• 자원환경지질
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• 제53권2호
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• pp.213-220
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• 2020

이산화탄소(CO₂)를 대염수층에 폼 상태로 주입할 경우 그대로 주입했을 때보다 CO₂의 상대투과도가 감소하고 점성도가 증가하여 유동도가 감소한다. 이로 인해 대염수층과의 CO₂와의 접촉효율이 증가하면서 궁극적으로 CO₂ 저장효율이 향상된다. 일반적으로 CO₂ 폼 형성을 위해서 계면활성제를 사용하였는데, 최근에는 계면활성제만을 사용했을 때보다 안정적인 폼 형성을 위해서 나노입자를 이용한 연구가 많이 수행되고 있다. 이 논문에서는 나노입자 기반 CO₂ 폼을 이용한 CO₂ 저장기술에 대해서 소개하였다. 친수성 나노입자의 일부표면을 CO₂ 친화적인 부분으로 개질하면 입자는 CO₂와 물에 양친성을 나타내므로 고온, 고염도 조건의 심부 대염수층에서도 폼은 상대적으로 안정적인 상태를 유지할 수 있다. 경제적인 측면에서 나노기반 CO₂ 폼 주입공법은 일반적인 CO₂ 주입보다 비용이 증가하지만 주입 효율성이 향상되므로 가격 경쟁력이 있을 것으로 추정된다. 환경적 측면에서 살펴보자면 세계적으로 오염물질 제거, 석유생산 등 특수한 목적을 위해 대수층이나 저류층에 계면활성제나 나노물질 등의 화학물질 주입이 가능한 상황이다. 그러나 일부 연구에 의하면 나노입자나 계면활성제에는 수생동물에 영향을 줄 수 있는 독성이 있는 것으로 알려져 있기에 환경적 검증된 물질을 사용해야 할 것이다. 따라서 향후에도 추가적인 연구개발을 통해 환경적으로도 안전하면서도 경제적으로도 합리적인 나노기반 CO₂ 폼 제조 및 주입에 대한 연구가 필요할 것이다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제10권3호
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• pp.38-45
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• 2005

본 연구는 현장 관측정 자연표류 실험 (SWNDT, Single-Well Natural Drift Test) 을 이용하여 트리클로로에틸렌 (TCE, trichloroethylene) 으로 오염된 지하수의 생물학적 복원 가능성 조사 방법 및 결과 해석법을 제시하였다. 현장 SWNDT 실험에 사용한 용액은 일정 양의 추적자 (브롬이온), 생분해 기질 (톨루엔, 에틸렌, 용존산소, 질산성질소) 을 현장 지하수에 용해시켜 준비한다. 준비된 실험용액을 대수층에 주입하고, 주입 시 시료를 채취하여 추적자와 생 분해 기질들의 초기 농도를 측정한다 주업 후 시간에 따라서 시료를 채취하여 추적자, 생분해 기질, 생분해 부산물들의 농도를 측정한다. 현장 SWNDT 실험은 생분해 기질과 추적자의 상대적 거동을 평가하기 위한 Push-pull Transport Test (PPTT), 토착 미생물의 양과 활성도를 증가시키기 위한 Drift Biostimulation Test (DBT), 트리클로로에틸렌과 미생물 반응이 유사하리라 예상되는 기질을 시험하기 위한 Drift Surrogate Activity Test (DSAT) 순으로 진행되었다 SWNDT 실험 양수 시 추적자로 사용한 브롬이용의 농도변화 곡선은 톨루엔, 에틸렌, 용존산소, 질산성 질소 농도변화와 유사한 경향을 나타냈다. 즉 대수층에서의 생분해 기질들의 이송이 추적자와 유사함을 나타내는 결과이다. 토착 톨루엔산화 미생물의 존재를 톨루엔 농도의 감소에 따른 이산화탄소의 발생 및 용존산소 농도의 감소로 확인하였고, 그 톨루엔 산화 미생물은 트리클로로에틸렌 생분해 유사기질로 사용된 에틸렌을 분해하며, 부산물로 산화에틸렌 (ethylene oxide) 을 생성하였다. 이는 DBT 실험을 통하여 활성화된 톨루엔 분해 미생물이 트리클로로에틸렌 분해능이 있음을 나타낸다. 본 연구에서 제시한 현장 SWNDT 실험 방법 및 결과 해석 방법은 트리클로로에틸렌으로 대표되는 염화 지방족 탄회수소화합물(Chlorinated Aliphatic Hydrocarbons, CAHs)로 오염된 지하수의 생물학적 복원 타당성 평가를 위한 경제적이고 용이한 현장 실험 방법이다.

