광주천 고수부지에 조성한 자유수면인공습지의 인 제거

Abstract

하천수를 정화하는 자유수면인공습지의 정수식물 성장기(4~9월)와 비성장기(1~3월과 10~12월)의 <TEX>$PO_4-P$</TEX>와 TP제거율을 비교 연구하였다. 실험 습지 시스템은 광주광역시를 흐르는 광주천 중류 고수부지에 2008년 조성되었으며, 길이 46m, 폭 5m 규모이다. 2008년 포트에서 2년 자란 부들(Typha angustifloria L.)과 줄(Zizania latifolia Turcz)을 시스템의 1/2씩 각각 식재하였다. 광주천의 물이 자연유하로 시스템에 유입되며, 처리수는 광주천으로 방류된다. 유입수의 양과 수심은 밸브와 위어(weir)로 조절할 수 있다. 유입수 및 유출수의 인 농도를 2010년 1월부터 12월까지 7~10일 간격으로 조사 분석하였다. 하루에 약 <TEX>$710m^3$</TEX>의 하천수가 시스템으로 유입되어, 체류시간은 약 1.5hr이었다. 조사기간 유입수와 유출수의 <TEX>$PO_4-P$</TEX> 평균농도는 각각 0.144, 0.105mg/L이었으며, <TEX>$PO_4-P$</TEX> 평균제거율은 28.1%였다. 유입수와 유출수의 TP평균농도는 각각 0.144, 0.105mg/L이었으며, TP 평균제거율은 20.7%를 보였다. t 검정결과, 정수식물 성장기의 <TEX>$PO_4-P$</TEX> 제거율(31.448)이 비성장기 <TEX>$PO_4-P$</TEX> 제거율(25.829)보다 높았으며(p<0.001), 정수식물 성장기의 TP 제거율(27.230)도 비성장기의 TP 제거율(14.856)보다 높게(p<0.001) 나타났다. 인공습지에서 인 제거는 잔재물-토양 층의 흡착, 입자성 인과 Ca, Fe, Al과 결합된 인산염의 침전, 그리고 정수식물의 흡수가 중요하다. 정수식물 성장기가 비성장기보다 <TEX>$PO_4-P$</TEX>와 TP의 제거율이 상대적으로 높은 원인은 흡착과 침전에 의한 인 제거는 계절에 관계없이 일어나나, 정수식물의 흡수는 성수식물 성장기에만 일어나기 때문이다. Removal rates of <TEX>$PO_4-P$</TEX> and TP in a free water surface wetland system were investigated. The system was established in 2008 on a floodplain in the middle reach of the Gwangju Stream flowing through Gwangju City. Its dimensions were 46 meters in length and 5 meters in width. Two year old Typha angustifloria L. growing in pots were planted on half of the area and Zizania latifolia Turcz on the other half in 2008. Stream water was funneled into the wetlands by gravity flow, and its effluent was discharged back into the stream. The influent volume was controlled by valves and water depth was adjusted by wires. Volume and water quality of inflow and outflow were analyzed from January to December in 2010. Inflow into the system averaged approximately <TEX>$710m^3/day$</TEX> and hydraulic residence time was about 1.5 hours. Average influent and effluent <TEX>$PO_4-P$</TEX> concentration were 0.144 and 0.103mg/L, respectively, and <TEX>$PO_4-P$</TEX> abatement amounted to 28.6%. Influent and effluent TP concentration averaged 0.333 and 0.262mg/L, respectively, and TP retention reached to 20.7%.<TEX>$PO_4-P$</TEX> removal rate(%) during plant growing season(31.448) was significantly high(p<0.001) when compared with that during plant non-growing season(25.829). TP abatement rate(%) during plant growing season(27.230) was also significantly high(p<0.001) when compared with that of the non-growing season(14.856). Major phosphorous removals in the system resulted from adsorption of phosphorous in the litter-soil layers; sedimentation of particulate phosphorous and Ca, Al, Fe bounded phosphates; and absorption of phosphorous by emergent plants. The adsorption and sedimentation occurred throughout the year, however, the absorption took place during plant growing season. This resulted in higher removals of <TEX>$PO_4-P$</TEX> and TP during plant growing season.