Ⅰ. 인공습지의 역할 ?

Ⅱ. 인공습지 설계시 고려사항 ( 외국 )

Ⅲ. 외국의 인공습지 사례

Ⅳ. 최근 기술동향 및 결론

수질정화용 인공습지 운영 사례( 외국 사례 )

한국수자원공사수자원관리처

조 용 덕 (choyong@kwater.or.kr )

목 차

Ⅰ. 인공습지의 역할

습지 (Wetland) 의 정의 미국 CWA (Clean Water Acts) 의 404 항

- 습지란 지표수와 지하수로 충분히 침수 또는 포화되어 있는 지역이며 , 포화된 토양조건에서 살아갈 수 있는 식물이 서식하는 곳 - 습지는 늪 (swamps), 소택지 (marsh), 수렁 (bog) 등 유사한 지역을 말함

미국 습지의 역사 1600 년대 : 900,000 km2 ( 미국 면적의 10%)

1980 년대 : 400,000 km2 ( 미국 면적의 5%)

질병의 소굴 , 늪지 , 교통 장애 생산의 방해요소

산업화 , 농업화로 습지의 농 , 공 단지화

완충능력 정부차원의 개발 억제

토지이용의 증대 습지 농지화

1600~1800( 식민지 )

1900( 성장기 )

1950 년 전( 세계대전 )

`07 년 현재( 우선순위 및 가치의 변화 )

인공습지의 역할 및 가치

수질개선 홍수조절

사면 침식방지( 식물 )

레크레이션교육 , 연구 등 지구온난화

방지저비용 처리

동물서식처

지하수 공급

인공습지의 효과 ( 수질 위주로 )Nitrification:

NH3 -> NO3-

Ⅱ. 인공습지 설계시 고려사항

습지의 종류 자연습지 (Natural Wetlands)

습지 , 늪 , 초지 , 하천변 습지 등 인공습지 (Constructed Wetlands)

자유수면형 습지 [Free Water Surface (FWS) Flow]Distribution

PipeOutlet

Weir

Free Water Surface Wetland (FWS)

지하수면 형 습지 [Vegetated Submerged Bed (VSB)]

Distribution

Pipe

Vegetated Submerged Bed Wetland (VSB)

Single system multi-single system combined system

Inflow

Water quality

자유수면형과 지하수면형의 조합

multi-single system

Combined system

TSS Nitrogen BOD Phosphorus

High Low High High

Low Low Low Low

High High Medium High

Low Low Low Low

High TSS High Nitrogen efficiency

습지의 설계시 고려사항

2. 설치지역에 대한 수문학적인 ( 강우 등 ) 영향 검토

3. 토양에 대한 침투 및 토양성분에 대한 검사

4. 토양 , 지하수 및 지표수 수질에 미치는 영향

5. 수문학적 ( 강우 등 ) 조건에 따른 설치지점 및 둑에 대한 평가

6. 재료 , 습지식물 등의 습지 건설예정지 주변의 활용정도

7. 습지 건설예정지 소유주와 땅값

8. 생태학적인 회랑 및 지점의 접근성 정도

1. 주변지역의 장래계획에 대한 고려

세부 고려사항 ( 식물분야 )

부레옥잠 침수식물 개구리밥

부들 Bulrush

토양

유기물 층

-부레옥잠 : 0.6 ~ 1.2m 수심을 갖고 있는 호소에서 서식하는 식물-침수식물 : 수면아래에서 자라는 식물-개구리밥 ( 부엽식물 ) : 수면에 떠서 자라는 식물-부들 , bulrush : 미국 습지에서 많이 적용되고 있는 종

토양 깊이 결정

토양 구성 성분 25% 부엽토와 75% 자연토양으로 구성- 이온교환 및 탈질에 효과적인 제공- 식물에 영양분 제공 등

Geotextiles (nonwoven qeotextile)

Liner ( 비 닐 라 이너 )

Gravel (3/8 inch size)

큰 자갈 (32 mm 이상 ) 반드시 제거되어야 한다 .

