[논문]가축 사육 농업지역 강우유출수 내 유기물 및 영양염류 관리를 위한 인공습지 적용성 평가

임지열; 강채원; 길경익

doi:10.17663/jwr.2021.23.4.372

가축 사육 농업지역 강우유출수 내 유기물 및 영양염류 관리를 위한 인공습지 적용성 평가
Applicability on Wet-land for Management of NPS in Organic Matter and Nutrients from Agriculture and Livestock Farm Area 원문보기

한국습지학회지 = Journal of wetlands research, v.23 no.4, 2021년, pp.372 - 380

임지열 (고양시정연구원 도시정책연구실) , 강채원 (서울과학기술대학교 건설시스템공학과) , 길경익 (서울과학기술대학교 건설시스템공학과)

초록
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비점오염물질 및 고농도 가축분뇨는 수계 및 습지 수질 악화의 주요 원인으로 보고되고 있으며, 이를 관리하기 위한 방안으로 저영향개발기술 (Low Impact Development, LID)에 대한 관심이 증가하고 있다. 인공습지는 다양한 오염물질 저감 기작을 기반으로 가축 사육 농업지역 내 비점오염원 관리 방안으로 제시되고 있다. 이에 본 연구에서는 전라북도 J시 내 경작지 및 가축 사육 지역을 대상으로 현장 모니터링 및 모델링을 기반으로 인공습지의 적용성 평가를 실시하였다. 연구대상 지역의 강우 시 유량가중평균농도(Event Mean Concentration, EMC) 농도는 건기 시와 비교하여 BOD 기준 약 27배 이상 높은 것으로 나타나 비점오염원 관리가 시급한 지역으로 나타났다. 모델링 기반의 인공습지 저감 효율은 BOD 57.5%, TN 48.9% 그리고 TP 64.2%를 보였다. 하지만, 다량의 강우유출수가 발생하는 시점과 동절기에는 다소 효율이 감소하는 경향을 보여 해당 시기 인공습지 운영에 관리가 필요할 것으로 판단된다. 마지막으로 본 연구 결과는 인공습지가 가축 사육 농업지역 내 안정적인 비점오염원 관리가 가능한 대안으로 제안될 수 있는 것을 보여준다.

Abstract ▼ AI-Helper

Non-point source pollutants and high-concentration livestock wastewater are reported as major factor of water pollution in water system and wet-land. So, LID is suggested as a method to manage of them. wet-lands is presented as effective method for management of NPS from agriculture and livestock farm area based on various NPS reduction mechanism. In this research, the application of wet-lands was evaluated based on monitoring and modeling of agriculture and livestock farm in J city, Jeollabuk-do. As a resutl, EMC during rainfall event was found to be about 27 times higher than dry season based on a BOD. indicating that the management of non-point pollutants is urgent. Modeling-based wet-land reduction efficiency was BOD 57.5%, TN 48.9% and Tp 64.2%. However, removal efficiency of wet-land tends to decrease during the winter and large amounts of rainfall runoff occur, it is necessary to manage of wet-land. Based on the results of this research, wet-land could be proposed as an alternative to stable management of NPS in agriculture and livestock farm area.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. Location of researched area.
표 Table 1. Characteristics of monitored Dry and Rainfall event.
표 Table 2. Concentration of inflow in researched area during dry and rainfall event
그림 Fig. 2. Watershed in researched area.
그림 Fig. 3. Estimation result of rainfall runoff model.
표 Table 3. Concentration of inflow in researched area during dry and rainfall event
그림 Fig. 4. Schematic diagram of wet-land in this research.
그림 Fig. 5. Analysis of velocities and flow in wet-land.
표 Table 4. Specific design size and volume of wet-land in this research
그림 Fig. 6. Seasonal pollutants removal efficiency of researched wetland.
표 Table 5. Major design parameters for flow of wet-land in this research
표 Table 6. Summary on removal efficiency of researched wet-land based on modeling result
그림 Fig. 7. Removal efficiency of wet-land based on modeling.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 고농도 오염물질 관리가 가능한 인공습지의 특징에 주목하여, 농업 및 축산업이 복합적으로 이루어지는 가축 사육 농업 지역에서 유기물 및 영양염류 개선 효율을 분석하였다. 또한 분석 결과를 바탕으로 가축 사육 농업 지역의 비점오염원 관리를 위한 인공습지 적용성을 검토하고자 하였다.
본 연구에서는 고농도 오염물질 관리가 가능한 인공습지의 특징에 주목하여, 농업 및 축산업이 복합적으로 이루어지는 가축 사육 농업 지역에서 유기물 및 영양염류 개선 효율을 분석하였다. 또한 분석 결과를 바탕으로 가축 사육 농업 지역의 비점오염원 관리를 위한 인공습지 적용성을 검토하고자 하였다.

