Earticle

생태적 기작을 가진 인공습지는 영양염류 제거를 위한 수질정화시설로 활용성이 높다. 그러나 수중환경에서 검출빈도 와 농도가 증가하는 항생제를 포함하는 미량오염물질이 인공습지에 주는 영향에 대한 연구는 미흡한 상황이다. 따라 서 본 연구에서는 계량서지학적 분석을 통해 인공습지의 항생제 오염관리에 대한 현재까지의 연구 진행상황과 향후 연구동향을 조사하였다. 수중환경에 나타난 항생제 항목을 분석하기 위하여 최근 출판된 논문 100편을 기반으로 종 합적 분석 및 검토를 수행하였다. 항생제 관리를 위한 인공습지의 연구동향 분석과 수중환경에 나타난 항생제 항목을 파악하고자 계량서지학적 분석을 통해 다양한 논문 및 보고서를 기반으로 포괄적으로 검토를 수행하였다. 계량서지학 적 분석결과 과거 인공습지의 기능은 질소, 인, 암모니아 등 영양염류 제거에 초점을 두었지만 최근들어 항생제, 항생 제 내성률, 미생물 처리기작에 대한 관심이 증가하고 있는 것으로 나타났다. 수중환경에서 주로 검출되는 항생제는 Tetracyclines계열과 Sulfonamides계열 항생제로 각각 23%와 21%를 차지하였으며, 생물학적 처리시설보다 생태학적 처리기작을 가진 인공습지가 다소 높은 항생제 처리효율을 보였다. 그러나 항생제 종류별 검출빈도와 농도가 다르며 검출항목에 따라 생태계에 주는 항생제의 화학적 구조 및 특성에 대한 연구결과가 일관되지 않기에 지속적인 연구가 필요한 것으로 평가하였다.

Constructed wetlands with ecological mechanisms have been identified as highly effective water purification systems for nutrient removal. However, research on the impact of antibiotics as micropollutants in constructed wetlands remain limited. To address this gap, the current state and future trends of research on antibiotic pollution management in constructed wetlands were investigated through bibliometric analysis. Additionally, a comprehensive review was performed based on 100 recently published papers to analyze the characteristics of various antibiotic types detected in aquatic and wetland environments. It was found that earlier studies primarily focused on nutrient removal, including nitrogen, phosphorus, and ammonia, while recent attention has shifted toward antibiotics, antibiotic resistance, and microbial treatment mechanisms. Tetracyclines (23%) and sulfonamides (21%) were identified as the most commonly detected antibiotics in aquatic and wetland environments. Constructed wetlands with ecological treatment mechanisms were observed to achieve higher antibiotic removal efficiencies compared to biological treatment facilities. The detection frequency and concentrations of antibiotics were found to vary depending on their type, and inconsistencies were identified in studies on the chemical structure and characteristics of antibiotics affecting ecosystems, emphasizing the need for continued research.

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 ㎛ 와 5 ㎛ 와 같은 미세한 입자에서는 수평으로 설치한 도류벽에서 침전률이 높았으며, 10 ㎛ 와 20 ㎛ 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.

In this study, the removal efficiency of the wetland in terms of particulate matter and dead water zone through the application of baffles in the sedimentation were simulated with the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) to determine the design of a cost-effective constructed wetland. As a result, it was analyzed that the application of the baffle in the sedimentation tank affect the flow and sedimentation rate. Fine particles such as 2 ㎛ and 5 ㎛ showed high sedimentation rate when the baffles are installed horizontally. large particles such as 10 ㎛ and 20 ㎛ showed also high deposition rate when the baffles are installed vertically. In addition, the vertical baffles is considered to be more efficient than other baffle types in terms of maintenance since the particulate matter are concentrated in narrow areas. Therefore, it is considered that the selection of the most applicable type of baffle depends on the design purpose of the wetland to be constructed.

인공습지는 오염물질 저감기능을 포함하는 여러 가지 생태서비스 기능 때문에 다양하게 적용되고 있다. 그러나 인공습 지에 많은 입자상 물질이 유입하게 되면 유지관리의 어려움과 기능의 저하를 초래한다. 따라서 본 연구는 인공습지 내 입자상 물질의 제거효율 향상을 위한 침강지내 최적 baffle 설치방안을 도출하고자 수행되었다. 최적 저류판 설치방안 은 침강지내 유체와 입자의 흐름을 해석함으로써 도출가능하며, 이를 위해 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 이론을 활용하였다. 연구결과는 baffle이 유속을 저하시키고 입자상 물질의 침강효율을 증가시키는 것으로 나타났으며, 경사각을 가진 저류판보다는 수직 저류판이 효과적인 것으로 나타났다. 이러한 연구결과를 활용하 여 공공지역 비점오염저감시설로 설치된 소규모 하이브리드 인공습지의 침강지 효율개선 방안을 도출하였다. 수직각을 이용한 저류판을 설치할 경우 침강효율이 1.2~1.3배 정도 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 침강지 내 저류판의 설치 에 따른 결과는 인공습지의 전반적인 저감 효율을 증가시킬 뿐만 아니라 유지관리 빈도를 줄임으로써 비용효율적 인공 습지 설계에 기여할 것으로 평가된다.

Constructed wetlands are widely applied in urban and rural areas for various purposes such as pollutants reduction, acquisition of eco-spaces and habitats, flooding reduction, acquisition of water resources and environmental education. Since the design of constructed wetlands utilizes ecosystems, special consideration must be given to ecological mechanisms, environmental mechanisms and hydrological mechanisms. To ensure the sustainable functionality of constructed wetlands, it is necessary to achieve stable flow rate and velocity, and remove sediments to ensure sufficient space for detention. To enhance the efficiency of constructed wetland sedimentation basins, this study determined the optimal position for baffle installation, and applied Computational Fluid Dynamics (CFD) to the cross-sectional design of wetlands. CFD analysis revealed that the decrease in flow velocity with baffle installation enhanced the efficiency of sedimentation of particulate matters. Vertical baffles had higher sedimentation efficiency than those with an inclined angle. When vertical baffles were installed in the sedimentation basin of a hybrid constructed wetland to reduce non-point source pollutants in urban areas, the average flow velocity within the basin decreased by 10~30%, while the sedimentation efficiency improved by 1.3~1.5 times. The application of CFD to constructed wetlands is expected to improve the cost efficiency of designing hybrid constructed wetlands with high removal efficiency.

