• 환경영향평가
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• 제8권2호
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• pp.83-93
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• 1999

ASPEN PLUS, a steady-state simulator, was used in this study for predicting emissions of VOCs and tracing the fate of all compounds in biodegradation processes. Mathematical models for the processes such as volatilization, reaction and clarification were adopted from literatures. Unlike most previous simulations that various pollutants were considered as a single component, COD or BOD, four components of water, biomass, VOCs and COD were included in this simulation. Sensitivity analysis of several physical parameters on the performance of the WWTP was conducted. Model predictions of VOCs emissions agreed well with the plant data. The simulator could provide design conditions for a future WWTP as well as monitoring/control regimes to an existing WWTP.

• 한국물환경학회지
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• 제18권4호
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• pp.379-386
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• 2002

In this study, estimation model for iron compound originated from upflow, anaerobic fixed bed reactor, which treats sewage domestic wastewater, was developed. The estimation model was formulated by a mathematical expression which was based on the mass balance. Below the HRT of 60 minute, sulfide concentration combining with iron $FeS_2$ is the highest because the maximum sulfate consumption rate $V_{maxS}$ and half-saturation constant of sulfate $K_{mS}$ exert an important effect on the estimation model as temperature was increased. But increment of $FeS_2$ concentration is weakened above the HRT of 60 minutes and represent the lowest value at the HRT of 108 minutes. It implies that liquid phase distribution ratio of sulfide ${\alpha}r$ becomes lower as temperature was increased. While phosphorus concentration combining with iron $Fe_3(PO_4)_3$ is increased as HRT and temperature are increased, which is affected by phosphorus removal rate constant $k_p$. As the result of estimating the iron concentrations of corrosion by the model, the concentration of iron corrosion is higher than any other at the HRT of 108 minute and $20^{\circ}C$. The predicted values were compared with measured ones at different HRT(13.5, 27, 54, 108 min) and temperature(20, 25, $30^{\circ}C$). The experimental data could be fitted with the simulated curves. Therefore, the mathematical expression could be applicable to design full-scale wastewater treatment plants.

• 한국물환경학회지
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• 제30권3호
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• pp.269-282
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• 2014

The objective of this study is to find out whether the developed semi-empirical biofilm model can be applicable to real BAF pilot-scale wastewater treatment. In addition, the optimum operating conditions of BAF as a function of process variables such as organic loading change can be drawn based on the simulation results of model. The results will provide the economic and efficient BAF process design and operating control. As a result, developed semi-empirical biofilm model which is relatively simple compared to mathematical model can simulate three BAF processes consisted of 25 layers within 1 seconds. When this model was used for simulating real pilot scale BAF process and the simulated water quality values were compared to experimental ones, simulated TCOD, SCOD, TN, $NH_4{^+}$-N, $NO_x{^-}$-N, alkalinity values were different to experimental ones within 21%, 20%, 8.1%, 48%, 10%, and 23%, respectively. Therefore, if the BAF system was equipped with automatic control, the BAF process can be better efficiently adapted under the condition of significant change of influent loading.

• Environmental Sciences Bulletin of The Korean Environmental Sciences Society
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• 제10권S_3호
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• pp.97-106
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• 2001

To improve the water quality, particularly for sea bathers, the behaviour of wastewater from sewage outfalls in water adjacent to Swansea, UK, was studied using a mathematical model. The water quality in the sewage receiving basin was determined using factors like the outfall diffuser location(distance from land boundary), sewage treatment scheme, discharge time, and bacteria decay rate, etc. With respect to these factors, an optimal strategy for sewage discharge was then investigated to minimize bacteria levels along the bathing beaches. As water quality criteria, predicted faecal coliform levels were monitored along the coast adjacent to the outfall locations. The resultant values were compared with EC Mandatory(<2000, 95 % of 20 samples) and Guideline Standards(< 100, 80 % of 20 samples). For the advective-diffusion equation, the non linear advective terms were represented using the ULTIMATE algorithm and the third-order accurate QUICKEST scheme to avoid numerical diffusion. Details of the simulation results are then presented as an optimal policy for sewage discharge in the region.

