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ISSN : 2288-1115(Print)
ISSN : 2288-1123(Online)
Korean Journal of Ecology and Environment Vol.46 No.1 pp.116-127
DOI : https://doi.org/10.11614/KSL.2013.46.1.116

부유습지를 이용한 부영양수계 현장 수질개선 효과

박채홍, 박명환*, 최동호1, 최형주1, 이준헌1, 이명훈1, 황순진*
건국대학교 환경과학과, 1(주)케이씨리버텍

The Effect of Floating Wetland on Water Quality Improvement in a Eutrophic Lake.

Soon-Jin Hwang*, Chae-Hong Park, , Myung-Hwan Park*, Dong-Ho Choi1, Hyung-Joo Choi1, Joon-Heon Lee1, Myung-Hoon Lee1
Department of Environmental Science, Konkuk University, Seoul 143-701, Korea
1KC RIVERTECH, Daegwang Plaza, Haan-dong, Gwangmyung, Gyeonggi, Korea
Manuscript received 28 December 2012, Revised 18 January 2013, Revision accepted 11 March 2013

Abstract

At weekly intervals, we monitored continuous changes in water quality by constructedfloating wetland equipped with the four different filter media (sponge, volcanicstone, activated carbon and magnesium hydroxide) in a eutrophic lake from March2011 to May 2012. We also investigated phyto- and zooplankton communities both inthe influent and the effluent water through the floating wetland. Over a 10-monthtime period, average turbidity (66%), suspended solids (79%) and chlorophyll-a (80%)concentrations were remarkably reduced in the effluent water compared to theinfluent (P<0.001). The average removal rates of NO2-N and NH3-N were 24% and20%, respectively (P<0.05). The average removal rates of NO3-N and TN were lessthan 10% (P>0.05). On the other hand, the average removal rates of PO4-P and TPwere more than 65% (P<0.01). Interestingly, the abundance of phytoplankton in theeffluent was decreased about 2.6 times compared to that of the influent, whereas theabundance of zooplankton in the effluent was increased about 3.5 times compared tothat of the influent. Overall, particulate matters (SS, Chl-a and TP) and dissolvednutrients (NO2-N, NH3-N and PO4-P) were particularly reduced at high rates. Therefore,application of our constructed floating wetland in a eutrophic lake improvedthe water quality and demonstrated a potential for algal bloom mitigation.

14-1263-부유습지(dh).155419.pdf529.5KB

서 론

국내외적으로 수중의 질소와 인을 자연적으로 정화하여 호소의 부영양화를 방지하고 수질을 개선하기 위한 여러 가지 방법이 사용되고 있는데, 특히 부유습지의 이용은 최근에 와서 경관적 이용으로부터 탈피하여 수질개선을 위한 새로운 기술로 이용하고자 하는 관심이 증가하고 있다(Yang, 2002; Rousseau et al., 2004). 부유습지는 호소 수표면에 설치하여 호소로 유입된 오염물질을 제거하기 위한 목적으로 사용되며(Yang, 2006), 인공섬, 인공식물섬, 인공습지, 인공수초재배섬, 어류산란시설 등의 다양한 명칭으로 설치되어 왔다(Corbitt and Bowen, 1994; Mueller et al., 1996; Choi et al., 2007). 기존의 부유습지를 이용한 수질정화는 식물에 의존하였기 때문에 수질개선 효율이 낮은 편이며, 수질개선 범위가 좁다는 한계가 있다(Kim et al., 2010). 이러한 한계점을 보완하고 수질개선 효율을 향상시키기 위하여 부유습지의 구조와 구성요소를 보완하는, 예를 들면 수질정화용 여재들을 이용한 아이디어와 이를 실증하고자 하는 연구들이 활발히 진행되어왔다 (Drizo et al., 1999; Prochaska and Zouboulis, 2006; Park et al., 2012). 부유습지에 적용되는 여재의 선정은 부유습지의 수명과 관련하여 가장 중요한 인자로 알려져 있다(Seo, 2005). 부유습지에서 질소는 인에 비해 질산화 탈질에 의해 N2 및 N2O로 전환되어 대기중으로 장기적인 처리가 가능하며, 인은 식물의 흡수(Greenway and Woolley, 1999), 미생물의 고정화(Newbold et al., 1983; Reddy et al., 1999), 여재의 흡착(Kadlec, 1997; Tanner et al., 1998) 침전(Diaz et al., 1994) 등에의해 처리된다. 따라서 부유습지에서 인의 처리효율향상과 장기간의 수처리를 위해서는 식물이나 미생물의 처리 능력을 향상시키는 것으로는 높은 인 처리효율을 기대하기 어려우며, 여재의 흡착 침전의 능력을 향상키는 방법이 효과적일 것으로 판단된다(Brix, 1994, 1997).

