• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제9권4호
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• pp.77-84
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• 2008

토양정화법은 하 오수 및 폐수정화를 위하여 호기성 미생물이나 혐기성 미생물 같은 토양미생물을 활용하여 하 오수 및 폐수를 정화하는 공법으로, 흙 속에 있는 토양 미생물은 종류가 다양하여 주변 환경 변화에 따른 미생물의 증식이 가능하다. 따라서 토양정화법은 타 공법과는 달리 유입수의 부하변동에도 적절하게 대응할 수 있으며, 특별한 유지관리기술이 불필요한 공법으로 T-N, T-P등을 함께 처리할 수 있다. 또한, 상부에 개량된 토양을 피복하고 그 위에 잔디 등 식물을 식재함으로써 악취를 제거하고, 휴식공간으로도 이용이 가능하다. 본 연구에서는 토양정화법이 적용된 현장의 유입수와 유출수의 수질을 비교하여 토양정화법의 오염물질의 처리 과정과 능력을 분석하였다. 그 결과 BOD, COD, SS, 대장균 수의 처리효율은 약 90~100%로 나타났으며, T-N, T-P의 처리효율은 60~80%로 나타났으며, 유출수의 수질은 하수종말 처리시설 방류수 수질기준을 만족하였다.

• 한국농공학회논문집
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• 제52권6호
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• pp.57-62
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• 2010

본 연구는 자유수면형 인공습지에서의 시기적인 중금속 제거율의 변동을 평가하기 위하여 수행되었다. 대상 인공습지의 유입수는 하수처리수가 포함된 하천수이다. 인공습지에는 갈대 (Phragmites australis)와 부들 (Typha latifolia)이 주로 분포하며, 이들 두 종은 습지의 95 % 이상을 차지하는 우점종이다. 2009년 5월부터 9월까지 습지의 유입과 유출부분에서 유입수와 유출수를 시료 채취하였다. 채취된 시료는 ICP-AES 방법을 이용하여 6가지 중금속을 분석하였으며, 위해성 평가를 이용하여 카드뮴 (Cd), 크롬 ($Cr^{+6}$), 비소 (As), 납 (Pb), 니켈 (Ni), 구리 (Cu)의 분석 결과를 평가하였다. 위해성평가는 농부와 레크리에이션에 대한 두가지 시나리오를 바탕으로 이루어졌다. 연평균 중금속 제거율은 계절적인 변화 측면에서 큰 변화를 나타내지 않았다. 위해성 평가 결과 시료가 채취된 부분 및 계절적인 변화 대부분에서 US EPA의 기준인 $10^{-4}$를 초과하지 않는 수준으로 허용가능한 수준이었다. 하지만, 봄철 농부에 대한 위해성평가 결과 위해도가 $10^{-4}$ 수준이며, $10^{-6}-10^{-8}$ 수준은 질병의 이동이 우려되는 수준 (US EPA)임을 감안하여, 인공습지에 중금속 농도 저감 시설의 설치를 고려해야 한다. 본 연구에서는 위해성 평가를 가상의 시나리오에 적용하여 평가를 시도함으로서, 수치적인 자료로 제시할 수 있을 뿐만 아니라 중금속의 정량적인 평가를 수행할 수 있었다. 따라서 위해성 평가는 인공습지의 안전성에 대하여 대중과 소통할 수 있는 도구로서 이용할 수 있으며, 인공습지의 효율적인 운영 및 현장 적용에 있어서 스크리닝 도구로서의 역할이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.338-338
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• 2015