성능/효과

1) 연구 대상 지역 수질 현황 분석 결과 강우 시 EMC는 건기 시와 비교하여 BOD 27배, TN 3배, TP 7배 그리고 SS 20배 정도 높은 것으로 분석되었다. 강우 시 오염물질의 농도가 증가하는 것은 경작지에서 발생할 수 있는 오염물질 및 가축분뇨에 의한 것으로 판단된다.
2) 강우 시 비점오염원 및 가축분뇨 관리가 필요한 전라북도 J시 D군 S면 일원에 인공습지를 도입 할 경우, BOD 57.5%, TN 48.9% 그리고 TP 64.2%의 저감효율을 보일 것으로 기대할 수 있다. 하지만, 다량의 강우유출수가 발생하는 시기와 동절기 시 인공습지 저감효율이 다소 감소하는 경향을 보여 해당 시기에는 운영에 관리가 필요할 것으로 판단된다.
3) 이와 같은 결과를 바탕으로 해당지역에서 인공습지 도입을 통해 가축 사육 농업지역 비점오염원의 안정적인 관리가 가능할 것으로 판단된다. 또한 본 연구 결과를 바탕으로 향 후 연구 대상지와 유사한 특성을 지니는 지역 관리에 인공습지는 적절한 대안으로 제안될 수 있을 것이다.
8%)으로 이용되고 있고, 가축 사육으로 인한 가축분뇨의 영향으로 판단된다. 강우 시 연구 대상 지역 내 하천의 오염물질 별 EMC는 평균값 기준 BOD 30.5 mg/L, TN 14.548 mg/L, TP 0.702 mg/L 및 SS 250.5 mg/L로 건기 시와 대비하여 BOD 기준 약 27.7배 높은 값을 보이는 것으로 나타났다. 이는 강우 시 강우유출수에 의해 다량의 오염물질이 하천으로 유입되고 있는 것으로 해석될 수 있으며, 연구 대상 지역 내 수계 관리를 위해서는 비점오염물질 관리가 반드시 필요하다는 것을 의미한다.
Table 2는 연구 대상 지역 내 하천의 건기 시 농도, 강우시 유량가중평균농도 (Event Mean Concentration, EMC)와 관측된 최대 농도를 보여주고 있다. 건기 시 연구 대상 지역 내 하천의 오염물질 농도는 평균값 기준 BOD 1.1 mg/L, TN 4.610 mg/L, TP 0.102 mg/L 및 SS 11.5 mg/L를 보였으며, 상대적으로 TN 및 TP의 농도가 높은 특성을 보였다. 이와같은 이유는 연구 대상 지역의 토지 이용이 대부분 전과 답 (60.
1 mg/L 이하)에 부합하는 수준으로 분석되었다. 또한, 모의한 수질의 평균값을 이용하여 산정한 BOD, TN 및 TP의 저감 효율은 각 각 57.5%, 48.9% 그리고 64.2%로 이와 같은 인공습지는 고농도 가축분뇨 및 비점오염원 관리에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 모델링 분석으로부터 예상되는 인공습지 유출수의 농도는 Table 6를 통해 확인 할 수 있다.
이는 동절기 상대적으로 낮은 기온으로 인해 생물학적 영양염류 처리의 활성이 감소한 것에 영향을 받은 것으로 판단된다. 특히, 상대적으로 강우의 영향이 클 것으로 판단되는 여름과 가을에 영양염류의 유출수 수질이 양호한 것은 인공습지의 영양염류 처리 효율이 기온과 밀접한 관계가 있다는 것을 확인 할 수 있다. 즉, 가축 분뇨 처리를 위한 인공습지 운영 시 다량의 강우유출수가 유입되는 시기, 상대적으로 기온이 낮은시기(동절기) 및 봄철 해빙이 발생하는 시기에 집중적 관리가 필요할 것으로 판단된다.

후속연구

3) 이와 같은 결과를 바탕으로 해당지역에서 인공습지 도입을 통해 가축 사육 농업지역 비점오염원의 안정적인 관리가 가능할 것으로 판단된다. 또한 본 연구 결과를 바탕으로 향 후 연구 대상지와 유사한 특성을 지니는 지역 관리에 인공습지는 적절한 대안으로 제안될 수 있을 것이다.
특히, 상대적으로 강우의 영향이 클 것으로 판단되는 여름과 가을에 영양염류의 유출수 수질이 양호한 것은 인공습지의 영양염류 처리 효율이 기온과 밀접한 관계가 있다는 것을 확인 할 수 있다. 즉, 가축 분뇨 처리를 위한 인공습지 운영 시 다량의 강우유출수가 유입되는 시기, 상대적으로 기온이 낮은시기(동절기) 및 봄철 해빙이 발생하는 시기에 집중적 관리가 필요할 것으로 판단된다.

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저자의 다른 논문 :

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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