• 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.

• 한국환경생태학회지
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• 제16권2호
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• pp.179-187
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• 2002

유기물이 함유된 공업용 폐수(2차처리수)의 수질을 정화하기 위해 2000년 7～10월에 친환경적인 방법인 식물정화조를 조성하여 하천의 수질 및 지하수를 보전하고 공업단지내에서 생물서식공간과 휴게공간을 제공하고자 본 실험을 진행하였다 식물정화조의 크기는 10m$\times$6m(상부면)로 1일 처리용량은 2.5㎥였다. 폐수는 1일 4회, 6시간 간격으로 0.625㎥씩 나누어 처리하였다. 처리효율을 높이기 위해 수직흐름방식을 채택하였고, 배수층은 모래와 자갈을 2:1의 비율로 혼합하여 깊이 1.0m로 조성하였다. 식물정화조 내에는 갈대, 부들, 골풀, 노랑꽃창포 등의 다년생 정수식물을 20본/㎥ 식재하였다. 처리수 재활용 차원에서 생물종다양성을 증진시키는 자연형 연못을 조성하였으며, 이를 환경교육장으로 활용하기 위해 관찰데크, 안내해설판 등을 도입하였다. 실험결과 BOD$_{5}$, COD, T-N, T-P 등의 제거에 상당한 효과가 있는 것으로 나타났고, 생태계 모니터링 결과, 생물서식공간(비오톱)으로서의 기능이 점진적으로 향상되고 있는 것으로 나타났다.

• 한국습지학회지
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• 제19권4호
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• pp.451-458
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• 2017

본 연구에서는 비용효율적인 인공습지의 설계를 위하여 초기 침강지 내 다양한 도류벽형태에 따른 인공습지의 사수역 및 입자상 물질의 제거효율을 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)을 통해 연구하였다. 그 결과, 초기 침강지에서 도류벽의 형태는 유입 유속에 영향을 미치며, 침전률에도 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다. $2{\mu}m$ 와 $5{\mu}m$와 같은 미세한 입자에서는 수평으로 설치한 도류벽에서 침전률이 높았으며, $10{\mu}m$와 $20{\mu}m$ 크기의 큰 입자는 수직형 도류벽에서도 높은 침전률을 나타내었다. 또한, 수직형 도류벽의 경우 좁은 면적에 침전이 집중적으로 이루어지기에 다른 형태에 비해 유지관리가 효율적일 것으로 판단되었다. 이에 인공습지의 설계 목적에 따라 가장 적절한 도류벽의 형태를 선정하여 설계해야 할 것으로 보여진다.

• 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.

• 한국습지학회지
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• 제16권4호
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• pp.379-388
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• 2014

본 연구는 2단(수직 및 수평 흐름) 복층여재(모래와 제올라이트 그리고 모래와 굴 껍질) 갈대 인공습지에 생활하수를 간헐적으로 주입하였을 때 각 수질항목별 처리효율 평가이다. 하수는 수리학적 부하량 $314L/m^2{\cdot}day$(수직 흐름 인공습지 기준)를 하루 4(10분 동안 주입 후 5시간 50분 동안 중단)회 균등하게 간헐적으로 주입하였다. 그 결과 유출수의 pH는 수평 흐름 인공습지 굴 껍질 층의 높이에 크게 영향을 받았으며 굴 껍질 층의 높이가 200 mm일 때 pH 6.24를 보였다. DO(oxygen demand)는 유입수(0.19 mg/L)보다 수직 흐름 인공습지 유출수(7.65 mg/L)에서 높았다가 수평 흐름 인공습지 유출수(6.49 mg/L)에서는 다시 낮아졌다. 그리고 여름보다 겨울에 높았다. 또한 OTR(oxygen transfer rate)은 수직 흐름 인공습지 $57.15g\;O_2/m^2{\cdot}day$ 그리고 수평 흐름 인공습지 $5.65g\;O_2/m^2{\cdot}day$로 나타났다. $NH_4{^+}$-N의 처리효율은 80.17% (유출수 농도 6.01 mg/L)로 전부를 제올라이트로 충진하였을 경우(타 연구)와 비교하여 낮았지만 수직 흐름 인공습지 제올라이트 300 mm 충진 층으로도 하수처리에서 요구되는 방류수질의 T-N 농도(20 mg/L)까지 안전성 있게 처리할 수 있을 것으로 예측된다. 각 항목별 평균 처리효율은 유출수에서 SS 88.09%, BOD 88.12%, $COD_{Cr}$ 83.11%, $COD_{Mn}$ 85.58%, T-N 57.21%, $NH_4{^+}$-N 80.17%, T-P 86.73%를 보였다. $NO_3{^-}$-N의 농도는 수직 흐름 인공습지 유출수에서 보다 수평 흐름 인공습지 유출수에서 감소하였다. 유출수 중 T-N의 반 이상이 $NO_3{^-}$-N(7.92 mg/L)으로 잔존하였으며 $NO_2{^-}$-N은 평균 0.90mg/L이었다. T-P의 처리효율은 굴 껍질의 충진 층 높이가 800 mm에서 93.24%, 500 mm에서 86.30% 그리고 200 mm에서 55.44%로 굴 껍질 충진층의 높이에 비례하였다.