High-efficiency wetland systems combining various types of wetland and a porous microbial media have been studied. The adsorption characteristics of ceramic media was investigated through the adsorption isotherms. As a result of water analysis, treatment efficiency based on the CODcr were approximately 60%, and the effluent CODcr is 10.75 mg/L. The nitrogen uptake rate of Eichhornia crassipes were the 47.11 mg/day·ea that was highest among five kinds of aquatic plants like Eichhornia crassipes, Typha orientalis, Leersia japonica, Iris pseudoacorus, and Phragmites japonica steud. The Phosphorus uptake rate of Eichhornia crassipes, Typha orientalis, Leersia japonica, Iris pseudoacorus, and Phragmites japonica steud were 0.57 mg/day·ea, 0.2 mg/day·ea, 0.16 mg/day·ea, 0.17 mg/day·ea, and 0.92 mg/day· ea respectively. The main mechanisms removing contaminants from total reactors are phytoremediation and sedimentation. As a result, CODcr and BOD5 of average effluent concentration is 17.49 mg/L and 2.09 mg/L respectively. This contactconstructed wetland systems were applied to the demonstration plant, and the water quality of that system were satisfactory by inoculation of soil microorganisms and increasing amount of aquatic plants.

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 연구 는 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. 인 공습지의 방류수 수질은 관개용수 및 기타 농업용수로 활용가능한 수질로 평가되었다. 본 연구결과는 인디아의 지역 적 특성에 적정한 인공습지 설계에 기여할 것으로 평가된다.

Surface water pollution is a serious environmental problem in developing countries, like India, due to the unregulated discharge of untreated wastewater. To overcome this, the constructed wetlands (CWs) have been proven to be an efficient technology for wastewater treatment. In this study, different existing and experimental facilities were reviewed to be able to determine the current status of constructed wetlands in India. Based on the collected data from published literature, industrial wastewater contained the highest average chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen demand (BOD). In terms of total nitrogen (TN), Total phosphorous (TP), the lowest concentration was found on domestic wastewater. Vertical flow constructed wetlands (VFCW) and Horizontal flow constructed wetland (HFCW) were more effective in removing TSS, BOD, TP in domestic and industrial wastewater, whereas hybrid constructed wetlands (HCW) showed the highest removal for COD. The use of constructed wetlands as advanced wastewater treatment facilities in India yielded better water quality. The treatment of wastewater using constructed wetlands also enabled further reuse of wastewater for irrigation and other agricultural purposes. Overall, this study can be beneficial in evaluating and promoting the use of constructed wetlands in India.

네팔은 중국과 인도 사이에 위치한 남부 아시아의 내륙국가로 폐수관리는 도시지역에서 가장 중요한 문제 중 하나이 다. 네팔의 폐수처리 시스템은 비싼 운영비, 불연속적인 전력 공급, 유지관리 및 기술인력의 부족으로 인해 조성과 운 영이 어렵다. 이러한 이유로 인공습지는 폐수처리시설의 대안기술로써 다양한 지역에 적용되고 있다. 일반적으로 인공 습지 기술의 효율 지속 가능성은 적절한 운영과 유지관리 및 적극적인 지역사회 참여에 의존한다. 따라서 본 연구에서 는 26개의 인공습지에서의 제거 효율, 방류수질, 네팔 수질기준, 운영 및 유지관리 활동 등을 조사하고 문제점을 분석 하여 관리방안 등을 도출하였다. 오염물질당 제거효율은 ka-1의 인공습지가 가장 높은 것으로 나타났으며, B-1, L-3, Ka-5, k-1 순으로 높은 것으로 나타났다. 네팔의 인공습지 조성기술은 최근 20년간 기술개발 없이 전통적 방식에 의 존해온 결과 비효율적인 성능으로 인해 많은 습지가 가동이 중단되거나 폐쇄되는 것으로 나타났다. 또한 기술개발의 부족, 자연재해, 대중의 인공습지에 대한 낮은 인식 및 예산 부족 등은 인공습지의 지속적인 개발을 저해하고 있는 것 으로 조사되었지만, 인공습지는 네팔 도시지역의 폐수문제에 대한 해결방안으로 고려되고 있다.

Nepal is a landlocked mountainous country in South Asia, located between China to the north and India to the south, east, and west. As such, wastewater management has become one of the most significant problems in urban area of Nepal. In Nepal, the centralized wastewater treatment systems were dysfunctional due to high cost of operation, discontinuous power supply, lack of proper maintenance and proper technical workforce to address the issues. As such, constructed wetlands (CW) were applied to treat various secondary wastewater as alternative to wastewater treatment facilities. Generally, efficiency and sustainability of CW technology depends on proper operation and maintenance and active community involvement. This study summarizes information about 26 CW in Nepal. Specifically, factors including data banking, removal efficiency, quality of discharged water, compliance to water quality standard of Nepal and operation and maintenance were investigated. Considering removal efficiency per pollutant, Ka-1 achieved the greatest reduction for most pollutant followed by B-1, L-3, Ka-5 and K-1. Nepal has practiced CW technology for more than 2 decades but currently, development of technology was interrupted by the inefficient performance of existing facilities. Public awareness about the technology, natural disaster, unavailability of specified substrate materials, lack of fund for further research and experiments has hindered the expansion of technology. In spite of these concerns, CW was still proven as an alternative solution to the present wastewater problems in urban areas of Nepal.

