[논문]체류시간이 식생수로 저감효율에 미치는 영향

백승봉; 길경익

doi:10.17663/jwr.2014.16.3.371

체류시간이 식생수로 저감효율에 미치는 영향
Effect of Retention Time on the Removal Efficiency in Grassed Swale 원문보기

한국습지학회지 = Journal of wetlands research, v.16 no.3, 2014년, pp.371 - 381

백승봉 (서울과학기술대학교 건설시스템공학과) , 길경익 (서울과학기술대학교 건설시스템디자인공학과)

초록
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현재까지 국내에서 수질관리 정책이 점오염원 관리를 우선 시 하고 있다. 비점오염원은 배출특성, 배출지점 및 배출량의 파악에 매우 어려움이 있다. 이러한 비점오염 관리를 위해 다양한 비점오염저감시설들에 대한 개발 및 연구가 진행되고 있다. 비점오염시설의 평가를 위해 다양한 효율산정 방법들이 제시되고 있다. 본 연구에서는 강우 시 식생수로 모니터링 결과를 통해 체류시간이 저감효율에 미치는 영향에 대해 연구를 수행하였다. 또한 여러 가지 저감효율 산정 방법에 따른 차이를 비교하고자 하였다. 식생수로에서 체류시간에 따른 효율 분석 결과 체류시간이 길수록 저감효율도 높아지는 것으로 나타났다. 이는 식생수로의 안정적인 저감효율을 확보하기 위해선 충분한 체류시간이 확보 되어야 한다고 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently the water quality management policy gives priority to management the point source. Non-point pollution source is difficult to comprehend because those don't have certain outflow point and emission. There are many development and research about BMPs for manage the Non-point pollution source. Various methods of removal efficiency are presented for assessment of Best Management Practices (BMPs). In this study, retention time have effect on removal efficiency based on monitoring results of Grassed Swale is studied. Also, Compare a difference according to various methods of Grassed Swale removal efficiency. The result of removal efficiency analysis depending on retention time of Grassed Swale, removal efficiency is higher as retention time increases. To obtain a stable removal efficiency of Grassed Swale, retention time of Grassed Swale should be secure.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 강우 시 강우 유출수와 함께 유출되는 비점오염물질을 저감하는 비점오염저감시설인 식생수로의 현장 모니터링을 결과를 바탕으로 체류시간과 여러 가지 저감효율산정 방법을 통해 다음과 같은 결론을 도출 할 수 있었다. 본 연구의 대상 유역의 평균 유입 및 유출 EMC를 살펴본 결과 TN의 EMC 농도 차이가 크게 나타났으며, TSS의 농도차이가 가장 높게 나타났다.
본 연구에서는 분석항목별로 유출특성을 알아보기 위하여 유량가중평균농도(Event Mean Concentration, EMC)를 산정하였다. EMC는 강우 지속시간 동안 유출된 총 오염물질의 양을 총 강우 유출량으로 나누어 계산하는 방법이다.
본 연구에서는 비점오염저감시설의 저감효율을 평가하기 위해서 대표적인 3가지 방법을 이용하여 저감효율을 산정하였다. 제거효율법(ER) 방법은 모니터링 통한 강우별 저감효율을 산정한 후 산술평균을 이용하여 구하는 방법이다(US EPA, 1983).
또한 강우사상별 체류시간에 따라 저감효율의 변화가 어떻게 이루어지는지를 분석하였다. 이를 바탕으로 식생수로의 체류시간과 저감효율에 상관성을 알아보고자 연구를 수행하였다.

