Water Quality Improvement by Natural Wetland

습지에 의한 수질개선 효과

The water clarification efficiency was examined in a shallow wetland where dense vegetation was formed naturally in an abandoned paddy field. And, also two enclosure experiments were carried out to measure the effects of materials exchange between sediment and the overlying water with the existence of vegetation and accumulated litter. The hydraulic retention time of wetland was regulated in 1.2 day. The removal rates of SS (56%) and $NO_3-N$ (61%) were high, considering its short retention time. However, removal efficiencies of VSS (28%), COD (14%), DOC (1%),and TP (0.2%) were relatively lower. This low removal efficiencies were thought to be due to the release of dissolved form of organic matter and phosphorus from the sediment. Most of constituents except nitrate were higher in the enclosure at the beginning of enclosure installation than that of the outflowing water from wetland. And then, it has fluctuated and decreased with time. The wetland was in equilibrium state of settling, accumulation of organic debris, and regeneration of dissolved material from sediment. So ultimately high primary production by dense vegetation in the wetland may be the reason of unfavorable or low treatment efficiency of wetland after many years of operation for wastewater treatment. However, the water quality of effluent from the wetland showed smaller variation and better condition than that of inflow, especially during storm events. It can be concluded that this wetland is suitable for the improvement of water quality from nonpoint sources.

10년 전부터 논농사가 중단되고 농업배수와 생활하수가 유입하여 식생이 번성한 습지에서 수질개선 효과를 측정하였다. 습지의 체류시간이 평균 1.2일로 매우 짧음에도 불구하고 SS와 질소의 제거효과는 높게 나타났다. 질산성질소의 제거효율은 평균 유입부하량의 61.4% (26.8 g/m$^{2}$/yr)로 조사항목 중 가장 높았으며, TN은 23.5% (45.1 g/m$^{2}$/yr), SS는 56% (1,515 g/m$^{2}$/yr)의 제거효율을 나타냈다. 습지에서의 유기물 제거효율은 낮았다. COD는 총 유입부하량의 14.2% (104 g/m$^{2}$/yr), VSS는 28.4% (28.4 g/m$^{2}$/yr)가 제거되었으나, DOC는 1.0% (7.6 g/m$^{2}$/yr)로 거의 제거되지 않았다. 평균 유입부하량이 32.5 g/m$^{2}$/yr이었던 TP는 대부분이 제거되지 않았으며 용존인의 경우는 유입된 인의 분해 및 퇴적물에서의 재용출에 의하여 습지로부터 유출되는 특성을 보였다. 습지에 설치된 enclosure에서는 물의 흐름이 차단되는 초기에 질산성질소를 제외하고 거의 모든 물질농도가 높아지는 것으로 나타났다. 이러한 현상은 체류시간이 길어지면서 다시 인을 제외한 SS, 유기물(VSS, COD, DOC)과 총질소는 감소하는 경향을 보였다. 식생과 습지 바닥에 축척되어 있는 식물고사체의 제거는 용존산소의 증가에 의한 질화작용으로 질산성질소의 농도가 증가할 뿐 습지의 정화효율에 미치는 영향은 적었다. 이것은 습지유출수의 유기물농도가 습지 내에 분포하는 식생보다는 퇴적된 유기물과 상부 수층간의 물질교환 평형에 의해 결정되는 것이며, 일부 퇴적층을 제거하고 체류시간을 늘인다고 해도 저질과의 평형농도 이상으로 수질을 개선할 수는 없다는 것을 의미한다. 한편 자연습지는 강우기의 유입수에 대하여 안정적인 처리효율을 보여 유역 비점원에서의 오염물질 유출방지에 활용이 가능할 것으로 보인다.