• 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.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제14권6호
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• pp.53-64
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• 2009

습지는 다양한 생지화학적 반응기작을 통하여 폐수로부터 유입되는 유기오염물질을 완화/정화하는 지역으로 알려져있다. 본 연구에서는 습지에서 다양한 물질의 성상과 거동을 모의하기 위하여 수학적 모형을 개발하였다. 개발한 모형은 1차원 수직 포화 모형으로 이류, 수리학적 분산, 미생물에 의한 생분해, 산화/환원반응, 식생과 조수 등 외부환경의 영향을 고려하였다. 조수의 영향은 퇴적물 내 공극수의 흐름에 주기적인 변화를 일으키고, 계절에 따라 식생은 증발산과 뿌리로부터의 산소공급을 통해 흐름과 근권 내 산화/환원 환경에 영향을 미친다. 개발된 모형을 적용하여 습지퇴적물 내에 존재하는 관심물질의 공간적 및 시간적 분포 모의를 위한 가상의 수치실험을 수행하였다. 또한 대표적인 중금속 오염물질의 하나인 크롬의 습지퇴적물 내 성상과 거동을 모의하였다. 모의 결과는 식생 뿌리와 조수가 습지퇴적물 내 전자수용체, 환원물질, 중금속의 분포에 지대한 영향을 미칠 수 있음을 보여주었다.

• 한국습지학회지
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• 제23권3호
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• pp.242-251
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• 2021

인디아와 같은 개발 도상국에서는 규제없는 폐수 방류가 지표수 수질에 심각한 영향을 주고 있다. 인공습지(CW)는 생태학적 기작에 의하여 폐수 처리를 함으로써 수질정화와 함께 다양한 효과를 제공하는 효율적인 기술이다. 본 연구는 인디아의 폐수처리를 위해 조성된 다양한 형태의 인공습지에 대하여 자료를 정리하고 분석함으로써 객관적 효과 평가를 수행하고자 수행되었다. 연구에 사용된 인공습지 데이터는 기출판된 문헌에서 수집되었으며, 산업폐수의 경우 화학적 산소요구량(COD), 생화학적 산소요구량(BOD)이 높게 나타났다. 인디아의 생활하수 총질소(TN)와 총인(TP)은 산업폐수보다 낮은 농도를 보였다. 수직흐름 인공습지(VFCW)와 수평흐름 인공습지(HFCW)는 생활하수 및 산업 폐수의 TSS, BOD, TP 제거에 효과적으로 나타났다. 그러나 COD는 하이브리드 인공습지(HCW)에서 높은 제거율을 보였다. 인도에서는 인공습지를 폐수처리 시설의 고도처리로 활용될 경우 수질이 크게 향상되는 것으로 나타났다. 인공습지의 방류수 수질은 관개용수 및 기타 농업용수로 활용가능한 수질로 평가되었다. 본 연구결과는 인디아의 지역적 특성에 적정한 인공습지 설계에 기여할 것으로 평가된다.

