Two vertical flow biofilters in series (BFS) employing synthetic fiber (FBF) followed by woodchip (WBF) was investigated in order to assess its potential as an alternative to the typical vertical-horizontal flow configuration in removing nonpoint source pollutants specifically nutrients and organics. These lab-scale column biofilters were operated for 176 days alongside three other columns that were added for control and sampling purposes. The biofilter columns were fed with either a semi-artificial piggery stormwater or artificial stormwater with specific ammonia and nitrate contents. Results reveal that the BFS was more effective than a single biofilter in removing pollutants especially nitrogen. FBF was found to remove up to 100% of ammonia from the stormwater with corresponding increase in nitrate in the outflow which shows evidence of active nitrification. Meanwhile, the succeeding vertical WBF was able to subsequently remove 77% of the nitrate. The effective reduction of nitrate in a vertical flow biofilter was believed to be due to the use of woodchip which can provide a carbon source that is required for denitrification. However, further investigation is needed to support this claim. Nonetheless, the study shows the potential of vertical flow BFS as a nitrogen removal mechanism especially in areas where enough land space for horizontal flow biofilters is limited.
Joo, Kwang Jin;Lee, Dong Min;Kim, Ki Jung;Cho, Yong Chul;Jang, Gwang Hyeon;Choi, I Song;Oh, Jong Min
Ecology and Resilient Infrastructure
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v.4
no.3
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pp.142-148
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2017
Nitrogen and phosphorus are key factors in causing eutrophication of water body. In this study, ceramics media was selected to increase the removal efficiency of nitrogen and phosphorus. We designed vertical, horizontal flow constructed wetlands to create aerobic and anaerobic flow conditions by using the media, then proceeded to performance evaluations after acrylic reactors were produced. In the case of vertical and horizontal flow constructed wetlands, we measured oxygen concentrations to evaluate aerobic and anaerobic conditions. we got the result of 2.7 mg/L in the aerobic condition, N.D in the anaerobic condition respectively, which suited our purpose. The result of the combined vertical and horizontal flow condition showed that the removal efficiency of SS was 94%, 91%, 61% at 140 min, 80 min, 60 min of running times, respectively, and the removal efficiency of T-P was 84%, 71%, 63% during each running time. In case of T-N, the removal efficiency was 63%, 49%, 42% during each running time. We found that the reactor exerted better removal efficiency when in the short time compared to 12 - 24 hr residence time of existing wetlands. In this study, we conducted experiments to explore functional effects after applying combined vertical and horizontal flow methods in the field. Further study will be carried out to identify its mechanism and administrative perspective.
Choe, Hye-Seon;Reyes, Jett;Jeon, Min-Su;Geronimo, Nash Franz Kevin;Kim, Lee-Hyeong
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2021.06a
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pp.457-457
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2021
인공습지는 자연이 가진 정화기작을 인위적으로 증가시키기 위하여 조성한 자연기반해법에 해당한다. 인공습지는 습지 내 식물, 미생물, 토양 등의 상호기작에 의하여 오염물질이 제거된다. 인공습지의 오염물질저감효율은 시설의 규모와 유량, 유입물질의 부하량 수리학적 부하량, 체류시간 등의 영향을 받게 된다. 일반적으로 인공습지 적정 규모는 유역 및 기상인자의 특성과 조성목적에 고려하여 산정된다. 본 연구는 전국 35개 지역에 설치된 54개 인공습지를 선정하여 모니터링을 수행하였으며, 2011년부터 2018년에 설치된 시설이다. 54개 시설 중 도심지역에 13개, 농업지역 25개, 공업지역 3개, 상업지역 3개, 축산 10개가 설치되어있다. 습지형태는 Cell형 자유수면형 인공습지(Free Water Surface, Cell-FWS), 유로형(Flow) 자유수면형 인공습지(Cell-FWS), Cell과 Flow형이 결합된 Hybrid-FWS, 수직흐름형 인공습지(vertical flow constructed wetland)와 수평지하흐름형 인공습지(vertical flow constructed wetland)가 결합된 HYBIRD 형 습지로 구분된다. 연구결과, 일반적으로 SA/CA 비율이 클수록 오염물질의 저감효율은 증가하는 것으로 나타났다. 오염 물질별 인공습지 규모를 비교할 경우 저감효율 60%에서 인공습지의 규모는 유기물>영양염류>입자상물질 순으로 나타났다. 목표 제거효율 60%에서 SA/CA 비는 BOD에서 약 3.2%, COD에서 2.5%, SS에서 1.9%, TN 2.5%, TP 2.3%로 나타났다. 입자상물질인 SS는 유기물 및 영양염류에 비하여 유역면적 대비 시설면적이 가장 적게 나타났으며, 유기물질 제거에 큰 시설규모가 필요한 것으로 나타났다. 따라서 인공습지 설계시 유역 토지이용 및 강우특성을 고려하여 적정한 수질과 유량모니터링이 필요하며, 이를 토대로 목표 오염물질 선정이 중요한 것으로 나타났다. 또한, 농업지역의 최적화된 인공습지 위치는 임야가 20~30%, 밭이 20% 이하, 논이 10~50%를 포함하는 곳이 적정한 것으로 평가되었다. 도시지역 인공습지는 도시면적이 증가할수록 효율이 크게 변하지 않기에 가용위치가 적정한 위치로 평가된다. 인공습지의 효율은 유역의 세부 토지이용에 크게 의존하는 것으로 평가되었다. 따라서 인공습지 설계시 농업지역에서는 임야, 밭 및 논의 적정면적을 고려하여 인공습지 위치가 결정되어야 하는 것으로 나타났다.
