1. Title & Journal
Title: Mathematical model for analysis of recirculating vertical flow constructed wetlands
Journal: Water research (2010) 44, 2010-2020
Authors: Menachem Y. Sklarz, Amit Gross, M. Ines M. Soares, Alexander Yakirevich
2. Author's Background
Menachem Y. Sklarz
Department of Environmental Hydrology and Microbiology, Zuckerberg Institute for Water Research, Blaustein Institutes for Desert Research, Ben-Gurion University of the Negev, Sede Boqer Campus, 84990, Israel
Bioinformatics teacher at Ben Gurion University
Postdoc at Ben Gurion University
Research Interest
- chemical and biological analysis of raw and treated wastewater and soil
- molecular biology of the wastewater plant
- computational biology, including bioinformatics and mathematical modeling
- environmental applications of biotechnologies
3. Summary
하수처리장으로 유입되는 오폐수의 처리를 위해 인공적으로 조성한 습지의 운영에 관한 논문입니다. 습지는 상하의 두 개의 수직 형태의 container로 구성되어 있고, 상층의 습지에서 처리된 오폐수가 하부의 저류조로 모이는 구조입니다. 일반적으로 이러한 형태를 가진 오폐수 처리 형태는 하부의 저류조로 모인 처리수를 바로 방류하는 방식인데, 본 연구에서는 처리수의 수질이 이스라엘의 urban landscape irrigation 규정을 만족할 때 까지 저류조의 처리수를 다시 펌핑해서 상층의 습지로 recirculation 시키는 방식을 이용했습니다.
본 연구에서는 이러한 recirculating vertical flow constructed wetland (RVFCW) 방식의 처리 효율을 예측할 수 있는 mathematical model을 구축하고, 민감도 분석을 통해 오염물의 제거와 관련된 운전 성능에 영향을 크게 줄 수 있는 운전 조건 등을 찾고자 하였습니다.
실험을 위해 2개의 인공 습지를 조성했으며, 각각의 인공 습지는 위에서 설명한 바와 같은 RVFCW 방식을 이용하고 있습니다. 상층의 인공 습지는 모두 하부에 작은 흡착형 구슬층과 자갈층으로 구성되어 있지만, 1개의 인공 습지의 상부는 식생이 조성되어 있고 다른 1개의 인공 습지에는 식생을 조성하지 않았습니다.
모델 구축 및 예측 결과, TSS, BOD, 질산성 질소, 암모니아성 질소, 아질산성 질소 등의 항목에 대한 높은 예측 능력을 나타냈으며, 식생 조성의 유무는 오염물질의 제거 능력과 크게 관련이 없는 것으로 나타났습니다. 또, 민감도 분석의 결과 recirculation flow rate가 오염 물질의 제거와 관련된 운전 성능에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났으며, recirculation flow rate 외에도 일반적으로 운전 조건과 관련된 항목 (e.g. 인공습지 유효 처리량, 전처리수/후처리수 혼합비율, 초기 오폐수 농도)이 운전 성능에 영향을 주는 것으로 나타났습니다.
4. Originality & Applications
하수처리장의 오폐수 처리를 위해 적용되고 있는 여러 가지 방법들 중의 하나인 flow constructed wetland (VFCW)의 개선 방안으로 제시된 RVFCW를 수학적으로 모의하기 위해 처음 시도된 연구라고 할 수 있습니다. Sensitivity Analysis 관련 내용을 찾다가 인공 습지 관련 내용도 있는 것 같아서 읽은 논문인데, 아쉽게도 우리 연구실에서 진행하고 있는 인공 습지와는 많이 다르네요. 하지만 민감도 분석과 관련해서 갖고 있는 수질 항목과 운전 조건을 충분히 활용하여 간단한 방법으로 논리적으로 설명하고 있는 부분은 도움이 될 수 있을 것 같습니다.
5. Reviewer contact: 이승원 (swonlee@gist.ac.kr)