• Title/Summary/Keyword: 산소 요구도

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Brief Review on the preparation of N-doped TiO2 and Its Application to Photocatalysis (질소 도핑 티타니아의 제조와 광촉매 활용의 연구동향)

  • Oh, Kyeongseok;Hwang, Duck Kun
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • v.57 no.3
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    • pp.331-337
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    • 2019
  • Titania has become the most applicable material for photocatalytic application. Nevertheless, titania has the weak point in its wide band gap energy that is mainly activated by UV irradiation. There have been vast research challenges in order to make the wide band gap energy of titania narrow that could be activated in the presence of visible light. Various modifications of titania surface were popular because titania needs to change its surface to respond in visible light. Among the methodological approaches, N-doping to titania can be the alternative candidate because it is facile process and eco-friendly. The activated electron from valence band in N-doped $TiO_2$ migrates to conduction band in the presence of visible light irradiation, which shows photocatalytic activity as well. In this study, focused on the evaluation of nitrogen state after N-doping through brief review. Arguments are still existed in nitrogen states and their different effects on photocatalytic activity. In particular, two nitrogen states are generally reported; substitutional and interstitial states. The research articles regarding N-doped $TiO_2$ are continuously appearing because the potential application of water split in visible light is still fascinate. The future of N-doped $TiO_2$ is also presented by referrals based on various literature.

Time Series Patterns and Clustering of Rotifer Community in Relation with Topographical Characteristics in Lentic Ecosystems (정수생태계의 지형적인 요인 변화와 윤충류 출현 종 수 및 개체군 밀도 변동에 대한 연구)

  • Oh, Hye-Ji;Heo, Yu-Ji;Chang, Kwang-Hyeon;Kim, Hyun-Woo
    • Korean Journal of Ecology and Environment
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    • v.54 no.4
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    • pp.390-397
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    • 2021
  • The time series data of rotifer community focusing on the species number and total density were collected from 29 reservoirs located at Jeonnam Province from 2008 to 2016 quarterly. The reservoirs had similar weather condition during the study period, but their sizes and water qualities were different. To analyze the temporal dynamics of rotifer community, the medians, ranges, outliers and coefficient of variation (CV) value of rotifer species number and abundance were compared. For the temporal trend analysis, time series of each reservoir data were compared and clustered using the dynamic time warping function of the R package "dtwclust". Small-sized reservoirs showed higher variability in rotifer abundance with more frequent outliers than large-sized reservoirs. On the other hand, apparent pattern was not observed for the rotifer species number. For the temporal pattern of rotifer density, COD, phytoplankton abundance fluctuation, and cladoceran abundance fluctuation have been suggested as potential factor affecting the rotifer abundance dynamics.

WQI Class Prediction of Sihwa Lake Using Machine Learning-Based Models (기계학습 기반 모델을 활용한 시화호의 수질평가지수 등급 예측)

  • KIM, SOO BIN;LEE, JAE SEONG;KIM, KYUNG TAE
    • The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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    • v.27 no.2
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    • pp.71-86
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    • 2022
  • The water quality index (WQI) has been widely used to evaluate marine water quality. The WQI in Korea is categorized into five classes by marine environmental standards. But, the WQI calculation on huge datasets is a very complex and time-consuming process. In this regard, the current study proposed machine learning (ML) based models to predict WQI class by using water quality datasets. Sihwa Lake, one of specially-managed coastal zone, was selected as a modeling site. In this study, adaptive boosting (AdaBoost) and tree-based pipeline optimization (TPOT) algorithms were used to train models and each model performance was evaluated by metrics (accuracy, precision, F1, and Log loss) on classification. Before training, the feature importance and sensitivity analysis were conducted to find out the best input combination for each algorithm. The results proved that the bottom dissolved oxygen (DOBot) was the most important variable affecting model performance. Conversely, surface dissolved inorganic nitrogen (DINSur) and dissolved inorganic phosphorus (DIPSur) had weaker effects on the prediction of WQI class. In addition, the performance varied over features including stations, seasons, and WQI classes by comparing spatio-temporal and class sensitivities of each best model. In conclusion, the modeling results showed that the TPOT algorithm has better performance rather than the AdaBoost algorithm without considering feature selection. Moreover, the WQI class for unknown water quality datasets could be surely predicted using the TPOT model trained with satisfactory training datasets.