 일반적으로 수질정화에 사용되는 여재들은 다공성 형태를 보이며, 비표면적이 넓기 때문에 기질표면에 부착한 생물막이나 미생물군이 영양염을 제거하는데 매우 효과적이고, 운전관리가 용이하며, 2차 오염물질이 없는 장점을 가지고 있어 관련 연구가 점차 확산되고 있다.

 외국의 경우, wollastonite (규회석)을 여재로 적용한 부유습지의 인 제거 효율 평가(Brooks et al., 2000), 점토와 석회를 혼합한 marl (이회토)를 여재로 사용한 인공습지의 폐수처리(Gray et al., 2000), pulverized fly ash bricks, shale, gravel을 적용한 Pilot-Scale 인공습지의 질소 제거효율 평가(Singh and Jiang, 2010) 등이 보고되었다. 국내의 경우, 황토비드(loess bead), black carbon, 부석(pumice), 규산질 화산석 등이 혼합된 여재가 충진된 지하흐름형 인공습지 효율평가(Seo et al., 2007), 왕사와 쇄석이 혼합된 여재를 사용한 인공습지의 수질오염물질 처리효율(Seo and Kang, 2010), Bio stone 여재를 적용한 호소 수질개선 인공식물섬의 장치개발 연구(Kim et al., 2010) 등이 보고되었다. 그러나 여재를 이용한 수질개선의 장점에도 불구하고 부유습지에 여재를 이용하는 경우 여재 표면의 부유 오염물질의 축적 또는 미생물의 과다한 성장에 의한 여재의 막힘 현상 발생 및 여재의 흡착능력 저하 등의 단점도 노출되어 이에 대한 개선이 앞으로 부유습지의 여재 적용에 있어서 장치 설계시 함께 고려해야 한다.

 따라서 본 연구는 선행의 여재를 이용한 실내 수질개선 효과에 대한 연구(Park et al., 2012)를 바탕으로 입자성물질과 영양염 제거에 높은 효과를 보였던 스펀지, 화산석, 활성탄, 수산화마그네슘 등 네 가지 여재를 카트리지 형식으로 적용한 부유습지의 수질개선 효율과 현장적용 가능성을 파악하고자 수행되었다.

재료 및 방법

1. 조사지점 및 조사기간

 부유습지는 경기도 안산시 반월천 고습지 내 부영양수계에 설치하였다. 반월천 고습지(190,063m2)는 시화호로 유입되는 지천(반월천, 동화천, 삼화천)의 수질개선을 위해 조성된 대규모 인공습지로서(Korea Water Resources Corporation, 2002), 최근 2009~2010년의 자료에 따르면 TN, TP, Chl-a의 평균 농도가 각각 8.37 mg L-1, 0.17 mg L-1, 35 μg L-1로서 질소와 인이 과영양상태에 있다(Kwater, 2009, 2010).

 본 연구에 사용된 부유습지는 부유습지 중심부에 위치한 수중 펌프에 의해 정체수역 하부에 있는 물을 끌어올리는 방식으로 현장수를 부유습지 내로 유입시켰다. 유입된 현장수를 카트리지 형식의 스펀지, 화산석, 활성탄, 수산화마그네슘 등의 네 가지 여재를 통과하도록 하였으며, 수로바닥에 여과성 매트(코코넛섬유)를 설치하는 방법으로 고안되었다(Fig. 1). 일반적인 여재의 가장 큰 문제점은 장기간 운영시 공극 막힘현상 등의 단점이 있을 수 있다. 이에 본 연구에서 고안한 방법은 하중이 적은 여재를 카트리지식으로 설치하여 일정기간 사용한 카트리지식 여재는 자동 역세척을 실시하여 여재의 막힘을 방지함으로써 재사용이 가능하게 하였고, 장기간 운용후 여재의 효율 저하시에는 교체를 용이하게 하여 처리효율을 지속적으로 유지하였다. 조사는 2011년 3월부터 2012년 5월까지 15개월 동안 총 42회에 걸쳐 이루어졌고, 부유습지에 유입되는 유입수와 네 가지 여재를 거쳐 최종적으로 통과된 유출수를 분석하였다.

