• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2010년도 추계학술발표논문집 1부
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• pp.115-116
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• 2010

광역상수도의 경우 수자원공사 및 지방상수도 사업자들에 의해 전문적으로 수질을 관리하고 음용수를 보급하고 있으나 소규모 수도시설의 경우 전문능력을 갖춘 관리자가 아닌 마을의 대표자가 맡아 관리함에 따라 안정성 및 유지관리의 어려움이 자주 제기되고 있다.[1] 또한 소규모 수도시설의 경우 취수원으로 지하수나 계곡수를 이용하여 여과나 염소소독을 거쳐 음용수로 이용함에 따라 중금속 및 무기이온 등 각종 오염물질이 효과적으로 제거되지 않아 이를 사용하는 주민들이 불편함을 겪고 있는 실정이다. 환경부의 법정 수질 검사에 따르면 부적합 판정을 받은 곳의 대부분은 마을상수도와 소규모 급수시설인 것으로 나타났으며 초과 항목으로는 무기이온 중 특히 불소와 질산성질소 인 것으로 나타났다.[2] 이러한 문제점을 해결하고자 기존의 고도 정수처리 시설인 막여과, 오존처리, 활성탄 흡착 공정 등을[3-5] 적용하고 있으나 소규모 수도시설에 적용하기에는 유지관리, 규모, 경제적 측면 등 여러 한계점을 지니고 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 전기응집기술을 이용하여 음용수 수질기준을 초과하는 무기이온 중 불소와 질산성 질소를 제거하고자 하였다. 전기응집기술은 제거효율이 높고, 운전이 용이하며 부가적인 화학약품의 첨가가 불필요하다.[6,7] 또한 기존의 고도정수처리 기술에 비해 전기응집 공정은 처리효율과 경제적인 측면 모두를 만족시키고 있어 소규모 수도시설의 불소와 질산성질소를 효과적으로 제거할 수 있는 방안으로 판단된다. 본 연구에 사용된 실험장치는 직류전원공급장치 (DC power supply), 반응조, 전극으로 구성되어 있다. 직류전원공급장치는 최대전압 30 Volt, 최대 전류 30 Amper 까지 조절 가능하였으며 반응조의 크기는 14.5cm(w) ${\times}$ 9cm(L) ${\times}$ 22cm(H) 이고 실용적 1.5L이다. 반응조의 상부에는 전극이 고정될 수 있도록 0.5cm 간격의 홈을 만들어 제작 하였다. 전극은 가용성 전극인 알루미늄 (Al), 스테인레스스틸(SUS304)를 이용하였다. 이를 통해 전류밀도, 전극간격 등의 변수를 두어 최적의 전기응집 운전 조건을 파악하였으며 이는 소규모 수도시설의 수질개선 향상에 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.344-344
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• 2021

세계적으로 기후변화 현상으로 인해 극심한 이상 가뭄이 빈번하게 발생하고 있다. 물 공급 소외지역의 경우 가뭄으로 인해 주민들이 불편을 겪고 있으며, 특히 마을상수도 및 소규모수도시설에 의존하는 최상류부 유역의 취수원은 상대적으로 가뭄에 취약하다. 본 연구의 대상 지역은 강원도 춘천시 물로천의 제1지류 유역으로 주민들이 하천 계곡수를 생활용수의 주 공급원으로 사용하고 있다. 해당지역은 갈수기에 생활용수 부족 문제를 겪고 있는 지역으로 가뭄 대응을 위한 구조적 대책으로 다단식 Sand댐을 설치할 예정이다. 현장조사 결과 물로천의 물은 취수조로 일부 유입되며, 자갈 등을 이용하여 부유물 등이 필터링되어 물탱크로 흘러내리며 중력에 의해 각 가정으로 자연 유하하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 대상지역의 하천, 취수조, 물탱크 3개 지점에 압력식 자동 수위 관측기를 설치하였으며, 2시간 간격의 수위를 측정할 수 있도록 설정하여 매달 유속 측정을 통해 수위-유량 관계 곡선식을 바탕으로 유량을 산정하였다. 도출된 일별 유량 자료와 SWAT 모형의 매개변수 검·보정한 후 이를 장기간으로 확장 적용하여 약 10년간의 장기 유출량을 산정하였다. 일별 장기 유출량 자료를 통해 평균 유량 감수곡선과 감수곡선식을 도출하였고, 무강우에 따른 최대 공급가능일수를 산정하였다. 본 연구에서는 하천-취수원 연계 모니터링 및 하천 유량에 따른 공급가능일수 등을 제시하여 가뭄 취약지역의 주민 불편을 최소화하고 가뭄에 대응할 수 있을 것으로 판단된다. 최종적으로 추후 Sand댐 건설 전후 비교 자료로 사용될 수 있으며, 소규모수도시설의 가뭄 관리를 위한 모니터링 체계 및 대응 방안을 구축하였다.

