3.2 인공식물섬 실증 Test
인공식물섬을 현장에 적용하였을 경우 Lab Test와 동일한 효과가 발생하는지 알아보기 위해 경기도 여주에 위치한 S골프장에 인공식물섬을 설치한 후 결과를 조사하였다.
대상 골프장은 2006년 8월에 준공완료 되었으며 인공식물섬은 2007년 4월 9일 설치되었다.
신생골프장으로 공사나 우천에 의한 토사의 유입 시 Pond가 단기간 혼탁해진 경우는 있었으나 수질은 양호한 상태였고 오염물질 퇴적량이 적어서 수질이 변화하는 상태를 모니터링하기에 최적의 조건이었다.
다만 기존의 수질분석사례가 없어서 과거 수질현황과의 비교는 실시하지 못했다. 인공식물섬 시공을 완료한 이후로 2008년 4월까지 한달간격으로 총 11회 채수를 실시하고 인공식물섬이 없는 Pond도 동일하게 채수하여 그 결과를 비교분석하였다.
채수 위치는 Pond내로 물이 유입되는 지점, Pond외로 물이 유출되는 지점, 오염상태가 가장 심각하다고 판단되는 지점, 오염물질이 정화되어 제거되었다고 판단되는 지점의 조건으로 총 6곳이 선정되었다. M1과 M2지점은 인공식물섬이 설치된 Pond이며 V1～V4는 설치되지 않은 Pond이다.
1) BOD변화
대상골프장 내 인공식물섬을 설치한 Pond는 강우에 의한 비탈면 토사의 유입과 잦은 주변공사로 인한 오염물질의 유입으로 2007년 4월30일 첫 번째 분석결과는 상당히 높은 수치를 나타내었으나 인공식물섬을 설치하고 안정을 찾아가며 8월20일 M2위치에서 BOD 1.8 mg,L-1의 양호한 수질결과를 나타내었다.
이 후 동절기를 지나며 Pond가 1월부터 2월까지 결빙되어 인공식물섬의 식물활성도 저하로 인한 수질저하가 우려되었으나 인공식물섬의 기반재에 부착된 다량의 미생물에 의해 수질정화가 이루어져 2008년 4월 28일 최종분석일에 BOD 2.2 mg,L-1의 양호한 수질을 유지하였다.
인공식물섬이 설치된 Pond안으로 보트를 타고 들어가 관찰한 결과 기반재와 수중 뿌리부에 수질정화의 주체인 미생물이 다량 부착되어있음을 확인 하였다. 특히 Pond수면위치 중 인공식물섬에서 다소 이격된 위치인 M1보다 Pond유출구인 M2의 수질이 더 깨끗한 것으로 볼 때 인공식물섬에 의한 오염물질제거 기작에 의해 Pond가 정화되었으며 향 후 식물의 성장 및 미생물의 부착 등으로 인해 정화효과는 더욱 가속화 될 것으로 예상된다.
대상골프장 내 인공식물섬을 설치하지 않은 Pond는 최초 유입지점인 V1에서 매우 낮은 농도로 BOD유발물질이 유입되고 있으나 하류쪽으로 내려 갈수록 오염물질이 적체되어 오염이 심해지고 있다.
V4위치에서 최초 분석일로부터 1년이 경과한 후 오염농도가 지속적으로 증가하여 2008년 4월28일 BOD 15.2 mg,L-1을 나타내고 있다.
2) T-P변화
실험대상 골프장의 Pond는 첫 번째 채수일에 전체적으로 오염되어 있었다. 특히 M1위치나 V3, V4위치는 정체수역인 관계로 녹조류, 먼지, 기름 등이 엉켜서 상당히 악화되어있었다.
이후 인공식물섬을 설치한 Pond는 점차 안정화되며 최종 분석일에 T-P의 농도가 0.02 mg, L-1으로 낮아졌으나 인공식물섬을 설치하지 않은 Pond는 BOD결과와 유사하게 하류로 갈수록 오염되어 T-P농도가 0.22 mg,L-1까지 증가하였다. 이러한 현상으로 볼 때 인공식물섬을 설치하지 않은 Pond의 저니층에 T-P가 퇴적되고 있음을 알 수 있다.
이렇게 퇴적된 T-P는 잠재되어 있다가 서서히 용출되며 호수의 전도현상(Turn-Over)에 의해 수면으로 상승하여 녹조현상의 영양물질로 작용한다. 수질변화율 비교를 용이하게 하기위하여 그래프에서 초기 4월30일과 5월28일의 data를 삭제하였다.
