• 생태와환경
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• 제49권4호
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• pp.320-333
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• 2016

본 연구는 2013년 4월 하순~5월 동안에 영산강의 승촌보 상류에서 군체형 녹조류 Eudorina elegans의 단일 종에 의해 유례없이 대발생한 녹조현상의 전개 과정을 모니터링하였다. 영산강은 전형적인 조절 하천으로서 외적 또는 내적 요인에 의한 부영양화가 극도로 심각한 실정이었다. 하수처리수의 과잉 영양염을 기반으로 유속, 일사량 및 수온의 구조적 또는 비구조적 복합 영향에 의한 조류(규조류(겨울), 녹조류(봄~여름) 및 남조류(여름))의 대발생은 뚜렷한 계절적 잠재력으로 상존하였다. 이 중에서 봄철 녹조현상은 E. elegans에 의한 것으로서 그 수준은 최대 $1,000mg\;m^{-3}$(>$50{\times}10^4cells\;mL^{-1}$)을 초과하였고, 발생 초기에 폭증하였다가 시간이 경과하면서 점진적으로 감소하는 양상이 현저하였다. 또한, 간헐적인 강우에 의해 하류로 이송되면서 분포 범위가 급속도로 확대되는 특성을 보였다. 보 구조물의 조작으로 펄스유량을 시험 적용하였으나 근본적인 문제를 해결하는 대응책은 아니었고, 하류 하천에 대한 영향을 고려해야 하는 문제점을 포함하고 있었다. E. elegans 녹조현상은 군체형 운동성 조류의 전형적 특성을 나타내었고, 최종적으로 후속되는 강우사상 (>45 mm)에 의해 소멸되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.46-46
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• 2015

강우가 지역별 계절별로 편중되어 있는 우리나라는 수자원의 안정적인 확보와 이용을 위해 다양한 형태의 댐을 건설하여 운영하고 있다. 그러나 대부분의 댐건설을 통해 형성된 저수지들은 탁수 장기화 및 녹조 발생 등의 환경, 생태적인 문제를 겪고 있으며, 그에 따른 사회적 우려로 인해 신규댐 건설을 통한 수자원확보는 더 이상 어려운 실정이다. 이러한 문제에 대응하기 위한 대안으로 기존 댐 저수지들(안동호-임하호)의 구조적 연계운영방안이 진행되고 있다. 본 연구의 목적은 2차원 CE-QUAL-W2모형을 활용하여 안동호와 임하호의 구조적 연결에 따른 탁수의 이동과 각 저수지 내에서의 유동 변화를 해석하는데 있다. 저수지 연계 시나리오는 EL. 138 m 위치에 길이 2 km, 직경 5.5 m 의 콘크리트관(마찰계수 0.05)이 안동호 좌안인 임동면 마리와 임하호 우안 망천리를 연결하는 것으로 가정하였다. 모델의 보정은 실측자료가 풍부한 2006년도 수문사상을 대상으로, 개별 저수지에 대해 수행하였고, 탁수 유동 시나리오 해석은 임하호에 심각한 탁수장기화 문제가 발생했던 2002년을 대상으로 댐 연계 탁수모의를 수행하였다. 안동호와 임하호의 댐 앞에서 모의값과 실측값을 오차를 분석한 결과 탁수예측오차는 AME 0.5~24 mg/L, RMSE 0.7~30.2mg/L의 범위로 비교적 실측값을 잘 반영한 것으로 나타났다. 임하댐의 경우 탁수층의 위치와 두께, 그리고 최고 탁도값을 적절히 재현 하였지만, 안동댐은 최고 탁도값 예측에서 다소 오차가 발생하는 것으로 나타났다. 안동호와 임하호 단독 운영시와 연계 운영시의 탁수변화 파악을 위해 초기 홍수사상이 발생한 8월 이후부터 저수지내의 TSS농도 분포를 비교하였다. 안동호의 경우 댐앞지점의 탁수분포는 수온성층구조에 영향을 받아, 단독 운영시(EL. 130 m)보다 연계운영시(EL. 140 m)에 탁수의 중심이 높은 위치에 형성되었다. 단독 운영시 10월 이후에 전도현상으로 인해 침강되지 않은 잔류 탁수층이 저수지 하부로 확산되었지만, 연계 운영시에는 재부상 되어 상층으로 확산되는 것으로 모의되었다. 또한 연계운영시 유량이동으로 인해 안동호의 탁수 댐앞 도달시간이 짧아지는 것으로 나타났다. 반면 임하호는 연계 운영시 안동댐으로 유출이 생기면서 중층에서 탁수량이 저감되는 것으로 모의되었다. 저수지 내 탁수량 분석을 위해 SS 15 mg/L 이상의 잔류 탁수량을 분석한 결과, 연계운영시 안동호의 평균 잔류탁수량 비율은 11.8% 증가, 임하호의 경우 11.7% 감소하였다. 또한, 탁수의 댐하류 방류일수도 SS 15 mg/L 기준 임하호 9일 저감, 안동호는 70일 증가하여 임하호의 탁수가 안동호의 탁수 장기화에 영향을 주는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.592-592
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• 2016

