• 대한환경공학회지
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• 제31권9호
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• pp.783-792
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• 2009

서울 인근의 하수처리장에서 채취한 유입/유출수에 내포되어 있는 31개의 미량 EDC/PPCPs(내분비계장애물질/의 약 개인관리용품물질)의 발현 특성에 대한 조사 연구를 수행하였다. 유입수에서 검출된 EDC/PPCPs의 용도별 분류에 따른 총농도 관점의 발현 비율은 각성제(59.67%), X선 조영제(20.20%), 난연제(9.00%), 기타 등의 순으로 나타났으며, 유출수의 경우에는 베타 차단제(30.54%), 난연제(20.49%), X선 조영제(18.17%), 기타 등의 순으로 발현 빈도가 나타났다. 본 연구에서 검출된 대상 미량물질의 전반적인 농도 검출 범위는 다른 국내 선행연구에 비해 다소 낮은 것으로 나타났으며, 국외의 연구결과와 비교해서는 상당한 낮은 수준으로 검출되는 것으로 나타났다. 특히 유럽 지역의 연구결과와 비 교하면 일부 의약물질항목에 따라서는 수천 배의 농도차이를 보여주는 것으로 나타났다. 한편, 선택된 9개의 의약물질에 대해 유입수와 유출수의 예상환경농도(PEC)를 계산하고 실제 측정된 농도(MEC)와 비교한 결과 물질별 발현 농도 수치 관점에서는 큰 편차를 보였으나, 물질별 상대적 발현 빈도 순서 관점에서는 대체적으로 유사한 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.

• 한국지반공학회논문집
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• 제20권7호
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• pp.141-158
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• 2004

매립지나 오${\cdot}$폐수 저장지 등에서 폐기물 또는 오염물질의 저장 및 차단에 널리 사용되고 있는 Geosynthetic Clay Liner(GCL)의 물에 의한 사전투수 및 벤토나이트 품질이 투수종결기준에 미치는 영향을 평가하기 위해서 소디움 벤토나이트가 주성분인 두 종류의 GCL을 대상으로 증류수와 농도변화를 위해 5, 10, 20, 50, 100 mM 용액을 혼합한 염화칼슘용액을 이용하여 투수시험을 수행하였다. 투수종결기준들로는 물리적 종결기준들(즉, ASTM에 준한 유출량과 유입량간의 비율과 안정화된 투수계수, 최소 공극량 두배에 해당하는 유출, 그리고 안정화된 시료두께)과 유입수와 유출수간의 화학적 평형에 따른 화학적 종결기준들(즉, 전기전도도, pH, 그리고 칼슘이온과 염소이온 농도)이 고려되었다. 염화칼슘을 이용한 투수시험의 경우, 벤토나이트에 이온결합된 나트륨($Na^+$)에 대한 칼슘($Ca^{2+}$) 치환이 GCL의 투수계수에 중대한 영향을 미치는 것에 근거하여 유입수와 유출수 간의 화학적 평형 및 투수계수의 평형이 이루어질 때까지 실시하였다. 염화칼슘농도에 따른 투수실험결과, 소요투수기간은 농도별로 1일 미만에서 900일 이상으로 큰 차이를 보였으며 염화칼슘 용액의 농도가 낮을수록 평형에 도달하기까지 더 많은 시간이 소요되는 것으로 나타났다. 특히, 염화칼슘 용액의 농도가 20 mM이하의 경우, GCL의 물에 의한 사전투수 여부와 벤토나이트의 품질에 상관없이 유입수와 유출수간의 화학적 평형만이 투수계수의 평형을 보장할 수 있는 것으로 나타났다. 그러나, 염화칼슘 용액의 농도가 50 그리고 100 mM의 경우, 유출량과 유입량간의 비율과 공극량 두배에 해당하는 유출을 제외한 모든 종결기준들이 투수계수의 평형을 보장할 수 있는 것으로 나타났다. 이상의 결과로부터, 물에 의한 사전투수 여부와 벤토나이트의 품질에 상관없이 오로지 유입수와 유출수간의 농도 평형에 준한 종결기준만이 GCL의 투수시험에 적합할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.143-143
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• 2023