Fig. 1. Schematic of the studied floating wetland system.

2. 환경요인 분석

 실험기간 동안 수질환경 변화를 측정하기 위하여 Portable multi-parameter (HORIBA U-52, HORIBA Ltd., Japan)를 이용하여 수온, pH, 전기전도도, 용존산소, 탁도 등을 측정하였다. Chl-a 농도는 Whatman GF/F (Whatman International Ltd. Maidstone, England)로 여과하여 90% 아세톤 10 mL로 24시간 동안 4℃의 암상태에서 추출한 후 20분간 원심분리하여 흡광도를 측정하여 계산하였다(APHA, 2005). SS농도는 시료를 GF/F 여과지로 여과하여 105℃에서 24시간 건조시킨 후의 측정 무게(S2)와 시료를 넣기 전 초기 여과지의 무게(S1)의 차이(S1-S2)를 계산하였다(APHA, 2005). 영양염 농도는 Standard Methods (APHA, 2005)에 준하여 측정하였는데, NO2-N은 colorimetric법, NO3-N은 ultraviolet spectrophotometric screening법, NH4-N는 phenate법, TN은 persulfate분해 후 ultraviolet spectrophotometric screening법, PO4-P는 ascorbic acid법, TP는 persulfate 분해 후 ascorbic acid 법으로 용존무기인 농도를 각각 측정하였고, COD는 과망간산 칼륨법을 이용하여 측정하였다.

3. 식물플랑크톤 및 동물플랑크톤 분석

 식물플랑크톤은 채수 후 200 mL 폴리에틸렌 시료병에 담아 Lugol액으로 고정하고 균일하게 혼합시킨 뒤 12시간 침전시킨 다음 S-R chamber를 이용하여 광학현미경(Axiostar plus, ZEISS, Germany)하에서 주요 식물플랑크톤 군집별로 구분하여 동정∙계수하였다(Chung, 1993). 동물플랑크톤은 망목의 크기가 64 μm인 네트를 이용해 5L를 여과시킨 후 sucrose-formalin으로 최종 농도 5%로서 고정하고, S-R chamber를 이용하여 광학현미경(Axiostar plus, ZEISS, Germany)하에서 대형(지각류, 요각류), 소형(윤충류, 요각류 유생)으로 동정 및 계수하였다(Stemberger, 1979; Balcer et al., 1984; Cho, 1993).

4. 자료분석

 부유습지 유입수와 유출수에서의 환경요인, 수질 및 플랑크톤 밀도 차이를 비교하기 위하여 SPSS package (ver. 18.0. SPSS Inc., USA)를 이용하여 Paired-t test를 실시하였다. 통계적 유의수준은 p<0.05이다.