최근 인공습지(Constructed Wetlands, CWs)를 이용한 탄소격리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으나 인공습지는 미생물, 식생, 여재 등 소규모 생태계로 탄소흡수원과 탄소 공급원 두가지 기능을 수행하기에 탄소중립을 위한 인공 습지의 기능이 확실하지 않다. 따라서 본 연구에서는 인공습지의 탄소격리에 대한 기능을 파악하고자 계량서지학 분 석(Bibliometric analysis)을 통해 다양한 논문 및 보고서를 기반으로 다양하고 포괄적으로 검토를 수행하였다. 계량서 지학 분석(Bibliometric analysis) 결과 인공습지의 기능은 질소를 초점에 두어 영양염류 제거 효과가 높은것으로 분석 되었으며, 인공습지는 토양 내 탄소함유량 및 탄소 격리는 토양 내 조성된 식생, 조성연도 및 유입수 내 유기물 함량 에 따라 다른것으로 나타났다. 인공습지 내 적용되어진 식생 중 부들과(Typha)가 많이 적용되었으며, 탄소격리율에 기여도가 높은것으로 분석되었다. 목본류는 관목류에 비해 상대적으로 탄소격리율이 높아 인공습지 설계시 단일식생 보다는 목본류와 관목류의 복합적으로 조성하여 인공습지 내 탄소격리율과 기후변화를 완화하는데 기여할 것으로 분 석되었다.

The use of constructed wetlands (CWs) to sequester carbon has been a topic of interest in recent studies. However, CWs have been found to be both carbon sinks and carbon sources, thus leaving uncertainties about their role in carbon neutrality initiatives. To address the uncertainties, a bibliometric and comprehensive review on carbon sequestration in CWs was conducted. Upon forming various scripts using CorText Manager, it was found that a majority of the studies focused on the effectiveness of CWs to remove nutrients, particularly nitrogen. The results of the comprehensive review revealed that high carbon concentrations and carbon sequestration rates in CW soils are dependent on the vegetation types used, the ages of the CWs, and the organic content of inflow water entering the CWs. The Typha genus was the most dominant plant genus used in the CWs from the reviewed studies and was associated with the highest carbon sequestration rates documented in this review study. Furthermore, the relatively high ability of tree species, in comparison to emergent plants, to sequester carbon was observed. Therefore, incorporating tree species into CW designs and adding them to emergent plants is seen as a potential breakthrough approach to improve the ability of CWs to sequester carbon and ultimately contribute to mitigating climate change.

도시지역은 인구가 집중되어 토지이용이 집약적이며 불투수면의 비율이 높아 강우시 비점오염에 의한 영향이 높은 지 역이다. 비점오염원은 강우시 다양한 토지이용으로부터 발생되며 수계에 직접적인 영향을 미치고 오염물질의 종류와 양에 따라 불확실성이 높은 오염원이므로 점오염원과 함께 관리가 필요하다. 이러한 비점오염원을 관리하기 위한 방안 으로 국내∙외에서는 자연적인 기작을 이용한 비점오염원 관리기법인 저영향개발기법 (Low impact development, LID)을 도입하였으며 침투도랑, 식생체류지, 인공습지 등 다양한 요소기술이 포함된다. 이중 인공습지는 수질정화 (비 점오염물질 저감)와 더불어 물을 저류하는 기능을 가진 친환경적인 시설로 잘 알려져 있다. 본 연구는 비점오염원 관 리를 위한 LID 기술의 효과를 알아보기 위하여 수행되었으며 도시지역에 조성된 두 종류의 인공습지를 운영한 결과를 분석하고 평가하고자 한다. 연구대상 인공습지는 HSSF형과 Hybrid형으로 두 시설 모두2010년에 조성되어 현재까지 운영 중에 있으며 본 논문에서는 2010년부터 2015년까지의 총 42회의 모니터링 결과를 이용하였다. 분석결과, 두 인 공습지를 통해 강우유출유출량을 평균 37~41% 범위로 저감되였으며 오염물질별 저감효율의 경우 TSS는 63~79%, TN은 38~54%, TP는 54%, 중금속은 32~81% 범위로 나타나 도시지역내 인공습지 적용시 비점오염원 저감에 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.

Nonpoint source (NPS) pollution continues to degrade the water quality. NPS pollutants signals high concerns against a sustainable environment. Low impact development (LID) is the leading management practice which regulates and treats stormwater runoff especially in highly impervious urban areas. Constructed wetlands are known to have efficient removal capability of NPS pollutants. Likewise, these LID facilities were intended to maintain the predeveloped hydrologic regime through series of mechanisms such as particle settling, filtration, plant uptake, and etc. In this study, the objective was to investigate the characteristics, fate and treatment performance of the two in-campus constructed wetlands (SW1 and SW2) which were installed adjacent to impervious roads and parking lots to treat stormwater runoff. A total of 42 storm events were monitored starting from July 2010 until November 2015. Manual grab sampling was utilized at the inlet and outlet units of each LID facilities. Based on the results, the wetlands were found to be effective in reducing 37% and 41% of the total runoff volume and peak flows, respectively. Aside from this, outflow EMCs were generally lower than the inflow EMCs in most events suggesting that the two wetlands improved the water quality of stormwater runoff. The average removal efficiency of pollutants in facilities were 63~79% in TSS, 38~54% in TN, 54% in TP and 32%~81% in metals. The results of this study recommend the use of constructed wetlands as efficient treatment facility for urban areas for its satisfactory performance in runoff and pollutant reduction.

