• 한국습지학회지
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• 제23권1호
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• pp.94-105
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• 2021

본 연구에서는 합성섬유로 충진된 바이오필터(FBF)와 우드칩으로 충진된 필터(WBF)로 구성된 수직흐름형 습지공정(BFS)의 처리성능을 평가하였다. BFS 시스템에서 단독 필터를 사용한 것보다 두개의 필터를 직렬로 결합한 경우 특히 질소제거에 탁월한 성능을 나타내었다. FBF 공정에서는 암모니아 질소 100%가 활발한 질산화 반응을 통하여 질산성 질소로 전환되었으며 후속 WBF에서 77%의 질산성 질소가 제거되어 우드칩이 제공하는 탄소가 탈질반응에 큰 영향을 끼치는 것으로 판명되었다. 바이오필터의 성능은 유입특성에 상관없이 독립적인 성능을 보였으며 인 제거에도 효과가 있었으나 종종 용출징후가 나타났으며 현장적용시에는 이와 같은 사항을 유념해야할 것으로 보인다. 한편 회귀식 분석결과 운전시간에 따른 바이오 필터내부의 미생물 증식상태를 간접적으로 암시해 주었다. 본 연구결과 질소제거 측면에서 본 연구에서 제안하고 있는 여재를 이용한 수직흐름형 직렬식 습지 공정은 전형적인 수직-수평흐름 습지와 비교하여 비용측면에서 많은 장점을 가지고 있다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제4권3호
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• pp.142-148
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• 2017

본 연구에서는 부영양화의 원인이 되는 질소와 인의 제거 효율을 향상시킬 목적으로 광물질을 활용한 여재를 이용하여 호기, 혐기의 흐름조건을 만들어주기 위한 수직 수평 흐름 인공습지를 고안하여 아크릴 반응조로 제작한 후 성능평가를 진행하였다. 수직 수평 흐름형 인공습지의 경우 호기 및 혐기조건을 평가하기 위해서 반응조 내 용존산소(DO) 농도를 측정해본 결과 호기상태에서는 2.7 mg/L, 혐기상태에서는 N.D로 확인되어 목적에 부합된 결과가 확인되었다. 실험결과에서는 SS 저감효과가 140 min, 80 min, 60 min의 운전시간에서 각각 94%, 91%, 61%의 효율을 보였고, T-P의 경우 각각의 운전시간에 따라 84%, 71%, 63%의 저감효율을 보였다. 또한 T-N의 경우 각각의 운전시간에 따라 63%, 49%, 42%의 저감효율을 보여 기존의 습지가 12~24 hr 체류시간을 가지는 것에 비하여 짧은 운전시간에도 높은 처리효율을 보이는 것으로 확인되었다. 본 연구에서는 수직 수평 흐름 방식을 복합 적용하여 기존 인공습지의 단점을 보완하기 위해 기술개발을 진행한 것으로 어떠한 기능적 효과를 갖는지 확인하였고, 향후 이에 대한 현장적용을 위한 운영 및 관리적 차원의 메커니즘 연구가 추가로 진행 될 필요가 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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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.

• 한국습지학회지
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• 제20권2호
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• pp.145-154
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• 2018

본 연구에서는 포장도로에서 발생되는 강우유출수 처리를 위하여 파일럿 규모의 우드칩 충진 수직흐름형 습지를 이용하여 처리시험을 수행하였다. 각 습지는 전처리 목적의 침강지와 우드칩이 전체용적의 25%, 50%, 75%가 충진된 습지로 구성되어 있다. 입도분석 결과 강우유출수에 함유된 입자의 크기는 0.52-30um 크기가 주종을 이루고 있으며 24시간 침강 후에 20um 이상의 입자는 대부분 제거되었다. 또한 20um 보다 작은 크기의 입자는 건기시 수행되는 내부순환에 의해 여과 및 부착 등의 기작에 의해 상당부분 제거되었으나 전체적인 입자의 양은 우드칩의 연화과정에서 탈리되는 입자들에 의해 증가하는 것으로 밝혀졌다. 우드칩으로 부터 입자탈리는 초기 75일 동안에 걸쳐 발생하였으며 발생된 우드칩 입자의 농도(밀도)는 충진율이 증가할수록 증가하였다. 본 논문에서는 우드칩 탈리과정을 설명할 수 있는 1차 반응속도 모델을 제안하였으며 우드칩 탈리에 영향을 미치는 주요 수질인자 및 운전조건과의 관계를 분석한 결과 수질인자 중에는 수온, 용존산소, pH 등이 주요 영향인자로 파악되었으며 운전조건으로는 습지내부 운전수위 및 선행건기일수도 탈리속도를 결정하는 주요 변수로 분석되었다.