결과 및 고찰

1. 환경요인의 변화

실험기간 동안 부유습지의 수온은 유입수가 5.9~28.7℃ (평균 17.1℃)의 범위를 나타냈으며, 유출수는 5.9~28.5℃ (평균 17.2℃)로 수온 차이는 거의 없었다(Fig. 2a). 용존산소는 유입수에서 4.7~15.6 mg L-1  (평균 11.3mg L-1), 유출수에서 5.2~15.5 mg L-1 (평균 10.3 mg L-1)로 유출수에서 다소 낮은 수준을 나타냈다(Fig. 2b). 전기전도도는 유입수와 유출수에서 각각 73.7~414 μS cm-1(평균 199.0 μS cm-1), 72.1~421 μS cm-1 (평균 194.1 μS cm-1)로 차이를 보이지 않았다(Fig. 2c). 탁도는 유입수에서 4.9~82.6 NTU (평균 23.3 NTU)의 범위를 나타냈으며, 유출수는 1.8~14.8 NTU (평균 6.8)의 범위를 나타냈으며, 부유습지의 처리에 따른 탁도 감소율이 66.1%로 높게 나타냈다(Fig. 2d). 조사기간 동안 유입수는 녹조류(Scenedesmus sp.) 및 남조류(Oscillatoria sp.) 대발생 및 강우로 인한 탁수 발생으로 인해 높은 수준(50 NTU 이상)의 탁도를 나타낸 것에 비해 유출수는 유입수와 일정한 차이를 보이면서 낮은 수준을 유지하였다. 이는 부유습지내에서 유속의 감소로 인해 고형물의 침전이 발생하였고, 또한 여재를 통과함에 따라 고형물이 제거된 것으로 사료된다(Ko et al., 2010). pH는 유입수가 6.7~9.5(평균 8.1), 유출수는 7.4~9.9 (평균 8.3)로 유출수에서 약간 더 높은 수준을 나타냈다(Fig. 2e). 일반적으로 식물플랑크톤의 증식에 따라 용존 이산화탄소가 소모되기 때문에 pH는 식물플랑크톤의 증식과 함께 증가하는 양상을 보이는데, 유출수에서 상대적으로 적은 식물플랑크톤 세포밀도에도 불구하고 나타난 이러한 현상은 부유습지에 적용된 약염기성 수산화마그네슘 여재의 영향에 따른 것으로 사료된다(Henrist et al., 2003).

Fig. 2. Change in physico-chemical parameters in the influent and the effluent of the floating wetland.

2. SS, Chl-a농도 및 COD 변화

 부유습지에서 입자성 물질(SS, Chl-a, COD)의 제거는 대부분 여재의 여과작용에 의해 이루어지며 이러한 입자성 물질들은 여재의 공극사이에 흡착된다(Watson et al., 1989). 실험기간 동안 SS는 유입수 평균 34.0 mg L-1, 유출수 6.0 mg L-1로 조사되어 평균 79.4%의 높은 감소율을 나타냈으며 통계적 유의한 차이(p=0.000001)를 보였다(Fig. 2f; Table 1). 특히 조류대발생 기간(6월 중순~7월 말) 동안 유입수에서 최대 221.8 mg L-1의 높은 농도를 나타낸 반면, 유출수에서 20.5 mg L-1의 낮은 농도를 보이며 매우 높은 제거율(90.7%)을 나타냈다.

 부유습지의 Chl-a 농도 역시 유입수 평균 47.2 μg L-1, 유출수에서 8.1 μg L-1로서 약 80.2%의 높은 감소율을 나타냈으며 통계적으로도 유의한 차이(p=0.00000)를 보였다(Fig. 2g; Table 1). 7월 초 장마철로 인해 유입유량이 급증하였던 시기를 제외하면 반월천 고습지에서 6월 중순부터 7월 말까지 평균 Chl-a농도가 150 μg L-1 이상의 조류대발생을 보였으나, 유출수에서는 평균 16.7 g L-1의 낮은 농도를 유지하며 SS 감소의 경우와 같이 매우 높은 제거율(90.6%)을 나타냈다. COD 농도 역시 유입수에서 평균 6.7mgO2L-1, 유출수에서 평균 5.3mgO2L-1로 24.3%가 감소하였으며, 통계적으로 유의한 차이(p=0.000427)를 나타냈다(Fig. 2h; Table 1).

Table 1. Paired t-test (turbidity, chlorophyll-a, suspended solids, COD, nutrients, phytoplankton and zooplankton abundance), removal and/or increasing rate (%) in the floating wetland.

 Kim and Yoon (2000)은 모래를 여재로 사용한 인공습지에서 SS는 평균 73.4%의 제거율을 보였으며, Kim et al. (2010)은 Biostone을 여재로 사용한 부유습지에서 SS 제거효율은 평균 53.5%, COD는 평균 36.9% 제거효율을 보인다고 보고하였다. 또한 Seo et al. (2007)은 황토비드, black carbon, 부석, 규산질 화산석 등이 혼합된 혼합여재를 사용한 인공습지 효율 평가에서 SS는 평균 70% 이상, COD는 24~92%의 제거율을 보이는 것으로 조사되어 본 연구와 결과를 비교해 볼 때, 입자성 물질의 제거효율은 비슷한 경향을 나타내고 있었다.

