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문제 정의
- 본 연구는 2개 다른 시스템에 대하여 2010년 6 월부터 2011년 7월까지 시운전기간, 검증기간 그리고 실제운전기간동안 BOD, T-N 그리고 T-P 수질현 황을 분석하였다. 따라서, 본 논문을 통하여 인공습 지 조성에 따른 수질정화 효율을 분석하여 중소하 천 주변에 인공습지 설치의 타당성을 검토하기 위함이다.
- 본 연구는 경안천 유역에 설치된 인공습지를 중심으로 수질정화 효율을 조사함이 목적이다. 대상지역의 습지는 두 가지로서 하나는 경안천 본류의 하 천수를 습지를 통하여 정화할 때 수질정화 효율을 검토하는 것이고, 다른 하나는 광주시 광동하수처리 장 처리수를 인공습지로 유입시켜 인공습지 자체와 수생식물에 의한 수질정화 효과를 검토하기 위함이다.
- 본 연구에서는 인공적으로 조성된 습지에 하수처 리장 배출수를 처리하는 습지(A습지)와 경안천 본 류수를 대상으로 하는 습지(C습지)의 시운전기간, 검증기간, 정상운전기간으로 나누어 계절에 따른 오 염물질 제거효율을 평가하였다. 두 개의 습지에 대한 유입수가 서로 다르고, 습지길이, 체류시간 등이 다르기 때문에 처리효율을 단순하게 비교 평가하는 것은 무리가 있을 것이다.
제안 방법
- 2010년 겨울철에는 수 생식물들이 생육이 중단된 관계로 분석을 중단하였다. 2011년부터는 정상운전을 실행하였다.
- 대상지역의 습지는 두 가지로서 하나는 경안천 본류의 하 천수를 습지를 통하여 정화할 때 수질정화 효율을 검토하는 것이고, 다른 하나는 광주시 광동하수처리 장 처리수를 인공습지로 유입시켜 인공습지 자체와 수생식물에 의한 수질정화 효과를 검토하기 위함이다. 본 연구는 2개 다른 시스템에 대하여 2010년 6 월부터 2011년 7월까지 시운전기간, 검증기간 그리고 실제운전기간동안 BOD, T-N 그리고 T-P 수질현 황을 분석하였다. 따라서, 본 논문을 통하여 인공습 지 조성에 따른 수질정화 효율을 분석하여 중소하 천 주변에 인공습지 설치의 타당성을 검토하기 위함이다.
- 본 연구 대상지는 경안천 하류 팔당호 인근에 설 치된 인공습지로서 생태적 수질정화습지의 형태를 갖추고 있다. 습지의 장소 및 생태환경적 복원방향 에 따라 설계, 시공되었으며 본 연구에서는 시운전 기간, 검증기간 그리고 실제운전기간으로 나누어 수 질정화 효율을 검토하였다. 계절에 따른 분석회수 등은 Table 2에 나타내었다.
- 채수지점은 유입구, 출구를 제외한 나머지 지 점은 유수 흐름이 느린 곡선부분을 선택하였다. 인 공습지 중 A습지의 6개 지점과, C습지의 5개 지점 에 대하여 연구기간 중 총 8회 조사 분석하였다. 계절 구분은 3월, 4월은 봄, 6월, 7월, 8월은 여름 그리고 10월은 가을로 분류하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 경안천 유역에 설치된 인공습지를 중심으로 수질정화 효율을 조사함이 목적이다. 대상지역의 습지는 두 가지로서 하나는 경안천 본류의 하 천수를 습지를 통하여 정화할 때 수질정화 효율을 검토하는 것이고, 다른 하나는 광주시 광동하수처리 장 처리수를 인공습지로 유입시켜 인공습지 자체와 수생식물에 의한 수질정화 효과를 검토하기 위함이다. 본 연구는 2개 다른 시스템에 대하여 2010년 6 월부터 2011년 7월까지 시운전기간, 검증기간 그리고 실제운전기간동안 BOD, T-N 그리고 T-P 수질현 황을 분석하였다.