하천으로 유입되어 수질 오염을 야기하는 오염원은 오염 배출원이 명확하여 하나의 점으로 나타낼 수 있는 점오염원(Point Source)과 오염원이 명확치 않은 비점오염원(Non-point)으로 구분된다. 생활하수, 축산폐수와 같이 오염원이 명확한 점오염원은 하천 유입 이전에 처리장을 거쳐 정화작업이 가능한 반면, 비점오염원은 오염원이 명확치 않아 처리에 어려움이 따른다. 또, 오염물의 양과 이동 경로가 예측이 불가능하고 강우시에는 특별한 처리 없이 하천으로 바로 유입된다. 비점 오염원의 종류는 토사, 영양물질, 유기물질, 농약, 바이러스 등 다양하다. 이 중에서 토양에 흡착되어 이동하는 질소와 인은 하천으로 유입되어 부영양화를 야기하는 특성이 있어 더욱 처리가 필수적이다. 이러한 비점오염원으로 인한 수질 오염을 줄이기 위해 여러 최적관리기법(Best Management Practices, BMPs)이 제시되어 있으며 오염 물질의 하천 유입을 차단하는 것에 중점을 둔다. 가장 널리 이용되는 방법으로는 비점오염원 저감시설 중 하천변에 식물체를 설치하여 토양의 유실을 막는 식생대(Vegetative Filter Strip, VFS)가 있다. 식생 밀집 지역의 설치를 통해 표면 유출을 차단하고 토양 유실 감소와 수체로의 오염물질 확산을 막을 수 있다. 이에 VFSMOD-w를 이용하여 강우시 식생대를 통한 토양 유실 감소 효율에 대한 연구를 수행하였다. 연구 대상 지역으로 비교적 수문 및 토양 자료가 풍부한 청미천 유역을 선정하였다. 그 결과, 식생대의 길이와 식생대 내 식물체의 파종간격이 가장 지배적인 영향을 미치는 것이 확인된다. 이때, 식물체의 종류는 식물체 파종으로 인해 변화되는 토양의 수정된 Manning의 조도계수로 구분한다. 모든 강우 및 식물체 조건이 동일할 때, 식생대 내 식물의 파종 간격이 좁고 식생대의 길이가 길수록 토사 저감 효율이 증가하는 결과가 도출되었다. 식물체의 높이, 식물체의 종류 및 식물의 파종간격이 입력 자료로 요구되나 이 중 식물체의 높이는 토사 저감 효율에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 또, 동일한 강우 조건에서 식생대의 길이가 0.5 m에서 1.0 m로 2배 증가하였을 때 토사 저감 효율이 두 경우 모두 95% 이상의 효율을 보이는 것이 나타났다. 이는 식생대의 길이가 증가할수록 토사 저감 효율이 증가하나 일정 길이 이상이 되면 대부분의 토사가 저감되는 것을 의미한다. 결론적으로 식생의 파종 간격이 좁을수록 토사 저감 효율이 증가하더라도 식물체의 성장을 고려한 적절한 파종 간격을 선정하여야 한다. 즉, 식생대의 설치는 적절한 파종 간격 및 식생대 길이를 식생대 설치지역의 강우 특성에 따라 결정지어야 한다고 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.572-572
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• 2016

청미천 유역은 다양한 수계로 구성된 대유역에 해당되며 농업 및 공업활동에 따른 오염원을 가진다. 본 연구에서는 오염원 중 비점오염원이 가지는 특성을 기후변화 시나리오에 따라 모의 및 분석한다. 비점오염원의 모의를 위해서는 SWAT 모형이 이용된다. 기후변화 시나리오로는 RCP4.5 및 RCP8.5 시나리오가 적용된다. SWAT 모형은 유역 모의를 위한 모형으로 대규모의 복잡한 유역에서의 장기간 모의를 수행할 수 있으며 다양한 조건의 토양 및 토지이용 상태를 고려할 수 있는 장점을 가진다. 본 연구에서는 강유-유출모형과 수질모형 등을 GIS와 연계한 호환모형을 이용하며 유출에 따른 비점오염원의 거동을 해석하고자 한다. SWAT 모형을 이용한 모의를 위해 필요한 매개변수는 관측소 현황, 강우, 기온, 습도, 일사량, 풍속 등이다. 이중 일사량에 대한 정보를 가정하여 본 연구를 수행하였고 나머지 매개변수는 청미천 유역의 특성치를 조사하여 입력하였다. 청미천 유역의 수질 오염원에 대한 기여도를 분석하기 위해서 시설용량이 일정 크기 이상인 하수처리장을 조사하였고, 이에 대한 정보가 모의시 검토되었다. 청미천 유역 전체 오염원에 대한 점오원의 비율을 검토한 결과 홍수기에 점오염원의 영향이 낮다는 점을 확인할 수 있다. 이는 홍수기에 불특정 지점에서 유출되는 비점오염원의 기여도가 큰 것으로 이해할 수 있다. 하지만 소규모 산업단지의 배출량 등에 대한 자료가 보완될 때 보다 신뢰성 있는 모의 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다. 총질소와 총인의 경우에도 하계 홍수기에 크게 증가하는 사실을 확인할 수 있으며 부유물질의 경우는 그 변동 폭이 다른 항목에 비해 크게 나타나며 9월에도 증가하는 경향을 나타낸다. 본 연구를 보다 고도화하기 위해서는 다양한 알고리즘을 통해 매개변수를 보정하는 과정이 필요하며 점오염원을 포함하여 다양한 오염원에 대한 정확한 정보가 구축되는 과정 역시 중요하다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.489-489
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• 2018

