 영양염류와 유해물질을 흡수한다.
제안 방법
- 주암호 생태습지로 유입되는 비점오염원의 수질 특성은 습지 내 시스템과 시기에 따라 매우 다르기 때문에 생태습지의 시스템 및 시기에 따른 수질학적 특성을 조사하기 위해 각 구간별 처리수중의 BOD, COD, SS, T-N 및 T-P 함량을 조사하였다. 계절별 처리효 율은 봄 (3, 4 및 5월), 여름 (6, 7 및 8월) 및 가을 (9, 10월) 로 구분하여 습지 내 A, B 및 C 시스템의 처리 수중 BOD, SS, T-N 및 T-P의 조사 결과를 각각 비교 검토하였다.
- 생태습지의 수질학적 특성 및 시스템별 수처리 효율을 평가하기 위해 2011년 3월부터 10월까지 월 1～2회 주기로 조사하였으며, 생태습지로 유입되는 유입수와 인공습지 시스템별 유입 및 유출부로 구분하여 Fig. 1에서 보는 바와 같이 채취지점별로 시료를 채취하여 3반복으로 분석하여 통계처리하였다.
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실험방법 및 조사시기
주암호 생태습지로 유입되는 비점오염원의 수질 특성은 습지 내 시스템과 시기에 따라 매우 다르기 때문에 생태습지의 시스템 및 시기에 따른 수질학적 특성을 조사하기 위해 각 구간별 처리수중의 BOD, COD, SS, T-N 및 T-P 함량을 조사하였다. 계절별 처리효 율은 봄 (3, 4 및 5월), 여름 (6, 7 및 8월) 및 가을 (9, 10월) 로 구분하여 습지 내 A, B 및 C 시스템의 처리 수중 BOD, SS, T-N 및 T-P의 조사 결과를 각각 비교 검토하였다.
대상 데이터
- A 시스템은 자유수면형 습지인 A-1, A-2 및 A-3와 지하흐름형 습지인 A-4 및 A-5로 이루어져 있고, B 시스템은 자유수면형 습지인 B-1, B-2, B-3 및 B-4와 지하흐름형 습지인 B-5로 구성되어 있으며, C 시스템은 자유수면형 습지인 C-1, C-2, C-3 및 C-4와 지하흐름형 습지인 C-5로 구성되어 있다. 습지 전체적으로는 저류지 2개, 자유수면형 습지 11개, 지하흐름형 습지 4개, 자연원형 보전지역 2곳 및 수련식재지 2곳으로 구성되어 있다. 생태습지의 식생은 2010년 말에 식물원으로부터 수생식물을 구입하여 이식되었으며, 세부 식생조성 방법은 Cho (2011)가 보고한 바 있다.
- 62 km2 이며 산지, 농지, 도로 및 유휴 농지 등에서 발생하는 식물 고사체, 물웅덩이 부유물, 하천 주변 경작지에서 사용되는 농약 및 비료, 하천 주변 도로의 타이어 분진 및 기름 등의 비점오염원이 유입되고 있어 상수원 보호를 위해 이들 비점오염원의 저감이 필요한 실정이 다. 이에 유정천으로 유입되는 비점오염원을 제거하기 위하여 2011년에 전남 보성군 복내면 유정리에 주암호 생태습지를 조성하였다.
이론/모형
- , 2004) 및 APHA의 standard method (APHA, 1995)에 준하여 실시하였다. BOD의 분석은 윙클러아자이드화나트륨변법을 사용하였고, COD의 분석은 중크롬산칼륨법을 사용하였으며, SS의 분석은 유리섬유여과법을 사용하였다. T-N의 분석은 자외선 흡광광도법 (UV2550PC, Perkinelmer)을 사용하였으며, T-P의 분석은 아스코르빈산 환원법 (UV2550PC, Perkinelmer)을 사용하였다.
- BOD의 분석은 윙클러아자이드화나트륨변법을 사용하였고, COD의 분석은 중크롬산칼륨법을 사용하였으며, SS의 분석은 유리섬유여과법을 사용하였다. T-N의 분석은 자외선 흡광광도법 (UV2550PC, Perkinelmer)을 사용하였으며, T-P의 분석은 아스코르빈산 환원법 (UV2550PC, Perkinelmer)을 사용하였다.