- 본 연구 대상지는 경안천 하류 팔당호 인근에 설 치된 인공습지로서 생태적 수질정화습지의 형태를 갖추고 있다. 습지의 장소 및 생태환경적 복원방향 에 따라 설계, 시공되었으며 본 연구에서는 시운전 기간, 검증기간 그리고 실제운전기간으로 나누어 수 질정화 효율을 검토하였다.
- 본 연구는 경기도 광주시에 위치한 경안천의 생 태적 수질정화 비오톱공법으로 조성된 인공습지를 대상으로 2010년 6월부터 2011년 7월까지 수질을 분석한 자료를 종합하면 다음과 같다.
- 본 연구대상지는 경안천 본류수 수질악화를 방지 하기 위해, 경안천 인근 경기도 광주시 퇴촌면 광 동리 광동하수처리장 인근 하천부지에 각 습지의 수심은 약 30cm로 좁은 습지 면적을 최대한 활용 하기 위하여 곡선 형태로 조성된 인공습지이다. 자 유수면형 인공습지방식을 응용한 생태적 수질정화 비오톱 시스템으로 조성되어 있다.
이론/모형
- 계절 구분은 3월, 4월은 봄, 6월, 7월, 8월은 여름 그리고 10월은 가을로 분류하였다. 수질 측정항목 은 BOD, T-N, T-P이며 분석방법은 수질오염공정시 험방법에 따라 분석하였다.
성능/효과
- 1. 하수처리장 방류수를 처리하는 A습지와 정체된 경안천 본류수를 처리하는 C습지는 봄과 여름에 BOD 농도변화가 심하였으며, 가을에는 안정적이었다. T-N 농도변화는 봄이 여름과 가을에 비해 변화가 심하였다.
- 2. 인공습지 검증기간의 A습지와 C습지의 BOD, T-N, T-P의 농도는 안정적으로 유지 및 감소하는 경향을 보였으며 A습지의 BOD 제거효율이 높았으며, C습지의 T-N, T-P에 대한 제거효율이 높은 것으로 분석되었다.
- 3. A습지에서는 정상운전기간의 BOD, T-N, T-P에 대한 제거효율은 시운전기간의 비해 제거효율이 높 았으며, C습지에서의 BOD, T-N의 제거효율은 시운 전기간이 정상운전기간보다 높게 나왔으며 T-P의 제거효율은 정상운전기간이 높은 것으로 분석되었다.
- 4. 오염물질의 평균제거효율은 A습지가 T-P 의 제거 효율이 가장 높았으며, C습지는 T-N의 제거효율이 가장 높았다. A습지와 C습지는 오염물질들을 제거 하는 효과가 나타나는 것으로 분석되었다.
- 5. 오염물질의 계절별 제거효율은 다소 차이가 있지만 연구기간 중 전체 평균 제거효율은 하수처 리장 배출수를 대상으로 하는 A습지에서 오염물질 평균 제거율은 BOD 15%, T-N 14.8%, T-P 26.5% 이었으며, 경안천 본류수를 대상으로 하는 A습지에서 오염물질 평균 제거율은 BOD 23.5%, T-N 27.8%, T-P 10.6%이었다.
- A습지는 오염물질 중 T-P의 제거효율이 가장 높 았으며, C습지는 T-N의 제거효율이 가장 높았다. A 습지에서 BOD, T-N의 제거효율은 C습지에서 제거 효율보다 높았다.
- A습지에서 시운전기간 에 BOD 농도는 증가, 감소를 반복하는 경향을 보 였으며, 정상운전기간에는 A-2지점에서 농도가 증가하는 경향을 보였으나 시운전기간동안의 비해 BOD 농도의 변화가 심하지는 않았다. A습지에서 BOD 제거효율은 시운전기간이 14.8%였고 정상운전기간 에는 23.3%로 정상운전기간동안 BOD 제거효율이 더 높은 것으로 분석되었다. T-N농도의 변화는 시 운전기간과 정상운전기간 모두 A-in지점부터 하천으 로 배출되는 A-out지점까지 인공습지의 각 공정들 을 거치면서 서서히 감소하는 경향을 보였다.
- 7에 나타내었다. A습지에서 시운전기간 에 BOD 농도는 증가, 감소를 반복하는 경향을 보 였으며, 정상운전기간에는 A-2지점에서 농도가 증가하는 경향을 보였으나 시운전기간동안의 비해 BOD 농도의 변화가 심하지는 않았다. A습지에서 BOD 제거효율은 시운전기간이 14.