계단식 묵논습지의 식생 특성을 이해하기 위하여, 계단식 묵논습지의 식물종 구성 및 종풍부도 양상을 대상으로 자연습지 및 인공습지와의 비교연구를 수행하였다. 달뿌리풀은 자연습지(10.8%)나 인공습지(10.8%)에 비해 계단식 묵논습지(23.9%)에서 상대적으로 자주 관찰된 반면, 갈대는 계단식 묵논습지(18.3%) 보다는 자연습지(43.1%)나 인공습지(35.4%)에서 보다 높은 비율로 출현하였다. 부들의 경우 계단식 묵논습지(19.7%)에서만 높은 비율로 출현한 반면, 애기부들의 경우 자연습지 (21.5%)와 인공습지(32.3%)에서 상대적으로 높은 비율을 보였다. 그와 더불어, 나도겨풀, 미나리, 그리고 개발나물과 같은 몇몇 습지 의존성 식물들의 경우 오직 계단식 묵논습지에서만 관찰되었다. 특히, 계단식 묵논습지(6.3 ± 2.2 종/m2)는 자연 습지(4.9 ± 1.8 종/m2) 및 인공습지(3.9 ± 1.3 종/m2)에 비해 상대적으로 높은 수준의 식물 종풍부도를 나타내었다. 즉, 계 단식 묵논습지는 특유의 식생 특성을 나타내었을 뿐만 아니라 종풍부도 차원에서 보다 높은 수준의 생태적 가치를 보인 것이 다. 비오톱으로서 계단식 묵논습지가 갖는 높은 생태적 가치에 대한 계속적인 관심과 더불어, 이를 유지관리하고 보전하기 위한 차원에서의 지속적인 노력이 필요할 것이다.

To understand vegetational characteristics of abandoned paddy terraces (APTs), species composition and plant species richness of APTs were compared with those of other natural- and constructed wetlands (NWs and CWs, respectively). Based on frequency of major vegetational components, Phragmites japonicus was more common in APTs (23.9%) than NWs (10.8%) and CWs (10.8%), whereas P. australis was less frequent in APTs (18.3%) than NWs (43.1%) and CWs (35.4%). Typha orientalis was common only in APTs (19.7%), whereas T. angustifolia was relatively common in NWs (21.5%) and CWs (32.3%). In addition, some wetland obligate species such as Leersia japonica, Oenanthe javanica, and Sium suave were frequently found only in APTs. In particular, APTs showed higher plant species richness (6.3 ± 2.2 species/m2) than NWs (4.9 ± 1.8 species/m2) and CWs (3.9 ± 1.3 species/m2). APTs exhibited not only their distinctive vegetational characteristics but also higher ecological value in terms of plant species richness. Further attention on APTs as valuable biotopes supporting diverse plant species and continuous effort for management and conservation are needed more.

운전시간이 경과함에 따라 공극폐색 문제로 인하여 수직 흐름형 습지의 기능은 저하되는데 이와 같은 문제는 폰딩(ponding) 이나 월류 현상에 의하여 쉽게 관측할 수 있다. 공극폐색 잠재성을 조사하기 위하여 도로주변에 설치된 파일럿 규모의 습지 운전자료를 분석하였다. 습지에는 각각 우드칩과 마사(부석), 그리고 화산석을 충진하였다. 약 7개월 동안 도로 강우유출수 처리시험을 수행한 후 충진된 여재를 비운 후 여재 층별로 분류하여 여재에 의해 포획된 고형물 입자의 양과 특성을 분석하였다. 분석결과 대부분의 포획물질은 외부기인 부유물질 이었으며 다음으로 여재표면에 증식한 생물막인 것으로 나타났다. 특히 다른 여재와 비교하여 유기성 여재인 우드칩에서 생물막의 증식이 왕성하였다. 또한 전체 포획량 중 30% 이상이 상부 20cm 이내에 집중되어 있어 폐색으로 인한 폰딩 발생시 이 부분의 여재를 우선적으로 교체하여야 할 것으로 판단된다. 또한 모델계산 결과 우드칩 충진 습지에서 폐색에 도달하는데 약 2달 정도가 소요될 것으로 산출되었으나 실제로는 전혀 폐색 기미는 발생하지 않았는데 이는 강우시에만 운영되는 특성상 강우활동이 없는 무강우 기간 동안 포획된 유기물질이나 생물막이 자연적으로 분해되어 일정기간이 경과되면 공극이 회복되었다.

The function of vertical subsurface flow wetlands can potentially be reduced with time due to clogging and are often assumed to be occurring when ponding and overflow is observed during rainfall. To investigate their clogging potential, three pilot-scale vertical subsurface flow (VSF) wetland systems were constructed employing woodchip, pumice, and volcanic gravel as main media. The systems received stormwater runoff from a highway bridge for seven months, after which the media were taken out and divided into layers to determine the amount and characteristics of the accumulated clogging matters. Findings revealed that the main clogging mechanism was the deposition of suspended solids. This is followed by the growth of biofilm in the media which is more evident in the wetland employing woodchip. Up to more than 30% of the clogging matter were found in the upper 20 cm of the media suggesting that this layer will need replacement once clogging occurs. Moreover, no signs of clogging were observed in all the wetlands during the operation period even though an estimation of at least 2 months without clogging was calculated. This was attributed to the intermittent loading mode of operation that gave way for the decomposition of organic matters during the resting period and potentially restored the pore volume.