3. 영양염 농도 변화

 부유습지의 유입수와 유출수에 대한 영양염 농도 변화는 Fig. 3과 같다. 질소 계열 영양염 중 NO3-N와 TN은 여재를 통과한 유출수가 유입수와 유의한 차이를 보이지 않았다(p>0.05 for all). 반면에 NO2-N (24.1%)과 NH3-N(20.8%)은 다소 높은 감소율을 나타냈으며, 각각 통계적으로 유의한 차이(p=0.013352; p=0.001837)를 나타냈다(Fig. 3a, c; Table 1). 인 계열 영양염에서는 PO4-P와 TP 모두 65% 이상의 높은 제거율을 나타내며 각각 통계적으로 유의한 차이(p=0.000000; p=0.000000)를 나타냈다(Fig. 3d, f; Table 1). 본 연구에서 사용된 여재 중 활성탄은 질소흡착보다는 인흡착이 좀더 우수한 것으로 보고된 바 있다(Seo et al., 2008; Seo and Kang, 2010). 인흡착이 우수한 활성탄과 인흡착용 천연소재인 수산화마그네슘이 포함된 여재들 사이의 상승작용으로 더 높은 인 제거효과를 나타낸 것으로 사료된다(Park et al., 2012).

Fig. 3. Change in nutrients concentration in the influent and the effluent of the floating wetland.

 영양염 농도가 가장 높았던 조류대발생 기간(6월 중순~7월 말)에서도 유입수와 유출수간의 뚜렷한 질소와 인농도 차이를 나타내었다. 용존성 물질은 여재에서 성장하는 biofilm형태의 부착성 미생물이나 여재 사이에 존재하는 부유성 미생물에 의해 생물학적 과정을 거치며 분해된다고 알려져 있다(Watson et al., 1989). 질소는 미생물이 질산화/탈질을 통한 질소 제거가 주된 기작으로 알려져 있으며, 여재로 사용된 스펀지, 화산석, 활성탄에서 성장한 미생물에 의해 질소의 제거가 나타난 것으로 사료된다. 또한 인 제거는 여재에 의한 흡착, 침전, 식물의 흡수, 미생물에 의한 흡수 등의 기작으로 알려져 있다(Sundaravadivel and Vigneswaran, 2001). 습지에서 식물에 의한 인 제거는 전체 인 제거의 3% 정도만을 차지하고 있으며, 대부분의 인 제거는 여재에 흡착되거나 침전에 의해 제거 된다고 밝혀져 있다(Browning and Greenway, 2003). 이러한 여재의 흡착을 통한 인 제거가 큰 역할을 하기 때문에 인의 흡착 능력이 우수한 여재의 선발(Calcite, light-weight expanded clay, light-weight expanded shale, 제강슬래그, 석회암 등)에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다(Comeau et al., 2001; Drizo et al., 2002;Molle et al., 2003; Zhu et al., 2003; Forbes et al., 2004). 본 연구에 사용한 여재인 활성탄 및 수산화마그네슘의 질소, 인 및 중금속 제거에 대한 많은 연구가 최근까지 이루어져 왔으며, 그 효율 또한 탁월한 것으로 보고되었다(Kim et al., 1998; Seo et al., 2008; Seo and Kang, 2010; Bologo et al., 2012; Park et al., 2012).

 Ham et al. (2006)의 연구에 의하면 부유습지에 의한 유입수 내 오염물질의 수질개선효율을 생장기(3~11월)와 동절기(12~2월)로 구분하여 측정한 결과, 생장기와 동절기 각각 TP의 제거율은 50%, 53%, TN은 51%, 31%정도인 것으로 보고 되었다. 동절기에는 낮은 수온으로 인해 미생물에 의한 유기물분해가 저조하고, 질산화와 탈질화를 통해 이루어지는(Seitzinger, 1988) 질소의 제거에 관련된 미생물은 온도의 영향을 받기 때문에 하절기에 비해 동절기의 수질개선효율이 낮아지는 것으로 사료된다(Brodick et al., 1988). 본 연구에서도 인 제거율이 동절기인 12월보다는 하절기(6~9월)에 제거율이 더 높았으며, 질소도 12월에 비해 6~7월에 높은 제거율을 보여 Ham et al. (2006)의 연구와 일치하는 경향을 보였다. 하지만 동절기에서 일정한 제거율을 보이며 낮은 영양염 농도를 유지한 것으로 보아 부유습지의 지속적인 운영에는 이상이 없는 것으로 판단된다.