In this study, three pilot-scale wetland systems were built for treating stormwater runoff from asphalt road. Each of the system consists of a settling tank and a vertical flow wetland packed with 25%, 50%, and 75% woodchip as treatment media. According to the analysis of the distributions of particle size, it was found that solids ranging in size $0.52-30{\mu}m$ were predominant in the stormwater runoff. After 24-hours settling, those coarser than $20{\mu}m$ were significantly detained. Further retention, especially for the finer-sized fraction, occurred in the wetland through internal recirculation during the dry day periods. As a primary media of the wetland, woodchip showed a high filtration and attachment capacity for the particulates in pre-settled stormwater, whereas overall amount of solids in the wetland effluent increased due to the detachment of woody elements from the media. This was observed mainly during the initial 75 days of operation, and the size and detachment rate were found to be strongly related with the woodchip packing ratio. The mechanism involving woody particle detachment was modeled as a first-order form. In addition, water quality factors and operational parameters affecting the detachment were analyzed and discussed.
The function of vertical subsurface flow wetlands can potentially be reduced with time due to clogging and are often assumed to be occurring when ponding and overflow is observed during rainfall. To investigate their clogging potential, three pilot-scale vertical subsurface flow (VSF) wetland systems were constructed employing woodchip, pumice, and volcanic gravel as main media. The systems received stormwater runoff from a highway bridge for seven months, after which the media were taken out and divided into layers to determine the amount and characteristics of the accumulated clogging matters. Findings revealed that the main clogging mechanism was the deposition of suspended solids. This is followed by the growth of biofilm in the media which is more evident in the wetland employing woodchip. Up to more than 30% of the clogging matter were found in the upper 20 cm of the media suggesting that this layer will need replacement once clogging occurs. Moreover, no signs of clogging were observed in all the wetlands during the operation period even though an estimation of at least 2 months without clogging was calculated. This was attributed to the intermittent loading mode of operation that gave way for the decomposition of organic matters during the resting period and potentially restored the pore volume.
Seo, Dong-Cheol;Lim, Seok-Cheon;Jo, In-Seong;Lee, Byeong-Ju;Lee, Hong-Jae;Kim, Sang-Don;Lee, Jun-Bae;Cho, Ju-Sik;Heo, Jong-Soo
Korean Journal of Environmental Agriculture
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v.28
no.3
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pp.258-265
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2009
To develop environmentally friendly constructed wetlands(CWs) for treating domestic sewage which was produced in farming and fishing village, the efficiency of water treatment at different ventilation systems in the vertical bed, depths of horizontal bed, and sewage loads was investigated. In the vertical bed, BOD and COD by duplex ventilation system were lower than those by single ventilation system. But T-N and T-P concentrations by both ventilation systems in the vertical bed were little different. In the horizontal bed, BOD, COD, T-N and T-P in 1.0 m and 1.3 m depths were little different. To reduce the CWs' area and to improve the pollutant removal efficiencies, the optimum depth of horizontal bed was 1.3 m. In single and duplex ventilation CWs, the removal rate of BOD, COD, SS, T-N and T-P decreased slightly with the sewage load increases. In same sewage load conditions, the removal rates of BOD, COD, SS, T-N and T-P by duplex ventilation CWs were higher than those by single ventilation CWs. In summary, to effectively treat domestic sewage from farming and fishing village, the optimum constructed wetlands would be the duplex ventilation CWs.