- 1%로 정상운전기간의 T-P 제거효율 이 더 높은 것으로 분석되었다. A습지에서의 정상 운전기간 중 BOD, T-N, T-P의 제거효율은 시운전 기간보다 향상된 것으로 분석되었다.
- 오염물질의 평균제거효율은 A습지가 T-P 의 제거 효율이 가장 높았으며, C습지는 T-N의 제거효율이 가장 높았다. A습지와 C습지는 오염물질들을 제거 하는 효과가 나타나는 것으로 분석되었다.
- 0%이었다. A습지와 C습지의 유 입수 성질이 다르지만, BOD 제거효율은 봄철에 C 습지에서 41.9%로 조사되었다. T-N 제거효율은 C 습지에서 가을에 50.
- A습지의 시운전기간동안 BOD, T-N 그리고 T-P 제거 효율보다 정상운전기간동안 BOD, T-N 그리고 T-P 제거효율은 향상되었다. 그러나 C습지의 제거 효율은 T-P를 제외하고 BOD와 T-N에 대하여 정상 운전기간동안 제거효율은 시운전기간동안 제거효율 보다 저조하였다.
- 6에 나타내었다. BOD 의 제거효율은 A습지가 7.1%였고 C습지가 -14.3% 로 A습지가 BOD제거효율이 높았지만 검증기간 중 에는 BOD의 제거가 잘 일어나지 않는 것으로 분석 되었다. T-N의 제거효율은 A습지가 11.
- 계절별 BOD, T-N 그리고 T-P의 제거효율은 Table 3에 나타내었다. BOD 제거효율은 A습지에서 봄에 17.3%로서 다른 계절에 비하여 우수하였으며, C습지에서는 봄에 42.9%로 가장 높았고 다음으로 여름에 37.6%이었다. T-N 제거효율은 A습지에서 여름에 47.
- C습지에서 시운전기간에 BOD 농도는 유입초기에 감소하다가 C-2지점에서 증가하였다가 다시 감소하는 경향을 보였으며, 정상운전기간에는 유입이후 감소하다가 C-3지점에서 BOD 농도가 증가하였 고 그 이후 다시 하천으로 배출될 때까지 감소하는 경향을 보였다. C습지에서 BOD 제거효율은 시운전 기간이 38.9%였고 정상운전기간에는 33.6%로 시운 전기간의 BOD 제거효율이 더 높게 분석되었다.
- C습지에서 시운전기간에 BOD 농도는 유입초기에 감소하다가 C-2지점에서 증가하였다가 다시 감소하는 경향을 보였으며, 정상운전기간에는 유입이후 감소하다가 C-3지점에서 BOD 농도가 증가하였 고 그 이후 다시 하천으로 배출될 때까지 감소하는 경향을 보였다. C습지에서 BOD 제거효율은 시운전 기간이 38.
- 5%, 시운전기간 -75%로 정상운전기간의 T-P제거효율이 더 높은 것으로 분석되었다. C습지에서의 BOD, T-N의 제거효율은 시운전기간이 정상운전기간보다 높게 나왔으며 T-P의 제거효율은 정상운전기간이 높은 것으로 분석되었다. 따라서 습지의 조성을 위하여 설계의 중요성을 알 수 있다.
- 유입수의 T-P농도는 봄에는 A 습지의 T-P 농도 감소효과는 C습지의 감소보다 큰 것으로 조사되었다. C습지의 유입수 T-P농도는 낮은 농도이었지만 하천으로 유입될 때까지 인 공습지의 각 지점들을 흐르면서 감소하는 경향을 보였다. 여름에는 A습지에서는 T-P농도변화가 거의 일어나지 않다가 A-3지점에서 증가하 였으나 이후 감소하였다.
- 6%이었다. T-N 제거효율은 A습지에서 여름에 47.0%로서 다른 계절에 비하여 우수한 제거 효율을 보였으며, C습지에서는 가을에 50.9%로 가장 높았고 봄과 여름에는 23.6%~27.7%이었다. T-P 제거효율은 A습지에서 가을에 42.