• 자원환경지질
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• 제36권5호
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• pp.349-356
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• 2003

최근 산업활동의 종류가 점차 복잡해지면서 오염물질의 종류도 많아지고 있으며 오염물질의 성상도 점차 복합화하고 있다. 이런 경향은 과거 단일 물질에 의한 오염에서 점차 유기물과 중금속이 동시에 오염되는 것과 같은 혼합 오염형태가 증가하고 있는데서 인지된다. 본 연구는 유류와 중금속이 동시에 오염된 지역에서 유류분해에 따른 혐기성 환경전환이 비소의 농도와 화학종에 어떤 영향을 미치며 그 결과가 위해성과 정화작용에 어떤 영향을 미치는지를 확인하고자 하였다. 충적대수층에서 채취한 사질토양을 tetradecane으로 오염시킨 후 As(III)과 As(V)를 각각 1:1, As(III)로만 그리고 As(V)로만 등으로 혼합비율을 달리하여 오염시킨 후 마이크로코즘을 제작하여 혐기성 반응기안에 방치, 60일간 운전하였다. 매 10일마다 마이크로코즘을 개방하여 유기물, As(III) 및 As(V)의 농도 그리고 Fe, Mn의 농도변화를 측정하였다. 전체 As 농도에 대한 As(III)의 비율, As(III) 자체의 농도 변화 그리고 유기물 분해경향 등을 바탕으로 유기물분해에 따라 As(III)의 증가에 영향을 미치는 것이 확인되었다. Fe, Mn의 환원에 따른 As의 산화와 유기물 분해에 따른 환원이 서로 상충할 수 있으며 실제 분해 단계에 따라 어느 한쪽의 작용이 우세해지는 것으로 판단된다. 즉, Fe, Mn의 환원은 유기물의 분해에 의해 억제되었으며 유기물 분해가 상당히 진행 된 이후 Fe, Mn의 혐기성 용출이 일어나는 것으로 생각된다. 본 연구 결과는 혼합오염지역의 경우 유기물분해는 비소종의 화학형태에 영향을 미칠 것으로 예상되며 만약 As(III)의 비율이 증가할 경우 비소종의 위해성은 증가하게 될 것으로 판단되며 점차 증가하고 있는 혼합오염물 지역에 대한 정량적 위해성 평가가 요구된다.

• 자원환경지질
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• 제38권3호
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• pp.261-272
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• 2005

섬진강 유역 지하수는 주로 높은 EC의 Na-Cl형과 낮은 EC의 $Na-HCO_3^-$형으로 분리되며, $K^+,\;Mg^{2+},\; NO_3^-$ 및 $SO_4\;^{2-}$성분이 부화된 특성을 보인다. 일반적으로 지하수의 EC가 증가할수록 TDS에서 차지하는 $Na^++Cl^-$의 당량분율은 증가한다. 용존이온들간 상관유형으로부터 $N^+$와 $Cl^-$은 주의 침투된 해수에서 유래되며, $K^+,\;Mg^{2+}$ 및 $SO_4\;^{2-}$은 화학비료와 같은 인위오염원에서 주로 유래됨을 알 수 있다. 농업용수 수질기준과 비교하여 그 기준을 초과하는 지하수는 해수침입을 반영하는 $Cl^-$ 경우 조사대상 관정의 $23\%$인 반면 인위적 오염원을 대표하는 $NO_3^-$ 경우 전체의 $50\%$에 달한다. EC-SAR관계를 바탕으로 한 지하수의 유해성 평가에서 조사대상 지하수의 $40\%$만이 농업용수로서 소다질화와 염류화를 초래할 가능성이 없는 적정한 수질을 나타낸다. 결론적으로 섬진강 유역 지하수의 수질저하를 초래한 오염원은 화학비료의 사용과 해수침입이다. 또한 모든 견과들은 화학비료의 사용이 연구지역의 지하수 오염에 가장 폭넓게 영향을 미치며, 일부 특정지역에서는 강쪽으로의 해수역류 확대라는 일차적 요인과 지하수의 과다양수라는 이차적 요인에 의해 섬진강으로부터 해수가 대수층으로 침투되어 더욱 지하수질이 악화되고 있음을 시사한다.