최근 대청댐('17), 평림댐('19) 등 광역 취수원에서 망간의 먹는 물 수질기준(0.05mg/L 이하) 초과 사례가 발생되어, 다수의 민원이 제기되는 등 취수원의 망간 관리 중요성이 부각되고 있다. 특히, 동절기 전도(Turn-over)시기에 고농도 망간이 발생되는 경우가 많은데, 현재 정수장에서는 망간을 처리하기 위해 유입구간에 필터를 설치하고 주기적으로 교체하는 방식으로 처리하고 있다. 그러나 단기간에 고농도 망간 다량 유입 시 처리용량의 한계 등 정수장에서의 공정관리가 어려워지므로 사전 예측에 의한 대응 체계 고도화가 필요한 실정이다. 본 연구는 광역취수원인 주암댐을 대상으로 망간 예측의 정확도 향상 및 예측기간 확대를 위해 다양한 머신러닝 기법들을 적용하여 비교 분석하였으며, 독립변수 및 초매개변수 최적화를 진행하여 모형의 정확도를 개선하였다. 머신러닝 모형은 수심별 탁도, 저수위, pH, 수온, 전기전도도, DO, 클로로필-a, 기상, 수문 자료 등의 독립변수와 화순정수장에 유입된 망간 농도를 종속변수로 각 변수에 해당하는 실측치를 학습데이터로 사용하였다. 그리고 데이터기반 모형의 정확도를 개선하기 위해서 성층의 수준을 판별하는 지표로서 PEA(Potential Energy Anomaly)를 도입하여 데이터 분석에 활용하고자 하였다. 분석 결과, 망간 유입률은 계절 주기에 따라 농도가 달라지는 것을 확인하였고 동절기 전도시점과 하절기 장마기간 난류생성 시기에 저층의 고농도 망간이 유입이 되는 것을 분석하였다. 또한, 두 시기의 망간 농도의 변화 패턴이 상이하므로 예측 모델은 각 계절별로 구축해 학습을 진행함으로써 예측의 정확도를 향상할 수 있었다. 다양한 머신러닝 모델을 구축하여 성능 비교를 진행한 결과, 동절기에는 Gradient Boosting Machine, 하절기에는 eXtreme Gradient Boosting의 기법이 우수하여 추론 모델로 활용하고자 하였다. 선정 모델을 통한 단기 수질예측 결과, 전도현상 발생 시기에 대한 추종 및 예측력이 기존의 데이터 모형만 적용했을 경우대비 약 15% 이상 예측 효율이 향상된 것으로 나타났다. 본 연구는 머신러닝 모델을 활용한 망간 농도 예측으로 정수장의 신속한 대응 체계 마련을 지원하고, 수처리 공정의 효율성을 높이는 데 기여할 것으로 기대되며, 후속 연구로 과거 시계열 자료 활용 및 물리모형과의 연결 등을 통해 모델의 신뢰성을 제고 할 계획이다.

• KSBB Journal
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• 제19권2호
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• pp.154-158
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• 2004

본 논문에서는 회분식 반응기에서 초기 산화환원전위가 ＋40 mV에서 -70 mV으로 낮아짐에 따라 탈질 속도는 1.25 mg/min에서 3.33 mg/min으로 증가하였고, 또한 회분식 반응기에서 질산성질소의 농도가 200 mg/1까지 증가할수록 nitrite의 축적없이 탈질 속도가 초기 농도에 비례적으로 증가하였다. 반면, 질산성질소의 농도가 400 mg/1가 되면 탈질 속도의 변화는 없으나 nitrite의 축적이 발생하기 시작하였으며, 질산성질소의 농도가 1,000 mg/l로 증가할 경우에는 많은 양의 nitrite가 축적이 되어 탈질의 저해가 발생하여 탈질 속도가 감소하였다. 회분식 반응기의 결과를 바탕으로, 충전탑식 반응기에서 유입수의 초기 산화환원전위를 낮추기 위하여 유출수를 재순환시킨 결과, 유입수의 초기 산화화원전위를 150 mV에서 30 mV로 낮출 수 있었고, 유입수의 초기 질산성질소의 농도를 120 mg/l에서 85 mg/l까지 낮출 수 있었다. 그 결과 충전탑식 반응기에서 유출되는 질산성질소의 농도가 재순환을 하기 전에는 약 61 mg/l이었으나, 유출수의 재순환으로 질산성질소의 농도를 10 mg/l까지 낮출 수 있었고, 질산 성질소의 제거율을 49.2%에서 91.7%로 증가시킬 수 있었다.