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분석방법
수질 분석은 수질오염공정시험법 (Choi et al., 2004) 및 APHA의 standard method (APHA, 1995)에 준하여 실시하였다. BOD의 분석은 윙클러아자이드화나트륨변법을 사용하였고, COD의 분석은 중크롬산칼륨법을 사용하였으며, SS의 분석은 유리섬유여과법을 사용하였다.
성능/효과
- C-4조에서는 부들이 대부분 우점하여 넓은 면적에 걸쳐 서식 하고 있었다. C 시스템의 수처리 효율은 T-P 처리효율을 제외 하고 조사된 모든 항목에서 다른 시스템들 보다 높은 처리효율을 나타내었다. C 시스템은 다른 시스템에 비해서 수생식물의 분포가 비교적 안정적으로 넓은 면적으로 분포하고 있었으며 분포 식물 또한 영양염류의 흡수 등과 같은 수질정화에 높은 효율을 가지고 있는 부들과 수련 등이 분포하고 있었다.
- 방류수 중 계절별 T-P 처리효율은 봄에 평균 -24%로 낮은 처리효율을 보였지만 여름과 가을에 각각 64%와 32%로 안정적인 처리효율을 나타내었다. T-P의 연평균 방류수 중 처리효율은 24%이었으며 A 시스템, B 시스템 및 C 시스템의 처리효율은 각각 18, 15, 및 1%로 다른 조사항목들과 다르게 A 시스템에서 가장 높은 효율을 나타냈다. A 시스템의 경우 교란종인 겨풀이 전반적으로 우점하고 있어 다른 항목에서는 처리효율이 낮았는데, T-P 제거효율의 경우 다른 시스템에 비해 높은 처리효율을 나타내었다.
- 8에서 보는 바와 같다. 계절별 BOD 처리효율은 가을에 가장 처리효율이 좋았으며 봄과 여름에는 대부분 낮은 처리효율을 나타내었다. 습지에서 효과적으로 BOD가 처리되기 위해서는 안정화 단계에 도달하기 위한 시간이 필요한데 본 생태습지에서는 BOD 평균 처리효율이 봄, 여름 및 가을 순서로 -39, -22 및 4%로 시간이 지남에 따라 처리효율이 좋아지는 경향이었다.
- 8에서 보는 바와 같다. 계절별 T-N 처리효율은 봄에 가장 안정적인 효율을 나타냈으며 가을에 가장 낮은 처리효율을 나타내었다. 이와 같이 봄에 처리효율이 높게 나타난 것은 봄철 배후농경지 논의 영농활동이 유입수 중 T-N 농도를 매우 높임에 따라 상대적으로 더많은 양의 T-N을 처리하여 높은 처리효율을 나타낸 것으로 판단된다.
- 8에서 보는 바와 같다. 방류수 중 계절별 T-P 처리효율은 봄에 평균 -24%로 낮은 처리효율을 보였지만 여름과 가을에 각각 64%와 32%로 안정적인 처리효율을 나타내었다. T-P의 연평균 방류수 중 처리효율은 24%이었으며 A 시스템, B 시스템 및 C 시스템의 처리효율은 각각 18, 15, 및 1%로 다른 조사항목들과 다르게 A 시스템에서 가장 높은 효율을 나타냈다.
- 본 생태습지의 시스템별 방류수 중 T-N 함량은 A 시스템 방류수에서 0.24∼1.14 mg L-1 범위이었고, B 시스템 방류수에서 0.19∼1.12 mg L-1 범위로 나타났으며 C 시스템 방류수의 T-N 함량은 0.20∼0.93 mg L-1 범위이었다.
- 계절별 BOD 처리효율은 가을에 가장 처리효율이 좋았으며 봄과 여름에는 대부분 낮은 처리효율을 나타내었다. 습지에서 효과적으로 BOD가 처리되기 위해서는 안정화 단계에 도달하기 위한 시간이 필요한데 본 생태습지에서는 BOD 평균 처리효율이 봄, 여름 및 가을 순서로 -39, -22 및 4%로 시간이 지남에 따라 처리효율이 좋아지는 경향이었다. 시스템별 평균 BOD 처리효율은 A 시스템에서 10%, B 시스템에서 13%, C 시스템에서 31%로 처리효율은 C 시스템 > B 시스템 > A 시스템 순이었다.