• 대한환경공학회지
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• 제34권7호
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• pp.504-515
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• 2012

지하수는 전 세계적으로 널리 이용되는 음용수원이다. 하지만, 병원성 미생물에 의한 지하수 오염은 매우 심각한 환경문제로써 음용수의 수질을 저하시키고 인류의 건강을 위협한다. 지하수를 오염시키는 병원성 미생물은 바이러스, 세균, 원생동물 등이 있는데, 이중 바이러스는 박테리아나 원생동물보다 크기가 훨씬 작기 때문에 토양을 통과하는 과정에서 잘 제거되지 않고, 지하수 환경에서 이동성이 뛰어나다. 토양과 대수층에서 바이러스 거동 연구는 지하수의 병원성 미생물 오염 취약성을 판단하고 안전한 음용수원을 확보하는데 꼭 필요하다. 또한, 이러한 연구는 공중 보건을 위한 정책 및 규정을 제정하기 위한 중요한 정보를 제공한다. 본 논문에서는 최근까지의 지중 환경에서 바이러스 거동과 관련하여 수행된 연구들을 현장 조건에서 수행된 것과 실험실 조건에서 수행된 것으로 나눠 정리하였다. 또한, 이러한 연구들을 통해 알려진 바이러스의 거동에 영향을 미치는 인자들을 제시하였다. 그리고, 최근 바이러스 거동 연구에 널리 이용되는 박테리오파지의 특성을 정리하였고, 바이러스 거동을 모사하는데 이용되는 수학적 모델과 콜로이드 여과이론을 제시하였다. 지금까지의 연구결과를 바탕으로 향후 연구는 바이러스 오염원으로부터 지하수를 보호한다는 측면에서 바이러스 보호구역의 설정과 관련된 연구들이 활발히 진행되어야 할 것으로 판단된다. 특히, 바이러스 보호구역 설정과 관련하여 이격거리나 이동시간을 계산할 수 있는 수학적 모델을 개발하고 모델과 관련된 파라미터들의 정보를 축적하는데 집중되어야 할 것으로 판단된다.

• 대한지하수환경학회지
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• 제4권1호
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• pp.41-53
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• 1997