• 한국습지학회지
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• 제20권3호
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• pp.235-242
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• 2018

운전시간이 경과함에 따라 공극폐색 문제로 인하여 수직 흐름형 습지의 기능은 저하되는데 이와 같은 문제는 폰딩(ponding)이나 월류 현상에 의하여 쉽게 관측할 수 있다. 공극폐색 잠재성을 조사하기 위하여 도로주변에 설치된 파일럿 규모의 습지 운전자료를 분석하였다. 습지에는 각각 우드칩과 마사(부석), 그리고 화산석을 충진하였다. 약 7개월 동안 도로 강우유출수 처리시험을 수행한 후 충진된 여재를 비운 후 여재 층별로 분류하여 여재에 의해 포획된 고형물 입자의 양과 특성을 분석하였다. 분석결과 대부분의 포획물질은 외부기인 부유물질 이었으며 다음으로 여재표면에 증식한 생물막인 것으로 나타났다. 특히 다른 여재와 비교하여 유기성 여재인 우드칩에서 생물막의 증식이 왕성하였다. 또한 전체 포획량 중 30% 이상이 상부 20cm 이내에 집중되어 있어 폐색으로 인한 폰딩 발생시 이 부분의 여재를 우선적으로 교체하여야 할 것으로 판단된다. 또한 모델계산 결과 우드칩 충진 습지에서 폐색에 도달하는데 약 2달 정도가 소요될 것으로 산출되었으나 실제로는 전혀 폐색 기미는 발생하지 않았는데 이는 강우시에만 운영되는 특성상 강우활동이 없는 무강우 기간 동안 포획된 유기물질이나 생물막이 자연적으로 분해되어 일정기간이 경과되면 공극이 회복되었다.

• 한국환경농학회지
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• 제28권3호
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• pp.258-265
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• 2009

농어촌 등에서 소규모로 발생하는 하수처리를 위한 환경 친화형 자연정화공법인 인공습지 하수처리장 개발을 위하여 수직흐름조(VF)-수평흐름조(HF) 인공습지 시스템을 수직흐름조는 현행 단일 통풍 구조에서 이중 통풍 구조로, 수평흐름조는 깊이를 현행 1.0 m에서 1.3 m로 하여 체적은 같으면서 표면적을 줄여 시공한 다음, 수직흐름조 통풍방법별, 수평흐름조 깊이별 및 하수부하량에 따른 수처리 효율을 조사하였다. 수직흐름조 통풍 방법에 따른 수처리 효율을 조사한 결과 BOD 및 COD는 이중 통풍형 구조가 단일 통풍형 구조에 비해 높은 처리효율을 보였다. 하지만 총 질소와 총 인은 두통풍형 구조 모두 큰 차이 없이 유사한 결과를 보였다. 따라서 수직흐름조의 최적 통풍방법은 이중통풍형 구조이었다. 수평흐름조 깊이에 따른 수처리 효율을 조사한 결과 BOD, COD, 총 질소 및 총 인 함량은 수평흐름조 깊이에 따라 별차이가 없었지만, 수평흐름조 깊이 1.3 m의 경우 인공습지 하수처리장의 시공시 부지면적을 감소시킬 수 있을 것으로 판단되므로 깊이 1.0 m에 비해 경제성과 유지관리면에서 바람직할 것으로 생각된다. 따라서 수평흐름조의 최적 깊이는 1.3 m이었다. 농어촌 지역에서 소규모로 발생하는 하수의 하수부하 변동에 대한 대응성을 조사하기 위하여 하수부하량에 따른 수처리 효율을 조사한 결과 BOD처리율은 하수부하량이 적을수록 약간 높았으며, COD 및 SS는 하수부하량에 따라서 별 차이가 없었고, 동일한 하수부하량에서는 이중 통풍형 공법이 대조구인 단일 통풍형 공법에 비해 높은 처리효율을 보였다. 총 질소 및 총 인 처리효율도 하수부하량이 증가함에 따라 처리효율이 점점 감소되는 경향이었고, 동일한 부하량에서는 이중 통풍형 공법이 단일 통풍형 공법에 비해 처리율이 약간 높았다. 따라서 하수처리장 공법별 및 하수부하량에서의 하수처리효율과 경제성 및 유지 관리비를 고려해볼 때 농어촌 등에서 소규모로 발생하는 하수를 효과적으로 처리하기 위한 인공습지 하수처리장은 수직흐름조 통풍방법이 이중 통풍형 구조이며 수평흐름조의 깊이가 1.3 m인 이중 통풍형 공법이 되어야 할 것으로 판단된다.