 Kim and Yoon (2000)은 습지식물로 갈대를 이용하고 모래를 여재로 주입한 인공습지에 대한 5년 이상의 지속적인 연구결과, BOD와 SS의 제거는 70% 정도의 제거율을 보였으나 질소, 인의 영양염류 제거는 상대적으로 낮은 제거율을 보이는 것으로 보고하고 있으며, Kwon and Park (2003)은 호소에 수생식물을 적용한 부유습지를 설치하여 1년간 수질정화 효율을 조사한 결과, BOD의 평균제거효율은 33%, TN과 TP는 각각 22%, 29%였다. 또한 Kim et al. (2010)이 고안한 수생식물과 Biostone 여재를 혼용한 부유습지는 TN평균 제거효율은 23%, TP평균 제거효율은 33%로 나타났다. 본 연구와 비교해 볼 때 수질정화효율은 더 높거나 비슷한 경향을 보였으나, 수생식물의 성장시기를 제외한 나머지 기간에는 효율이 떨어져 계절적 영향을 많이 받는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구는 식물을 이용한 인공습지보다 4가지 여재를 사용 함에 따라 오염물질 농도를 일정농도 이하로 유지시켜 계절적 영향을 최소화 할 수 있음을 보였다.

4. 식물플랑크톤 및 동물플랑크톤 변화

 담수환경의 식물플랑크톤이 주로 규조류, 남조류, 녹조류로 구성종들의 천이에 의하여 계절적 변화가 이루어지며, 일반적으로 봄과 여름에 녹조류, 늦여름과 가을에 남조류 그리고 수온이 낮아지는 겨울 전후에 규조류가 우점하는 천이과정을 거친다고 알려져 있다(Hutchinson, 1967). 유입수에서는 3~4월에는 규조류 Nitzchia palea와 남조류 Oscillatoria limnetica가 우점하다가 5~6월에 규조류 Cyclotella sp.가 7~8월에는 남조류 Oscillatoria limnetica 및 녹조류 Scenedesmus quadricanda, Pediastrum duplex가 우점하였고, 9~12월에는 다시 Cyclotella sp.가 우점하였다. 유출수에서의 우점종 역시 유입수와 큰 차이를 나타내지 않으며 비슷한 우점종 변화를 나타냈다.

 조사기간 동안 유입수에서 녹조류의 총 세포밀도는 약 21.6×106 cells mL-1 였으나, 유출수에서는 8.5×106 cells mL-1로 60.7%의 높은 제거율을 나타냈다. 또한 남조류(13.1×106 cells mL-1 → 3.1×106 cells mL-1)와 규조류(51.2×106 cells mL-1 → 20.6×106 cells mL-1)에서도 각각 75.9%, 59.6%의 높은 제거율을 나타냈다(Table 2). 6~7월 사이 규조류 Cyclotella sp.와 녹조류 Scenedesmus quadricanda가 대량으로 번성하면서 조류대발생이 나타났으나, 유출수에서는 세포밀도가 90% 이상 감소하면서 낮은 수준을 유지하였다(Fig. 4). 부유습지의 유입수와 유출수에서 식물플랑크톤의 출현 종과 종수의 변화 경향은 서로 비슷하였으나, 조사기간 동안의 평균 세포밀도는 유입수 2.4×106 cells mL-1, 유출수 0.9×106 cells mL-1로 약 3배 정도 적게 출현하였다(Fig. 4; Table 2). 유출수에서 식물플랑크톤 세포밀도가 적은 것은 여재에 의한 효과로 볼 수 있다. 즉, 본 연구진에 의한 선행의 실내실험결과와 같이 네 가지 여재는 다공성형태로서 비표면적이 넓어 여과효과가 현저하였던 연구결과와 유사한 결과로 사료된다(Park et al., 2012).