국내에는 17,500여개의 농업용 저수지가 전국적으로 분포하고 있다. 국내 농업용 저수지는 대부분이 소규모이며, 연중 수량 변동이 심하고, 유역배율이 작아 태생적으로 수질오염에 취약한 구조로 되어 있다. 특히 농업용 저수지는 도시 근교나 농촌지역에 많이 위치하고 있어 유역 내 축산 농가나 미처리 생활하수에서 유래된 유기물 및 영양염류 유입에 의한 수질오염도가 높다. 저수지에 고농도로 유입되는 유기물, TN, TP를 처리하기 위하여 농어촌연구원과 수생태복원(주)에서는 공동으로 친환경 수처리시설인 생태융합형 접촉산화시스템을 개발하였다. 생태융합 접촉산화수로는 상부 식생과 수로 내의 섬유상 끈상 미생물 접촉재를 이용하여 오염수가 수로를 흐르면서 침전, 여과, 흡착, 산화, 흡수 등 물리학적, 화학적, 생물학적 원리를 이용하여 고농도의 유기물과 질소, 인을 제거하는 물리적, 생물학적 공정을 융복합 기술이다. 본 연구에서는 경기도 시흥시에 소재하고 있는 M 저수지에 현장 Test-bed를 구축하여 수질정화효율을 평가하였다. M 저수지는 유효저수지량이 약 23만톤에 해당하는 소규모 저수지로, 1941년도 준공된 아주 노후화된 저수지로 평균 수심이 2m 이하이고 연중 수질오염도가 높은 저수지이다. 매화저수지 수변에 설치된 생태융합형 접촉산화수로의 전체규모는 길이 8.6m, 폭 2m, 수심 2m에 해당하며, 끈상 미생물 메디아조 3개($2{\times}2{\times}6m^3$), 침전조 1개($2{\times}2{\times}2m^3$)로 구성되어 있다. 기타 부대 장치로는 끈상 메디아조에 산소공급을 위한 Air-mist(마이크로 버블 발생장치), 자동운전계기판, 유입펌프 등이 있다. 생태융합형 접촉산화수로의 처리 공정은 유입수${\rightarrow}$에어미스트${\rightarrow}$고속복합응집장치${\rightarrow}$융복합 산화조(3조)${\rightarrow}$침전조${\rightarrow}$방류로 구성되어 있다. 테스트 베드는 2015년 8월 말경에 구축 완료하였으며, 끈상 미생물 메디아조의 수질정화효율을 평가하기 위하여 9월부터 11월까지 총 7회 걸쳐 유입수와 유출수를 각각 조사하였다. 현장 측정항목인 수온, pH, EC, DO 등은 유입수 및 유출수간 큰 차이가 없었고, COD, SS, Chl-a, TP 등은 수처리시스템 초기 가동시에는 메디아에 미생물 부착율 저조로 유입수 및 유출수 수질농도에 큰 차이가 없었으나, 운영시간의 경과와 함께 메디아의 미생물 충진율이 높아짐에 따라 처리효율이 최대 SS 69.6%, Chl-a 89.3%, TP 89%까지 도달하는 것으로 나타났다. 생태융합 접촉산화수로는 부지 집약적인 컴팩트한 수처리 시설로서 현재 널리 이용되고 있는 인공습지를 대체할 수 있는 경제적인 시설로 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제39권5호
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• pp.255-264
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• 2017

