A Study on The Sustainable Applications of Constructed Wetlands in Egypt = 이집트 인공습지의 지속가능한 활용에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 이집트 인공습지의 지속가능한 활용을 제안하기 위해 이집트의 이스마일리아(Ismailia)와 바하르 엘(Bahar el), 호주의 시드니를 사례연구로 선정하여 이집트의 인공 습지 적용에 대한 포괄적인 평가를 제시한다. 이는 물 부족 문제를 해결하고 지속 가능성을 촉진하며 해당 지역의 기후 적응 노력을 지원하는 데 있어 인공습지의 적합성을 분석한다.
이집트에는 나일강이 있음에도 불구하고 사막 환경과 적은 강우량으로 인해 건조한 나라로 평가되 있으며 이집트 정부는 이 위기를 관리할 새로운 방법을 찾으려고 노력하고 있다.
본 연구는 수자원 관리와 물 사용에 있어서 순환 경제 촉진을 위한 중요한 도구로서 인공 습지의 효과적인 활용에 대해 분석하기 위해 이집트의 이스마일리아(Ismailia)와 바하르 엘(Bahar el), 호주 시드니의 세 지역을 사례 연구로 선정하여 인공습지가 물 부족 문제를 효과적으로 해결하고 지속 가능성을 촉진하며 지역 사회의 기후 적응을 촉진할 수 있는 방법에 대해 연구한다. 물 부족과 자원 관리가 시급한 과제를 안고 있는 이스마일리아(Ismailia)와 바하르 엘(Bahar el)의 상황에서 인공습지는 지속 가능한 폐수 처리 솔루션이 될 수 있다. 인공습지의 활용으로 물 재사용, 지하수 재충전 및 환경 오염 감소 측면에서 상당한 발전이 이루어졌다. 또한 이 지역에서 인공습지 구현의 성공과 현황을 분석함으로써 본 연구는 지역 환경 문제를 해결하는 데 인공습지의 효과를 검증하고 인공습지를 통해 폐수를 가치 있는 자원으로 변환하고 물 사용의 순환 경제를 촉진하는 방법을 제안한다.
또한 호주 시드니의 인공습지 사례 연구에서는 수질 개선 및 생태계 복원에서의 인공습지의 역할 통해 인공습지의 보다 개선된 활용성을 분석하였다. 호주 시드니 사례에서는 인공습지가 도시 생태계, 생물 다양성 지원 및 기후 관련 문제에 대한 지역 사회 회복력에 미치는 중요한 영향을 강조한다. 이 사례 연구에서는 다양한 사회 환경에서의 생태계 서비스와 폐수 관리를 위한 지속 가능한 옵션을 제공하는 다목적 시스템으로서 인공습지의 적용을 보여준다.
본 연구는 지역 사회의 기후 적응 전략의 핵심 요소로서 인공 습지의 유연성을 강조한다. 기후변화로 물 부족이 악화되는 이집트에서 인공습지는 기후변화에 대한 저항력, 효과적인 물 처리, 지하수 보충을 통해 위험을 줄이는 데 중요한 역할을 할 수 있다. 인공습지의 사용은 지역 환경 문제를 해결할 뿐만 아니라 기후 변화와 관련된 불확실성에 대처할 수 있는 지역 사회의 능력을 강화한다.
이집트에는 인공 습지가 많지만 임의의 방식으로 건설되는 경우가 많아 인공 습지의 최대 효율성을 달성하도록 하는 시스템이 필요하다. 이에 본 연구에서는 인공습지 건설을 위한 이집트 토지 및 지형의 특성을 분석, 평가하였고 다른 지역에서 사용할 수 있는 고도, 지하수위, 적합하거나 지속 가능한 습지 유형을 기반으로 해당 지역에서 인공습지를 적용할 수 있는 적합한 방법을 결정할 수 있도록 유형을 제안하였다. 또한 인공습지에서 최대의 효율성과 지속 가능성을 달성하는 데 사용할 수 있는 이집트 지역을 제안하고 해당 지역에 적합한 인공습지 유형을 제안하였다.
결론적으로, 본 연구는 폐수 관리, 지속 가능성 촉진, 기후 적응 노력 지원에서 인공습지의 중추적인 역할을 강조하며 전 세계적으로 인구 밀도가 높은 지역에서 효과적인 폐수 처리 솔루션 발전을 위한 귀중한 통찰력을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This research presents a comprehensive evaluation of the application of Constructed Wetlands in Egypt, focusing on Ismailia and Bahar el, and Sydney, Australia as case studies for a comparative study. It highlights the remarkable benefits of CWs in addressing water scarcity, promoting sustainability, and supporting climate adaptation efforts in these locales.
Despite the existence of the river Nile in Egypt, it considered an arid country due to desert conditions and low amounts of rain fall. Currently, the country faces issues of water scarcity and the Egyptian government tries to find new ways to manage this crisis.
This research delves into the effective utilization of Constructed Wetlands as a crucial tool for water resource management and the promotion of circular economies in water usage. By analyzing three case studies in Ismailia and Bahar el in Egypt, alongside Sydney in Australia, this study examines how CWs can effectively address water scarcity, promote sustainability, and facilitate climate adaptation in communities. In the context of Ismailia and Bahar el, where water scarcity and resource management are pressing challenges, CWs can emerge as a sustainable wastewater treatment solution. The utilization of CWs has led to significant advancements in water reuse, groundwater recharge, and the reduction of environmental pollution. By analyzing the success and challenges of CW implementation in these regions, the study sheds light on the contextual influences that shape the effectiveness of CWs in addressing local environmental problems and how CWs facilitate a circular economy in water usage by transforming wastewater into a valuable resource for irrigation and conservation.