최근 기후변화의 영향으로 가뭄의 발생빈도 및 규모가 증가하고 있다. 이에 지자체를 중심으로 대체 수자원 확보를 목적으로 지하수의 개발이 늘어나고 있는 추세이다. 국내에서는 지하수 개발 이용시설로 관정(管井)을 활용하는 것이 일반적이나, 최근에는 낙도를 중심으로 대규모 지하수자원 확보를 위한 지하수댐 건설이 논의되고 있다. 현재 우리나라에는 6개의 지하수댐이 설치 운영되고 있는데, 가장 최근에 건설된 지하수댐도 20여 년이 지난 1998년에 건설되었다. 게다가 국내에 건설된 지하수댐은 지하수맥을 이용하기 보다는, 건천화된 시기에도 하천수를 이용하기 위해 하천의 지하에 건설되어 있어 일반적인 개념의 지하수댐이라고 보기 어렵다. 지하수댐의 활용을 통해 지하수자원을 효율적으로 확보하기 위해서는 첫째, 지하수에 대한 기초자료의 확보가 필요하다. 현재 지하수법 제5조에 따라 전국 지하수에 대한 기초조사를 실시하고 10년마다 보완조사를 실시하여야 한다. 그러나 1997년부터 실시되고 있는 기초조사는 예산 및 인력 부족 등으로 아직까지 전국 전체에 대한 자료가 마련되지 못하고 있으며, 보완조사는 아직까지 실시된 바가 없는 실정이다. 조속히 지하수 기초조사를 완료하여 전국에 대한 수문지질도(水文地質圖)를 작성하고, 이를 바탕으로 체계적인 지하수댐 조성계획을 수립할 필요가 있다. 둘째, 지하수댐 건설기술에 대한 체계적인 연구가 필요하다. 현재 조성된 하천 지하에 건설된 지하수댐이 아닌, 지하수맥을 이용하는 본래의 용도에 적합한 지하수댐을 건설하기 위한 세부기술의 확보가 필요해 보인다. 셋째, 현행 지하 충전수에 대한 수질기준을 확대할 필요가 있다. 현재 하수 폐수 및 온배수 재처리수로 지하수를 함양할 경우의 수질기준은 시 도지사가 관할 구역에 대하여 수립하는 '지역지하수관리계획'에 포함된 경우로만 되어 있어, 국가 또는 개인이 지하수를 함양할 경우에 적용되는 수질기준이 부재한 상태다. 또한 지하수 충전 깊이에 따라 토양에서 발생하는 정화능력에 차이가 있으므로, 수질기준에 차등을 두어 합리적으로 적용할 필요가 있다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제22권11호
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• pp.23-29
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• 2021

최근 도심지를 중심으로 지반함몰이 꾸준하게 발생되고 있어 시민들의 안전을 위협하고 있다. 도로 하부에는 상수관로, 하수도관로, 통신관로 등 각종 지하 시설물이 매설되어 있다. 이러한 지하시설물의 노후화와 지하 난개발로 인해 지반함몰의 원인으로 작용하고 있다. 기존 관로의 노후도에 따라 지반함몰 발생 위험도를 분석된 결과가 있지만 지반 교란상태를 나타내는 관로의 밀집도를 활용한 지반 함몰 위험도를 분석한 결과는 없는 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 서울시의 대표 지하 관로 6종 데이터를 활용하여 지하공간의 밀집도를 분석하여 지반함몰과 상관성이 있는지에 대한 연구를 수행하였다. 그 결과 지반함몰 발생 지역에서는 지하 시설물의 밀집도가 높은 것으로 나타나 지반함몰에 관로의 밀집도가 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.

• 한국물환경학회지
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• 제37권2호
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• pp.128-136
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• 2021

It is generally known that a wastewater treatment plant (WWTP) consumes immense energy even if it can produce energy. With an aim to increase the energy independence rate of WWTP from 3.5% in 2010 to 50% in 2030, the Korean government has invested enormous research funds. In this study, cost-effective operating alternatives were investigated by analyzing the energy efficiency and economic feasibility for biogas and power generation using new and renewable energy. Based on the US EPA Energy Conservation Measures and Korea ESCO projects, energy production and independence rate were also analyzed. The main energy consumption equipment in WWTP is the blower for aeration, discharge pump for effluent, and pump for influent. Considering the processes of WWTP, the specific energy consumption rate of the process using media and MBR was the lowest (0.549 kWh/㎥) and the highest (1.427 kWh/㎥), respectively. Energy-saving by enhancing anaerobic digester efficiency was turned out to be efficient when in conjunction with stable wastewater treatment. The result of economic analysis (B/C ratio) was 2.5 for digestive gas power generation, 0.86 for small hydropower, 0.49 for solar energy, and 0.15 for wind energy, respectively. Furthermore, it was observed that the energy independence rate could be enhanced by installing energy production facilities such as solar and small hydropower and reducing energy consumption via the replacement of high-efficiency operating.