제안 방법

본 연구에서는 모니터링을 통해 식생수로에 유입되는 비점오염물질의 저감효율을 여러 가지 방법을 이용하여 산정 하였다. 또한 강우사상별 체류시간에 따라 저감효율의 변화가 어떻게 이루어지는지를 분석하였다. 이를 바탕으로 식생수로의 체류시간과 저감효율에 상관성을 알아보고자 연구를 수행하였다.
본 연구에서는 식생형 비점오염저감시설인 식생수로의 저감효율 산정을 ER, SOL, ROL 방법으로 총 3가지 방법을 이용하여 나타내었다. 또한 저감효율을 산정 할 때, 강우 유출수가 식생수로에서 머무르는 체류시간을 고려하여 산정하였다. Table 4는 오염물질 항목별 저감효율과 강우사상별 체류시간을 나타내었다.
모니터링은 강우의 특성에 따라 시간이 달라지므로 현장에서 직접 측정으로 지속적인 탁도를 측정하여 시료의 채수 여부를 결정지었다. 채수 간격은 유출이 시작되는 기점으로부터 5분, 10분, 15분 간격으로 하여 강우지속시간과 농도에 따라 채수 간격을 결정 하였다(Sin, 2011; Wee et al, 2008).
본 연구에서는 모니터링을 통해 식생수로에 유입되는 비점오염물질의 저감효율을 여러 가지 방법을 이용하여 산정 하였다. 또한 강우사상별 체류시간에 따라 저감효율의 변화가 어떻게 이루어지는지를 분석하였다.
본 연구에서는 식생형 비점오염저감시설인 식생수로의 저감효율 산정을 ER, SOL, ROL 방법으로 총 3가지 방법을 이용하여 나타내었다. 또한 저감효율을 산정 할 때, 강우 유출수가 식생수로에서 머무르는 체류시간을 고려하여 산정하였다.
본 연구의 모니터링은 2012년 9월부터 2013년 10월까지 총 8회의 모니터링이 수행되었으며. Table 1에 강우사상을 정리하였다.
모니터링은 강우의 특성에 따라 시간이 달라지므로 현장에서 직접 측정으로 지속적인 탁도를 측정하여 시료의 채수 여부를 결정지었다. 채수 간격은 유출이 시작되는 기점으로부터 5분, 10분, 15분 간격으로 하여 강우지속시간과 농도에 따라 채수 간격을 결정 하였다(Sin, 2011; Wee et al, 2008). 수질분석은 TSS, BOD, CODmn, TN 항목에 대하여 실시하였고, 모든 분석은 Standard Methods 20th(APHA, 1998)와 수질오염 공정시험법(MOE, 2008)에 의거하여 항목별로 분석을 실시하였다.
총 8회의 강우사상에 대한 모니터링 결과를 이용하여 유입 및 유출 EMC를 산정하였으며, Table 2와 Table 3에 정리하였다. 유입 EMC의 경우 TSS 27.

대상 데이터

본 연구대상 지역은 경기도 용인시 처인구 포곡읍에 설치되어 있는 비점오염저감시설 중 식생형 시설인 식생수로로 유역면적은 7,700 m², 배수구역은 도로지역이 100 %를 차지하며, 시설부지 규모는 346m²이다. 식생수로의 설계인자는 유하시간이 1.

이론/모형

채수 간격은 유출이 시작되는 기점으로부터 5분, 10분, 15분 간격으로 하여 강우지속시간과 농도에 따라 채수 간격을 결정 하였다(Sin, 2011; Wee et al, 2008). 수질분석은 TSS, BOD, CODmn, TN 항목에 대하여 실시하였고, 모든 분석은 Standard Methods 20th(APHA, 1998)와 수질오염 공정시험법(MOE, 2008)에 의거하여 항목별로 분석을 실시하였다.

