• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.87-87
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• 2019

흔히 진흙으로 대표되는 점착성 유사는 모래와 같은 비점착성 유사와 달리 응집 현상으로 인해 지속적으로 유사 입자의 크기가 변화한다. 응집 현상은 점착성 유사 입자의 응집 과정과 파괴과정으로 구성된다. 응집 현상 중 응집 과정은 유사 입자 간의 충돌로 인해 발생하는 것으로 이해되며, 충돌을 야기하는 메커니즘으로는 브라운 운동(Brownian Motion), 차등침강(Differential Settling), 난류 전단 (Turbulent Flow Shear)이 있다. 파괴 과정은 입자간 충돌로 인해 깨지는 것이 아닌 난류 전단(Turbulent Shear)로 인한 덩어리 분리(Massive Splitting)가 발생하는 것으로 이해한다. 이러한 유체의 특성, 흐름 특성 (난류 거동) 뿐만 아니라 유사 입자의 특성 모두의 영향을 받으며 지속적인 응집 현상을 겪는 점착성 유사 입자들은 하나의 커다란 덩어리인 플럭(Floc)을 형성한다. 형성된 플럭의 구조는 프랙탈 기하학을 따르는 것으로 이해된다. 따라서 플럭의 구조는 자기 유사성을 띠며, 플럭의 밀도는 형성된 플럭 크기의 함수가 된다. 플럭의 크기가 증가할수록 플럭의 프랙탈 차원이 감소하며, 플럭의 밀도는 감소한다. 많은 이전의 연구에서 플럭의 침강 속도를 농도에 따른 함수로 가정하고 경험식을 이용하여 산정하나, 유사 입자의 침강 속도는 크기와 밀도의 함수임을 Stokes Law를 통해 생각해 볼 수 있다. 이에 본 연구에서는 응집 현상의 결과물로 형성된 응집물의 크기와 밀도를 각각 산정하고, Stokes Law를 이용하여 침강 속도와 응집물 크기의 관계에 대한 연구를 수행하고자 한다. 보다 심도 있는 연구를 위해서는 응집 현상을 야기하는 메커니즘에 대한 이해가 필수적이다. 간소화된 응집 모형으로부터 얻어진 플럭 크기를 이용하여 프랙탈 차원, 플럭의 밀도를 산정한다. 형성된 응집물의 크기와 침강 속도의 관계에 대한 이해를 통해 보다 정확한 플럭의 침강 속도 산정이 가능할 것으로 생각된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.285-285
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• 2018

하천에서 부유사의 형태로 이송되는 점착성 유사는 입자 표면의 전자기적 점착력의 영향과 하천의 흐름 및 난류에 의하여 지속적인 응집과 파괴의 과정인 응집현상을 겪는다. 이러한 응집현상을 통해 플럭을 형성한 점착성 유사의 크기 및 밀도는 끊임없이 변화하며 침강속도 역시 변화한다. 점착성 유사의 이동을 예측하기 위해서는 유사의 부유에 직접적으로 관계하는 침강속도를 이해하는 것이 중요하며 많은 연구에서 점착성 유사의 농도와 침강속도의 관계를 그래프로 보여주고 있다. 일반적으로 그래프에서 침강속도는 처음에 농도가 증가할수록 증가하는 비례 관계를 보여주다가 농도가 어느 정도를 넘어 더 증가하게 되면 감소하여 반비례하는 모양을 그리고 있다. 또한 연구들은 농도와 침강속도 두 관계가 분명한 멱함수법칙(Power Law)을 가진다고 언급하고 있다. 그러나 이전의 연구에서는 그래프가 보여주는 두 관계의 분석이나 메커니즘에 대해 중점을 두고 논의된 바가 없다. 본 연구는 점착성 유사의 응집현상과 이동을 모의하는 1차원 연직 수치모형으로 수치 실험을 실시하고, 그 결과를 바탕으로 농도와 침강속도가 갖는 관계를 면밀히 분석한다. 플럭의 크기 및 농도는 유사의 부유를 결정하는 침강속도와 매우 밀접한 관련이 있는 특징이며 특히 플럭의 크기는 침강속도를 결정한다. 즉 플럭의 크기와 농도가 갖는 관계가 침강속도와 농도가 갖는 관계에 크게 관여할 것으로 예측된다. 앞서 언급한 연구들의 그래프에서 비례 관계를 갖는 구간은 일반적으로 수면과 가까우며 농도와 크기가 비례하는 경향을 보이며 반비례하는 구간은 농도가 크고 난류가 강한 하상부근으로 두 관계가 반비례하는 경향이 밝혀진 연구가 있다. 점착성 유사의 농도 및 플럭의 크기가 이러한 경향을 띠는 것은 하상부근에서는 난류 전단과 그에 따른 플럭의 파괴와 응집의 결과로 나타나는 응집현상과 관련이 있으며 이러한 결과들을 바탕으로 점착성 유사의 침강속도와 농도가 가지는 관계를 분석한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.435-435
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• 2016