대기로 발생하는 메탄가스로 인해 지구온난화는 더욱 가속화되고 있다. 메탄가스의 인위적 발생원 중 광산 이 차지하는 비율은 적지 않다. 그러나 메탄가스의 발생원으로서 광산지역에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구는 광산지역의 인공습지에서 발생하는 메탄에 대한 기초연구로서 메탄발생량을 측정하고 수질특성이 메탄발생에 미치 는 영향을 보고자 하였다. 메탄발생에 영향을 미치는 인공습지의 수질 특성 중 수온이 가장 큰 영향인자였다. 광산지 역의 인공습지 7곳에서 폐쇄형 챔버법을 통해 측정한 메탄 flux는 -3.6~12.0 CH4 mg/m2/hr로 산정되었다. 유럽의 자유 수면 인공습지에서 산정된 메탄 flux와 유사한 범위를 보였다. 향후 광산지역의 인공습지에서 발생하는 메탄에 대해 연구하기 위해 기질의 특성과 그 기질을 이용하는 미생물, 환경조건 조절 등의 정량적인 메탄 발생 특성에 대한 연구가 필요하다.

Global warming is accelerating due to methane release to the atmosphere. The contribution of mine areas among the anthropogenic sources of methane can not be ignored. However, the study on mine area as a methane source is insufficient. The purposes of this study are to monitor methane fluxes in constructed wetlands of mine areas and to investigate the effect of water quality on methane production. Water temperature was the most influential factor affecting methane emissions. The methane fluxes measured by a closed chamber method at aerobic wetlands were estimated to be -3.6~12.0 CH4 mg/m2/hr in seven mines in Korea. This range is similar to the methane flux estimated from European free water surface wetlands. As a future work, it is necessary to study the characteristics of the wetland substrates (or sediments), microbes using the substrates and their environmental control factors in order to qualitatively estimate the methane production in mine areas.

습지는 환경 생태적으로 다양한 기능을 가지고 있으며, 이 중 특히 수질정화기능에 초점을 두고 전 세계적으로 1000여개 이상의 습지가 수처리 및 수질개선에 이용되고 있다. 자연습지 및 인공습지를 이용한 수처리 과정에서 BOD, SS, N, P, 대장균과 중금속의 제거효율을 확인한 결과, BOD의 제거효율은 약 84%로 가장 높게 나타났으며, 질소의 제거효율은 48%로 가장 낮았다. 또한 인의 제거효율은 평균 67%이며 유입되는 인의 농도가 높을수록 인의 처리 효율이 떨어지는 것을 알 수 있었다. 국내 관련연구의 경우, 대부분 습지의 유입수와 유출수의 농도 변화 조사와 식물체내 영양염류 농도 조사가 주를 이루어 실질적으로 인공습지 내에서 영양염류가 제거되는 기작을 밝히는 연구 및 영양염류 제거에 관여하는 미생물에 관한 연구가 미흡한 실정이다. 따라서 수질정화에 최적의 인공습지 건설 및 운영이 가능하기 위해서는 복합적 영양염류 제거기작의 규명 및 지질학적, 수리학적인 연구가 병행되어야 할 것이다.

More than 1000 natural and constructed wetlands have been used to improve water quality. The general results showed that the highest removal efficiency was 84% for BOD and the lowest one was 48% for total nitrogen concentration. In addition, total phosphous removal efficiency was 67%, and the removal efficiencies are related to inflow loading. Researches donducted in Korea have focused on input-output mass balance and uptake by aquatic plant. As such little information if available about complex processes regulating water quality and role of microbes. Therefore, to determine the optimal design for construct, and methods to operate constructed wetland, researches about complex mechanisms of contaminant removal and interdisciplinary researches are necessary.

Test-Bed 규모의 도시하수처리장 방류수 유입을 통해 수직흐름형 습지와 수평흐름형 습지가 연결 된 하이브리드형 인공 습지 설치하였다. 인근 하수처리장에서 채수한 방류수를 약 100일 간 운전하였다. 해당 인공습지를 운전하면서 얻은 결과를 통하여 방류수 내 저농도의 BOD, TN과 TP 제거하는 성능을 확인하고자 하였다. 각 오염물들은 유입수 에 비해 BOD는 약 20%, TN은 약 90% 그리고 TP는 완전 제거되는 것을 확인할 수 있었다. 운전 결과를 통해 인공 습지를 하수방류처리장 말단부에 위치시킴에 충분한 오염 저감 효율을 확인할 수 있을 것이라고 판단한다. 이를 통한 수질오염총량제를 맞추기 위한 제거율에 영향을 미칠 수 있을 것이라고 판단한다.

The constructed wetland was built as the vertical flow type wetland and the horizontal flow type wetland. The effluent collected from a nearby sewage treatment plant was operated for about 100 days. Through the results obtained while driving the constructed wetland, we tried to confirm the performance of removing low concentrations of BOD, TN, and TP in the effluent. Compared to the influent water, it was confirmed that BOD had 20%, TN had 90%, and TP had 100% of removal. It is judged that the pollution reduction efficiency sufficient to place the artificial wetland at the end of the sewage discharge treatment plant can be confirmed through the operation results. Throughout these result, it seemed that it may affect the removal rate to meet the total amount of water pollution.

인공습지는 농업용 저수지의 수질개선을 위하여 많은 곳에 적용되고 있다. 인공습지는 수심분포, 유입량 및 유출량, 물흐름 분포, 체류시간, 수질 처리효율, 종횡비, 개방수역/폐쇄수역 구성비 등이 중요한 설계인자이다. 특히, 인공습지 높은 효율 증 대를 위해서는 취입보 형식, 유입보, 인입수로 길이, 셀(Cell) 형태, 셀 연결 형태 등의 설계는 매우 중요하다. 본 연구는 농 업용 저수지에 조성되어 운영중인 23개 인공습지의 현장조사를 통하여 설계시 고려하여야 할 인자 및 효율적 운영방안을 제시하고자 수행되었다. 인공습지 중에서 비정상적 운영이 나타나는 습지는 수위센서 미작동, 취입보 내부의 유사퇴적 및 기계식 수문틀의 협잡물 문제가 중요한 원인으로 나타났다. 또한, 인입수로의 길이가 길어질수록 취입보 하류부와 상류부의 생태적 단절구간이 늘어나는 것도 문제점으로 분석되었다. 습지 대부분은 2~5개의 셀로 조성되었으며 셀의 크기가 지나치 게 클 경우 수리학적 효율이 떨어지고 관리가 어려운 것으로 평가되었다. 작은 규모의 습지에 많은 셀이 존재하는 경우 큰 수두손실로 인하여 적절한 유수흐름이 나타나지 않는 것으로 평가되었다.