성능/효과

하지만 저감효율의 경우 대부분의 강우사상에서 체류시간이 길어질수록 높은 효율을 나타냈으며, TSS는 약 3 ~ 30%, BOD는 3 ~ 16%, COD는 2 ~ 10 %, TN은 1 ~ 20 %까지 증가하며 체류시간이 60분 이상일 때 가장 큰 폭을 나타냈다. Fig. 6은 ROL 방법으로 저감효율을 산정한 결과이며, 대부분의 항목에서 체류시간이 길어질수록 높은 저감효율을 보였으나, 저감효율의 큰 변화는 없는 것으로 나타났으며, TSS는 약 5 ~ 10%, BOD는 7 ~ 12%, COD는 2 ~ 5 %, TN은 4 ~ 10 %까지 증가하며 체류시간이 길어질수록 저감효율이 증가하지만 다른 저감효율에 비하여 증가폭이 낮게 나타났다. 또한 ROL 방법으로 산정한 저감효율이 다른 방법에 비해 다소 낮은 저감효율 보였다.
하지만 대부분의 강우사상에서 체류시간이 클 때 높은 효율을 보였다. ROL 방법에서 대부분 체류시간이 높을수록 저감효율 또한 높게 나타났다. 하지만 저감효율의 폭이 크게 나타나지 않았다.
0%로 나타났다. SOL 방법의 저감효율은 대부분의 항목에서 가장 높은 효율을 보였으며, ER 방법과 ROL 방법 순으로 나타났다. 이는 저감효율산정 방법마다 중요 시 여기는 요인에 따라 다르게 나타난 것으로 판단된다.
4는 ER 방법으로 저감효율을 산정한 결과이며, 대부분의 항목에서 체류시간이 길어질수록 높은 저감효율을 보였다. TN의 경우 체류시간 5분의 저감효율에 비해 15분과 30분에서 다소 낮은 저감효율을 보이는 것으로 나타났다. 하지만 전체적인 추세를 볼 때 체류시간이 길어질수록 저감효율도 높게 나타난 것을 알 수 있으며, TSS는 약 5 ~ 30%, BOD는 7 ~ 35%, COD는 5 ~ 30 %, TN은 1 ~ 20 %까지 증가하며 체류시간이 길수록 증가 폭도 크게 나타났다.
각 항목을 ER 방법으로 저감효율을 산정한 결과 TSS는 73.3%, BOD 71.9%, CODmn 69.7%, TN 68.2%로 나타났으며, SOL 방법으로 저감효율을 산정한 결과 TSS 82.4%, BOD 75.4%, CODmn 78.8%, TN 77.9%로 나타났으며, ROL 방법으로 저감효율을 산정한 결과 TSS 69.8%, BOD 68.7%, CODmn 55.3%, TN 66.0%로 나타났다. SOL 방법의 저감효율은 대부분의 항목에서 가장 높은 효율을 보였으며, ER 방법과 ROL 방법 순으로 나타났다.
6은 ROL 방법으로 저감효율을 산정한 결과이며, 대부분의 항목에서 체류시간이 길어질수록 높은 저감효율을 보였으나, 저감효율의 큰 변화는 없는 것으로 나타났으며, TSS는 약 5 ~ 10%, BOD는 7 ~ 12%, COD는 2 ~ 5 %, TN은 4 ~ 10 %까지 증가하며 체류시간이 길어질수록 저감효율이 증가하지만 다른 저감효율에 비하여 증가폭이 낮게 나타났다. 또한 ROL 방법으로 산정한 저감효율이 다른 방법에 비해 다소 낮은 저감효율 보였다.
Table 1에 강우사상을 정리하였다. 발생일자(Event Date), 선행건기일수(Antecedent Dry Days, ADD), 평균강우강도(Average Rainfall Intensity), 총 강우량(Total Rainfall), 유출지속시간(Runoff Duration Time)을 나타내었으며, 총 강우량은 2 ~ 98 mm 선행건기일수는 2 ~ 7 day, 강우지속시간은 2 ~ 25 hr, 평균강우강도는 1.0 ~ 7.5 mm/hr로 분석되었다.
본 연구를 통해 식생수로의 체류시간에 따른 저감효율을 연구한 결과 TSS, BOD, CODmn, TN, 4가지 항목에서 체류시간이 길어질수록 저감효율이 큰 것으로 나타났다. 이러한 결과로 볼 때 식생수로 설계 시 체류시간 확보를 고려하여 설계하는 것이 바람직하다고 사료된다.
본 연구에서는 강우 시 강우 유출수와 함께 유출되는 비점오염물질을 저감하는 비점오염저감시설인 식생수로의 현장 모니터링을 결과를 바탕으로 체류시간과 여러 가지 저감효율산정 방법을 통해 다음과 같은 결론을 도출 할 수 있었다. 본 연구의 대상 유역의 평균 유입 및 유출 EMC를 살펴본 결과 TN의 EMC 농도 차이가 크게 나타났으며, TSS의 농도차이가 가장 높게 나타났다. 이러한 결과는 식생수로 저류지의 경우 강우사상에 따라 오염물질이 수로로 유입되는 영향을 받는 것으로 판단된다.
본 연구를 통해 식생수로의 체류시간에 따른 저감효율을 연구한 결과 TSS, BOD, CODmn, TN, 4가지 항목에서 체류시간이 길어질수록 저감효율이 큰 것으로 나타났다. 이러한 결과로 볼 때 식생수로 설계 시 체류시간 확보를 고려하여 설계하는 것이 바람직하다고 사료된다. 또한 경제적이고 효율적인 설계를 위해선 추후 적정한 체류시간에 대한 연구가 필요하다고 판단된다.
총 8회의 모니터링 결과로 3가지 저감효율산정 방법을 통해 산정한 결과 각 방법에 따라 저감효율이 다르게 나타났는데, 이는 저감효율산정 방법에 따라서 중요 시 여기는 요인에 영향을 받은 것으로 판단된다. 체류시간에 따라 저감효율을 분석한 결과 ER 방법에서 대부분 체류시간이 길어질수록 저감효율 또한 높게 나타났다. SOL 방법에서 추세선이 체류시간이 지날수록 효율이 떨어지는 것으로 보이는데, 이는 체류시간이 길지만 효율은 낮게 나온 경향을 보이는 강우사상이 존재하기 때문인 것으로 판단된다.
이러한 결과는 식생수로 저류지의 경우 강우사상에 따라 오염물질이 수로로 유입되는 영향을 받는 것으로 판단된다. 총 8회의 모니터링 결과로 3가지 저감효율산정 방법을 통해 산정한 결과 각 방법에 따라 저감효율이 다르게 나타났는데, 이는 저감효율산정 방법에 따라서 중요 시 여기는 요인에 영향을 받은 것으로 판단된다. 체류시간에 따라 저감효율을 분석한 결과 ER 방법에서 대부분 체류시간이 길어질수록 저감효율 또한 높게 나타났다.
3 mg/L의 범위를 보였다. 평균 유입 EMC의 경우TSS 53.0 mg/L, BOD 10.7 mg/L, CODmn 15.8 mg/L, TN 6.3 mg/L로 나타났다. 유출 EMC는 TSS 13.
7 mg/L의 범위를 보였다. 평균 유출 EMC의 경우 TSS 20.6 mg/L, BOD 5.8 mg/L, CODmn 7.1 mg/L, TN 4.9 mg/L로 나타났다. TN의 경우 농도 차가 다소 높게 나타났으며, TSS의 경우 유입 EMC와 유출 EMC의 농도의 차가 7.
이는 하나의 강우사상에서 체류시간과 상관없이 낮은 저감효율을 보여 이러한 결과가 나타난 것으로 판단된다. 하지만 저감효율의 경우 대부분의 강우사상에서 체류시간이 길어질수록 높은 효율을 나타냈으며, TSS는 약 3 ~ 30%, BOD는 3 ~ 16%, COD는 2 ~ 10 %, TN은 1 ~ 20 %까지 증가하며 체류시간이 60분 이상일 때 가장 큰 폭을 나타냈다. Fig.
TN의 경우 체류시간 5분의 저감효율에 비해 15분과 30분에서 다소 낮은 저감효율을 보이는 것으로 나타났다. 하지만 전체적인 추세를 볼 때 체류시간이 길어질수록 저감효율도 높게 나타난 것을 알 수 있으며, TSS는 약 5 ~ 30%, BOD는 7 ~ 35%, COD는 5 ~ 30 %, TN은 1 ~ 20 %까지 증가하며 체류시간이 길수록 증가 폭도 크게 나타났다. Fig.