Preparation and Characterization of Sodium Caseinate (CasNa)/Transglutaminase (TG)-coated Papers for Packaging (포장용 Sodium Caseinate(CasNa)/Transglutaminase(TG) 코팅지 제조 및 특성 분석)

  • Hwang, Jihyeon;Kim, Dowan
    • KOREAN JOURNAL OF PACKAGING SCIENCE & TECHNOLOGY
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    • v.28 no.2
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    • pp.81-87
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    • 2022
  • Paper is a promising alternative to petroleum-based plastic materials for sustainable packaging applications. However, paper exhibits poor gas and water vapor barrier properties, which restrict its effective application in the packaging industry. To enhance the properties of papers, sodium caseinate (CasNa)/transglutaminase (TG) coating solutions with various TG contents were prepared and coated on the papers. The chemical and morphological structures, mechanical properties, seal strength, and water vapor barrier properties of the coated papers were thoroughly investigated. The paper properties depended significantly on the chemical and morphological structures. Pristine CasNa and CasNa/TG coating solutions were evenly coated on the paper surfaces, without any cracks. The chemical structure of the CasNa/TG coated papers was slightly influenced by TG addition, resulting in increased elongation at break and enhanced water barrier properties. To promote the use of CasNa-coated papers in packaging applications, additional investigations must be performed to prevent gas and moisture permeation and enhance the mechanical strength of these papers via chemical reactions and introduction of organic/inorganic composites.

Current Status of Legal Regulations Regarding Gas- and Moisture-removing Active Packaging for Food: A Review (식품용 가스 및 수분 제거 활성포장 사용 및 법정 규정에 대한 현황)

  • Kim, Dowan;Oh, Jae-Min;Lee, Soonho;Kim, Hyun-Ah;Hwang, Joungboon;Ko, Seonghyuk
    • KOREAN JOURNAL OF PACKAGING SCIENCE & TECHNOLOGY
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    • v.28 no.1
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    • pp.31-38
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    • 2022
  • Due to the increasing consumer demands for the safety, shelf life, and quality of food, the application and development of active packaging in the food and packaging industry have been improved. According to the standards and specifications of the Republic of Korea for utensils, containers, and packages, the function of active packaging is to remove or alleviate factors that degrade food quality. Although extensive reviews regarding the development and commercialization of active packaging have been conducted, the legal regulations and safety assessments concerning active packaging have rarely been examined. This review provides information regarding the definition, structure, components, operational mechanisms, and applications for active packaging that actively removes oxygen, moisture, carbon dioxide, and ethylene. Furthermore, the legal regulations and research results related to the development of test methods for safety assessments of active packaging are investigated.

Effect of turbidity current on organic carbon cycle in Daecheong reservoir (탁수가 대청호 유기탄소 순환에 미치는 영향)