Sewer line

(present)

BlackwaterGraywaterLab water

ToiletWashbowl Washbowl Shower

Storedrains

Floordrains

Lab sinks

WS

FWS VSB

Tandem graywater

wetland

(future)

인공습지 설계 사례 (Pilot Plant 규모 )

WS

AA

BB

CC

3

1

2

1

Ⅲ. 외국의 습지 사례

플로리다 올란도 인공습지위 치 : Orlando, Florida, USA

추진경위 ’79 : 하수처리장 설치완료 (3 차 고도처리 ) - 공업용수 추가 부하량 증가불가 효율개선 ’82 : 부레옥잠을 이용한 수처리 도입 제안 ’83 : Pilot plant 운영 ’85 : 인공습지 (30,000 m3/day) 처리시설 도입

Pilot Plant 운영결과 시설규모 : 5.2m X 9.8m, 면적 : 253 m3

효과 : BOD5 60 %, SS 43 %, TN 70 %, TP 65 %

인공습지 배치도 면 적 : 120,000 m2 (10 개조 , 67m X 183m) - HYADEM Computer 모델을 이용하여 면적 산정 수 심 : 0.9m, HDT : 3.5 day 식 물 : 부레옥잠 식재

6 개의 위어설치- 단회로 (short circuiting) 방지

22 차 처리수 차 처리수

수처리 효과

DateBOD5, mg/L SS, mg/L TN, mg/L TP, mg/L

유입 방류 유입 방류 유입 방류 유입 방류

‘86. 6 3.24 4.58 3.06 6.31 12.52

8.09 0.37 0.24

‘86. 7 4.12 1.73 3.85 1.86 12.44

8.06 0.33 0.11

‘86. 8 3.33 3.70 3.58 4.28 12.77

7.62 0.55 0.19

‘86. 9 6.16 2.66 5.23 2.91 12.66

7.96 0.75 0.15

’86.10 4.43 3.11 2.70 3.56 14.4

99.66 0.89 0.22

평균 4.87 3.11 3.84 3.62 13.00

8.16 0.61 0.22

모니터링 계획

캘리포니아 인공습지

위 치 : 알카타 (Arcata)

습지 건설

- ‘79 ~ ‘82 : 습지의 연구 (pilot-plant 를 이용하여

설치가능성 및 수질처리효율 검증 )

- ‘83 ~ ’86 : 인공습지 공사 완료

습지 제원

- 유 량 : 2.9 MGD ( 약 12,000 m3/day)

- 규 모 : 3 개소 병렬로 설치 (L=200m, W=70m)

- HDT : 3 day (0.6m water depth)

인공습지 배치도

기존 인공습지설계 HDT : 3day 1.9d

추가 인공습지

• 추가 인공습지 - 수 심 : 0.6 m, 면 적 : 31 acre, HDT : 9day - 수처리 효과가 개선됨

-- 체류시간 증가체류시간 증가 (9days) (9days) -- 수처리효율 확보수처리효율 확보-- 동물 서식처동물 서식처-- 레크리에이션 혜택레크리에이션 혜택

수처리 효과 기존 인공습지 추가 인공습지 BOD 53 mg/L 28 mg/L

3.3 mg/L TSS 58 mg/L 21 mg/L

3 mg/L 기타 특이 사항 HDT 증가로 인해 처리효율의 증대

식물식재를 다양화 (50%, 100%) 하여 질산화와

탈질을

위한 specific 한 공간 제공

Pilot plant 에서의 효율이 인공습지 보다 양호

- 인공습지의 단회로 현상 (short circuiting) 에 의한

원인

케논 해변 습지

설계기준• 산화지 (Lagoons)

- 유 량 : 3,000 m3/day - 체류시간 : 7 ~ 15 days - BOD 부하 : 370 kg/day - TSS 부하 : 370 kg/day

• 습지 (Wooded Wetland) - 유 량 : 0.42gal/ac/day - BOD 부하 : 14 lbs/ac/day - TSS 부하 : 18 lbs/ac/day

습지

산화지

산화지 및 습지 배치도

Lagoon

습지

수질개선 효과

Ⅳ. 최신 기술동향 및 결론

최신 기술동향 강우시 도심지 침수방지를 위한 대책 , 인공습지

- BMPs (Best Management Practices) 로 사용되고 있음

인공습지 설계도

permanent micropoolWetland basin

outlet

sediment forebay

orifice plate

well screen

pool100 yr pond level

spillway

100-yr outflowcontrol

100 yr

WQCV

WQCV1-yr orifice

1 yr

인공습지 설계기준

저류지에 수질관리용량 (WQCV) 을 포함하여 설계

습지의 수심은 1m 이하로 한다

최대 홍수 저장 수심을 2m 이하로 한다

개수로 및 시설물의 단회로가 되지 않도록 설계한다

Wetland Retrofit into Park - Melbourne, Australia

결 론 인공습지의 역할과 기능은 현재의 기술력으로

규명할 수 없을 정도로 다양함

지속 가능한 개발 (sustainable development) 을

위하여 대규모의 하수처리장 건설에서 저비용 및 고효율의 인공습지 건설

국내 실정에 맞는 인공습지 설계 , 건설 및 운영관리 매뉴얼의 수립이 필요

인공습지 설치 목적의 다양화 도모 - 하수처리수 재처리 , 저류지의 습지화 , 홍수 제어 등