본 연구는 수상 태양광 발전시설의 설치로 인한 농업용 저수지의 수질변화를 평가하기 위해 경기도 안성시 금광저수지에 위치한 수상 회전식 태양광 발전시설에서 발전시설 설치에 따른 차광구역 6지점과 비차광구역 4지점을 선정하여 1년 동안 총 16회에 걸쳐 차광으로 인한 수질변화를 시간과 수심 별로 분석하였다. 이를 위해 수온, pH, DO, Chl-a, BGA 항목을 0.3 m, 1 m, 3 m, 5 m의 수심별로 측정하고, 표층의 시료를 채수하여 COD, TN, TP 항목을 분석하였다. 연구결과, 금광저수지 내 10곳의 측정지점 간의 관측된 전 수질항목에서 차이는 유의확률(p - value) 0.05 이상으로 유의수준(${\alpha}=0.05$)에서 서로 다르지 않다고 통계학적으로 분석되었다. 이러한 결과를 토대로 측정지점을 차광구역(site 1~6)과 비차광구역(site 7~10)으로 그룹화 후 시간 및 수심에 따른 변화를 확인하였다. 차광구역과 비차광구역 간의 수온, pH, DO, COD, TN, TP, Chl-a, BGA의 계절 및 수심에 따른 차이는 유의한 수준에서 통계학적으로 다르지 않았다(p > 0.05). Chl-a와 BGA의 경우, 7월에 비차광구역보다 차광구역에서 일부 높은 농도가 관측되었으나 이는 기록적인 가뭄과 낮은 저수량, 발전시설 구조물에 부착된 부착조류의 과다성장으로 인한 일시적 현상으로 전체 수질은 통계학적으로 유의할 만한 차이가 없는 것으로 조사되었다. 이러한 결과는 수상 회전식 태양광 발전시설의 설치로 인한 저수지 수면의 차광이 전체 수면적 대비 0.5% 미만으로 일사량 유입 감소효과는 취송 및 방류를 통한 저수지 수체의 혼합 효과 대비 미미했기 때문인 것으로 판단된다. 향후, 수상 태양광 발전시설 설치로 인한 수질변화를 면밀히 연구하기 위해서는 보다 넓은 면적의 태양광 발전시설의 설치로 인한 차광과 함께 장기적인 수질 및 수생태계 관측이 필요할 것으로 판단된다.

• 생태와환경
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• 제50권1호
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• pp.96-115
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• 2017

온배수와 산성화는 오래 전부터 전 세계를 통해 육수학과 수생태학에서 많은 관심을 갖게 한 분야이었다. 그러나 우리나라는 아직까지 초보적이거나 접근 조차 미진한 실정에 있다. 본 연구는 2015년 12월부터 2016년 9월까지 경기도 포천에 위치한 계류(부소천)의 최상류 구간 5개 지점(BSU (상류), HSW (온천폐수 방류구), BSD1~3 (하류))에서 수질환경과 부착조류 생태계에 온배수와 산성비의 시공간적 영향을 파악하고자 매월 조사하였다. 조사기간 동안 수온의 범위(평균값)는 $1.7{\sim}28.8^{\circ}C$($15.0^{\circ}C$)이었다. 특히 HSW의 범위와 평균값은 17.5 (1월)~$28.8^{\circ}C$(9월), $24.2{\pm}3.7^{\circ}C$로서 고온을 유지하였고, 다른 지점에 비해 월등히 높았다. 온배수는 하천수의 수온 증가와 영양염 펄스로서 작용하였으며, 그 영향은 갈수기와 저온기 (12월~3월)에 우세하였다. 그리고 온도의 영향권은 유하 거리에 따라 멀지 않았으나, P N 영양염은 다소 원거리까지 미칠 수 있는 잠재력을 갖고 있었다. pH는 5.1~8.4 (6.9)이었다. 수중 pH 감소의 원인은 계절적으로 강설과 산성비의 습윤 산성강하물에 있었고, 그 영향은 부착 규조류 중 호산성 종조성(Eunotia pectinalis, Tabellaria flocculosa)의 생물학적 분포에서 간헐적(3월과 8월)으로 확인되었다. 부소천의 수질과 부착조류 생태계는 열 오염, 부영양화 및 산성화에 의한 역동적인 상태이었고, 계류, 온배수 및 대기오염과 같은 지리 지역적 특성에 기반한 인위적 영향이 지배적이었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권11호
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• pp.931-939
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• 2022