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2003년도 생물공학의 동향(XII)
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• pp.363-366
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• 2003

본 연구는 membrane bioreactor (MBR)을 질산화 위주로 운영하면서 질소폐수 처리 과정에서 나타나는 MBR의 운전특성 및 처리효율을 검토하고, 아울러 경제적인 질소처리 방법인 아질산화를 유도하기 위한 조건을 탐색하는 것이다. 반응기의 유효부피 8 L, 체류시간을 12시간으로 고정하고 유입폐수 중의 암모니아 농도를 증가시키는 방법으로 암모니아 부하를 $2\;kg/m^3{\cdot}day$까지 증가시켜 보았다. 운전 중반부에 이유를 명확히 알 수 없는 슬러지의 활성 저하 기간을 제외하고는 거의 98% 이상의 질산화 효율을 나타냈으며, 2 kg 이상의 암모니아 부하에서는 효율이 감소하였다. pH 조절, 유입수의 암모니아 농도 및 부하 조절에 의해 MBR 내의 free ammonia (FA) 농도를 변화시켜, FA 저해에 의한 유도한 아질산화는 매우 불안정하게 이루어졌다. 반면에, 공기 공급량을 변화시켜 반응기 내의 DO를 낮추는 방법으로 유도한 아질산 축적은 안정적인 경향을 보여 MBR에서 적절한 운전전략으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.393-393
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• 2021

도시화는 도시 호우 유출 발생으로 인한 수질 악화를 초래했고 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 보다 정확한 설계를 위해 그린인프라(Green Infrastructure, GI)의 구조적 특성과 수문학적인 특성을 이용해 어떤 인자들이 설계에 필요한지 상관관계를 통해 분석하였다. GI의 종류 중 저류지와 저류연못의 총부유사량(Total Suspended Solids, TSS)와 총인 (Total Phosphorous, TP)의 유입수, 유출수, 비점오염원 농도, 수문학적인 특성 그리고 GI의 구조적 특성을 Ordinary Least Squares regression(OLS)과 Multi Linear Regression(MLR) 방법을 적용하였다. GI의 구조적인 특성은 한 BMP마다 달라지지 않으나 호우사상의 데이터 개수에 의한 편향이 있을 수 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 일정한 범위를 가지고 무작위로 데이터를 추출하는 방법과 이상치를 제외하는 방법을 사용하여 모델에 적용하였다. 이러한 OLS와 MLR 모델들의 정확도를 PBIAS(Percent Bias), NSE(Nash-Sutcliffe efficiency), RSR(RMSE-observations standard deviation ratio)을 통해 분석할 수 있다. 연구 결과 유입수의 비점오염원의 농도뿐만 아니라 수문학적 특성과 GI의 구조적 특성이 함께 들어갈 시 더 좋은 상관관계를 가지고 있음을 알 수 있다. 저류지가 저류연못보다 모델의 성능평가 면에서 좋은 값을 가지고 있지만 특성별 상관관계는 저류연못이 더 뚜렷한 결과를 보여준다.

• 멤브레인
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• 제25권1호
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• pp.60-66
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• 2015

다공성 전극표면에 이온교환고분자를 직접 casting하여 만들어진 복합탄소전극의 성능을 알아보기 위해서 NaCl 수용액을 이용하여 흡착시간, 공급액 농도, 유속, 탈착전압에 따라 흡/탈착실험을 진행하였다. 유입수가 100 mg/L일 때 동일 조건에서 흡착시간이 3분에서 5분으로 증가하면서 제거율이 3% 증가하였는데 이는 유입수의 셀 내부 잔류시간의 증가로 인한 것으로 사료되며 또한 유속이 15 mL/min에서 23 mL/min 증가하면서 효율이 12% 정도 낮음을 보인 것은 유속이 상승하면서 유입수의 셀 내부 잔류시간이 짧아지면서 나타나는 영향으로 사료된다. 유입수의 농도를 200 mg/L로 증가하였을 때 효율은 100 mg/L보다 10~15% 정도 낮은 값을 보였는데, 이는 탈착구간에서 완전탈착이 되지 않아 나타나는 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.494-494
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• 2012