To improve the water quality of agricultural reservoirs, constructed wetlands are applied in many places. These are technologies that establish ecosystems and important design factors include water depth distribution, inflow and outflow, water flow distribution, hydraulic residence time, water quality treatment efficiency, aspect ratio, and the distribution of open water and covered water surfaces. For high efficiency during the operation of a constructed wetland, the design needs to be optimized and this requires consideration of the different types and length of the intake dam as well as the type and connection of wetland cells. Therefore, this study was conducted to investigate and suggest factors that needs to be considered during the design and for efficient operation measures through field surveys of 23 constructed wetlands that have been established and operated in agricultural reservoirs. Results of the field investigation shows that several sites were being operated improperly due to the malfunctioning or failure of the water level sensors, sedimentation in the intake dam, and clogging of the mechanical sluice frames. In addition, it was found that as the length of the inlet channel increases, the ecological disconnection between the intake dam upstream and the wetland outlet downstream also increases and was identified as a problem. Most of the wetlands are composed of 2 to 5 cells which can result to poor hydraulic efficiency and difficulty in management if they are too large. Moreover, it was found that the flow through a small wetland can be inadequate when there are too many cells due to excessive amounts of headloss.

국내 10개 댐저수지 인공습지를 대상으로 수심분포, 유입량 및 유출량, 물흐름분포, 체류시간, 수처리효율, 종 횡비, 개방수역/폐쇄수역 구성비 등 습지의 운영현황 및 구조적 형상에 대한 분석을 통해 인공습지의 수질정 화기능을 회복시킬 수 있는 개선대책 및 운영방안을 제시하였다. 조사대상 인공습지의 처리수는 하수처리장 방류수 또는 하천수였으며, 처리수의수질은 외국의 인공습지에 비해 전반적으로 낮은 것으로 나타났다. 특히 처리수의 BOD는 모든 습지에서 3 mg/L 이하로매우 낮았는데, 이는 하수처리장의 고도처리 및 평수기 저농도 하천수 취입에 기인된 것으로 판단된다. 수처리효율은 TN이 7.6〜67.6%(평균 24.9%), TP가 -4.9〜74.5%(평 균 23.7%)의 범위로 하수처리장 방류수를 처리수로 하는 인공습지에서 높은 값을 보였다. BOD는 –133.3〜 41.7% 범위로 습지에 따라 큰 차이를 보였으며, 대부분 습지에서 처리효율이 없거나 낮은 것으로 나타났다. 인공습지의 낮은 처리효율은 습지의 부적합한 종행비, 과도한 개방수역 면적 등의 구조적인 문제와수위관리 미흡, 초기우수 취입시스템 및 운영관리 미흡, 강우시 모니터링 부재 등의 운영적인 문제에 의한 것으로 나타 났다. 그러므로 댐저수지 인공습지가 비점오염 저감시설로서의 역할을 할 수 있기 위해서는 댐저수지 인공습 지에 적합한습지설계 및 운영방안이 필요하다. 또한 습지 운영매뉴얼에 비점오염물질이 유출되는 강우시 모 니터링이 반드시 포함되어야 하며, 댐저수지 인공습지의 수처리효율도 강우시 모니터링 자료를 토대로 평가 되어야 할 것이다.

To propose the improvement and management plans to strengthen the pollutant removal efficiency of dam reservoir’sconstructed wetlands(CWs), the operation status and configuration of CWs (including water depth, operational flow, waterflow distribution, residence time, and pollutant removal efficiency, aspect ratio, open water/vegetation ratio etc.) wereanalyzed in 10 major wetlands constructed in dam reservoirs. The pollutant concentrations in the inflows of the studiedCWs were lower than those of American and European constructed wetlands. Especially, organic matter concentrations in allof inflows were below 3 ㎎/L(as BOD) due to advanced treatment of sewage disposal plant and an intake of lowconcentration water during dry and normal seasons. The average removal efficiency of total nitrogen(TN) and totalphosphorus(TP) for 10 CWs ranged from 7.6〜67.6%(mean 24.9%) and –4.9〜74.5%(mean 23.7%), respectively, showinghigh in wetlands treating municipal wastewater. On the other hand, the removal efficiency of BOD was generally low ornegative with ranging from –133.3 to 41.7%. From the analysis of the operation status and configuration of CWs, it issuggested that the low removal efficiency of dam reservoir’ s CWs were caused by both structural (inappropriate aspect ratio,excessive open water area) and operational (neglecting water-level management, lack of facilities and operation for first flushtreatment, lake of monitoring during rainy events) problems. Therefore, to enable to play a role as a reduction facility ofnon-point source(NPS) pollutants, an appropriate design and operation manuals for dam reservoir’s CW is urgently needed. In addition, the monitoring during rainy events, when NPS runoff occur, must be included in operation manual of CW, andthen the data obtained from the monitoring is considered in estimation of the pollutant removal efficiency by damreservoir’s CW.

대동천 유역은 2007년부터 UNESCO IHP(International Hydrologic Programme)의 대표시험 유역으로 선정되어 운영되고 있다. 대동천은 대전광역시에 위치하고 있으며 도시/방재 시험유역으로서의 모니터링 계획이 수립되어 강수량, 유출량 및 수질 등과 같은 수문 기초자료를 수집하여 제공하고 있다. 본 연구에서는 2011년도 에 측정된 유량 및 수질관측 자료를 활용하여 도시하천 유역에서의 강우-유출수 비점오염물질에 대한 유출특성 을 분석하였다. 시험유역 운영결과로서 판암교 지점과 철갑교 지점의 수위-유량관계곡선을 작성 하였으며, 강우 량에 따른 비점오염원의 유출특성을 비교하기 위하여 10개의 수질항목에 대한 유량가중평균농도(EMC)를 산정하 여, 강우량, 선행강우량 및 토지이용 상태에 따른 관측지점별 비점오염원의 유출특성에 대해 분석 하였다.