우리나라의 경우 강수량의 2/3 정도가 하절기에 집중되는 강우특성상 해마다 여름철 홍수기의 탁수 문제가 다양하게 발생하고 있다. 이상강우와 기상이변에 의한 집중강우가 증가 추세이며, '02년 태풍 루사', '03년 태풍 매미', '06년 에위니아'부터 20년 마이삭, 하이선 까지 장마와 태풍에 의한 유입량이 급증하는 시기 탁수의 유입으로 수중 탁도가 급상승하며 댐 저수지 내 탁수 문제가 발생하였다. 특히 연 평균 물사용량의 대부분을 하천 및 댐 저수지를 이용하는 우리나라의 경우 탁수 문제가 장기화될 경우 댐 하류 해당 지역 농업, 공업, 수생태 등 사회적, 환경적으로 많은 문제를 발생시킨다. 이러한 탁수 예측을 통한 대응을 위해 탁수 모델링에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 탁수 현황을 모의하기 위해서는 유량, 수온, SS 데이터가 필요하다. 이를 위해 국가측정망에서 하천 및 댐 저수지 내 SS를 측정하여 탁수를 측정 하고 있으나 설비가 미흡하여 데이터 해상도가 낮다는 한계점이 있으며 주요 댐 저수지 내에서는 수자원공사에서 관리하는 자동 측정기기를 활용하여 높은 데이터 해상도를 유지 하고 있으나 댐 별, 기상 조건에 따라 미측정 기간이 존재한다. 탁도를 측정을 위한 센서로는 Optical Backscatter Sensor (OBS), YSI 등이 있으며 SS를 측정하기 위한 센서는 레이저부유사측정기(Laser In-Situ Scattering and Transmissometry, LISST) 등의 장비를 이용하고 있다. 하지만 이런 첨단 센서의 경우 또한 수중에 고정하여 측정하기에는 장비의 안정성 등의 이유로 한계가 있다. 따라서, 취득된 유량, 수온, SS, 탁도 데이터를 기반으로 분석을 통해 미측정 기간이 존재함으로 입력자료에 활용되는 SS를 산정하기 위해 관계식 개발을 필요로한다. 본 연구에서는 댐 방류구 인근 지점 측정 데이터를 기반으로 개발된 탁도-SS 관계식을 통해 수자원 공사 SURIAN 시스템에서 활용되고 있는 AEM3D 모델을 이용하여 탁수 발생 예측 정확도 개선을 하고자 하였다.

• 생태와환경
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• 제49권4호
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• pp.354-374
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• 2016

