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문제 정의
- EPM(Effluent Probability Method, EPM) 방법을 활용하여 비점오염저감시설 내에서 저감되는 오염물질의 제거양상을 살펴보고자 한다. 이러한 방법은 비점오염저감시설 내 유입된 EMC와 유출된 EMC 자료를 활용한 방법으로 앞에서 산정된 저감시설의 효율과는 다르게 오염물질의 농도 변화에 따라 제거 형태의 변화를 알 수 있는 장점이 있다.
- 따라서 정부차원에서 비점오염원 저감 및 유출량 삭감을 위해 구조적, 비구조적 BMP 시범사업을 수행하였다. 특히 환경부에서는 2006년 한강수계를 시작으로 2008년부터 2013년까지 4대강 수계에 비점오염저감시설 모니터링 시범사업을 수행하였다(MOE, 2008; MOE, 2011; Park et al,.
- 본 연구의 목적은 부지확보가 용이한 하천변 국유지나 홍수터에 쉽게 적용 가능하고 오염물질 처리기능이 우수하며 생태적, 경관적 가치가 뛰어난 실증규모 수로형 인공습지의 처리효율과 성능 및 유지관리 비용 등을 종합 평가하는데 있다.
제안 방법
- Table 4에는 동일한 시기에 한강수계에 설치된 다른 자연형 시설(인공습지, 침투도랑, 식생여과, 침투저류지)에 소요된 유지관리비용을 비교분석하였다. 연구대상 시설에 소요된 비용이 모든 단가 분석에서 다른 시설과 비교하여 저렴한 것으로 밝혀졌다.
- 습지는 강우 유출수 배출수로와 배출수로에서 습지로 유량을 취수하기 위한 취입수로, 침강지, 수로형 인공습지 그리고 최종 배출수로로 구성되어있다. 배출수로는 습지로의 원활한 취수와 함께 바이패스 유량을 경안천 본류로 신속하게 배제시키기 위하여 콘크리트 수로를 설치하였다. Fig.
- 비점오염저감시설의 경우 오염물질의 제거효율이 강우강도와 강우량에 따라 많은 차이를 나타낸다. 본 절에서는 TSS와 강우강도, 강우량의 관계를 비교하였다. Fig.
- 홍수터에 설치된 수로형 인공습지의 길이는 250m이다. 세굴에 의한 침식을 방지하기 위하여 습지 취입수로와 유출부는 콘크리트 재질로 설치하였다.
- 시료 수는 강우가 시작되면 강우가 끝나는 시점을 정확히 예측하는 것이 불가능하므로 수위변동에 따라 연속적으로 40∼50개를 채취한 후 강우 후 수위변동을 가장 잘 반영할 수 있도록 12∼15개의 시료를 선정하여 분석하였다.
- 5cm씩 상승할 때마다 측정기입하였다. 유량은 유입부 및 유출부 수로에서 유속계(FP-101/201)를 사용하여 측정한 유속과 수위로부터 환산한 통수단면적을 곱하여 산출하였다.
- 유량은 현장에서 강우가 진행되는 동안 30cm 방한자로유입부와 유출부의 수위를 측정하였다. 수위관측은 보통 수위가 0.
- 하천의 둔치에 설치된 수로형 인공습지에서 침투효과를 분석하기 위하여 습지로 유입된 유량과 유출된 유량과의 관계를 살펴보았다. Fig.
대상 데이터
- Fig. 1은 경기도 용인시 모현면 왕산리에 위치하고 있는 수로형 인공습지의 위치를 위성영상과 주변유역의 비닐하우스 재배지역을 나타내었다. 습지는 경안천 홍수부지에 설치되었으며 경안천 인근 농촌지역에서 유출되는 강우유출수를 처리한다.
- 강우 유출수 수질분석을 위한 시료 채취는 수위변화에 따라 농도가 변하므로 수위와 연동하여 탁도를 관측한 후 시료를 채취하였다. 시료 수는 강우가 시작되면 강우가 끝나는 시점을 정확히 예측하는 것이 불가능하므로 수위변동에 따라 연속적으로 40∼50개를 채취한 후 강우 후 수위변동을 가장 잘 반영할 수 있도록 12∼15개의 시료를 선정하여 분석하였다.
- 한편 선행건기일수가 최소한 2일 이상이 되도록 하였다. 습지 유출수를 채취할 때에는 시설에 의한 저류 효과를 감안하고 유출곡선의 형태를 고려하면서 시료를 채취하였다.
이론/모형
- 강우유출 수질분석은 pH, Turbidity, TSS, BOD5, CODCr, CODMn, TN, TP, TKN, NO3-N, NH4-N, PO4-P,이었고, 모든 항목은 Standard Methods(APHA, 1998)와 수질오염 공정시험법(MOE, 1998)에 의거하여 분석하였다.
성능/효과
- 연구대상 시설에 소요된 비용이 모든 단가 분석에서 다른 시설과 비교하여 저렴한 것으로 밝혀졌다. 3년 간 연구대상 시설에 투자된 유지관리 비용을 분석한 결과 처리대상 유역면적 1ha 당 소요된 비용은 136,664원, 시설 처리용량 1m3당 9,000원, 시설 부지면적 1m2당 2,213원이 소요되었다.
- 각 강우사상의 ADD는 1∼22일의 범위, 총 강우량은 0.5∼83mm의 범위, 평균 강우강도는 0.15∼14mm/hr의 범위로 나타났다.
- 그러나 몇몇 사례에서 여름철 장마기 하천범람으로 저감시설의 유지관리에 큰 어려움이 있어 둔치는 저감시설 입지후보지로 바람직하지 않다는 경향이 생겨 최근에는 거의 후보지로 고려되지 않고 있다. 그러나 본 연구 결과에 따르면 유지관리 비용에 있어 다른 자연형 시설과 비교하여 특별히 유지관리비용이 과다하게 소요되지 않고 있으며 다른 시설과 비교하여 투자대비 처리성능은 우수한 것으로 나타났다.