먹는샘물 개발지역에서의 환경 영향 평가를 위한 수리지구화학의 기초 자료를 국내 먹는샘물 개발지역에 존재하는 암석, 토양 및 자연수 시료를 예로 하여 제시하였다. 암석에 대해서는 현미경 분석을 실시하였고, 토양 및 자연수 시료에 대해서는 화학 분석을 실시하였다. 토양은 분해 방법별로 중금속 원소들의 함량 비교를 하였으며 오염지수를 통해 오염 영향을 평가하였다. 또한 자연수 시료들을 대상으로 기반암 및 심도에 따른 수리지구화학적 특성과 자연수의 화학적 진화, 물-암석 반응에 대하여 고찰하였다. 대수층을 구성하는 암석을 화강암질암과 변성퇴적암류, 그리고 퇴적암류로 구분하였으며 이들 기반암에서 비롯된 중금속의 토양과 자연수의 오염 현상은 없는 것으로 판단되었다. 연구 지역의 토양은 HNO$_3$+HClO$_4$의 혼합산을 이용한 방법과 0.1 N HCl을 사용한 방법 모두에서 낮은 중금속 함량을 보여 자연적인 부화 현상이나 인위적 오염을 받지 않은 토양임을 알 수 있었다. 특히 0.1 N HCl을 사용하여 중금속 중 가용성 부분을 추출해 낸 결과 Cu, Pb, Zn, Cd 및 Cr 등 중금속 원소의 함량은 상당히 낮은 것을 확인할 수 있었으며 따라서 식물과 수계를 통한 오염의 영향은 매우 낮다고 할 수 있다. 오염지수를 통해 여러 원들의 복합적인 오염 양상을 고려하여 오염도를 산출한 결과 역시 연구 지역 토양은 오염지수가 0.03~0.47로 중금속에 의한 오염이 진행되지 않고 있음을 알 수 있었다. 심부지하수 시료를 대상으로 암종별 특징을 살펴보았을 때 화강암질암의 지하수 시료는 $Ca^{2＋}$-HCO$_3$$^{-}$의 유형을 거쳐 $Na^{＋}$-HCO$_3$$^{-}$ 유형까지 진화하였으나 변성퇴적암과 퇴적암내의 지하수 시료는 $Ca^{2＋}$-HCO$_3$$^{-}$의 유형에 머물러 있다. 이는 구성 광물 중 사장석의 용해가 화강암질암내 지하수의 특성을 조절하고 있는 반면 변성퇴적암과 퇴적암내 지하수 시료에서는 방해석의 용해만이 주된 반응으로 작용하고 있기 때문이다. 또한 심도별 특징을 살펴보았을 때 지표수에서 심부지하수로 이동하면서 수소이온농도, 전기전도도 및 대부분의 용존이온 함량은 증가하고 있다. 한편 일부 천부지하수시료에서는 NO$_3$$^{-}$ , Cl$^{-}$ 및 $K^{＋}$의 함량 및 K/Na의 비가 높게 나타나는 것으로 보아 농업활동으로 인한 오염의 영향을 받은 것으로 판단된다. 열역학적 고찰을 통해 볼 때 대부분의 자연수는 kaolinite 및 smectite 형성환경에 위치하고 있음을 알 수 있으며 질량보존을 기초로 한 반응모델을 설정한 결과, 용존이온의 거동 및 열역학적 연구 결과와 부합하는 결과를 얻을 수 있었다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제25권1호
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• pp.37-52
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• 2020

Sensitivity analysis of hydrodynamic and reaction parameters in conceptual model reflecting aquifer characteristics of Korea was performed to evaluate the uncertainty in the predicted concentrations. Among the hydrodynamic input parameters, both hydraulic conductivity (K_x) and hydraulic gradient (I) affected transport behaviors of contaminants, and resulted in same convergence concentrations with continuous injections of contaminant. However, longitudinal dispervisity (α_L) affected both transport behaviors and the convergence concentrations of contaminants. Compared to the hydrodynamic parameters, growth kinetic and degradation parameters (μ_m & K_c) more significantly affected both transport behaviors and the convergence concentrations of contaminants, indicating those parameters had higher sensitivity indices causing the uncertainties of model predictions. Considering that the sensitivity indices of both hydrodynamic and reaction parameters were a function of transport distance of groundwater, the parameters with higher sensitivity indices, a priori, need to be investigated using conceptual model reflecting site-specific aquifer characteristics before field investigation. After determining the parameters with higher sensitivity indices, the detail field investigations for the selected hydrodynamic and reaction parameters were warranted to reduce the uncertainties of model predictions.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제21권6호
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• pp.192-203
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• 2016