기후변화에 따라 강우 패턴이 변화하며, 집중호우 발생 빈도의 증가가 예상된다. 이로 인해 저수지 상류에서 유실된 토사는 저수지로 유입하여 정수 처리비용 증가, 1차생산성 감소, 어류폐사, 하천경관 악화 등 다양한 문제를 유발한다. 따라서 위와 같은 탁수 피해 저감을 위해 과학적인 모니터링과 예측, 저수지 운영과 관리기술 개발 등의 대응이 요구된다. 본 연구에서는 극한 탁수사상 발생시 대응 기술의 일환으로 저수지 탁수예측 모델의 신뢰도 향상을 위해, 기존 탁수예측 모형인 CE-QUAL-W2(이하 W2)의 탁수 예측 알고리즘을 개선하고 소양강댐 저수지에 적용하여 그 성능을 평가하였다. 최근 W2모델 3.72 버전까지 출시되었으나, 모델은 단순 침강속도만 고려하여 저수지 밀도 특성을 반영하지 못하고, TSS 모의시 독립침강을 가정하여 응집 침강 및 장기탁수 예측에 취약한 한계점을 가지고 있다. 따라서, 과거 연구내용을 바탕으로 수온에 따른 점성계수 변화(Stoke's), 다중 부유 입자별 침강속도 고려 기능을 추가하였으며, 새롭게 점착성유사의 응집 침강을 고려할 수 있는 기능을 추가하여 모델을 개선하였다. 모델에 점착성 유사 모의 전략은 입자 크기 $63{\mu}m$를 기준으로 비점착성유사(NCS)와 점착성유사(CS)로 구분하고, 비점착성유사는 독립침강, 점착성 유사는 응집침강을 가정하였다. 응집 후 중간 입경의 추정은 Gailani et al(1991)의 식을 사용하였으며, 침강속도 계산 공식은 Hwang and Mehta(1989)식을 적용하였다. 수정된 모델은 소양강댐 운영이후 최대 탁수사상이 발생했던 2006년을 대상으로 기존 탁수해석 결과와 수정된 모델의 모의결과를 실측값과 비교 분석 하였다. Stoke's 식 적용시 기존의 모의결과 대비 AME 평균 23%, RMSE 평균 18%가 개선되는 것으로 나타났으며, Hwang and Metha식 적용시에 SS 모의값이 전반적으로 과소평가되는 것으로 나타났다. 또한, 실측 방류 탁수 농도와 모의값을 비교하여 평가 하였으며, 모의기간인 Julian Day 173~365(192일) 동안 모의 결과의 총 TSS 부하량은 실측값의 약 80%수준을 보였으며, TSS 방류 부하기준 Stoke's 식 적용시 기존 모의대비 오차가 1.3% 개선되는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1813-1817
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• 2008

유체의 특성을 나타내는 인자 중에 침강속도에 큰 영향을 미치는 인자 중 하나는 염도(salinity)이다. 염도는 부유사 입자의 응집을 촉진시키고, 입자의 응집은 더욱 큰 침강속도를 초래하는 것으로 알려지고 있다. 본 연구에서는 유체의 염도가 침강특성에 미치는 영향을 파악하기 위하여 서로 다른 염도조건(담수와 염수)에서 고령토 퇴적물에 대한 침강실험을 수행하고, 그 결과를 비교 분석하여 염도가 침강특성에 미치는 영향을 정성적 정량적으로 해석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1976-1980
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• 2008

본 연구에서는 만경강 점착성 퇴적물의 표본채취 및 실내실험을 통하여 만경강 점착성 퇴적물의 침강특성이 정량적으로 산정되었으며, 과거 타 지역 퇴적물의 침강특성 산정 결과들과 비교 검토 되었다. 또한 퇴적물의 기본 물리 화학적 특성과 침강특성간의 상관관계 해석을 통하여, 만경강 점착성 퇴적물의 침강특성결과의 타당성이 간접적으로 검토되었다. 침강실험 결과, 부유사 농도가 증가함에 따라 침강속도가 증가하는 응집침강 영역과, 역으로 침강속도가 감소하는 간섭침강 영역이 명확히 나타났으며, 만경강 퇴적물의 부유사농도값이 0.1$W_s$<1 mm/sec의 침강속도 값을 갖는 것으로 확인되었다. 또한 산정된 침강속도는 과거 타 지역과 비교하여 정량적으로 상당한 차이를 보였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.35 no.5
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• pp.475-484
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• 2002

A series of settling tests and physico-chemical property tests on Saemankeum fine-cohesive sediments has been conducted in order to investigate the correlation between settling properties and their physico-chemical properties which are represented as grain size distribution, mineralogical composition, and percentage of organic contents. Experimental results of physico-chemical property tests show that Saemankeum sediments are relatively large in average grain size(52${\mu}{\textrm}{m}$), and contain very small organic materials(2%), and are dominantly composed of Quarts in mineralogical aspect which has relatively low cohesion. Thus, Saemankeum sediments might be specified as the sediments whose settling properties are more influenced by the gravity than the cohesion. This characteristics of Saemankeum sediments are found to lead to relatively small settling velocity in flocculated settling region in which increasing cohesion results in increasing settling velocity, while relatively large settling velocity in hindered settling region in which settling velocity decreases with increasing cohesion.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.40 no.9
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• pp.723-734
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• 2007

