주차장 비점오염원 관리를 위한 식생체류지 개발 및 평가

유기경,최지연,홍정선,문소연,김이형 한국습지학회 2015 한국습지학회지 Vol.17 No.3

도시화에 따른 개발사업은 불투수층을 증가시키며, 강우시 비점오염물질의 유출량을 증가시킨다. 이러한 도시화에 의한 비점오염물질의 유출량을 저감하기 위하여 국내・외에서는 저영향개발(Low Impact Development, LID) 기법을 도입하고 있다. 따라서 본 연구에서는 LID를 이용하여 도시지역 비점오염원 관리를 위한 식생체류지를 개발하고자 수행되었다. 식생체류지의 효율 평가를 위하여 test-bed를 구축하였으며, 2013년 11월부터 현재까지 총 11회 모니터링이수행되었다. 유역면적 대비 식생체류지의 시설면적(SA/CA)이 약 2.2% 임에도 불구하고, 식생체류지 적용 이후 강우시 저류 및 침투량의 증가로 인하여 유출량이 크게 감소한 것으로 나타났다. 강우량 기준으로 유출량 저감을 살펴보면0 mm<R<10 mm의 강우량 범위에서는 전량 침투 및 저류 되었으며, 10 mm<R<20 mm의 강우량 발생시 90% 이상저류 되는 것으로 나타났다. 20 mm 이상의 강우량 발생시에는 70% 이상 저류 되는 것으로 분석되었다. 이러한 높은유출저감은 비점오염물질의 저감효율을 향상시켰으며, 입자상 물질, 유기물 및 중금속 등을 약 90% 이상 저감시키는것으로 나타났다. Urbanization increases the impervious cover, which affects the discharge of stormwater runoff and non-point source pollutants to the waterbodies. In order to improve the water quality and restore the aqua-ecosystem, the Ministry of Environment (MOE), Korea MOE introduced the Low Impact Development(LID) techniques on development projects. Therefore, research was performed to develop the bioretention technology for managing the stormwater runoff from urban areas. The test-bed was established on 2013 up to evaluate the performance of pollutant and runoff reduction. A total of 11 storm events have been monitored from November 2013 to present. Even though the SA/CA (surface area of bioretention/catchment area) is approximately 2.2%, the facility shows high pollutant and runoff reduction during storm events by increasing retention and infiltration capacities. The bioretention shows a 100% total runoff reduction at 0mm<R<10mm rainfall range and more than 90% of runoff reduction at a rainfall range of 10mm<R<20mm. Due to runoff volume reduction, more than 90% of nonpoint source pollutant were also removed by the bioretention.

고속도로 모래여과시설의 처리효율 평가

유기경,강희만 대한환경공학회 2016 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2016 No.11

도시지역 물순환 및 비점오염원 관리를 위한 식생체류지 개발 및 평가

유기경,최지연,홍정선,문소연,김이형 한국방재학회 2015 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.14 No.-