- 모든 오염물질 항목에서 저감효율의 범위가 매우 큰 것으로 나타났는데 각각의 모니터링시 선행건기일수, 강우량, 강우강도와 같은 강우조건과 인공습지 수위 및 식생 피복도, 유입오염물질 농도 등이 상이하였기 때문으로 판단된다. 다총 17회의 모니터링 저감효율 범위에 대한 평균값을 산정한 결과, TSS의 경우 62.1%로 나타났으며, BOD의 경우 30.7%, COD의 경우 33.1%, TN의 경우 -4.7% 그리고 TP의 경우 29.3%로 나타났다.
- 3 %로 나타났다. 모든 오염물질 항목에서 저감효율의 범위가 매우 큰 것으로 나타났는데 각각의 모니터링시 선행건기일수, 강우량, 강우강도와 같은 강우조건과 인공습지 수위 및 식생 피복도, 유입오염물질 농도 등이 상이하였기 때문으로 판단된다. 다총 17회의 모니터링 저감효율 범위에 대한 평균값을 산정한 결과, TSS의 경우 62.
- 습지에서 강우시 제거되는 오염물질의 상관관계를 분석한 결과 대부분 입자상 오염물질과 결합 또는 흡착된 오염물질의 물리적인 제거와 관련이 있는 것으로 나타났다. 연구대상 식생수로에서 제거되는 오염물질은 다른 저류형 습지와 달리 주로 입자상 오염물질이었는데 그 이유는 기하학적 형태 및 구조적으로 체류시간이 짧고 유기물질과 질소 등 용존성 유기물질의 제거에 기여하는 생물화학적 처리환경의 조성에 한계가 있기 때문이다.
- 시설에서의 유입 및 유출 EMC의 전체적인 범위를 살펴보면, TSS의 경우 유입 EMC가 10.6∼2,845.5 mg/L의 범위를 나타내고 있었으며 유출 EMC는 3.6∼167 mg/L의 범위를 나타내고 있다.
- Table 4에는 동일한 시기에 한강수계에 설치된 다른 자연형 시설(인공습지, 침투도랑, 식생여과, 침투저류지)에 소요된 유지관리비용을 비교분석하였다. 연구대상 시설에 소요된 비용이 모든 단가 분석에서 다른 시설과 비교하여 저렴한 것으로 밝혀졌다. 3년 간 연구대상 시설에 투자된 유지관리 비용을 분석한 결과 처리대상 유역면적 1ha 당 소요된 비용은 136,664원, 시설 처리용량 1m3당 9,000원, 시설 부지면적 1m2당 2,213원이 소요되었다.
- 연구대상시설에서 처리효율은 시간에 따라 향상될 뿐만 아니라 안정화되는 경향을 보여주고 있다. 이러한 특징은 습지 조성 후 시간이 흐름에 따라 처리여건이 성숙되는 것도 작용했겠지만 분석결과 연구대상 습지가 하천변에 설치된 관계로 침투효과가 큰 영향을 미친 것으로 분석되었다.
- 오염물질별 제거 형태를 알아본 결과, TSS, BOD와 TP의 경우 시설 내 유입된 유입수의 농도가 높아질수록 대체적으로 처리가 잘 되는 것으로 분석된 반면에 TN의 경우 유입수의 농도가 5∼10mg/L 일 때 다른 농도에 비해 처리효율이 저조한 것으로 나타났다.
- 9에서는 침투효과를 분석하기위해 습지로 유입된 유량과 유출된 유량의 관계를 제시하였다. 유입/유출 자료를 분석한 결과 습지 가동 후 2006년 11%, 2007년 49%, 2008년 75%의 침투량을 나타내었다.
- 그림에 따르면 인건비가 전체 비용의 70%를 차지하고 있으며 나머지는 시설에서 발생되는 각종 쓰레기 처리와 장비 임차료가 차지하였다. 인건비를 내역별로 살펴보면 일상적인 시설 점검활동에 전체 비용의 34%, 식생수확과 강우시 유출된 쓰레기 수거비용이 34%, 식생관리가 13%, 시설보수에 약 7%의 비용이 소요된 것으로 분석되었다.
- 저감효율 분석을 통해 얻어진 TSS의 저감효율 범위는 1.3∼94.2 %로 나타났으며, BOD의 경우 -23.5∼78.7%, COD의 경우 -20.0∼91.7%, TN의 경우 -62.1∼34.3%, TP의 경우 -25.8∼78.3 %로 나타났다.
- 환경부 비점오염 저감 시범사업의 일환으로 한강수계에 설치된 수로형 인공습지에 대해 2006년부터 2008년까지 3년여에 걸친 모니터링 연구결과 TSS의 평균 저감효율은 TSS의 경우 62.1%로 나타났으며, BOD의 경우 30.7%, COD의 경우 33.1%, TN의 경우 -4.7% 그리고 TP의 경우 29.3%로 나타났다.
후속연구
- 이러한 방법은 비점오염저감시설 내 유입된 EMC와 유출된 EMC 자료를 활용한 방법으로 앞에서 산정된 저감시설의 효율과는 다르게 오염물질의 농도 변화에 따라 제거 형태의 변화를 알 수 있는 장점이 있다. 따라서 EPM 방법을 적용하여 비점오염저감시설별 TSS, BOD, TN, TP 오염물질의 제거 형태를 알아보았으며, 이러한 결과는 앞에서 산정된 저감효율 자료와 함께 비점오염저감시설 선정 시 중요한 자료로 활용될 것으로 기대된다.
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