후속연구

이러한 결과로 볼 때 식생수로 설계 시 체류시간 확보를 고려하여 설계하는 것이 바람직하다고 사료된다. 또한 경제적이고 효율적인 설계를 위해선 추후 적정한 체류시간에 대한 연구가 필요하다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비점오염원은 무엇인가?	비점오염원은 강우 시 강우 유출수에 의해 지표면의 오염물질이 인근의 하천 및 호소로 유입 되는 오염원을 말하며, 점오염원과 달리 비점오염원은 배출 특성, 배출지점 및 배출량의 파악이 매우 어렵고 불규칙하다(Lee et al, 2008b; Lee et al, 2007a). 또한 비점오염원은 강우량, 강우강도, 강우의 패턴 변화에 따라 수계로 유입되는 오염물질 때문에 수질 관리에 어려움을 겪고 있다.
	본 논문에서 수행한, 체류시간이 저감효율에 미치는 영향에 대한 연구의 결과는 어떠한가?	또한 여러 가지 저감효율 산정 방법에 따른 차이를 비교하고자 하였다. 식생수로에서 체류시간에 따른 효율 분석 결과 체류시간이 길수록 저감효율도 높아지는 것으로 나타났다. 이는 식생수로의 안정적인 저감효율을 확보하기 위해선 충분한 체류시간이 확보 되어야 한다고 판단된다.
	비점오염원은 무엇에 어려움을 갖고 있는가?	현재까지 국내에서 수질관리 정책이 점오염원 관리를 우선 시 하고 있다. 비점오염원은 배출특성, 배출지점 및 배출량의 파악에 매우 어려움이 있다. 이러한 비점오염 관리를 위해 다양한 비점오염저감시설들에 대한 개발 및 연구가 진행되고 있다.

참고문헌 (15)

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Ministry of Environment (MOE). (2008). Official test methods of water quality. [Korean Literature]
Sin, J (2011). Analysis of Behavior Characteristics of Non-point Source Pollutants in Agricultural area. Master's Thesis, Seoul National University of Science and Technology, Seoul, Korea. [Korean Literature]
US Environmental Protection Agency (1983). Results of the Nationwide Urban Runoff Program, volume I-Final Report, Water Planning Division, Washington D,C,, U.S.A.
US Environmental Protection Agency (2002). Urban Stormwater BMP Performance Monitoring, EPA-821-B-02-001, Washington D.C., U.S.A.
Wee, S, Kim, LH, Jung, Y, Gil, K (2008). Washoff Characteristics and Correlation of Nonpoint pollutants in a Bridge Storm Runoff. J. of Korean society on water environment, 24(3), pp. 378-382. [Korean Literature]

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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