도시화의 급격한 변화로 인한 불투수층의 증가는 도시 내의 강우유출수를 아무런 처리 없이 직접 도시 내에 유출되어 홍수, 첨두유량 증가 등의 문제점을 야기 시킨다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 미국, 유럽, 우리나라 등 많은 국가에서 개발 전 자연이 가지고 있던 수문학적 기능을 최대한 유지하면서 개발 후 발생되는 비점오염물질을 효율적으로 관리하는 저영향 개발 기술을 도입하고 있다. 따라서 본 연구에서는 도시지역 물순환 관리 및 비점오염물질 저감에 기여하고자 저류와 침투가 가능한 식생체류지를 개발 및 평가하고자 수행되었다. 본 연구는 식생체류지의 물순환 및 비점오염물질 저감 능력을 평가하기 위하여 공주대학교 내 주차장에 설치된 식생체류지의 모니터링을 수행하였다. 모니터링한 수질시료는 수질오염공정시험법에 준하여 입자상물질, 유기물, 영양물질 및 중금속에 대한 분석을 수행하였다. 또한 첨두유량 발생시간 및 지체시간, 첨두유량 저감 및 물수지를 산정하여 물순환 효과를 분석하였다. 식생체류지 시설의 모니터링은 2013년 11월부터 현재까지 총 11회가 수행되었으며 모니터링 결과, 강우유출수의 발생시간은 식생체류지를 적용하기 전에 비하여 약 40min 지체되는 것으로 나타났다. 또한 첨두유량의 발생 시간은 시설 적용 전에 비하여 약 80min 이후에 발생하는 것으로 분석되었으며, 첨두유량은 약 0.3m3/min 저감되는 것으로 나타났다. 물수지 산정 결과, 시설 내 저류 및 침투되는 양은 90%로 높은 물순환 효과를 나타낸 것으로 분석 되었다. 비점오염물질 저감효율을 산정한 결과, 모든 오염물질에서 90% 이상으로 높은 저감효율을 나타내는 것으로 분석되었다. 이는 여재부에서 일어나는 오염물질 저감 기작이 효과적으로 작용되는 것으로 판단된다.

침투여과시설의 강우계급에 따른 오염물질별 저감효율 분석

유기경 ( Gig Yung Yu ),최지연 ( Ji Yeon Choi ),홍정선 ( Jung Sun Hong ),문소연 ( So Yeon Moon ),김이형 ( Lee Hyung Kim ) 한국물환경학회(구 한국수질보전학회) 2014 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2014 No.-

침투여과시설의 강우계급에 따른 유량 및 비점오염물질 저감 효과 분석

유기경 ( Gigyung Yu ),최지연 ( Jiyeon Choi ),강희만 ( Hee Man Kang ),김이형 ( Lee Hyung Kim ) 한국물환경학회 2016 한국물환경학회지 Vol.32 No.1

Urban areas generate large amounts of stormwater and non-point source (NPS) pollutants during rainfall events. These are caused by various land use runoffs, vehicular and human activities and increased impervious cover. The increased runoff and NPS pollutants cause water quality deterioration in the receiving waters and adversely affect the aqua-ecosystem. These environmental impacts could be reduced through the application of low impact development (LID) techniques. In Korea, more than 80% of the total rainfall occurs in summer and most of these were 10 mm or less. Therefore, if the LIDs developed were able to cope with rainfall of 10 mm and below, NPS management could be efficiently conducted. This research was performed to determine the effect of varying amounts of rainfall on the performance capability of an established infiltration and filtration facility (IF facility) that can be applied to Korea’s common rainfall ranges. The IF facility area was 1.75% of the catchment area, however the facility treated more than 40% and 60% runoff volume and pollutant reduction respectively for a 10 mm rainfall. Lastly, higher volume and pollutant reduction could be attained when the LID area was at least 2% of the entire catchment.

빗물이용을 위한 LID 시설의 지붕유출수 처리 효율 평가

문소연,최지연,홍정선,유기경,김이형 한국방재학회 2015 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.14 No.-