• 한국습지학회지
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• 제13권2호
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• pp.231-242
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• 2011

도시화가 진행될수록 건물의 옥상 및 교통관련 시설물 또한 증가하여, 녹지공간은 감소하고 불투수면은 증가하게 된다. 불투수면이 증가함에 따라, 도시내 자연적 물순환 시스템 파괴, 비점오염물질 증가, 생태축 단절 등과 같은 다양한 환경수리학적 문제점이 발생되고 있다. 최근 들어 국민들의 생활 및 의식수준이 향상되면서, 도시의 경제적인 측면뿐만 아니라 심미적인 측면, 환경적인 측면을 동시에 고려한 지속가능한 도시 개발이 요구되고 있다. 또한 강우유출수 관리에 대한 관심과 인식이 높아지면서 Low Impact Development(LID) 관련 기술의 개발 및 적용에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 국내 환경에 적합한 가이드라인, 설계기준 등은 매우 부족한 실정이다. 본 연구는 도시 및 도로가에 적용하기 위한 소규모 인공습지 기술을 개발하기 위하여, Pilot-scale 실험을 실시하였으며, 분석 결과, TSS, $COD_{Cr}$, TN, TP, Total Pb에 대한 평균저감효율이 각각 95%, 82%, 35%, 91%, 57%로 나타났다. 이러한 결과는 소규모 인공습지가 향후 도시 내 효율적인 물순환 시스템을 구축하고, 수생태계 보전에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국습지학회지
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• 제9권1호
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• pp.69-78
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• 2007

Constructed wetlands and other aquatic systems have been successfully used for waste and wastewater treatment in either temperate or tropical regions. To treat waste or wastewater in a sustainable manner, the integrated eco-engineering designs are explained in this paper with 2 case studies: (i) a combination of vertical-flow constructed wetland (CW) with plant irrigation systemfor fecal sludge management and (ii) integrated CW units with landscaping at full-scale application for domestic wastewater treatment. The pilot-scale study of fecal sludge management employed 3 vertical-flow CW units, each with a dimension of $5{\times}5{\times}0.65m$ (width ${\times}$ length ${\times}$ media depth) and planted with cattails (Typha augustifolia). At the solid loading rate of 250 kg total solids (TS)/$m^2.yr$ and a 6-day percolate impoundment, the CW system could achieve chemical oxygen demand (COD), TS and total Kjeldahl nitrogen (TKN) removal efficiencies in the range of 80 - 96%. The accumulated sludge layers of about 80 - 90 cm was found at the CW bed surface after operating the CW units for 7 years, but no clogging problem has been observed. The CW percolate was applied to 16 irrigation Sunflower plant (Helianthus annuus) plots, each with a dimension of $4.5{\times}4.5m$ ($width{\times}length$). In the study, the CW percolate were fed to the treatment plots at the application rate of 7.5 mm/day but the percolate was mixed with tap water at different ratio of 20%, 80% and 100%. Based on a 1-year data of 3-crop plantation were experimented, the contents of Zn, Mn and Cu in soil of the experimental plots were found to increase with increasing in CW percolate ratios. The highest plant biomass yield and oil content of 1,000 kg/ha and 35%, respectively, were obtained from the plots fed with 20% or 50% of the CW percolate, whereas no accumulation of heavy metals in the plant tissues (i.e. leaves, stems and flowers) of the sunflower is found. In addition to the pilot-scale and field experiments, a case study of the integrated CW systems for wastewater treatment at Phi Phi Island (a Tsunami-hit area), Krabi province, Thailand is illustrated. The $5,200-m^2$ CW systems on Phi Phi Island are not only for treatment of $400m^3/day$ wastewater from hotels, households or other domestic activities, but also incorporating public consultation in the design processes, resulting in introducing the aesthetic landscaping as well as reusing of the treated effluent for irrigating green areas on the Island.