• 상하수도학회지
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• 제10권4호
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• pp.103-110
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• 1996

Excessive phosphorus (P as orthophosphate) is one of the major pollutants in natural water that are responsible for algal blooms and eutrophication. P removal by slag is an attractive solution if the P sorption capacity of the slag is significant. To design an efficient land treatment facility, basic information on the behaviour of P in the media-water environment is required. In this study, detailed column experiments were conducted to study the P transport under dynamic condition, and mathematical models were developed to describe this process. The column experiments conducted with dust and cake waste products (slag) from BHP steel industry in Australia as adsorbing media indicated that they had higher sorption capacity of P than that of a sandy loam soil from North Sydney, Australia. P transport in the dust and cake columns exhibited characteristics S-shaped or curvilinear breakthrough curves. The simulated results from a dynamic physical non-equilibrium sorption model (DPNSM) and Freundlich isotherm constants satisfactorily matched the corresponding experimental breakthrough data. The mobility of P is restricted proportionally to the adsorbent's sorption capacity.

• 대한토목학회논문집
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• 제10권4호
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• pp.173-184
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• 1990

본 연구에서는 활성슬러지 하수처리장에 유입된 PAHs의 일종인 anthracene을 대상으로 이의 농도분포, 물리적 혹은 생물학적 변환을 예측하기 위한 수학적 모형을 제안하였다. 이 수학적 모형은 유입 anthracene의 volatilization, biodegradation 및 adsorption/desorption과 같은 반응을 고려한 5개의 연립미분방정식으로 구성되어 있으며, 이들에는 7개의 kinetic rate constants와 18개의 input variables를 포함하고 있다. Steady state simulation의 결과 유입된 anthracene은 1차 침전지에서의 슬러지 배출로 인하여 약 33%가 포기조에서 발생한 volatilization에 의하여 약 61%가 제거되어, 총괄적인 anthracene의 제거율은 약 97%정도이었다. Dynamic simulation의 결과로 본 연구대상 system의 경우에 system이 steady state에 도달하는 시간은 약 160시간 정도로 예측되었다. 이와 아울러 본 연구에서 제안된 수학적 모형의 활용 가능성이 각종 simulation의 결과로 비교적 구체적으로 규명되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1706-1709
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• 2010

일반적으로 생물학적 하수처리공정들은 단위공정내 물리 화학적 및 생물학적 반응들이 복잡하게 존재한다. 활성슬러지모델 1(ASM No.1)을 시작으로 생물공정을 모사하기 위한 다양하고도 새로운 수학적 모델들이 개발되어 왔다. 그러나 이들 모델은 그 활용의 측면에 있어 비용과 단순성에서 매우 큰 단점을 가지고 있었다. 그중 이들 수학적 기반의 모델들이 갖는 또 다른 활용상의 어려움은 현장 근무자들이 활용하기에는 시간 소요와 컴퓨터-과학에 관한 기술부족의 장벽이 매우 높아 결국 모델활용의 영역은 전문가나 특정 엔지니어들에게 국한되어 왔다. 이러한 상황을 극복하고 현장 근무자들에게 도움을 주기 위해 동적-물질수지모델(Dynamic-Mass-Balance Model)에 기초한 $KM^2BM$이 개발되었다. 금번 논문은 생물학적 하수처리장을 설계하고 모사함에 있어 활용 가능한 모사 툴로서의 $KM^2BM$을 소개한다. 이 모델은 모델 파라메터의 추정이나 하수성상분석과 같은 별도의 노력 없이도 단순한 인자추정만으로 생물학적 하수처리장내 미생물의 중요 거동기작을 고려함으로서 잠재적 공정적응력을 최대화 시킬 수 있다.

• 대한토목학회논문집
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• 제14권3호
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• pp.635-644
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• 1994

혐기성 소화에 비해 낮은 시설비 및 공정의 안정성 등의 장점으로 중소규모 하수처리장의 슬리지 처리에 적합한 호기성 소화의 상징액내 영양염류 농도를 예측하기 위하여, 본 연구에서는 질소 및 인의 거동 관찰로 주요반응을 규정하고 물질수지를 고려해서 연립미분방정식 형태로 수학적 모형을 수립하였다. 하수처리장의 폐활성슬러지를 시료로 하여 초기 고형물 농도 수준을 다르게 한 회분식 호기성 소화조를 온도 $20^{\circ}C$, pH $7{\pm}0.5$의 조건에서 운영하였고, 반응계수 추정을 위하여 비선형 회귀분석을 실시하였다. 수립된 모형은, Biomass-N, 용존 유기질소, $NH_4{^-}$-N, $NO_x{^-}$-N과 Biomass-N, 용존 유기인, $PO_4{^-}$-P와 같은 영양염류의 거동 예측이 가능하였다. 모의실험으로 고형상의 영양염류보다 용존상 영양염류가, 질소보다는 인이 상징액에 미치는 영향이 크다는 것을 보였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권4호
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• pp.2029-2035
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• 2014