A field investigation was conducted on an aquifer contaminated with trichloroethylene (TCE) for application of in situ reactive zone treatment using nanosized zero-valent iron (NZVI). The aquifer was an unconfined aquifer with a mean hydraulic conductivity of $5.14{\times}10^{-4}cm/sec$, which would be favorable for NZVI injection. Seasonal monitoring of TCE concentration revealed a presence of non-aqueous phase liquid form of TCE near IW (injection well). The hydrochemical data characterized the site groundwater to be a $Ca-HCO_3$ type. The average value of Langelier Saturation Index of the groundwater was -1.33, which implied that the site was favorable for corrosion of NZVI. Dissolved oxygen (DO) concentration varied between 2.5~11.5 mg/L, which indicated that DO would greatly compete with TCE as an electron acceptor. The hydrogeological and hydrochemical characterization reveals that the time around November would be appropriate for NZVI injection when water level and temperature are relatively high and DO concentration is low.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권5호
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• pp.431-438
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• 2016

역삼투 해수 담수화 공법의 주요 단점으로 여겨지고 있는 에너지 소비량을 줄이기 위한 방편으로 해안선을 통하여 바다로 유출되는 담수 지하수를 활용하여 낮은 염도의 원수를 확보하는 방안을 제시하였다. 저 염도 지하 염수는 담수화 비용 뿐 아니라 표류 해수 취수의 알려진 단점을 극복하는 데도 유리하다. 지하 염수의 염도는 해안선을 통하여 바다로 유출되는 담수 지하수량의 영향을 크게 받는다. 본 연구에서는 담수화 시설에 필요한 수량을 최저 염도로 충족시킬 수 있는 지하 염수 관정의 위치 및 양수량 분포를 산정할 수 있는 최적 전산설계모델을 개발하였다. 해안 지역에서 지하 염수를 개발하면 대수층으로 해수가 추가 침투하여 다른 사용자의 지하수 관정을 오염시킬 수 있다. 본 모델은 지하 염수 관정의 최적 설계 시에 기존 지하수 관정을 해수 침투로부터 보호할 수 있도록 구성되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.375-375
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• 2011

유역에서 강우에 따라 유출이 발생하면 지표면을 따라 하천으로 유입되거나, 땅속으로 침투하여 깊은 대수층으로 유입되던지 기저유출 형태로 하천으로 유입된다. 이렇듯 하천을 구성하는 중요 두 가지 요소인 직접유출량과 기저유출량을 정확히 산정하는 것이 유역 수자원관리 및 비점오염원 관리에 매우 중요한 부분이라 할 수 있다. 그동안 하천에서 측정된 유출량에서 직접유출과 기저유출을 분리하기 위한 많은 연구가 진행되어 왔으며, 최근에는 주관적인 면을 배제하고 장기실측 유량자료를 이용하여 기저유출을 분리할 수 있는 BFlow, HYSEP, PART, RORA, RECESS, 디지털 필터링 모형 등 많은 프로그램들이 개발되어 활용되어 오고 있다. 또한 최근에는 인터넷을 통해 활용할 수 있는 Web 기반 WHAT 프로그램이 개발되어 전 세계적으로 널리 활용되고 있다. 이에 본 연구에서는 XML 프로그래밍 기법을 이용하여 WHAT 프로그램을 확장한 Expaned XML-based WHAT (EX-WHAT) 시스템 (http://www.EnvSys.co.kr/~exwhat)을 개발 하였다. 기존의 시스템에서는 USGS 일유량자료를 URL을 통해 WHAT 서버에 저장한 후 이를 가공하여 수문 분석을 수행하였으나, 이번 연구를 통해서 개발된 시스템은 XML/Parser를 이용하여 USGS 서버에 저장되어 있는 일유량자료를 바로 읽어서 수문분석을 수행할 수 있게 되었다. 이 EXWHAT 시스템에는 BFlow, HYSEP, PART, Digital Filters 와 같은 엔진이 사용되고 있다. 본 연구에서 개발된 EX-WHAT 분석결과는 XML 형식으로 제공되고 있기 때문에, 다른 Web/Desktop 기반의 관련 프로그램에서 바로 활용될 수 있을 것이라 판단된다. 특히 EX-WHAT 분석결과는 유역관리, 기저유출을 통한 비점오염원 관리 평가, 지속가능한 지하수 고나리 등 다양한 수문/비점오염 연구/실무에 활용될 수 있을 것이라 판단된다.