This study was to investigate the settling velocity which is an important factor for the prediction of cohesive deposition under the various densities of particle and dissolved ion addition$(Na^+,\;Cl^-,\;OH^-,\;H^+)$ in rivers, ports, reservoirs and lakes. Settling velocity of suspended fine particles in still water was measured with a pressure sensor (maximum 10 mbar). At the initial concentration of 20g/l of alumina and quartz the average settling velocities were high due to the aggregation behaviour of particles. At this point it was 0.185 mm/s (alumina) and 0.022 mm/s (quartz). Above this initial concentration it was on the decrease owing to the hindered settling. The higher the salinity is, the faster the settling velocity of alumina and quartz is. Furthermore, in an acid condition the average settling velocity of alumina was on the decrease. In an alkaline water, which causes strong flocculation, the average settling velocity of alumina it was observed on the increase. However, in an alkaline medium the low average settling velocity of quartz powder was measured.

• Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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• v.14 no.1
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• pp.151-159
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• 2006

In these days, the importance of sludge treatment is emerging due to the London Convention, so this study was conducted to propose the alternatives for the improved sludge treatment on the organic wastewater and sewage sludge with JAR test and settling column equipped with stirrer. The minimum coagulant dosage to earn the optimum sludge settling efficiency resulted from 200mg/l and each critical sludge settling interface showed no distinct difference when PAC was dosed over 200mg/l. Accordingly, Clarification Rate(CR) with 200mg/l dosage was calculated to CR=(Ho-Ht) / Ho=1-0.4=0.6 because the critical sludge settling height stopped at 0.4. The settling velocity of sludge interface was decreased with the increase of MLSS concentration but rather increased with MLSS concentration over 1,000mg/l. This resulted from positive effect of interacted coagulation for floc formation by transfer to the zone of compressed settling when MLSS concentration increased over 1,000mg/l. The settling velocity of sludge interface showed $28.66{\times}10^{-3}/min$ for average settling velocity of sewage sludge which is 6.7 times higher than $4.25{\times}10^{-3}/min$ for average settling velocity of organic wastewater sludge. The increasing rate of CR for organic wastewater activated sludge was higher than that of settling velocity under 200mg/l of PAC dosage but settling velocity was higher than CR over 200mg/l of PAC dosage. However, in case of sewage sludge, the differential rate of CR was low when PAC dosage was increased but the settling velocity was suddenly increased with over 200mg/l dosage. Therefore coagulation effect was more efficient to MLSS settling velocity rather than SS removal effect in the supernatant.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.39 no.12
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• pp.689-697
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• 2017

As a fundamental study to apply the new flocculation method using ballast in water treatment process, the optimal conditions for general and ballast coagulant dosage, and pH, which are known to have a significant influence, were derived by response surface methodology. Poly aluminum chloride (PAC) and magnetite ballast were used as a general coagulant and ballast, respectively. Coagulation experiments were performed by jar-tester using the kaolin based synthetic water. The effects of three independent variables (pH, PAC, and ballast) on response variables (turbidity removal rate and average settling velocity of flocs) and the optimum condition of independent variables to induce the optimum flocculation were obtained by 17 experimental conditions designed by Box-Behnken procedure. After performing experiments, the quadratic regression model was derived for each of response variables, and the response surface analysis was conducted to explore the correlation between independent variables and response variables. The $R^2$ values for the turbidity removal rate and the average settling velocity were 0.9909 and 0.8295, respectively. The optimal conditions of independent variables were 7.4 of pH, 38 mg/L of PAC and 1,000 mg/L of ballast. Under these conditions, the turbidity removal rate was more than 97% and the average settling velocity exceeded 35 m/h.

• Water for future
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• v.27 no.3
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• pp.115-121
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• 1994

Cohesie sediment movement in estuarine systems is strongly affected by the phenomena of aggregation and flocculation. Aggregation is the process where primary particles are clustered together in tightly-packed formations; flocculation is the process where aggregates and single particles are bonded together to form large particle groups of very low specific density. The size, shape and strength of the flocculants control the rate of deposition and the processes of pollutant exchange between suspended sediments and ambient water. In estuarine waters, suspended sediments above the lutocline form the mobile suspension zone while below the lutocline they form the stationary suspension zone. Suspended particles in the mobile zone are generally in a dispersed state and the controlling forces are the Brownian motion and the turbulent flow fluctuations. In the stationary suspension zone, the driving force is the gravity. This paper discusses the settling and particle flocculation characteristics under quiescient flow conditions. Particles are entering the study domain randomly. Particles in the mobile suspension zone are simulated by using the Smoluchowski's model. Flocs created in the mobil suspension zone are moving into the stationary suspension zone where viscosity and drag effects are important. Utilizing the concepts of the maximum Feret's diameter and the Minkowski's sausage logic, the fractal dimension of the flocs within the stationary suspension is estimated and then compared with results obtained by other studies.