풍속과 초기 토양수분에 따른 평면형 바이오필터 내 토양수분 안정화 및 식물 생육반응 평가

Evaluation for Soil Moisture Stabilization and Plant Growth Response in Horizontal Biofiltration System Depending on Wind Speed and Initial Soil Moisture

본 연구의 최종 목표는 실내의 공간과 특성에 따라 효율적으로 실내공기질을 향상시킬 수 있는 식물 녹화와 바이오필터를통합한 시스템의 개발이다. 그러나 이러한 목표를 달성하기 위해서는 바이오필터 시스템의 적절한 공기정화량에 대한 용량설계에 중요한 영향을 주는 일정한 압력손실량과 토양수분 함량과 같은 여러 가지 요구사항들이 충족되어야 한다. 따라서 본기초 연구는 바이오필터의 토양 내 균일한 분포를 갖는 토양수분 함량과 압력손실량을 유지하고 정상적인 식물 생장 특히 바람에 의한 근권부 스트레스를 받지 않도록 풍속을 적절히 조절하고, 바이오필터 내 초기 토양수분 함량이 일정하게 유지되어안정성을 확보하기 위해 수행되었다. 본 실험에서는 평면형 바이오필터 모델을 설계하여 제작하고 세 가지 풍속(1, 2, 3㎝·sec-1)에 따른 바이오필터의 공기정화량, 공기체류시간, 기액비를 산출하였다. 또한 세가지 풍속에 따라 바이오필터 내 토양층을 통과하여 배출된 가습공기의 상대습도, 압력손실량, 토양수분 함량을 측정하고, 이 바이오필터 내에서 자란 상추와 더피고사리의 생육을 평가하였다. 풍속 실험의 결과, 풍속 3㎝·sec-1가 상대습도, 토양수분 함량, 식물생육을 유지하기에가장 적절하였다. 따라서 다음 실험에서는 풍속을 3 ㎝·sec-1로고정하고 두 가지 수준의 초기 토양수분 함량(저수준 18.5%, 고수준 28.7%) 조건에서 바이오필터를 가동한 처리구와 바이오필터를 가동하지 않은 대조구(초기 토양수분 함량 29.7%)를 설정하고, 바이오필터 내 토양층을 통과하여 배출된 가습공기의 상대습도, 압력손실량, 토양수분 함량과 바이오필터 내에서 자란상록넉줄고사리의 생육을 평가하였다. 이 실험 결과는 첫 번째실험 결과와 유사하였으며 상대습도, 토양수분 함량, 압력손실량이 일정한 수준을 유지하였다. 또한 세 가지 초기 토양수분 함량에 따른 상록넉줄고사리의 생육도 유의성 있는 차이를 나타내지 않았다. 그러나 두 가지의 바이오필터 처리구는 대조구에비해 건물중이 다소 증가된 것을 알 수 있었다. 따라서 주요 물리적 요소인 토양수분 함량과 압력손실량을 유지할 수 있는 본바이오필터 시스템의 안정성은 가까운 미래에 보다 발전된 일체형 바이오필터 모델 설계에 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

The final aim of this study is to develop a biofiltration system integrated with plant vegetation for improving indoor air quality effectively depending on indoor space and characteristics. However, to approach this final goal, several requirements such as constant pressure drops (PDs) and soil moisture contents (SMCs), which influence the capacity design for a proper ventilation rate of biofiltration system, should be satisfied. Thus, this fundamental experiment was carried out to adjust a proper wind speed and to ensure a stabilization of initial SMCs within biofilter for uniform distribution of SMCs and PDs, and for normal plant growth, especially avoiding root stress by wind. Therefore, we designed horizontal biofliter models and manufactured them, and then calculated the ventilation rate, air residence time, and air-liquid ration based on the biofilter depending on three levels of wind speed (1, 2, and 3 ㎝·s -1 ). The relative humidity (RH) and PD of the humidified air coming out through the soil within the biofilter, and SMC of the soil and plant growth parameters of lettuce and duffy fern grown within biofilter were measured depending on the three levels of wind speed. As a result of wind speed test, 3 ·sec -1 was suitable to keep up a proper RH, SMC, and plant growth. Thus, the next experiment was set up to be two levels of initial SMCs (low and high initial SMC, 18.5 and 28.7%) within each biofilter operated and a non-biofiltered control (initial SMC, 29.7%) on the same wind speed (3 ㎝·sec -1 ), and measured on the RH and PD of the air coming out through the soil within the biofilter, and SMC of the soil and plant growth parameters of Humata tyermani grown within biofilter. This result was similar to the first results on RHs, SMCs, and PDs keeping up with constant levels, and three SMCs did not show any significant difference on plant growth parameters. However, two biofiltered SMCs enhanced dry weights of the plants slightly than non-biofiltered SMC. Thus, the stability of this biofiler system keeping up major physical factors (SMC and PD) deserved to be adopted for designing an advanced integrated biofilter model in the near future.