• 광물과 암석
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• 제33권3호
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• pp.233-242
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• 2020

나노물질에 대한 연구와 산업화가 급격히 진행되면서 수환경으로 유출되는 나노물질의 양도 점차 많아지고 있다. 특히 은나노물질의 경우 은의 항균성으로 인하여 다양한 분야에서 사용되고 있으며 환경으로 유출되어 입자상태와 용해된 상태로 존재할 수 있다. 은나노물질과 은이온은 생태환경에 악영향을 줄 수 있으며 미국에서는 2차 먹는물 규제 항목(secondary drinking water standards)으로 정하고 있으며 규제농도는 0.1 mg/L로 정하여 관리하고 있다. 본 연구에서는 경북지역의 지하수와 소규모 먹는 물 공급시설을 대상으로 은의 농도를 측정하였으며 오염 정도를 미국 EPA 기준과 비교하고 시료를 채취한 지역의 특성, 물의 사용 목적 등을 고려하여 분석하였다. 총 293개의 시료 중 EPA의 secondary drinking water standards를 초과한 시료는 2개이며 비율로 0.6 7%이다. 검출률은 마을 상수도와 소규모 급수시설에서 상대적으로 높으며 농도 기준으로는 지하수에서 상대적으로 높은 농도를 보여 인위적 오염원과 지질적 기원이 동시에 작용한 것으로 판단되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.381-381
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• 2017

수자원 분야에 대한 기후변화의 영향은 홍수, 가뭄 등 극치 수문사상의 증가와 변동성 확대를 초래하는 것으로 알려져 있으며, 이에 따라 예년에 비해 발생빈도 및 심도가 증가한 가뭄에 대한 모니터링 및 피해경감을 위해 정부에서는 국민안전처를 비롯한 관계기관 합동으로 생활 공업 농업용수 등 분야별 가뭄정보를 제공하고 있다. 국토교통부와 환경부는 생활 및 공업용수 분야의 가뭄정보 제공을 위해 광역 지방 상수도를 이용하는 급수 지역과 마을상수도, 소규모급수시설 등 미급수지역의 용수수급 정보를 분석하여 가뭄 분석정보를 제공 중에 있다. 하지만, 미급수지역에 대한 가뭄 예?경보는 기준이 되는 수원정보의 부재로 기상 가뭄지수인 SPI6를 이용하여 정보를 생산하고 있다. 기상학적 가뭄 상황과 물부족에 의한 체감 가뭄은 차이가 있으며, 미급수 지역의 경우 지하수를 주 수원으로 사용하는 지역이 대부분으로 기상학적 가뭄지수인 SPI6를 이용한 가뭄정보로 실제 물수급 상황을 반영하기는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 미급수지역의 주요 수원인 지하수의 수위 상황을 반영한 가뭄모니터링 기법을 개발하고자 하였으며, 가용량 분석이 현실적으로 어려운 지하수의 특성을 고려하여 수위 거동의 통계적 분석을 통해 가뭄을 모니터링 할 수 있는 방법으로 접근하였다. 국가지하수관측소 중 관측기간이 10년 이상이고 강우와의 상관성이 높은 관측소들을 선정한 후, 일수위 관측자료를 월별로 분리하여 1월~12월 각 월에 대해 핵밀도 함수 추정기법(kernel densitiy estimation)을 적용하여 월별 지하수위 분포 특성을 도출하였다. 각 관측소별 관측수위 분포에 대해 백분위수(percentile)를 이용하여, 25%~100% 사이는 정상, 10%~25% 사이는 주의단계, 5%~10% 사이는 심한가뭄, 5% 이하는 매우심함으로 가뭄의 단계를 구분하였다. 각 백분위수에 해당하는 수위 값은 추정된 Kernel Density와 Quantile Function을 이용하여 산정하였고, 최근 10일 평균수위를 현재의 수위로 설정하여 가뭄의 정도를 분류하였다. 분석된 결과는 관측소를 기점으로 역거리가중법(inverse distance weighting)을 통해 공간 분포를 시켰으며, 수문학적, 지질학적 동질성을 반영하기 위하여 유역도 및 수문지질도를 중첩한 공간연산을 통해 전국 지하수 가뭄상태를 나타내는 지하수위 등급분포도를 작성하였다. 실제 가뭄상황과의 상관성을 분석하기 위해 언론기사를 통해 확인된 가뭄시기와 백문위수 25%이하로 분석된 지하수 가뭄시기를 ROC(receiver operation characteristics) 분석을 통해 비교 검증하였다.