• 한국습지학회지
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• 제21권4호
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• pp.334-343
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• 2019

합성섬유를 주 여재로 충진한 실험실 규모의 수직 지하흐름형 습지를 제작하여 인공축산단지 강우유출수 처리시험을 수행하였다. 3개의 습지에 대하여 수리학적 체류시간은 각각 2, 4, 8일 로 운전하였으며 매일 1회씩 내부순환을 실시하였다. 운전기간 동안에 매일 일반적인 수질인자에 대하여 모니터링을 실시하였으며 갑자기 HRT에 따라 순차적으로 거품이 발생되면서 처리수의 COD가 증가하는 현상이 관찰되었다. 따라서 연구의 방향을 거품의 발생원인을 분석하는데 초점을 맞추게 되었으며 거품의 출처 및 유기물질 농도의 증가는 습지에 충진한 폴리프로필렌 합성섬유가 분해되면서 방출된 것으로 분석되었다. 거품의 발생 및 유기물질의 농도증가는 질소제거의 효율증가와 밀접한 관련이 있었으며 2가지의 중요한 역할을 수행한 것으로 밝혀졌다. 먼저 거품은 습지내부에서 질산화에 필요한 산소를 억류하면서(hold-up) 질산화를 촉진시키며 거품에 내재된 유기물질은 탈질에 필요한 탄소원으로 작용한 것으로 판단된다. 따라서 거품발생시기와 질소제거효율이 증가한 시기가 일치한 것으로 보인다. 이후에 거품문제가 사라지면서 질소제거 수준은 서서히 감소하여 이전의 거품이 없던 시기로 회귀하였다.

• 한국습지학회지
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• 제18권1호
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• pp.68-75
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• 2016

본 연구에서는 습지에 널리 적용되는 혼합토양이나 자갈여재 대신 공극율이 90% 이상으로 매우 커서 공극폐색의 염려가 적은 합성섬유를 대체여재로 적용한 수직 흐름형 컬럼습지를 제작하여 서로 다른 수리학적 체류시간, 내부순환빈도 및 오염 부하량 조건에서 축산지역 인공 강우유출수 처리시험을 수행하였다. 모든 습지에서 TSS 제거효율은 94~96%, COD 68~73%, TN 35~58% 이었다. 체류시간 등의 운전인자가 TSS와 COD 제거에 미치는 영향은 미미하였다. 그러나 질소의 경우 부하량과 체류시간, 내부순환빈도가 증가할수록 효율이 증가하였다. 특히 운전기간 동안 합성섬유의 생물학적 분해작용으로 인하여 유기물질이 다량 용출되었으며 탈질을 위한 내부공급 탄소원으로 기여하는 것으로 밝혀졌다. 그러나 용출기간은 40일 정도 지속되었으므로 그 효과는 매우 제한적이었다. 습지 내부충진 여재로서 합성섬유가 갖는 장점은 가벼우므로 구조체의 시공에 소요되는 비용을 저감할 수 있고, 비표면적이 크고 습지수명을 연장할 수 있다는 점이다.

• 생태와환경
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• 제47권1호
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• pp.13-23
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• 2014

본 연구는 시설하우스에서 비점오염원으로 인해 배출되는 오염된 농업배수를 인공습지에서 효과적으로 처리하기 위한 기초자료를 확보하기 위해 인공습지에서 여재종류, 조합방법 및 부하량에 따른 오염물질 정화효율을 평가하였다. 인공습지의 조합방법은 수직-수평흐름조, 수평-수직흐름조, 수평-수직-수평흐름조 및 수직-수평-수평흐름조로 구분하여 설계 및 시공하였으며, 여재는 왕사, 쇄석, 방해석 및 혼합여재로 구분하여 각 조에 충진하였다. 또한 농업배수 부하량을 150, 300, $600L\;m^{-2}day^{-1}$으로 달리하여 오염물질의 처리효율을 조사하였다. 조합방법별 수처리효율은 HF-VF-HF 조합방법이 다른 조합방법에 비해 높은 처리효율을 보였으며, 최적여재는 COD 처리효율은 왕사가 가장 높았고, T-N은 쇄석, T-P는 방해석이 가장 높았다. 하지만 모든 처리효율과 경제성 부분을 고려하였을 때 최적여재는 혼합여재가 가장 효과적일 것으로 판단된다. 농업배수의 부하량에 따른 처리효율 결과 COD는 농업배수 부하량 $600L\;m^{-2}day^{-1}$까지 안정적인 처리효율을 보였으나, T-N 및 T-P는 $150L\;m^{-2}day^{-1}{\fallingdotseq}300L\;m^{-2}day^{-1}$ > $600L\;m^{-2}day^{-1}$의 순으로 농업배수의 부하량이 증가함에 따라 약간 감소하는 경향이었다. 따라서 시설하우스 농업배수 처리를 위한 인공습지 농업배수처리장의 최적조건은 HF-VH-HF 조합형 인공습지에 왕사, 쇄석 및 방해석이 혼합된 혼합여 재로 충진하고 부하량 $300L\;m^{-2}day^{-1}$ 이하의 농업배수를 주입하는 것이 최적일 것으로 판단된다.