경제성장을 위한 도시화 및 불투수면의 증가는 자연적인 물순환 체계를 변화시켰으며, 강우시 첨두유량 증가, 발생 시간 단축, 지하 침투량 감소 및 지표수 유출량 증가 등의 수문학적 문제 발생의 원인이 되고 있다. 이에 환경부에서는 기존의 한정된 수자원을 더욱 효율적으로 관리하고 이용하고자 LID/GSI 기법을 통한 강우유출수 관리 방법을 도입하였다. 지붕유출수의 경우, 오염물질 농도가 도로 및 주차장에 비하여 낮게 나타나기 때문에 LID 시설을 통한 처리 후 저류 및 지하 침투를 통한 자연적인 물순환 체계의 재현 혹은 조경, 청소 용수 등으로 이용이 가능할 것으로 판단된다. 따라서, 본 연구에서는 지붕유출수 관리를 위한 LID 시설의 운영 및 처리효율 평가를 통하여 도시내 물순환 체계 구축과 물의 재이용을 도모하고자 수행하였다. 본 연구를 수행하기 위한 LID시설은 침투화분으로서 공주대학교 천안캠퍼스내 조경공간에 설치하였다. 침투화분의 규모는 1.6×1.5(A×D, m2×m)이며, 시설은 강우시 지붕유출수가 직접 유입되는 자갈부와 식생이 식재된 토양층(상부)으로 나뉘어져있으며, 하부에는 모래와 자갈이 충진 되어있다. 시설 하단에는 시설로 유입된 강우유출수를 지하로 침투시키기 위한 지름 10 cm의 침투구멍이 존재한다. 모니터링은 포장지역의 강우유출수 특성을 고려한 수질모니터링 방법으로 수행되었으며 채취된 시료는 입자상물질, 유기물질, 영양염류 및 중금속(Total Pb, Total Cu, Total Zn) 항목에 대하여 수질오염공정시험법에 의해 분석을 실시하였다. 모니터링 및 수질 분석 결과를 토대로 시설 적용 전과 후의 수문학적, 환경적 분석을 수행하였다. 시설의 효율 평가를 위한 강우시 모니터링은 2013년 11월부터 2014년 9월까지 총 12회가 수행되었다. 모니터링이 수행된 대부분의 강우사상은 10 mm 이하의 소규모 강우로 평균 강우량은 8.8±6.7 mm로 나타났다. 침투화분 설치 후의 수문학적 분석 결과, 침투화분을 통하여 지붕유출수의 유출을 약 3시간 정도 지체 시키는 것으로 나타났으며 시설로 유입된 양의 최소 17%에서 최대 100%, 평균적으로 79% 정도 시설 내 저류 및 침투를 통한 유출시간 지체와 유출량 저감 효과를 보였다. 수질시료 분석결과를 토대로 모니터링 기간 동안 집수구역에서 발생된 오염물질의 처리효율을 분석한 결과, 입자상 물질의 경우 평균적으로 76%, 유기물질의 경우 94%, 영양염류는 86~96% 및 중금속의 경우 93% 처리되는 것으로 나타났다.

토지이용별 퇴적물의 화학적 특징과 인근하천 수질 오염성상 비교 분석

홍정선,유기경,김이형 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

하천이나 호수에 퇴적된 퇴적물은 유역에서 배수된 토양, 유기물질 및 광물질이 침전된 것으로 환경뿐만 아니라 인간의 건강에 악영향을 끼치는 다양한 오염물질을 포함하고 있다. 퇴적물은 분자확산 및 생물기작 등을 통하여 오염물질을 공급 할 뿐만 아니라 침전된 유기물이 분해되어 무산소 환경이 되면 영양염류가 다시 무기이온 상태로 수중에 용출된다. 용출된 영양염류는 수층의 혼합에 의해 표층으로 재공급 및 새로운 유기물을 형성하는 순환을 거치게 되는 등 수질 및 수생태계에 영향을 미친다. 따라서 본 연구는 다양한 토지이용에서 발생하는 퇴적물의 화학적 성상과 수질의 오염성상을 비교 분석하여 퇴적물이 수질에 미치는 영향과 퇴적물 관리 대책 수립의 기초자료를 제공하고자 수행하였다. 본 연구를 위한 기초자료를 확보하기 위하여 포장지역, 축산지역 및 하천지역을 모니터링 지점으로 선정하였다. 퇴적물의 시료채취 경우 지름 5cm, 길이 50cm인 아크릴 코어를 이용하여 채취하였으며, 포장지역의 경우 총 4회, 축산지역은 17회, 하천지역은 28회 수행하였다. 채취한 퇴적물은 토양오염공정시험법에 준하여 유기물 및 영양염류 등의 화학적 특성을 분석하였다. 또한 물환경정보시스템에서 인근하천인 금강, 동진강 및 만경강의 10년간의 수질 측정 자료를 이용하여 수질과 퇴적물의 농도를 상호 비교하였다. 토지이용별 퇴적물의 화학적 분석 결과, 평균 COD의 값은 난분해성 물질로 인하여 포장지역에서 43.88 ± 26.4 5 g/kg으로 가장 높게 나타났으며, 영양염류의 경우 축산지역에서 TN이 7.79 ± 8.32 g/kg, TP가 1.47 ± 0.81 5 g/kg로 높은 농도를 보였다. 하천별 수질 농도 분석 결과 TN과 TP의 농도는 각각 4~6 mg/L, 0.2~0.4 mg/L의 범위를 보이고 있으며 2009년 후반부터 감소하는 경향을 보이고 있다. 또한, TN과 TP중에서 NH4-N와 PO4-P의 비율이 2009년 후반부터 증가하는데, 이는 조류성장의 원인이 될 수 있는 물질의 증가를 의미하기에 유역에서의 NH4-N와 PO4-P의 관리가 필요한 것으로 판단된다. 퇴적물 및 하천수질의 오염물질별 비를 산정한 결과, 모든 토지이용에서 하천 수질에 비해 퇴적물에서 인의 함량이 높은 것으로 나타나 퇴적물 내 인의 관리가 필요한 것으로 분석되었다.