Dae Dong Stream basin has been selected and operated as a representative experimental basin of UNESCO IHP since year 2007. It is located at Daejeon Metropolitan city, Korea and hydrologic data such as precipitation, runoff, and water quality have been being collected and provided after establishing the monitoring plan as an experimental basin for city/disaster prevention. In this study, runoff characteristics for non-point sources of rainfall-runoff process from urban stream basins were analyzed using the flow and water quality data measured during the year 2011. As an operation result for the test subjected basin, rating curves at Panam Bridge and at Chulgap Bridge were prepared, and to compare runoff characteristics of non-point source by precipitation, by estimating the Event Mean Concentration(EMC) for 10 water quality items, runoff characteristics of non-point source per different observation points as per the precipitation, antecedent rainfall, and land utilization status were analyzed.

인공습지 토양의 변화 특성을 인공습지의 성공 여부와 습지의 기능 평가에 활용할 수 있을 지 알아보고자 인공습지 조성 후 토양의 변화를 기준습지 토양의 변화특성과 비교하였다. 본 연구에서는 기준습지로 자연습지 1곳과 오염물질 유입 특성이 다른 인공습지 2곳(처리습지, 실험습지)을 선정하여 주요 토양 특성의 변화를 조사하였다. 습지토양의 침수조건에 따른 물리화학적 특성변화 및 유기물 축적정도를 비교하기 위하여 토성, 함수율, pH, CEC 및 유기물함량을 측정하였으며, 습지의 영양물질의 축적 정도를 비교하기 위하여 총질소와 유효인산의 농도변화를 분석하였다. 토성의 경우 전체적으로 자연습지에서는 점토의 함량이, 인공습지에서는 모래의 함량이 많은 것으로 나타나 자연습지와 인공습지의 토성은 큰 차이를 보였다. 그러나 시간이 지나면서 인공습지 토양의 실트와 점토 함량이 점차 증가하였다. 함수율과 유기물함량의 경우 여름철과 가을철 모두 자연습지가 인공습지보 다 높았다. 토양의 pH는 자연습지가 인공습지에 비하여 낮았으며, 인공습지의 경우에도 습지 조성 후 중성으로 변화하였다가 다시 pH가 낮아지는 것을 관찰할 수 있었다. CEC, 총질소, 유효인산의 농도는 외부의 유기물질이나 오염물질 유입과 관련 있는 것으로 판단되나, 오랜 기간 동안 영양물질을 보유한 자연습지에서 인공습지보다 모든 항목이 높게 나타났다. 실험습지의 경우 조성과정에서 오염도가 높은 표토와 낮은 심토가 섞여 유기물과 영양물질의 농도가 감소하였는데, 습지 조성과정에서 나타나는 토양 특성변화도 습지의 생지화학적 기능이나 습지토양 발달에 영향을 미칠 수 있을 것이라 판단된다. 이 연구는 인공습지 토양의 물리적 특성변화와 유기물 및 영양물질 보유량 변화 등과 같은 습지토양의 발달특성을 활용하여 인공습지 조성의 성공 여부나 인공습지의 기능평가에 활용할 수 있음을 보여주었으며, 이를 위하여 자연습지와 같은 기준습지의 역할이 중요함을 제시하였다.

Changes in wetland soil properties of two constructed wetlands after their constructions were compared to those of a natural wetland to determine if they could be used for the evaluation of the success of constructed wetlands and the assessment of their functions. One natural wetland as a reference wetland and two constructed wetlands(treatment wetland and experimental wetland) with different contaminant inflow characteristics were selected for this study. Major physicochemical properties of wetland soil such as soil texture, water content, pH, CEC(cation exchange capacity), organic matter content, total nitrogen, and available phosphorus were monitored to investigate the effects of inundation and accumulation of organic matters and nutrients on the wetland soil development. There was a clear difference in soil texture between the natural wetland and the constructed ones, with the high sand content in the constructed wetlands as compared to the high clay content in the natural one. Gradual increases of silt and clay contents over time were observed in the constructed wetlands. The soil of the natural wetland was higher in water content and organic matter but lower in pH than those of the constructed wetlands. The pH of the constructed wetlands reached near neutral ranges after initial increase. CEC and nutrient concentrations of the constructed wetlands seemed to be affected mainly by outside inflows of organic matter and contaminants. Concentrations of organic matter and nutrients decreased over time in the experimental wetland where surface and deep soils with different characteristics were mixed during its construction, suggesting that changes in soil properties during wetland constructions may affect the development of wetland soils or wetland biogeochemistry. This study showed that changes in physicochemical properties of soils in constructed wetlands could be used to assess the success of constructed wetlands and their functions, and also the importance of reference wetlands for the appropriate assessment.