On the other hand, the case study of Sydney demonstrates a more advanced utilization of CWs, emphasizing their role in improving water quality and restoring ecosystems. The Australian example underscores the significant impact of CWs on urban ecosystems, biodiversity support, and community resilience against climate-related challenges. This case study showcases the adaptability of CWs as versatile systems offering ecosystem services and sustainable options for wastewater management in diverse socio-environmental settings.
The study highlights the flexibility of Constructed Wetlands as a key element of climate adaptation strategies in communities. In Egypt, where water scarcity is worsened by climate change, Constructed Wetlands can play a crucial role in reducing risks through their ability to withstand climatic changes, effective water treatment, and replenishment of groundwater. The use of CWs not only tackles local environmental problems but also strengthens communities' ability to cope with uncertainties related to climate change.
There are many constructed wet lands in Egypt, but it build in a random way , so there is a need to a system to organize these constructed wetlands to reaches to the maximum efficiency, thus this study attempted to assess the nature of the lands in Egypt to determine the suitable method that can be used in this area based on elevation, water table and suitable or sustainable types of wetlands to use in the different area. A map showing the areas in Egypt and the suitable method that can be used to achieve the maximum efficiency and sustainability in constructed wetlands was developed.
In conclusion, the research underscores the pivotal role of CWs in managing wastewater, promoting sustainability, and supporting climate adaptation efforts, offering valuable insights for the advancement of effective wastewater treatment solutions in densely populated areas worldwide.

목차 (Table of Contents)

• Abstract i
• List of Tables vii
• 1.0 Introduction to Constructed Wetlands 1
• 1.1 Research Questions 3
• 1.2 Research Objectives 3
• 1.3 Significance of the Study 4
• 2. Literature Review 5
• 2.1 introduction 5
• 2.2 Components of a Constructed Wetland 6
• 2.3 Advantages and disadvantages of CWs 8
• - Advantages of constructed wetlands 8
• - Disadvantages of constructed wetlands 8
• 2.3.1 How do the CWs work? 9
• 2.3.2 Vegetation 10
• 2.4 Types of Constructed Wetlands 11
• 2.4.1 Free water Surface constructed wetlands 11
• 2.4.2 Systems with free-floating macrophytes 12
• 2.4.3 Water hyacinth 14
• 2.4.4 Duckweed 15
• 2.4.5 Other free-floating macrophytes 17
• 2.4.6 Systems with floating-leaved macrophytes 18
• 2.4.7 Systems with submerged macrophytes 18
• 2.4.8 Systems with emergent macrophytes A typical free water surface constructed wetland (FWS CW) with emergent macrophytes 19
• 2.4.9 Municipal wastewater 20
• 2.4.10 Stormwater runoff 21
• 2.4.11 Systems floating mats of emergent plant 22
• 2.5 Sub-surface systems 23
• 2.5.1 Horizontal flow 25
• 2.5.2 Downflow 26
• 2.5.3 Up flow 29
• 2.5.4 Hybrid systems 30
• 2.5.5 Zero discharge systems 31
• 2.6 Constructed Wetlands in the Context of Egypt 34
• 2.7 Case Studies of Constructed Wetlands in Egypt 35
• 2.8 Benefits of Constructed Wetlands for Egypt's Ecosystem 37
• 2.9 Challenges in Implementing Constructed Wetlands in Egypt 38
• 2.10 Constructed Wetlands and Egypt's Sustainable Development Goals 38
• 3. Research and Methodology 40
• 3.1 constructed wetland projects (the Egyptian experience and applications) 41
• 3.2 Data collection 41
• 3.3 Potential Limitations 41
• 3.4 Ethical Considerations 42
• 3.5 Significance of the Study 42
• 3.6 comparison between the three cases 43
• 4. Finding and Discussion 45
• 4.1 What is the Bahr el baqar? 45
• Environmental Benefits 47
• 4.2 Sydney Park Water Reuse Project: 48
• 4.3 Treatment and Reuse of Decentralized Wastewater through Constructed Wetlands in Egypt 50
• 4.4 The factors that affect the type of constructed wetland 52
• 4.4.1 Applicable area 52
• 4.4.2 Type of soil 53
• 4.4.3 Sealing bed 54
• 4.4.4 Temperature 55
• 4.4.5 Treatment level of wastewater 55
• 4.4.6 Type of wastewater treatment 55
• 4.5 Classification of the areas in Egypt and River Nile 57
• 4.5.1 Egypt Landform 57
• 4.5.2 The River Nile 58
• 4.5.3 The Geological Features and Soil Map of Egypt 59
• - Egypt contains of four types of cities: 61
• 4.6 DISCUSSION: 62
• 1. CAIRO 62
• 2. NORTH SINAI 64
• 3. ISMAILA 65
• 4. DAKAHLIA 65
• 5. BENI SUEF 66
• 6. SHARM EL - SHEIKH 67
• 7. BAHEIRA 68
• 5. Conclusion 69
• - Potential of Constructed Wetlands 70
• - Establishing A Circular Economy In The Use Of Wastewater 71
• - Climate Adaptation 72
• References 74
• 국문초록 83