3) T-N변화
전체적으로 BOD, T-P와 유사한 결과를 보이고 있다. T-N은 인공식물섬을 설치한 Pond의 경우 수질분석기간동안 큰 변화는 없었으나 점차적으로 농도가 낮아져 최종 M2지점에서 1.6 mg, L-1까지 감소하였으며 인공식물섬을 설치하지 않은 Pond의 경우 V4위치가 6.3 mg, L-1인 것과 비교할 때 양호한 결과를 나타내었다.
시간이 경과할수록 제거율이 양호해지고 있으며 이는 식물이 N, P와 같은 영양염류를 다량 흡수 할 만큼 충분히 성장하였고 뿌리나 식물섬기반재에 미생물막이 활착되었기 때문이라고 판단된다.
4) SS변화
인공식물섬을 설치한 Pond의 경우 초기 토사의 유입과 녹조의 발생으로 M1위치에서 SS농도가 350.6 mg․L-1까지 증가하였으나 일시적인 현상이었고 인공식물섬을 설치 한 이 후 안정적으로 감소하여 최종분석일에는 M1위치에서 3.4 mg,L-1, M2위치에서 2.1 mg,L-1으로 감소하였다.
호소의 경우 SS농도는 녹조의 영향에 매우 밀접하며 비례관계를 갖는다. 인공식물섬을 설치하지 않은 Pond의 경우 SS농도가 지속적으로 증가하여 최종분석일 V4위치에서 36.8 mg,L-1으로 증가하였다. 이는 녹조현상이 심화되고 있음을 의미한다.
5) Chlorophyll-a(Unit : mg,m-3)
호소오염에 가장 큰 요소는 조류(Algae)이다. 이러한 조류가 수중 N, P, 유기물질을 이용하여 과도하게 성장하면 녹조현상이 발생하는데 이는 이취미발생, 경과가치 하락, 수질악화, 생태계 파괴 등의 문제를 발생시킨다.
인공식물섬을 설치한 Pond의 경우 녹조현상이 발생되지 않고 안정하게 유지되었다. 하절기에 약간 조류의 농도가 증가하였으나 이 후 인공식물섬이 활성화되어 최근 다시 기온이 상승하고 있으나 깨끗하게 유지되고 있다.
M1위치에서 초기에 415.7 mg,m-3까지 증가하였으나 이 후 0.4～25.3 mg,m-3로 양호하게 유지되었으며 M2위치에서도 최종 2.4 mg,m-3로 녹조현상이 발생되지 않았다.
인공식물섬을 설치하지 않은 Pond의 경우 초기에 심하진 않으나 구간마다 정체수역지점에서 녹조현상이 발생되었으며 사멸하지 않고 지속적으로 유지 되었다. 최종방류지점인 V4에서 19.4～73.0 mg․m-3로 녹조현상이 발생했다.
특히 물이 결빙되는 동절기에도 조류가 사멸되지 않고 진한 녹색을 띄며 육안으로도 확인되는 독특한 현상을 나타내었다.
6) 골프장의 Pond위치별 수질 결과 비교
인공식물섬이 설치된 Pond와 설치되지 않은 Pond의 각 지점별 2008년 4월 28일 최종분석값을 비교해본 결과 인공식물섬을 설치한 Pond는 오염물질이 저감되었으며 양호한 수질상태가 지속되었다.
이에 반하여 인공식물섬을 설치하지 않은 Pond는 V1지점에서 지하수가 유입되어 V1, V2의 상류쪽에서는 조류가 발생되지 않고 청정한 상태가 유지되었으나 하류로 갈수록 Pond내로 오염물질이 유입 및 적체되어 오염이 심화되었다. 각 Pond의 최하류인 M2와 V4농도를 비교해 보면 M2의 BOD, SS, T-N, T-P의 농도는 각각 2.2, 2.1, 1.6, 0.02 mg,L-1이었으며 chl.-a농도는 2.4 mg,m-3였으며 V4는 각각 15.9, 36.8, 6.3, 0.22 mg,L-1였고 chl.-a농도는 72.4 mg,m-3으로 현격한 차이를 보이고 있다.
이는 동일한 골프장 내에서 강우로 인한 비점오염원의 유입형태가 유사하다고 볼 때, 인공식물섬을 설치한 Pond의 경우 오염물질제거효과 및 녹조제어효과에 의해 양호한 수질이 유지된 것으로 판단된다.
7) 인공식물섬을 설치한 Pond의 설치전후 수질비교
인공식물섬에서 100 m이격된 M1위치와 10 m이격된 M2위치의 인공식물섬 설치전후 수질을 비교한 결과 2007년 4월 30일 인공식물섬 설치 직전에 비해 2008년 4월28일에 M2위치에서 설치초기에 비해 현격하게 오염물질 농도가 감소하였으며 인공식물섬에서 M2보다 더 멀리 위치한 M1에서도 유사하게 오염물질 농도가 감소하였다.
