Microbial Influence on Soil Properties and Pollutant Reduction in a Horizontal Subsurface Flow Constructed Wetland Treating Urban Runoff

• 영문명: 도시 강우유출수 처리 인공습지의 토양특성 및 오염물질 저감에 따른 미생물 영향 평가
• 발행기관: 한국습지학회
• 저자명: Chiny. C. Vispo Miguel Enrico L. Robles 오유경 Haque Md Tashdedul 김이형
• 간행물 정보: 『한국습지학회지』제26권 제2호, 168~181쪽, 전체 14쪽
• 주제분류: 자연과학 > 지질학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2024.05.31

국문 초록

인공습지는(CW)는 침투, 흡착, 저류, 식물과 미생물의 증발산 등과 같은 수문학적 및 생태학적 기작에 의하여 오염물질 제거, 탄소흡수 및 저장, 생물다양성 향상 등의 생태계서비스를 제공한다. 본 연구는 수평지하흐름 인공습지(HSSF CW)의 미생물 군집과 토양의 물리·화학적 특성 및 처리효율의 상관관계를 분석하기 위하여 수행되었다. 연구를 위한 모니터링은 강우시 수질특성, 토양특성, 미생물 분석이 수행되었다. 따뜻한 계절(>15°C) 에서 TSS, COD, TN, TP 및 중금속(Fe, Zn, Cd) 제거효율이33~74% 범위로 나타났다. 그러나 추운 계절(≤15°C)에서 TOC 35%로 가장 높은 제거 효율이 나타났다. 인공습지 내 토양은 인근에서 채취한 토양의 토양유기탄소(SOC) 함량보다 3.3배 더 높은 함량을 가지고 있는 것으로 나타났다. 유입부와 유출부의 탄소(C), 질소(N) 및 인(P)의 화학양론비(C:N:P)는 각각 120:1.5:1 및 135.2:0.4:1로 나타났으며, 탄소에 비해 질소와 인의 비율이 매우 낮아 미생물 성장에 문제가 발생될 수 있다. 미생물 분석에서는 생물다양성 지수를 통해 미생물 군집의 풍부도, 다양성, 균질성 및 균일성이 따뜻한 계절이 추운 계절에 비해 높게 나타났다. 인공습지의 강우유출수 오염물질 중 질소고정 미생물인 Proteobacteria, Actinobacteria, Acidobacteria, Bacteroidetes가 우점종으로 미생물 생장을 촉진하는 것으로 평가되었는데 이는 특정 토양특성 및 유입수 특성이 미생물 풍부도와 밀접한 관련이 있음을 의미한다.

영문 초록

Constructed wetlands (CWs) deliver a range of ecosystem services, including the removal of contaminants, sequestration and storage of carbon, and enhancement of biodiversity. These services are facilitated through hydrological and ecological processes such as infiltration, adsorption, water retention, and evapotranspiration by plants and microorganisms. This study investigated the correlations between microbial populations, soil physicochemical properties, and treatment efficiency in a horizontal subsurface flow constructed wetland (HSSF CW) treating runoff from roads and parking lots. The methods employed included storm event monitoring, water quality analysis, soil sampling, soil quality parameter analysis, and microbial analysis. The facility achieved its highest pollutant removal efficiencies during the warm season (>15°C), with rates ranging from 33% to 74% for TSS, COD, TN, TP, and specific heavy metals including Fe, Zn, and Cd. Meanwhile, the highest removal efficiency was 35% for TOC during the cold season (≤15°C). These high removal rates can be attributed to sedimentation, adsorption, precipitation, plant uptake, and microbial transformations within the CW. Soil analysis revealed that the soil from HSSF CW had a soil organic carbon content 3.3 times higher than that of soil collected from a nearby landscape. Stoichiometric rtios of carbon (C), nitrogen (N), and phosphorus (P) in the inflow and outflow were recorded as C:N:P of 120:1.5:1 and 135.2:0.4:1, respectively, indicating an extremely low proportion of N and P compared to C, which may challenge microbial remediation efficiency. Additionally, microbial analyses indicated that the warm season was more conducive to microorganism growth, with higher abundance, richness, diversity, homogeneity, and evenness of the microbial community, as manifested in the biodiversity indices, compared to the cold season. Pollutants in stormwater runoff entering the HSSF CW fostered microbial growth, particularly for dominant phyla such as Proteobacteria, Actinobacteria, Acidobacteria, and Bacteroidetes, which have shown moderate to strong correlations with specific soil properties and changes in influent-effluent concentrations of water quality parameters.

목차

1. Introduction

2. Materials and Methods

3. Results and Discussions

4. Conclusion

키워드

생물다양성 지하흐름 인공습지 미생물 토양유기탄소 토양영양물질 biodiversity horizontal subsurface flow constructed wetland microorganism soil organic carbon soil nutrients