강우유출수 처리를 위한 모래여과시설의 여재 두께 평가

강희만,강혜진,유기경 대한환경공학회 2016 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2016 No.11

비점오염 저감시설에 적용되는 여재의 흡착 및 탈착 능력 평가

문소연,홍정선,최지연,유기경,김이형 한국습지학회 2015 한국습지학회지 Vol.17 No.3

도시화는 불투수면의 증가를 초래하여 자연적인 물순환 시스템의 왜곡, 비점오염물질 유출 증가, 하천의 수질악화 및수생태계 훼손 등의 문제를 발생시킨다. 불투수면 증가로 인한 수리수문학적, 생태학적 및 환경적 영향을 저감하기 위하여 선진국에서는 저영향개발(Low Impact Development, LID)기법을 주요한 대안으로 적용하고 있다. 국내에서도2012년에 비점오염원관리종합대책을 통하여 LID 기법을 비점오염 관리의 주요 방안으로 추진하고 있다. LID 시설은물순환 구축을 통한 강우유출수의 유출저감과 함께 식물, 미생물, 여재에서의 다양한 물리화학적 및 생물학적 기작을이용하여 오염물질을 제거하는 기술이다. 이러한 LID 시설에는 다양한 여재가 사용되고 있으나 여재의 오염물질 저감능력 평가를 위한 흡착과 탈착 특성 등에 대한 종합적인 비교평가가 수행되지 못하고 있다. 따라서, 본 연구에서는LID 시설에 사용되는 다양한 여재 중에서 모래, 자갈, 바이오세라믹, 우드칩 및 바텀애쉬에 대하여 중금속(Pb, Cu)에대한 흡착 및 탈착 특성 분석을 통해 여재의 환경성 평가를 수행하였다. 분석결과, 연구에 사용된 모든 여재에서 Pb에대한 흡착 선호도가 Cu에 비하여 높게 나타났으며 흡착 kinetic 모델에서는 Pseudo second order equation의 적용성이 높게 평가되었고, 흡착등온식 모델에서는 Langmuir-3 isotherm이 높은 적용성을 보였다. 특히 여재 중에서 바이오세라믹과 우드칩의 경우 Pb에 대한 뛰어난 흡착능을 보이는 것으로 평가되었다. 여재의 탈착 실험 결과 모든 여재에서환경부 유해물질 기준에 초과하지 않아 LID시설에 다양하게 적용 가능한 것으로 나타났다. Urbanization causes many environmental, hydrological and ecological problems such as distortion of the natural water circulation system, increase in nonpoint source pollutants in stormwater runoff, degradation of surface water quality, and damage to the ecosystem. Due to the increase in impervious surface by urbanization, developed countries apply low impact development (LID) techniques as important alternatives to reduce the impacts of urbanization. In Korea, LID techniques were employed since 2012 in order to manage nonpoint source pollutants. LID technology is a technique for removing pollutants using a variety of physical, chemical and biological mechanisms in plants, microorganisms and filter media with the reduced effluence of stormwater runoff by mimicking natural water circulation system. These LID facilities are used in a variety of filter media, but an assessment has not been carried out for the comprehensive comparison evaluation of adsorption and desorption characteristics for the pollutant removal capacity. Therefore, this study was conducted to analyze the adsorption and desorption characteristics of various filter media used in the LID facilities such as sand, gravel, bioceramic, wood chips and bottom ash etc. in reducing heavy metals(Pb, Cu). In this study, the adsorption affinity for Pb in all filter media was higher than Cu. Pseudo second order equation and Langmuir-3 isotherm are more applicable in the adsorption kinetic model and adsorption isotherm model, respectively. As a result of the desorption experiment, the filter media does not exceed KSLT which is the hazardous substance leaching limit, showing the capability of the filter media in LID. The bioceramic and woodchip as filter medias were evaluated and exhibited excellent adsorption capacity for Pb.