- 9%로 조사되었다. T-N 제거효율은 C 습지에서 가을에 50.9%로 가장 높았으며, T-P 제거 효율은 C습지에서 가을에 67.0%로 가장 높았다. 오 염물질 제거효율을 계절적으로 하면 여름과 가을에 효율적이며, 봄에는 수생식물들이 생육을 시작하는 관계로 제거효율이 낮은 것으로 판단된다.
- 3% 로 A습지가 BOD제거효율이 높았지만 검증기간 중 에는 BOD의 제거가 잘 일어나지 않는 것으로 분석 되었다. T-N의 제거효율은 A습지가 11.9%였고 C습 지가 50.9%로 C습지가 T-N의 제거효율이 높았으며, BOD의 비해 T-N의 제거효율이 검증기간에는 높은 것으로 분석되었다. T-P의 제거효율은 A습지가 42.
- 7%이었다. T-P 제거효율은 A습지에서 가을에 42.7%로서 다른 계 절에 비하여 우수하였으며, C습지에서는 봄과 가을 에 각각 51.6%, 67.0%이었다. A습지와 C습지의 유 입수 성질이 다르지만, BOD 제거효율은 봄철에 C 습지에서 41.
- C습지 에서 T-N의 농도는 C-1지점에서 증가한 후 감소하 였다가 C-3지점에서 다시 증가한 후 배출될 때까지 T-N의 농도 변화가 심하였다. T-P의 농도는 하수처리 장의 방류수가 유입된 이후 C-1지점에서 증가하였다 가 인공습지의 각 공정들을 거치면서 하천으로 유입 되는 지점까지 서서히 감소하는 것으로 분석되었다.
- 9%로 C습지가 T-N의 제거효율이 높았으며, BOD의 비해 T-N의 제거효율이 검증기간에는 높은 것으로 분석되었다. T-P의 제거효율은 A습지가 42.7%였고 C습지가 67.0%로 C습지가 T-P의 제거효 율이 높았으며, 검증기간에는 T-P의 제거가 잘 되는 것으로 분석되었다. T-P의 제거효율이 검증기간 에는 BOD, T-N의 제거효율에 비해 가장 높은 것으로 분석되었다.
- 운전기간의 T-P 농도는 감소 하다가 C-3지점에서 증가한 후 다시 감소하는 경향을 보였다. T-P의 제거효율은 정상운전기간 4.5%, 시운전기간 -75%로 정상운전기간의 T-P제거효율이 더 높은 것으로 분석되었다. C습지에서의 BOD, T-N의 제거효율은 시운전기간이 정상운전기간보다 높게 나왔으며 T-P의 제거효율은 정상운전기간이 높은 것으로 분석되었다.
- 0%로 C습지가 T-P의 제거효 율이 높았으며, 검증기간에는 T-P의 제거가 잘 되는 것으로 분석되었다. T-P의 제거효율이 검증기간 에는 BOD, T-N의 제거효율에 비해 가장 높은 것으로 분석되었다.
- C습지에서도 이에서 감소하는 경향을 보였지만 C-2지점에서 증가하는 것을 볼 수 있었으나, 이후 하천으로 유출될 때까지 서 서히 감소하는 것을 볼 수 있었다. 가을에는 하수 처리장 방류수가 유입되는 A습지와 하천 본류수가 유입되는 C습지 모두 인공습지의 각 지점들을 거치 지만 BOD 농도는 거의 변화 없이 유지되는 경향을 보였다. 특히 가을에는 유입수의 BOD 수질이 낮아 서 각 지점의 유기물 저감효과는 미미하였다.
- A 습지에서 BOD, T-N의 제거효율은 C습지에서 제거 효율보다 높았다. 계절별 오염물질의 제거효율은 다소 차이가 있지만 연구기간 중 전체 평균 제거효율 은 효과가 있는 것으로 분석되었다.