  • Dong Min Kim;Se Woong Chung
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2023.05a
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    • pp.148-148
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    • 2023
  • 산업 고도화로 인하여 복잡하고 다양한 유기물의 사용량이 증가하였으며, 공공수역 내 새로운 오염물질이 유입됨에 따라 생화학적 산소요구량(BOD) 중심의 수질평가에 한계를 나타내었다. 이후 난분해성 물질을 고려한 유기물관리 정책과 총량관리의 필요성이 제기되었고 국내 하천과 호소에서는 총 유기탄소(TOC)를 유기물 관리지표로 설정하였다. 그러나 부영양 하천과 호소에서 TOC는 외부 부하뿐만아니라 식물플랑크톤의 과잉성장에 의해 증가할 수 있는 항목이므로 TOC 관리정책 추진을 위해서는 유기물의 기원에 대한 파악이 필요하다. 한편, 우리나라와 같이 몬순 기후대에 속한 댐 저수지의 경우 강우시 유입하는 탁수에 의해 다량의 유기물과 인이 유입되기도 하지만 식물플랑크톤의 제한요인 중 광량에 많은 영향을 미친다. 식물플랑크톤의 광합성은 수체 내 유기탄소 내부생성에 매우 중요한 요소이나 점 단위의 실험적 방법을 활용한 유기탄소 순환 해석은 저수지의 시·공간적인 변동성을 고려하기에 한계가 있다. 본 연구의 목적은 금강 수계 최대 상수원인 대청호를 대상으로 3차원 수리-수질 모델을 적용하여 유기탄소 성분 별 유입과 유출, 내부생성 및 소멸량을 평가하고 탁수가 저수지에서의 유기탄소 순환에 미치는 영향을 분석하는데 있다. 유기탄소 물질수지 해석을 위해 AEM3D 모델을 사용하였으며 2018년을 대상으로 입력자료를 구축한 후 보정 및 검정을 수행하였다. 모델은 유기탄소를 입자성, 용존성, 그리고 난분해성과 생분해성으로 구분하여 모의하며 유기물질 성상별 실험결과를 이용하여 입력자료를 구축하였으며 유기탄소순환 해석을 위해 4가지의 탄소성분과 조류 세포 내 탄소의 질량 변화율을 계산하였다. 이를 위해 외부 유입·유출부하율, 수체 내 생성(일차생산, 재부상, 퇴적물과 수체 간 확산) 및 소멸률(POC 및 조류 침강, DOC 무기화, 탈질)을 고려하였으며 탁수의 영향을 분석하기 위해 탁수 포함여부 시나리오를 구성하고 유기탄소 생성 및 소멸기작별 변동성을 비교 분석하였다. 모델은 2018년의 물수지를 적절히 재현하였으며 저수지의 수온 및 탁도 성층구조를 잘 재현해내면서 전반적인 수질을 적절하게 모의하였다. 탁수를 고려하였을 시 연간 TOC 부하량 중 내부기원 부하량은 56% 수준이였으나 탁수를 배제한 경우 내부기원 부하량은 82%로 나타났다. 특히, 연평균 Chl-a 농도가 44~48% 차이가 발생하면서 1차생산량이 약 4배가량 증가하였다. 몬순지역에서의 탁수는 체류시간이 긴 성층 저수지에서 식물플랑크톤 성장제어에 큰 영향을 미쳤으며 전반적인 유기탄소 순환을 해석하는데 있어 매우 중요한 인자로 작용하였다.

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Analysis of Organic Carbon Mass Balance in Daecheong Reservoir Using a Three-dimensional Numerical Model (3차원 수치 모델을 이용한 대청호 유기탄소 물질수지 해석)