A lab-scale vertical flow subsurface (VFS) wetland composed of three parallel columns with polypropylene synthetic fiber as main substrate was operated. Piggery stormwater diluted from swine excreta was fed to the wetland on the basis of three different hydraulic regimes or hydraulic retention time (HRT) of 2, 4, and 8 days with daily internal recirculation. Then, monitoring of common water quality parameters was carried out. Unexpectedly, an increase of effluent COD concentration accompanying the appearance of foams was observed during a distinct period in the wetland with HRT 2, 4, and 8 days, successively. Subsequently, a series of experiments was conducted to investigate the origin of the foams. Foams and the increase of COD concentration were found to be induced by the release of organic matter from the synthetic polypropylene fiber which was fed with piggery stormwater. Meanwhile, nitrogen removal was found to be enhanced during a period which overlapped the distinct foaming period signifying that foaming played two important functions in biological nitrogen removal. Foams which form rapidly and then burst easily could hold up and then release oxygen for nitrification. Foams which contain organic surfactants could serve as carbon sources for denitrification as well. Hence, nitrogen removal was enhanced during the foaming stage. After that, COD concentration decreased slowly to a level prior to the foaming stage, and nitrogen removal efficiency declined as well.
A set of lab-scale polymer synthetic fiber packed column wetlands composing three columns (CW1, CW2 and CW3) with different hydraulic regimes, recirculation frequencies and pollutant loading rates, were operated in 2012. Synthetic fiber tested as an alternative wetland medium for soil mixture or gravel which has been widely used, has very high pore size and volume, so that clogging opportunity can be greatly avoided. The inflow to the wetland was artificial stormwater. All the wetlands achieved effective removal of TSS (94%~96%), TCOD (68%~73%), TN (35%~58%), TKN (62%~73%) and NH4-N (85%~ 99%). Particularly, it was observed that COD was released from the fiber during one distinct period in all wetlands. This was probably due to the degradation of polymer fiber, and the released organic matters were found to serve as carbon source for denitrification. In addition, with longer retention time and frequent recirculation, lower effluent concentration was observed. With higher pollutant loading rate, higher nitrification and denitrification rates were achieved. However, although organic matters were released from the fiber, the lack of carbon source was still the limiting factor for the system since the release persisted only for 40 days.
To obtain optimum filter media, configuration method and greenhouse wastewater loading in small-scale constructed wetlands (CWs) for treating greenhouse wastewater, the apparatuses were constructed with 4 kinds of combined systems such as vertical flow (VH)-Horizontal flow (HF), HF-VH, HF-VF-HF, VF-HF-HF CWs. The efficiencies of pollutants in greenhouse wastewater were investigated in various CWs under different filter media, configuration methods and agricultural water loading. Removal rates of pollutants under different filter media were in the other of coarse sand>broken stone${\fallingdotseq}$calcite${\fallingdotseq}$mixed filter media for COD, broken stone>mixed filter media>coarse sand>calcite for T-N, and calcite>mixed filter media>broken stone>coarse sand for T-P. The removal rates of pollutants in HF-VH-HF CWs at different configuration methods were higher than those in other configuration methods. The removal rates of pollutants were higher in the order of $150L\;m^{-2}day^{-1}{\fallingdotseq}300L\;m^{-2}day^{-1}$ > $600L\;m^{-2}day^{-1}$ under different greenhouse wastewater loading. Therefore, optimum configuration method was HF-VH-HF CWs, the optimum filter media was mixed filter media (coarse sand : broken stone : calcite=1 : 1 : 1), and the optimum greenhouse wastewater loading was $300L\;m^{-2}day^{-1}$ in HF-VH-HF CWs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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