- T-N농도의 변화는 시 운전기간과 정상운전기간 모두 A-in지점부터 하천으 로 배출되는 A-out지점까지 인공습지의 각 공정들 을 거치면서 서서히 감소하는 경향을 보였다. 시운 전기간의 T-N의 제거효율은 35.1%였고 정상운전기 간의 T-N의 제거효율은 53.4%로 정상운전기간의 T-N 제거효율이 더 높은 것으로 분석되었다. 시운 전기간의 T-P 농도는 하수처리장의 방류수 유입초 기에 감소하는 경향을 보이다가 A-1지점부터 A-3지 점까지 증가한 후 다시 감소하는 경향을 보였으며, 정상운전기간에는 하수처리장 방류수 유입이후 감 소하다가 T-P농도가 A-3지점에서 증가한 후 하천으 로 배출될 때까지 감소하는 것으로 나타났다.
- 4%로 정상운전기간의 T-N 제거효율이 더 높은 것으로 분석되었다. 시운 전기간의 T-P 농도는 하수처리장의 방류수 유입초 기에 감소하는 경향을 보이다가 A-1지점부터 A-3지 점까지 증가한 후 다시 감소하는 경향을 보였으며, 정상운전기간에는 하수처리장 방류수 유입이후 감 소하다가 T-P농도가 A-3지점에서 증가한 후 하천으 로 배출될 때까지 감소하는 것으로 나타났다. 시운 전기간의 T-P의 농도변화가 정상운전기간의 비해 심하였고 T-P의 제거효율은 정상운전기간 27.
- 시운 전기간의 T-P 농도는 하수처리장의 방류수 유입초 기에 감소하는 경향을 보이다가 A-1지점부터 A-3지 점까지 증가한 후 다시 감소하는 경향을 보였으며, 정상운전기간에는 하수처리장 방류수 유입이후 감 소하다가 T-P농도가 A-3지점에서 증가한 후 하천으 로 배출될 때까지 감소하는 것으로 나타났다. 시운 전기간의 T-P의 농도변화가 정상운전기간의 비해 심하였고 T-P의 제거효율은 정상운전기간 27.1%, 시운전기간 22.1%로 정상운전기간의 T-P 제거효율 이 더 높은 것으로 분석되었다. A습지에서의 정상 운전기간 중 BOD, T-N, T-P의 제거효율은 시운전 기간보다 향상된 것으로 분석되었다.
- 시운전기간에 T-N농도는 유입 이후에 C-3지점에서 증가하였고 그 이후 하천으로 배출될 때까지 감소하는 경향을 보였다. 정상운전기간에는 유입이후 증가하는 경향을 보였으며 T-N 농도변화가 심하였다.
- 정상운전기간에는 유입이후 증가하는 경향을 보였으며 T-N 농도변화가 심하였다. 시운전기간의 T-N의 제거효율은 41.7%였고 정 상운전기간의 T-N의 제거효율은 -5.3%로 시운전기 간의 T-N 제거효율이 더 높은 것으로 분석되었다.
- 인공습지의 조성이후 시운전기간을 거친 후 검증 기간인 2010년 10월의 A습지와 C습지의 BOD, T-N, T-P의 수질분석결과를 Table 4에 나타내었다. 하수처리장 방류수가 유입되는 A습지는 초기에 BOD 농도가 점차 낮아지다가 A-2지점에서 증가하는 것을 볼 수 있었으며, 이후 다시 감소한 후 A-Out지점에서 다시 증가한 후 하천으로 유입되는 것으로 분석되었다. T-Ne A-1지점에서 증가한 후 감소하였다가 A-3지점에서 다시 증가한 후 인공습 지에서 배출될 때까지 감소하는 경향을 보였다.
- 가을에는 A습지와 C습지에서 초기 유입 수의 농도는 달랐지만 하천으로 배출될 때까지 감소하는 경향을 보였다. 하수처리장 배출수가 유입되는 A습지에서는 봄, 여름, 가을 모두 인공 습지의 각 지점들을 지나는 동안 T-P 의 농도가 감소하는 것으로 나타났다. C습지에서는 봄과 가 을에 T-P의 농도가 감소하는 것으로 나타났다.
- 하천 본류수가 유입되는 C습지는 초기에 BOD농도가 점차 낮아지다가 C-2지점부터 하천으로 배출 될 때까지 서서히 증가하는 경향을 보였다. C습지 에서 T-N의 농도는 C-1지점에서 증가한 후 감소하 였다가 C-3지점에서 다시 증가한 후 배출될 때까지 T-N의 농도 변화가 심하였다.
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