본 연구는 2012년 5월부터 2015년 12월까지 북한강과 남한강의 유입부를 포함하는 팔당호의 5개 지점에서 시공간적 수질 변동성을 강우 수문학과 비교 고찰하였다. 조사기간 동안 기초 수질요인들의 변동은 계절적 영향이 컸다. 특히, 수온성층은 수심이 깊은 댐 부근에서 형성되었고, 연도에 따라 빈산소 장기화도 관찰되었다. 질소(N) 계열 영양염의 증가는 유량이 빈약할 때 나타났고, 이때 $NH_4$는 하수 처리수의 영향을 크게 받아 $NO_3$와 상반되는 경향을 나타내었다. 인(P)의 증가는 유량이 크거나 극심한 가뭄이 지속될 때이었고, P 영양염 결핍도 빈번하게 관찰되었다. Chl-a의 증감은 유량 변동과 역상관 관계를 보였고, 그 값이 높을 때 AGP 값은 낮았다. 팔당호의 수질 변동성은 유역으로부터 하수 처리수(총량: $472{\times}10^3m^3d^{-1}$)의 오염원을 기반으로 한 유입, 방류 및 취수의 패턴에서 직간접적 관련성과 그 영향을 찾을 수 있었다. 또한 수질의 시공간적 변동 과정에서 기상(장마, 태풍, 이상강우 및 폭염더위) 수문(유량과 수위)학적 인자는 펄스, 희석, 역류, 흡수, 농축 및 침전 등 형태로서 작용하였다. 하천형 저수지인 팔당호의 수질 변동은 매우 역동적이며, 국내 최대 상수원의 오염 수준을 경감하기 위한 실효 대책으로 기상 수문에 기초한 육수학적 조사연구와 P-free 하수 처리 정책 실현의 필요성을 제안한다.

• 생태와환경
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• 제51권4호
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• pp.287-298
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• 2018

강우부족현상이 지속되었던 2015년 팔당호에서의 이화학적 요인과 동물플랑크톤 군집 특성은 선행연구에서의 몬순기후에 의한 강우와 수리 수문학적 요인의 영향을 받아 변화하던 동물플랑크톤 군집과 다른 양상을 나타냈다. 조사기간 동안 팔당호의 수리학적 체류시간은 2014년부터 지속된 강우부족현상에 영향을 받아 2013년대비 크게 증가하였다. 이에 따라 유입 방류량이 감소하여 팔당댐앞(St.1)의 이화학적 수질은 호소형 특성의 남한강수역(St.2) 수질보다 하천형 특성의 북한강수역(St.3) 수질과 비슷한 특성이 나타났다. 동물플랑크톤의 군집변화는 봄(3~5월)에는 주로 소형 윤충류(Syncheata, Keratella)가 우점하였으며, 여름(7~9월)에는 집중호우가 적어 연중 가장 높은 현존량을 기록했으며 우점종은 윤충류인 Keratella cochlearis와 원생동물인 Difflugia corona로 나타났다. 가을(9~11월)에는 수온이 감소함에 따라 윤충류와 원생동물의 현존량이 감소하고 요각류 유생(Nauplius)이 우점하는 천이를 보였다. 통계분석결과 복합적 수계의 특성을 보여주는 팔당호에서 북한강수역은 하천형, 남한강수역과 경안천수역은 호소형 특성으로 지점별 상이하게 구분되며, 이에 따라 동물플랑크톤 군집 또한 영향을 받을 수 있음을 나타냈다.

• 환경생물
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• 제41권3호
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• pp.179-192
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• 2023

인천 영흥도는 대한민국에서 가장 큰 하천인 한강의 담수가 유입되어 영양염의 변화가 예상되는 해역이다. 특히 해양의 영양염의 변화는 식물플랑크톤을 포함한 미소생태계의 변화를 야기시키고, 어패류와 같은 상위 단계의 현존량에도 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 인천 영흥도 연안은 국내의 주요 수산물 생산지임에도 불구하고 미소생태계의 기초자료조차 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 인천 영흥도의 기초자료 수집을 위해, 2014년부터 2018년까지 5년간 미소생태계를 조사하였다. 특히, 연안에서 유입되는 담수의 영향을 거리를 통해 비교하기 위해, 연안 정점(S1)과 연안으로부터 0.75, 1.5, 3 km 떨어진 대조구 정점을 설정하여 물리·화학·생물학적 요인의 변화를 모니터링했다. 그 결과 수온(15.7~26.7℃), 용존 산소(5.73~14.31 mg L^-1), 염분도(28.5~34.1) 및 pH(6.65~8.80)는 계절에 따른 변화만 관찰되었을 뿐, 정점에 따른 유의미한 차이는 관찰되지 않았다. 영양염의 경우, 용존무기질소는 4~6월에 평균 6.4 μM의 농도에서 7~11월 16.4 μM로 증가하였고, 인산 인 및 규산 규소 역시 4~6월 각각 0.4 μM, 2.5 μM에서 7~11월 1.1 μM, 12.0 μM로 그 농도가 증가하였다. 특히 인산 인은 2014~2015년 최대 0.2 μM로 2016~2018년(2.2 μM)에 비해 낮은 농도로 관찰되어, 해당 기간동안 인산 인 제한 현상이 나타나며 계절에 따른 차이는 보였으나, 서해의 뚜렷한 조석차에 의해 정점 간 차이는 나타나지 않았다(Table S1). 연간 댐 방류량이 낮았던 2014~2015년 조사 정점에서 인산 인 제한현상이 두드러졌고, 해당 시기 식물플랑크톤의 현존량은 최대 3,370 cells mL^-1으로 높게 관찰되었다. 그러나 해당 시기, 용존유기탄소 혹은 박테리아의 현존량 증가는 관찰되지 않았다. 생물학적 요인 역시 3 km의 거리에 따른 정점 간 차이는 관찰되지 않았으나, 계절 및 담수 유입에 따른 미소생태계 변화에 관한 기초자료를 축적할 수 있었다. 본 연구를 통해 미소생태계의 기초자료 수집을 통한 인천 연안의 생태계를 이해하였으며, 다양한 오염원으로부터의 교란을 방지하기 위해 인천 영흥도에서의 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 사료된다.