본 논문은 입상활성탄에 의해서 합성폐수에서의 용존유기탄소의 흡착평형과 회분식 실험을 통해 흡착성질을 파악하고자 하였다. 흡착평형의 새로운 모델식을 제안하였고 이 식을 바탕으로 회분식 실험데이터를 모사하였다. 합성폐수의 유기성분은 Beef extract, Peptone, Humic acid, Tannic acid, Sodium lignin sulfonate, Sodium lauryle sulfate, Arabic gum powder, Arabic acid (polysaccharide), $(NH_4)_2SO_4$, $K_2HPO_4$, $NH_4HCO_3$, $MgSO_4{\cdot}7H_2O$ 등으로 구성되었다. 농도가 낮은 영역 (0~2.5 mg/L)에서는 선형적인 흡착평형을 보여주었고, 농도가 높은 영역 (2.5~6mgl/L)에서는 우호적인 흡착평형을 보여주었다. 사용되어진 생물학적 처리방법에서 나오는 유출수의 합성폐수는 알려진 양으로 준비되어졌다. 흡착평형 모델링은 Freundlich, Langmuir, Sips 및 하이브리드 식을 이용하여 모사하였다. 특히, 선형과 Sips를 이용한 하이브리드 흡착평형식은 낮은 농도와 높은 농도 역에서 매우 좋은 흡착평형식이었다. 용수 및 폐수처리에 활성탄 흡착에 있어서, 선형식과 Sips식을 합친 새로운 하이브리드 식은 새로운 흡착평형식이 될 수 있었다. 하이브리드 흡착평형식 (선형+Sips)을 이용하여 LDFA 운동학적식을 통하여 다양한 흡착제 양에 따른 회분식 반응조에서의 실험데이터를 잘 모사할 수 있었다.

• 유기물자원화
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• 제17권1호
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• pp.58-72
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• 2009

본 연구에서는 하수 내에 존재하는 유기물과 미생물량 분액을 위해 미생물 호흡률 측정기(Respirometer)를 구동하여 미생물에 의한 산소 섭취율(OUR : Oxygen Uptake Rate)을 측정하고, CG-FID 혹은 LC를 활용하여 VFAs(Volatile Fatty Acids)를 측정하였다. 유기물은 IAWQ (International Association of Water Quality)의 ASM(Activated Sludge Model)에서 명시된 유기물 분류법에 따라 분액 하였으며, ASM 중에서도 ASM No.2d를 기초하여 분액을 수행하였다. 하지만 슬러지를 첨가하지 않은 하수 원액의 미생물 호흡률 측정과 더불어 기존의 방법과는 다르게 여과한 하수의 미생물 호흡률 측정과 VFAs 측정을 수행하여 하수에 포함된 유기물량을 추정하였다. 이는 기존의 하수 원액을 이용한 미생물 호흡률 측정 방법에 있어 천천히 생분해되는 용존성 유기물질(S_S)에 의한 산소섭취율과 천천히 생분해되는 입자성 유기물질(X_S)에 의한 산소섭취율이 동일 그래프 안에 형성되어 정확하게 구분되지 못하는 단점과 슬러지 세척으로 인한 실험의 오차를 보완하고자 하였다. 또한 용존성 난분해 COD(S_I)을 측정하는 기준이 명확하지 않는 문제점이 발생하여 미생물 호흡률 측정 과정에서 그래프의 변화를 보고 정확한 용존성 난분해 COD(S_I)의 측정 시간을 선택할 수 있는 방법을 제시하였다. 여과한 하수를 대상으로 미생물 호흡률 측정과 VFAs 측정을 통하여 추정한 유기물 분액 결과 용존성 난분해 COD인 S_I는 $12.2g/m^3$로 Total $COD_{Cr}$ 기준으로 6.9%, 발효 부산물인 S_A는 $24.76g/m^3$로 Total $COD_{Cr}$ 기준으로 14.1%, 발효 가능한 유기물질인 S_F는 $58.54g/m^3$로 Total $COD_{Cr}$ 기준으로 33.2%, 천천히 생분해되는 입자성 유기물질인 X_S는 $61.1g/m^3$로 Total $COD_{Cr}$ 기준으로 34.7%, 입자성 난분해 COD인 X_I는 $10.2g/m^3$로 Total $COD_{Cr}$ 기준으로 5.8%로 추정되었다. 종속영양 미생물량인 X_H는 $9.3g/m^3$로 Total $COD_{Cr}$ 기준으로 5.3%로 추정되었다.