Fig. 4. Temporal change in phytoplankton density and species number in the influent and the effluent of the floating wetland.

Table 2. Abundance and removal rate (%) of phytoplankton in floating wetland. (unit: 106 cells mL-1)

 유출수에서 동물플랑크톤의 총 개체수를 분석한 결과, 윤충류(Rotifera) 389.2%, 요각류(Copepoda) 92.7%, 지각류(Cladocera) 34.7%의 증가율을 나타냈다(Table 3). 또한, 동물플랑크톤 평균 개체수에서도 유입수 2.3×102 ind. L-1, 유출수 8.0×102 ind. L-1로 약 3.44배 증가하였으며, 특히 2011년 4월 초에는 유입수보다 유출수에 8배이상 많이 출현하였다(Fig. 5; Table 3). 유입수보다 유출수에서 동물플랑크톤의 개체수가 높은 이유로는 여재의 영향이 작용했을 것으로 추정된다. 여재에 흡착된 식물플랑크톤은 동물플랑크톤 성장에 풍부한 먹이원으로 사용되어져 동물플랑크톤의 개체수가 급격히 증가한 것으로 사료된다. 또한 어류를 포함한 포식자와의 격리, 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았지만 유입수보다 유출수내의 상대적으로 따뜻한 수온이 영향을 준 것으로도 사료되며, 유출수내의 동물플랑크톤 증가에 따라 사용한 여재의 독성은 없는 것으로 판단된다.

Table 3. Abundance and increasing rate (%) of zooplankton in floating wetland. (unit: 102 ind. L-1)

Fig. 5. Temporal change in zooplankton density and species number in the influent and the effluent at floating wetland.

인공적으로 조성된 호소의 경우 수위가 불안정하여 수생식물이 자라기 어려워 식물플랑크톤이 대규모로 증식하게 되고 호소의 자정능력은 저하되며, 수생식물을 서식지로 이용하는 어류와 저서생물은 감소하게 된다. 하지만 부유습지를 설치하면 수질 정화뿐만 아니라 생태계 복원 효과를 볼 수 있다. 부유 습지에 붙어있는 부착생물을 먹기 위해 어류가 모여 서식 및 산란 장소로 이용하고 곤충류, 양서류, 파충류 등의 서식처를 제공해준다. 부유습지의 조성은 단순한 수질정화 기작뿐만 아니라 하나의 독립된 소규모 생태계(Biotope)가 조성된다고 볼 수 있다(Kwon, 2007). 본 연구에서의 부유습지는 수질개선효과뿐만 아니라 식물플랑크톤은 뚜렷하게 감소하였고, 동물플랑크톤은 종 종수와 밀도 모두 증가하였다. 이러한 동물플랑크톤에 자료에 근거하여 수서생물과 어류상의 증식 및 서식처로서의 생태적 영향이 클 것으로 사료된다. 

이상의 결과를 바탕으로 부유습지는 입자성 물질(SS, Chl-a, TP) 및 용존성 영양염(NO2-N, NH3-N, PO4-P) 의 높은 제거율을 나타내었다. 따라서 조류대발생이 빈번한 부영양호소에 적용시 조류저감 및 수질개선 효과가 클 것으로 예상된다. 또한 유출수에서 나타난 동물플랑크톤자료에 근거하여 본 연구에서 사용된 부유습지의 현장 적용시 수서동물들에게 미치는 생태적 영향은 매우 적을 것으로 사료된다.

 일반적으로 수질정화시스템은 전기관리, 유량조절 및 부하량 관리, 슬러지 관리 등이 이루어져야 하나(Lee et al., 1999), 본 연구에서의 부유습지는 여재의 카트리지 관리만 적절히 이루어지면 되므로 유지관리에 매우 유리한 조건을 갖추고 있으며, 수중생물들의 서식처로 이용되어 자연경관 개선효과 및 우수한 경관이 조성될 것으로 사료된다.

사 사

 본 연구는 환경부 “미래유망 녹색환경기술 산업화 촉진사업(과제번호: 2010-30004-0001-1)”의 지원과제임.

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