• 한국광물학회지
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• 제27권4호
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• pp.235-242
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• 2014

우라늄은 자연적 원인과 인위적 원인에 의해 오염이 가능하지만 국내 지하수 토양환경에서는 자연적 원인에 의한 오염 가능성이 높다. 우라늄은 방사성 독성과 화학적 독성을 동시에 갖고 있어 먹는 물에 포함될 경우 그 위해성이 매우 높다. 본 연구에서는 경북지역의 마을상수도 및 소규모 급수시설, 지하수, 샘물 및 먹는 샘물, 먹는 물 공동시설, 지하수 측정망, 민방위비상급수 등의 시료를 대상으로 우라늄 농도를 측정하였으며 국내외 수질 기준과 비교하여 오염 정도를 평가하였다. 총 803개의 시료 중 미국의 먹는 물 권고기준 또는 우리나라의 권고기준인 $30{\mu}g/{\ell}$를 초과하는 시료의 수는 6개이며 전체시료에서 차지하는 비율은 0.7%이다. 모암의 특성에 따른 우라늄의 농도는 흑운모화강섬록암, 흑운모화강암, 편마상화강암 등과 같은 화강암질 암석이 분포한 지역에서 비교적 높게 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.439-439
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• 2012

본 연구의 목적은 색달하수처리장 방류수를 농업용수 및 조경용수 등으로 활용하기 위해 하수 처리수 재이용 사업 타당성을 분석하고자 한다. 색달하수처리장 하수재이용사업은 제주도의 지하수자원 보존과 수자원 이용의 고도화 및 방류수 재이용을 통한 갈수기 농업용수 보급으로 물자원(지하수)을 절약하고자 색달하수처리장을 대상으로 하수처리수를 농업용수로 공급하는 사업이다. 대상지역은 서귀포시 예래동에 위치하고 있으며, 중문관광단지가 소재한 마을로 제주관광의 중심지이다. 서귀포시의 총 인구는 153,797명이며 하수도 보급률은 77.7%이다('10 제주특별자치도 통계연보). 색달하수처리장이 위치한 예래동의 농지면적이 1,122ha이며, 밭(772.6)과 과수원(280.2) 등 제주도의 전형적인 농촌마을이다. 대상지역의 주요작물은 감귤, 무, 마늘, 양배추 등이 많이 재배된다. 제주도는 연평균 강수량이 1,832.6mm로 전국평균 1,274 mm 보다 많은 편이며, 월별 강수량은 6~8월까지 3개월 동안 연 강우량의 44%정도가 내려 여름 장마철에 집중되는 것으로 나타났다. 대상지구의 필요수량은 농업생산정비 계획설계기준에 제시된 방법을 이용하여 산정하였다. 지구내 재이용수를 공급할 관정 4개소의 총 설계 채수량은 $2,916m^3/day$, 급수면적은 125.0ha이며, 10년한발(가뭄)시 안정적인 농업용수 공급을 위하여 $4,964m^3/day$(농업용수 $3,834m^3/day$, 조경용수 $1,130m^3/day$)이 필요하다. 하수처리수 재이용을 위한 처리시설의 연간 유지관리비는 인건비, 전력비, 시설물 내구연한을 고려하여 적용 하였으며, 상수도 생산비 절감 비용과 하수재이용수 생산단가를 통한 단위 편익을 산정하면 401.5원/$m^3$ 이다. 연차별 수익으로 산정하여 비용 편익 비율(B/C Ratio)을 나타내면 1.22로 나타났다. 본 연구의 결과로부터, 대상지구의 수자원여건, 입지여건, 장래 수요, 등을 고려할 때, 제주 색달 하수처리장의 하수처리수의 농업용수재이용 사업은 타당성이 매우 높다고 할 수 있다. 그리고 특히 이 지역은 관광단지의 조경용수 수요(중문골프장 등)가 있어 용수의 유료공급이 가능하고 이를 유지관리비로 충당할 수 있어 타지역에 비해 사업의 경제성과 환경보전성이 매우 크다.

