Journal of Korea Water Resources Association (한국수자원학회논문집)

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Application of Continuous Stirred Tank Reactor Model for Water Quality Control and Management in Wetland Treatment

습지의 수질관리를 위한 연속교반탱크반응기 모델의 적용

  • Kim, Kyung-Sub (Dept. of Envir. Engrg., Hankyong National University) ;
  • Ahn, Tae-Jin (Dept. of Civil Engrg., Hankyong National University) ;
  • Kim, Min-Su (Dept. of Envir. Engrg., Hankyong National University)
  • 김경섭 (국립한경대학교 환경공학과) ;
  • 안태진 (국립한경대학교 토목공학과) ;
  • 김민수 (국립한경대학교 환경공학과)
  • Published : 2008.03.15
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Abstract

Continuous stirred tank reactor(CSTR) model which can be applied to control and management of the surface flow wetland is developed to simulate the water quality in this research. The model solution is obtained from the optimization model using the least-squares and 4th-order Runge-Kutta methods. The model is applied to simulate BOD and TSS in the wetland database of U.S. EPA, in which the hydraulic and water quality data are enough and the number of pond is just one for simple analysis of running results. The model is tested in two different cases, one constant volume case and another constant volume and flow rate case considering only reaction term, mass flux term and both reaction and mass flux terms respectively. It is found that the model simulates the real water quality very well with both reaction and mass flux terms rather than only reaction term and the settling velocity of TSS becomes $0.3{\sim}0.4\;m/d$. The model can be applied in wetlands treatment efficiently.

본 연구에서는 지표흐름 습지의 수질관리를 위하여 습지 내 오염물질을 적절히 모의할 수 있는 연속교반탱크반응기(CSTR) 모델을 구축하였다. 이 모델은 4차 Runge-Kutta법을 사용하고, 실측치와 계산치의 차이를 최소화 하는 최적화 기법으로 해를 구하며, 미국 EPA 습지 데이터베이스에 수록된 자료중 수질 및 수리자료가 충분하며, 분석이 용이한 하나의 수생대를 갖는 습지를 선택하여, 수질항목중 관심도가 높은 BOD, TSS (Total Suspended Solid)의 모의에 적용하였다. 습지의 체적이 일정할 경우와 체적 및 유량이 일정할 경우 각각에 대해 반응속도상수만을 고려할 경우, 물질흐름양만을 고려할 경우 및 반응속도상수와 물질흐름양 모두를 고려할 경우로 나누어 모의를 실시하였다. 모의 결과 기존의 반응속도상수만을 고려한 경우보다 반응속도상수 및 물질흐름양 모두를 고려하는 것이 실제현상을 잘 나타냈으며, 습지의 TSS 침강속도는 $0.3{\sim}0.4\;m/d$의 값을 나타내는 것으로 파악되었다. 이 모델은 습지의 수질관리에 적절히 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

Keywords

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