Removal of Organic Matter and Nitrogen from River Water in a Model System of Floodplain Filtration

If contaminated river water is sprayed over the floodplain, organic matter and nitrogen would be removed by microbial processes in the rhizosphere of vegetation during the filtration through soil. In this study we tested the organic matter and nitrogen removal from contaminated river water by the floodplain filtration. Model system of floodplain was constructed using a PVC pipe (15 cm i.d. ${\times}$ 150 cm L) which was packed with a loamy sand soil collected from a floodplain in Nakdong river. The model system was instrumented with soil solution samplers and gas samplers. A river water collected from Omogcheon in Kyongsan was sprayed from top of the model system at three different rates. The concentration of organic matter, DO, $NO_3^-$, $NO_2^-$, $NH_4^+$, $N_2$ and $N_2O$, and redox potential were measured as a function of soil depth for 24 days after the system reached a steady state. When river water was sprayed at the rates of 40.8 and 68.0 $l/m^2/day$, a significant reductive condition for denitrification was developed at below 5-cm depth of the soil. When the water reached at 90-cm depth of the soil, COD and concentration of inorganic nitrogen were lowered, on an average, from 18.7 to 5 mg/l and from 2.7 to 0.4 mg/l, respectively. $N_2$ comprised most of the N gas evolved from denitrification and $N_2O$ concentrations emitted at the surface of soil were less than 1 {\mu}l/l. The effective removal of organic matter and nitrogen by the filtration in the model system of floodplain demonstrates that the native floodplains, which include rhizosphere of vegetation at the top soil, could be more effective in the treatment of contaminated river waters and other industrial waste waters containing high concentration of organic matter and nitrogen.

홍수터 여과 모형을 이용한 하천수중의 유기물과 질소 제거

유기물과 질소 함량이 높은 하천수가 대하천에 유입되기전 소하천의 잡초가 자라는 홍수터에 살포하여 사질 토층을 수직 이동하는 동안 잡초의 근권에서 유기물의 분해와 함께 탈질에 의해 질소가 제거되도록 하는 홍수터 여과공법을 개발하였다. 직경 15cm, 길이 150cm의 PVC pipe에 실제 홍수터에서 채취한 사질의 토양을 충진하여 제작된 홍수터 모형에 하천수를 27.2, 40.8, $68.0\;ml/day/m_2$의 유량으로 연속적으로 살포하고 정상상태에 이른 후 토양 깊이별로 토양 용액을 채취하여 유기물과 $NO_3-N$을 비롯한 무기질소의 이동과 제거 현상을 조사하였고 토양 기체를 채취하여 $N_2$와 $N_20$의 발생 현상을 측정하였다. 포화상태에 가까운 수준으로 유량을 조절할 경우 하천수에 포함된 유기물만을 이용하더라도 매우 효과적인 탈질 환경이 5cm깊이 부근의 표층 토양에서부터 형성되었으며 유기물의 제거와 함께 질소도 효과적으로 제거할 수 있는 것으로 나타났다. 90cm깊이의 홍수터 토양을 통과하는 동안 평균적으로 COD는 18.7에서 5mg/l로 무기질소함량은 2.7에서 0.4mg/l로 정화되었다. 탈질 기체는 대부분 $N_2$ 형태로 발생되었으며 온실효과와 오존층 파괴를 유발하는 $N_2O$ 발생량은 매우 적었다. 표층 토양에 잡초의 근권이 형성되어 있는 실제 홍수터에 이와 같은 기법을 적용할 경우 모형 실험에서 나타난 결과보다 더욱 활발한 탈질 현상이 유발될 수 있을 것으로 판단된다. 이러한 홍수터 여과는 부지가 따로 필요하지 않으므로 시설 및 운영비가 경쟁기술에 비해 싸고, 화학약품 처리나 슬러지 발생이 없는 환경친화적인 하천수 처리방법이 될 것으로 기대되며, 하천수 외에도 도시하수나 산업폐수의 3차 처리에도 응용되어 하폐수의 재활용을 통한 수자원의 절약과 하천수량의 증대에도 기여할 수 있을 것이다.