본 연구에서는 2011년 6월부터 11월까지 충청남도 논산시 양지리의 가축폐수 처리를 위해 조성된 인공습지에서 정수식물인 갈대의 처리공정별 계절별 생물량 변이와 질소·인의 흡수량, 수처리 효율을 파악하기 위하여 수행되었다. 조사기간 동안 인공습지 내 갈대의 총 생물량은 200.1 ∼ 669.4 kg의 범위로 보이며 계절별 총 생물량은 7월에 669.4 kg로 가장 높게 나타났다. 인공습지 내 갈대의 지상부 질소 함량은 21.9 ± 0.6 ∼ 32.1± 1.5 mg/g, 지하부는 15.1 ± 5.5 ∼ 24.9 ± 5.7 mg/g, 인의 함량은 지상부에서 1.5 ± 0.3 ∼ 2.4 ± 0.2mg/g, 지하부는 1.6 ± 0.6 ∼ 2.5 ± 0.6 mg/g의 범위로 조사되었다. 인공습지 내 갈대의 질소 흡수량은 9.7 ∼28.0 kg, 인의 흡수량은 0.7 ∼ 2.8 kg의 범위로 조사되었다. 질소의 흡수량은 7월에 28.0 kg으로 가장 높게 나타났으며 11월에 9.7 kg으로 가장 낮게 나타났다. 인의 흡수량은 6월에 2.8 kg으로 가장 높게 나타났으며 11월에 0.7 kg으로 가장 낮게 나타났다. 인공습지로 이입되는 가축폐수의 질소·인 저감 효율은 각각 23.0, 59.1 %로 조사되었다. 본 연구결과는 향후 인공습지 내 오염물질 및 영양염류 순환 도출에 기여할 것으로 판단된다.

This study is to investigate the removal rates of nutrient in water, the biomass of water plants, and the total amounts of T-N and T-P uptakes by water plants to evaluate the ecological characteristics of the constructed wetland for treatment of livestock wastewater in Yangji-ri, Nonsan-si from June through November 2011. During the experimental period, the monthly plant biomass of constructed wetland in July were the highest as 669.4 ㎏, while the lowest in November as 200.1 ㎏. The research showed that the average nitrogen and phosphorus contents in aboveground and underground biomass of Phragmites australis were 21.9 ± 0.6 ∼ 32.1 ± 1.5 ㎎/g, 15.1 ± 5.5 ∼ 24.9 ± 5.7 ㎎/g, 1.5 ± 0.3 ∼ 2.4 ± 0.2 ㎎/g and 1.6 ± 0.6 ∼ 2.5 ± 0.6㎎/g, respectively. The maximum amount of T-N and T-P uptake by Phragmites australis were 28.0 ㎏ in July and 2.5 ㎏ in June, respectively, while the minimum amount of T-N and T-P uptake by Phragmites australis were 9.7 ㎏ and 0.7 ㎏ in November, respectively. The removal rates of T-N and T-P in constructed wetland for treating livestock wastewater were 23.0% and 59.1 %, respectively. The results of this study is expected to deduce the circulation of contaminants and nutrient in the wetland afterwards.

본 연구지역은 전라남도에 위치한 고흥만 간척지 내 인공습지이며, 인공습지수와 주변 유입수의 수질특성을 파악하기 위해 2008년 3월 15일 및 2009년 1월 10일에 12개 지점에서 현장조사를 수행하였다. 수온, pH, DO, EC 및 salinity 항목은 현장측정 되었으며, 채수된 시료는 실내에서 TOC, Cl-, COD, TSS, T-P 및 T-N 성분을 분석하였다. 현장 관측된 5개 항목은 인공습지에 비해 유입지점들에서 높게 나타났으며, 이는 주변 농경작지에서 유입되는 오염물질에 의한 것이다. 인공습지수와 유입수 내 농도비는 TOC 성분은 1월에, Cl 성분은 3월에 더욱 높은 값을 보였다. COD 성분은 인공습지수에 대한 유입수의 농도비가 1.37배와 1.49배로서 유사하였다. 유입지점들에서 T-P와 T-N 성분의 평균값은 인공습지 내에서보다 3배 이상 높았으며, 인공습지의 자정능력에 의해 농도가 저감되었다. 본 연구지역의 인공습지에서는 유입수 내 Cl, T-P, T-N 성분의 정화효율이 높은 것으로 나타났다. Cl- 성분의 정화효율은 1차 관측 시 83%, 2차 관측 시 76% 이었으며, 이는 인공습지수에 의한 희석효과에 의한 것이다. T-P 성분의 정화효율은 67%(1차 관측)와 69%(2차 관측), T-N 성분은 100%(1차 관측)와 95%(2차 관측) 로서 매우 높았다. 본 연구에서 T-N의 정화효율이 비현실적으로 높은 것은 유입수의 양이 소량이어서 인공습지수 내에서는 질소 농도가 분석한계 이하로 나타났기 때문이다. 본 연구에서는 T-P 성분의 정화효율이 1월에, T-N 성분은 3월에 높게 나타나 생장기와 동절기의 영향에 의한 것으로 판단된다.

This research was conducted at the constructed wetland in Goheung reclaimed land, and water quality components were measured at the 12 points in 15 March 2008 and 10 January 2009, respectively. Temperature, pH, DO, EC and salinity components were measured at the field, and TOC, Cl-, COD, TSS, T-P and TN components were analyzed laboratory. Concentrations of field measured components at inflow points were higher than in constructed wetland. TOC concentration ratio of inflow water to constructed wetland water was higher in January, and Cl concentration ratio of it was higher in March. And, COD concentration ratio of it were 1.37 for March and 1.49 for January, respectively. T-P and T-N concentration ratios of it at inflow points were higher 3 times than in constructed wetland. Constructed wetland attenuated concentration of contaminated components inflow to it. Removal efficiencies of Cl-, T-P and T-N components in inflow water were high at the constructed wetland. removal efficiencies of Cl component were 83% for 1st monitoring and 76% for 2nd monitoring, this removal efficiency be caused by dilution effect of constructed wetland. removal efficiencies of T-P component were 67% for 1st monitoring and 69% for 2nd monitoring, and they of T-N component were 100% for 1st monitoring and 95% for 2nd monitoring. Abnormal removal efficiency of T-N component is caused that nitrogen in inflow water was a little. Removal efficiency of T-P component was higher in January, and T-N component was higher in March. This is caused by environmental difference between growing season and winter.