Removal of Nitrate in River Water by Microorganisms in Saturated-Zone Soil: Laboratory-Scale Column Test

Aquifer recharge and recovery is a technology used to ensure a stable supply of clean water. During the process, river water is injected into a soil aquifer and stored. The stored water is then recovered and used to produce drinking water. It is important to understand quality improvement of the injected water while it is stored in the aquifer. In the present study, a lab-scale column reactor containing saturated-zone soil was employed to mimic an aquifer. The reactor was used to investigate microbial removal of nitrate that is a major inorganic contaminant detected in the Nakdong River. The reactor was introduced with river water that contained nitrate at concentrations (5.07, 6.81, 8.27, and 11.07 mg $NO_3{^-}/l$) detected downstream of the Nakdong River in the past 2 years. The nitrate concentrations decreased during the introduced water is retained in the reactor. Effluent from the reactor contained 1.49 mg $NO_3{^-}/l$ or less and had an average pH of 7.98 regardless of the nitrate concentrations of the influent. However abiotic control reactor showed similar nitrate-concentrations in its influent and effluent. Considering the result of abiotic control, the decreased nitrate concentration observed in the test column suggested that microorganisms in saturated-zone soil removed nitrate in the river water introduced into the reactor. Results of this study will be used to better understand microbial improvement of water quality in aquifer recharge and recovery technology.

포화층 토양미생물에 의한 하천수의 nitrate 제거: 실험실규모 컬럼 실험

대수층 함양 및 회수(Aquifer recharge and recovery)기술은 안정적으로 안전한 상수원수를 확보하기 위해 이용되는 기술의 하나이다. 이 기술을 통해 대수층에 하천수를 인위적으로 주입하여 저장하고 필요할 때 퍼 올려 상수 원수로 사용할 수 있다. 이 기술에서 주입된 물이 저장되는 동안 대수층의 토착미생물에 의해 수질이 개선되는 것을 이해하는 것은 중요하다. 그래서 본 연구에서는 실험실규모의 컬럼 반응기를 이용하여 대수층을 모사한 포화층 토양에 존재하는 미생물에 의한 $NO_3{^-}$ 제거를 조사하였다. $NO_3{^-}$는 낙동강의 대표적인 무기 오염물 중의 하나이다. 낙동강 하류에서 최근 2년간 측정된 $NO_3{^-}$ 농도 범위를 고려해서 $NO_3{^-}$ 농도를 달리한 하천수를 반응기에 주입하였다: 5.07, 6.81, 8.27, 그리고 11.07 mg $NO_3{^-}/l$. 본 연구에서 사용한 다양한 $NO_3{^-}$농도에 상관없이 유입수가 반응기에 체류하는 동안 $NO_3{^-}$는 농도가 감소되어 유출수는 1.49 mg $NO_3{^-}/l$이하로 측정되었으며 본 실험기간 동안 평균 pH 7.98을 유지하였다. 한편 abiotic control 반응기에서는 유입수에 포함된 $NO_3{^-}$ 농도와 유출수의 $NO_3{^-}$ 농도는 거의 차이가 없었다. 그래서 본 실험조건하에서 반응기로 도입된 하천수의 $NO_3{^-}$이 포화층의 미생물에 의해 제거됨을 알 수 있었다. 본 연구에서 도출된 결과는 대수층 함양 및 회수기술에서 대수층의 미생물에 의해 수질이 개선되는 것을 이해하는 데 도움을 줄 것이다.