• 상하수도학회지
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• 제33권2호
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• pp.141-150
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• 2019

Total organic carbon(TOC) was introduced as the water quality index of the rivers and lakes in 2013. This paper evaluated factors affecting effluent TOC concentrations and treated and discharged loads of existing publicly owned treatment works(POTWs). For selected POTWs with greater treatment capacity than $500m^3/day$, factorial analysis was used to consider effects of kinds of biological treatment processes, inflow of other types of wastewater(industrial, livestock, landfill leachate wastewater, etc.) with domestic wastewater, sewer separation rate, and effluent discharging zones in which different effluent criteria applied. As a result, those factors did not show significant effect on effluent TOC concentration of POTWs in effluent discharging zone I and II. However, In effluent discharging zone III and IV, kinds of biological treatment processes, the inclusion of other waste in influent of domestic wastewater, and the sewer separation rate were significant factors. The treated TOC load in POTWs was also not affected significantly by the variables set in this study. On the other hand, those three factors influenced significantly on the TOC load discharged to water bodies. The sum of factorial effects and the contribution rate of three factors to the discharged TOC load was 60.23 and 41%, 59.57 and 41%, and 42.04 and 18%, respectively.

• 한국물환경학회지
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• 제36권6호
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• pp.535-545
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• 2020

This study aims to conserve and monitor energy use in public sewage treatment plants by utilizing data from the SCADA system and by controlling the aeration rate required for maintaining effluent water quality. Power consumption in the sewage treatment process was predicted using the equipment's uptime, efficiency, and inherent power consumption. The predicted energy consumption was calibrated by measured data. Additionally, energy efficiency indicators were proposed based on statistical data for energy use, capacity, and effluent quality. In one case study, a sewage treatment plant operated via the SBR process used ~30% of energy consumed in maintaining the bioreactors and treated water tanks (included decanting pump and cleaning systems). Energy consumption analysis with the K-ECO Tool-kit was conducted for unit processing. The results showed that about 58.7% of total energy consumed was used in the preliminary and biological treatment rotating equipment such as the blower and pump. In addition, the energy consumption rate was higher to the order of 19.2% in the phosphorus removal process, 16.0% during sludge treatment, and 6.1% during disinfection and discharge. In terms of equipment energy usage, feeding and decanting pumps accounted for 40% of total energy consumed following 27% for blowers. By controlling the aeration rate based on the proposed feedback control system, the DO concentration was reduced by 56% compared pre-controls and the aeration amount decreased by 28%. The overall power consumption of the plant was reduced by 6% via aeration control.

• 한국물환경학회지
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• 제27권4호
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• pp.523-532
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• 2011

In this study, from 2004 to 2008 influents and discharging effluents from 241 municipal public sewage treatment plants were surveyed. Statistics including average, Coefficient of Variation (CV) and Coefficient of Reliability (COR) for each season, time series analysis for removal efficiency and water quality of effluents, and a comparison of the effluent standards in Korea and other countries were presented. The average concentrations of TN and TP in influents. during winter season were 32.6 and 3.78 mg/L and during other season were 30.8 and 3.61 mg/L in 2008, respectively. The average TN concentration on the basis of the maximum monthly concentrations in the effluents during winter season ranged from 14.2~17.4 mg/L and during other season ranged from 12.2~14.8 mg/L. The TP concentration in the effluents depending on the each season was no big difference. TN removal efficiency decreased from Jan. to Feb. and TP removal efficiency decreased in Jan., Jun and July. Maximum COR during winter season were 0.61 but the COR for TN and TP during other season ranged from 0.96~1.48 and 1.09~1.81, respectively, due to big difference in the standard for TN and TP in effluents depending on the season. TN and TP standards for effluent of sewage treatment during winter season in Korea was much higher than those in other countries. Therefore the lower effluent standards during winter season is essential for the water quality improvement.