비점오염이란 도시, 도로, 농지, 산지, 공사장 등 불특정 장소에서 발생되는 오염을 말하며 건기 시에는 오염물질이 토지에 축적되었다가 강우 발생 시 강우와 함께 유출되어 관리에 많은 어려움이 있다. 유출된 오염물질은 특별한 전처리 없이 하천이나 호소로 유입되어 각종 수질오염, 부영양화 및 생활환경에 많은 영향을 받게 되며 상수원수에 문제가 발생하게 된다. 비점오염원의 특징은 초기강우 유출수는 고농도이며 토사, 협잡물 등이 많이 포함되어 있다. 초기강우 발생형태는 수로의 형태, 노면상태 유역현상 및 강우도달시간 등 유역의 특성에 따라서 달라지며, 토지이용상황, 하수도 정비여부 등에 따라서 오염물질의 종류와 농도가 변한다. 도시지역과 도로주변에는 먼지, 쓰레기, 마모된 타이어 등이 축적되며, 임야 및 산림에서는 비료, 축분, 대기오염물질의 강하물 등이 축적이 되어 강우 시 빗물에 씻겨 인근 수계로 직접 방류된다. 팔당상수원 비점오염원 최적관리사업 기본계획 및 타당성조사사업이 실시되어 비점오염저감시설의 설치대상 대표지점이 선정되었다. 그리고 각 배수구역의 특성에 맞는 최적관리기술이 제시되었다. 하지만 몇몇 시설들은 기대한 결과에 못 미치는 성과를 내고 있다. 따라서 이번 연구에서는 이러한 비점오염저감시설의 시설형 중 하나인 와류형 비점오염저감시설의 운용에 따른 효율성 분석에 관한 연구를 실시하였다. 실험장치는 현재 운영되고 있는 와류형 비점오염저감시설 참고하여 실험장 조건에 맞춰 1/4축적의 정상모형을 제작하였고 저감시설로 유입되는 원수의 유량과 단차를 변화시켜 실험하였다. 저감시설의 유입조건이 변하게 되면 시설 내 유속, 체류시간 등 운전조건이 바뀌게 되므로 제거효율도 변하게 될 것이다. 저감효율산정은 시설로 유입된 유입수와 유출수의 SS농도를 이용하여 산정하였다. 와류형저감시설의 SS제거효율을 연구한 결과, 모형에서 유량 $0.0016m^3/s$, 단차 10cm 인 조건에서 8.7%로 가장 높은 효율이 측정되었다. 이를 원형에서의 조건으로 환산하면 유량 $0.0512m^3/s$, 고수조와 저감시설의 단차 40cm일 경우 가장 높은 효율이 나타난다. 이와 같은 이유는 시설에 유입되는 유량이 증가 할수록 내부의 유속이 증가해 저감시설 내 처리수의 체류시간 감소와 교란이 발생하여 저감효율이 떨어지는 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.2011-2015
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• 2010

비점오염원에 의한 수질오염은 지표수 오염과 지하수 오염으로 분리될 수 있는데 보통 지하수는 지표수에 비하여 수질이 양호 하다고 여겨지만 오염된 하천 주위의 지하수 오염이 심각할 수 있다. 이러한 지하수에 의한 오염원을 산정하고 분석하기 위해 여러 가지 수문관련 공식이나, HSPF, MODFLOW, SWAT 모형 등이 사용되고 있는데 이 중, SWAT 모형은 다양한 작물 및 재배방법이 지표수 및 지하수 수질에 미치는 영향을 유역단위로 평가가 가능하여 국내 외 에서 널리 활용되고 있다. SWAT 모형은 소유역별 수문학적 반응단위인 HRU를 이용하여 유역 내 수문 및 수질을 평가하는데 소유역내 HRU의 공간적인 정보를 고려하지 않는 준 분포형 모형으로 다양한 영농방법이 지표수 및 지하수에 미치는 영향을 공간적으로 분석 하는데는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 SWAT 모형의 단점을 개선하여 공간적으로 분석할 수 있는 SWAT HRU Mapping module을 개발하였고 강원도 평창군 대관령면 횡계2리 지역에 적용하여 지하수 함양량 및 대수층 유입 $NO_3$-N 부하량 및 농도를 분석하였다. 적용결과, 횡계2리 유역의 2006년 대수층 유입 $NO_3$-N 부하량 및 농도를 비교하면 일반적으로 농경지에서의 대수층 유입 $NO_3$-N 부하량이 큰 것으로 나타났고, 대부분 농경지에서 대수층으로 유입되는 $NO_3$-N의 농도가 산림에 비해서 상당히 높은 것으로 분석되었으며 2007년의 결과도 비슷한 경향이 나타났다. 본 연구의 결과에서와 같이 같은 밭이라 하더라도 재배되는 작물의 종류 및 시비량 등에 따라 대수층으로 유입되는 오염부하에는 상당한 영향이 있을 수 있으며, 또한 재배 작물과 토양 특성에 따라 $NO_3$-N이 대수층으로 유입될 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서 개발된 HRU Mapping Module은 유역에서의 수질 개선시기저유출을 통한 오염원의 시공간적 분석을 하는데 매우 유용하게 활용될 수 있으리라 판단된다.