• 유기물자원화
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• 제32권3호
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• pp.5-18
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• 2024

유기물 측정지표인 화학적산소요구량(COD)은 산화율이 낮아 난분해성 유기물까지 포함한 전체 유기물질의 총량관리에 한계를 가지고 있어 보다 정확한 측정이 가능한 총유기탄소(TOC)가 측정지표로 도입되어 사용되고 있다. 폐수 내 TOC 저감을 위해서는 여러 공정들이 적용가능하나 경기도 소재의 A사를 비롯한 여러 환경업체에서는 원폐수를 먼저 희석한 후 약품처리에 의한 응집침전과정을 거치고 후단에 활성탄을 사용하여 총유기탄소를 처리하고 있는 실정이다. 현장에서는 많은 물 사용과 약품사용으로 인한 슬러지가 과다하게 발생하는 문제가 있어 이를 대체할 수 있는 방안도출이 시급한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 A사 실폐수의 TOC 저감효율 증진을 위해 두 가지 다른 방법을 적용하였다. 첫 번째 방법은 셀룰로오스 기반 유사-그래핀(CGLC)을 제조하여 현재 사용되고 있는 흡착제인 분말활성탄(PAC)의 대체가능성 평가에 관한 것이다. 첫 번째 연구를 통해서는 CGLC가 상업용 PAC보다 TOC 제거율에서 약 10% 정도의 높은 성능을 보여 수처리 현장에서 PAC의 대체 흡착제로 적용될 수 있는 가능성을 보여주었다. 두 번째 방법은 persulfate(PS) 활성화에 의해 생성되는 황산라디칼에 의한 TOC 제거에 관한 것이다. PS 활성화를 위해 CGLC와 PAC을 사용하는 것과 폐수의 높은 온도를 이용하는 두 가지 방법을 적용하였다. PAC과 CGLC를 PS 활성화물질로 사용한 결과, TOC 제거율은 실폐수내 존재하는 과량의 염소이온에 의해 CGLC와 PAC에 의한 TOC의 흡착제거량 보다 낮게 나타났다. 그렇지만 PS 활성화를 위해 현장 폐수의 높은 수온(55~60℃)을 이용한 결과 PAC 단독, CGLC 단독 그리고 PS 활성화에 탄소계 매질을 사용한 것보다 훨씬 큰 TOC 제거능을 보였으며, PS를 0.5% 이상 주입시 24 시간 이내에 95% 이상의 TOC 제거능을 보였다. 또한 PS를 0.3% 이상 주입시 A사의 폐수 배출기준인 75 ppm 이하로 TOC 농도를 낮출 수 있었다. 이러한 결과를 종합하면, 높은 온도의 원폐수에 PS만 첨가하는 간편한 공정으로도 TOC를 A사의 폐수 방류기준 이하로 처리하여 배출할 수 있는 것으로 나타났다.