지붕 빗물이용을 위하여 개발된 침투화분의 환경·수문학적 평가

문소연,최지연,홍정선,전제찬,유기경,Precious Eureka D. Flores,김이형 한국습지학회 2015 한국습지학회지 Vol.17 No.4

불투수면의 증가와 도시화 현상은 지하수량의 감소, 지표수의 고갈, 홍수의 증가 등과 같은 자연적인 물순환 시스템에변화를 가져왔다. 또한, 인간이 사용할 수 있는 수량의 감소 또한 초래하게 되었다. 이에 빗물의 적절한 처리와 재활용은 최근 발생되는 수문학적 문제의 해결에 도움이 될 수 있을 것으로 예상되어왔다. 따라서 본 연구는 지붕빗물유출수를 침투 및 저류 기작으로 처리하여 자연적인 물순환의 회복을 이루고자 침투화분 기술을 개발하였다. 연구결과, 침투화분 기술은 평균 79% 정도의 강우유출유량 저감효과가 있는 것으로 분석되었다. 또한 유출유량 지연효과 및 첨두유량 지연효과도 발생하였는데, 약 3시간의 유출지연효과와 38%의 유량 저감효과가 발생하는 것으로 나타났다. 한편, 침투화분의 오염물질 처리효율은 TSS 97%, BOD 및 CODcr 94%, TN 86%, TP 96%, Total Cu, Total Zn, Total Pb의 중금속은 약 93% 처리되었으며, 처리수의 오염물질 농도는 TSS 13.3mg/L, BOD 3.6mg/L, TN 4.7mg/L 및TP 0.1mg/L로 분석되어 도시재이용수, 조경용수, 공업용수로서 사용이 가능할 것으로 분석되었다. Due to urbanization and increase in impervious area, changes in natural water circulation system have become a cause of groundwater recharge reduction, streamflow depletion and other hydrological problems. Therefore, this study developed the infiltration planter techniques applied in an LID facility treating roof stormwater runoff such as, performance of small decentralized retention and infiltration through the reproduction of natural water circulation system and use of landscape for cleaning water. Assessment of an infiltration planter was performed through rainfall monitoring to analyze the water balance and pollutant removal efficiency. Hydrologic assessment of an infiltration planter, showed a delay in time of effluent for roof runoff for about 3 hours and on average, 79% of facilities had a runoff reduction through retention and infiltration. Based on the analysis, pollutant removal efficiency generated in the catchment area showed an average of 97% for the particulate matter, 94% for the organic matter and 86-96% and 92-93% for the nutrients and heavy metals were treated, respectively. Comparative results with other LID facilities were made. For this study, facilities compared the SA/CA to high pollutant removal efficiency for the determination to of the effectiveness of the facility when applied in an urban area.