- 시스템별 방류수 중 COD 변화량은 A 시스템, B 시스템 및 C 시스템 순으로 각각 1.80∼4.89, 1.78∼6.59 및 1.04∼3.70 mg L-1 범위이었으며 전반적으로 C 시스템의 방류수에서 가장 안정된 COD 변화율을 보였다.
- 70 mg L-1 범위이었으며 전반적으로 C 시스템의 방류수에서 가장 안정된 COD 변화율을 보였다. 시스템별 최종 방류수 중 COD가 초기 유입수 중 COD 보다 높아진 시기가 많았는데 이는 습지가 아직 안정화 상태에 도달하지 못한 것으로 판단된다. Seo et al.
- 시스템별 평균 처리효율은 C 시스템 > B 시스템 > A 시스템 순으로 앞서 언급된 BOD 및 SS 처리효율과 마찬가지로 습지 내 수생식물의 피도가 높은 C 시스템에서 가장 높은 처리효율을 나타내었다.
- 54 mg L-1 로 현행 BOD 방류수 수질기준인 8 mg L-1 (Korean Ministry of Environment, 2006) 보다 훨씬 낮은 경향이었다. 전반적으로 시스템별 큰 차이는 없었으나 4월, 5월, 9월 및 10월에서 각각 한 시스템에서만 BOD가 높아지는 현상이 나타났다. 특히 A 시스템에서 BOD는 4월과 10월에 각각 1.
- 93 mg L-1 범위이었다. 전반적으로 시스템별 함량 차이가 크지 않았으며, 총 질소 방류수 수질기준인 20 mg L-1 보다 매우 낮은 함량이었다. 방류수 중 T-N 농도는 3월과 여름철에 높은 경향이었다.
- 주암호 생태습지 시스템 및 시기에 따른 최종 방류수 중 T-P 변화량을 조사한 결과는 Fig. 7에서 보는 바와 같으며 유입수 중 T-P 함량은 0.001∼0.685 mg L-1 범위로 시기에 따라 매우 큰 폭으로 차이가 나타났다.
- 시스템별 SS 평균 처리효율은 C 시스템 > B 시스템 > A 시스템 순으로 BOD 처리효율과 유사한 경향이었다. 최종 방류수 중 SS 평균 처리효율은 -6%로 저조한 효율을 나타내었으나 B 시스템과 C 시스템 모두 각각 30% 이상의 처리효율을 나타내었다.
- , 2001). 최종 방류수 중 년 평균 T-N 처리효율은 50%로 모든 습지 시스템에서 30% 이상의 높은 처리효율을 나타내었다. 시스템별 평균 처리효율은 C 시스템 > B 시스템 > A 시스템 순으로 앞서 언급된 BOD 및 SS 처리효율과 마찬가지로 습지 내 수생식물의 피도가 높은 C 시스템에서 가장 높은 처리효율을 나타내었다.
- , 2011a). 특히, 본 조사 대상 인공습지의 경우 조성 초기로 각 시스템별 식생의 유무에 따라 부유물질의 처리효율에 다소 차이가 있었으며, 비교적 식생이 잘 발달된 C 시스템이 A 및 B 시스템에 비해 부유물질 처리효율이 높은 것으로 판단된다.
후속연구
- , 2007). 따라서 우점하고 있는 식생의 분포 현황을 확인함으로써 식생에 따른 각 습지별 오염물질에 대한 처리효율을 확인할 수 있을 것이다. 주암호 생태습지에는 다양한 수생식물들이 분포하고 있었으나 각 시스템 조별로 주요 우점하고 있는 식물들만 선별하여 표기하였다.
- 483 mg L-1범위이었으며, T-P 함량은 전반적으로 미미한 함량이 검출되었고 시스템에 따라 매우 비슷한 함량을 나타내었다. 인공습지에서 총 인의 처리는 인산염의 침전, 기질에의 흡착, 수생식물에 의한 흡수, 조류와 세균에 의한 흡수 등으로 예상할 수 있으며 (Corbitt and Bowen, 1994), 본 주암호 생태 습지에서 T-P 처리효율을 정확히 규명하기 위해서는 퇴적층 및 분포 미생물에 대한 정밀한 실험이 추후에 진행될 필요성이 있다.
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