인공식물섬을 설치하기전인 2007년 4월 M1위치는 조류의 발생이 시작되어 물이 매우 혼탁하였으며 바람의 방향에 따라 M2방향으로 집적되어있는 상황이었다. 인공식물섬을 설치한 후 녹조발생이 억제되어 약 30일이 경과한 뒤부터 9 mg/m3으로 청정한 상태를 유지하였다. SS, T-N, T-P, BOD등의 농도변화 양상이 chl.-a와 유사한 것으로 볼 때 수질악화의 원인은 녹조발생이 주된 원인이며 인공식물섬에 의해 녹조발생이 억제되어 Pond의 청정도를 유지할 수 있었던 것으로 사료된다.
인공식물섬을 설치한 Pond의 수질정화효과가 전적으로 인공식물섬에 의한 것이라고 단정 짓기 어려우나 동일한 Pond에서 설치전후 수질변화를 비교해 볼 때 분명한 차이가 있었다. 따라서, 인공식물섬에 의한 녹조제어효과가 나타난 것으로 판단되며 대상Pond의 특성에 대해 지속적인 모니터링을 실시하며, 또한 다른 골프장에 대해 동일한 형태로 반복실험을 수행해야 할 것으로 판단된다.
4. 결 론
Lab Test에서 인공식물섬의 BOD제거는 VAFI, AFI, 부력재, Media에서 각각 82.7%, 80.8%, 45.2%, 59.6%로 나타났다. T-N제거는 VAFI, AFI, Media에서 각각51.2%, 31.7%, 25.1%로 나타났다.
T-P제거는 VAFI, AFI, 부력재, Media에서 각각23.3%, 16.7%, 10.0%, 13.3%로 나타났다. 엽록소-a는 VAFI에서 97.9%가 제거되었다. VAFI의 구성 요소 별 제거율은 차광효과 35.1%, 미생물의 복합작용에 의한 효과 61%, 식물과 뿌리에 의한 효과 1.8 %인 것으로 나타났다.
실증 Test에서 인공식물섬을 설치하기 전 설치예정위치와 약 100 m 이격된 위치에서의 BOD, SS, T-N, T-P의 농도는 각각 17.1, 350.6, 12.7, 1.78 mg,L-1였고 chl.-a농도는 415.7 mg,m-3였으며 설치예정위치와 약 10 m 이격된 위치에서의 농도는 각각 14.6, 5.7, 2.2, 0.64 mg,L-1였고 chl.-a농도는 1.7 mg,m-3였다.
인공식물섬을 설치하고 1년이 경과한 후 인공식물섬에서 약 100 m 이격된 위치에서 BOD, SS, T-N, T-P의 농도는 각각 5.2, 3.4, 1.7, 0.03 mg,L-1였고 chl.-a농도는 3.0 mg,m-3이었으며 인공식물섬에서 약 10 m 이격된 위치에서의 농도는 각각 2.2, 2.1, 1.6, 0.02 mg,L-1이었으며 chl.-a농도는 2.4 mg,m-3였다.
이와 같은 결과로 볼 때 인공식물섬을 설치한 Pond는 비교적 깨끗한 상태로 유지되었으며 녹조현상은 발생되지 않았다. 인공식물섬을 설치하고 1년이 경과한 후 인공식물섬을 설치하지 않은 다른 Pond의 최종배출구에서 BOD, SS, T-N, T-P의 농도는 각각 15.9, 36.8, 6.3, 0.22 mg,L-1였고 chl.-a농도는 72.4 mg,m-3였으며 동일한 시점에 인공식물섬을 설치한 Pond수면의 인공식물섬에서 약 10 m 이격된 위치의 농도와 비교해 볼 때 BOD는 7.2배, SS는 17.5배, T-N은 3.9배, T-P는 11배, chl.-a는 30.1배 높았다.
인공식물섬은 주로 정수생태계인 호소를 대상으로 생태복원, 경관창출, 어족자원보호 등의 목적으로 설치되어 운영되고 있어서 생태계복원에 관한 연구는 다양하게 진행되었으나 수질개선효과에 대한 기술자료는 부족한 실정이다. 이는 인공식물섬이 물과 접하는 체류시간이 짧거나 대형수체의 수면적과 비교한 인공식물섬의 면적이 작을 경우 단시간 내에 수질개선효과를 얻기 어렵기 때문이다.
따라서 본 연구에서는 인공식물섬의 수질정화효과에 대해 조사하고자 하였으며 향 후 다양한 현장에서 반복적인 결과를 추가로 조사하여 대형수체, 중,소규모 호소, 오・폐수처리장, 인공습지 등에 인공식물섬 적용 시 기술 자료로 활용할 계획이다.
<권오병 (주)아썸 대표이사>