• 자원환경지질
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• 제43권6호
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• pp.589-601
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• 2010

최근 들어 지질기원에 의해 발생되는 지하수내 비소오염이 많이 보고되고 있다. 본 연구에서는 지하수내 비소를 효과적으로 제거하거 위하여 철침착 입상활성탄(Fe-GAC)을 제조하고 이에 대한 흡착능을 평가하였다. Fe-GAC는 질산 염철 용액으로 입상활성탄에 철화합물을 침착시켜 제조하였으며, 이를 이용하여 침착반응시간에 따른 등온흡착, pH에 따른 비소 동력학 흡착반응 및 수처리시스템 예비평가를 위한 칼럼 실험을 수행하였다. 연구결과 침착반응 시간이 최소 12시간 이상에서 비소 제거에 필요한 철의 함량을 가진 Fe-GAC가 제조되었으며, 이들의 흡착능은 등온흡착실험에서도 확인되었다. 입상활성탄에 침착된 철화합물은 XRD 분석결과 대부분 질산염수산화철($Fe_4(OH)_{11}NO_3{\cdot}2H_20$)이었으나 일부 소량의 적철석($Fe_2O_3$)도 관찰되었다. 등온흡착실험은 Langmuir가 Freundlich 모델보다 더 적합하였으며, 모델링 결과 얻어진 Freundlich 분배계수($K_F$) 및 Langmuir 최대 흡착량($Q_m$)은 입상활성탄에 침착된 철 함량과 로그-로그 양의 상관관계를 보여주었다. 동력학 흡착실험 결과 pH 11을 제외한 모든 조건 (pH 4-9)에서 Fe-GAC는 비소에 대해 뛰어난 흡착능을 나타내었으며, 따라서 일반적인 지하수의 pH가 6-8 사이임을 고려하면 Fe-GAC는 비소를 흡착에 매우 효과적인 흡착제로 이용될 것이다. 동력학 모델링 결과 Fe-GAC와 비소의 흡착은 화학적 흡착(chemisorption) 과정을 나타내는 pseudo-second order 모델이 가장 적합하였다. 비소 수처리시스템에 대한 예비 평가를 위하여 칼럼실험을 수행한 결과, 지연계수 482.4이고 분배계수 581.1 L/mg으로 이는 12-24시간 침착반응에서 제조된 Fe-GAC의 Freundlich 등온흡착 모델의 분배계수(511.5-592.5 L/mg)와 유사한 값을 나타내었다. 이러한 연구결과는 향후 지하수를 활용하는 마을상수도 수처리시스템에서 Fe-GAC가 지하수의 비소를 제거하는 뛰어난 흡여재로 사용될 수 있음을 나타내는 것이다.