  • Kim, Dong Min;An, In Kyung;Min, Kyug Seo;Chung, Se Woong
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2021.06a
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    • pp.62-62
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    • 2021
  • 산업 고도화로 인하여 복잡하고 다양한 유기물의 사용량이 증가하였으며, 공공수역 내 새로운 오염물질이 유입됨에 따라 생화학적 산소요구량(BOD) 중심의 수질평가에 한계를 나타내었다. 이후 난분해성 물질을 고려한 유기물관리 정책과 총량관리의 필요성이 제기되었고 국내 하천과 호소에서는 총 유기탄소(TOC)를 유기물 관리지표로 설정하였다. 그러나 부영양 하천과 호소에서 TOC는 외부 부하뿐만아니라 식물플랑크톤의 과잉성장에 의해 증가할 수 있는 항목이므로 TOC 관리정책 추진을 위해서는 유기물의 기원에 대한 파악이 필요하다. 특히, 국내 하천에서 나타나고 있는 난분해성 유기물 오염도의 증가 추세에 대응한 실효성 있는 유기물 오염관리 정책을 수립하기 위해서는 다양한 유기물의 근원을 정확하게 파악하는 것이 매우 중요하다. 본 연구의 목적은 금강 수계 최대 상수원인 대청호를 대상으로 3차원 수리-수질 모델을 적용하여 유기탄소 성분 별 유입과 유출, 내부생성 및 소멸량을 평가하고 저수지시스템에서의 유기탄소 물질수지를 해석하는 데 있다. 유기탄소 물질수지 해석을 위해 AEM3D 모델을 사용하였으며 2017년을 대상으로 입력자료를 구축한 후 보정을 수행하였고 2018년을 대상으로 모델을 검정하였다. 모델은 유기탄소를 입자성, 용존성, 그리고 난분해성과 생분해성으로 구분하여 모의하며 유기물질 성상별 실험결과를 이용하여 입력자료를 구축하였다. 유기탄소 물질수지 해석을 위해 4가지의 탄소성분과 조류 세포 내 탄소의 질량 변화율을 계산하였다. 이를 위해 외부 유입·유출부하율, 수체 내 생성(일차생산, 재부상, 퇴적물과 수체 간 확산) 및 소멸률(POC 및 조류 침강, DOC 무기화, 탈질)을 고려하였다. 모델은 2017년과 2018년의 물수지를 적절히 재현하였으며 저수지의 성층구조를 잘 재현해내면서 전반적인 수온, 수질을 적절하게 모의하였다. 연간 TOC 부하량 중 내부기원 부하량은 2017년 68.4 %, 2018년은 높은 강우량의 영향으로 55.0%로 산정되었다. 내부 소멸 기작 중 침전으로 인한 손실이 가장 높은 것으로 나타났으며, 2017년과 2018년 각각 31.3%, 29.0%로 나타났다. TOC의 공간분포는 Chl-a 농도 분포와 유사하게 나타났으며, 댐 설치로 형성된 정체수역은 유역의 유기물 순환에 많은 영향을 미치는 것으로 평가되었다. TOC 관리 정책 기초자료 확보를 위해서는 향후 유역-저수지 시스템을 연계한 유기물 물질순환 심층 연구가 필요하다.

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A study on pollutant loads prediction using a convolution neural networks (합성곱 신경망을 이용한 오염부하량 예측에 관한 연구)

  • Song, Chul Min
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2021.06a
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    • pp.444-444
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    • 2021
  • 하천의 오염부하량 관리 계획은 지속적인 모니터링을 통한 자료 구축과 모형을 이용한 예측결과를 기반으로 수립된다. 하천의 모니터링과 예측 분석은 많은 예산과 인력 등이 필요하나, 정부의 담당 공무원 수는 극히 부족한 상황이 일반적이다. 이에 정부는 전문가에게 관련 용역을 의뢰하지만, 한국과 같이 지형이 복잡한 지역에서의 오염부하량 배출 특성은 각각 다르게 나타나기 때문에 많은 예산 소모가 발생 된다. 이를 개선하고자, 본 연구는 합성곱 신경망 (convolution neural network)과 수문학적 이미지 (hydrological image)를 이용하여 강우 발생시 BOD 및 총인의 부하량 예측 모형을 개발하였다. 합성곱 신경망의 입력자료는 일반적으로 RGB (red, green, bule) 사진을 이용하는데, 이를 그래도 오염부하량 예측에 활용하는 것은 경험적 모형의 전제(독립변수와 종속변수의 관계)를 무너뜨리는 결과를 초래할 수 있다. 이에, 본 연구에서는 오염부하량이 수문학적 조건과 토지이용 등의 변수에 의해 결정된다는 인과관계를 만족시키고자 수문학적 속성이 내재된 수문학적 이미지를 합성곱 신경망의 훈련자료로 사용하였다. 수문학적 이미지는 임의의 유역에 대해 2차원 공간에서 무차원의 수문학적 속성을 갖는 grid의 집합으로 정의되는데, 여기서 각 grid의 수문학적 속성은 SCS 토양보존국(soil conservation service, SCS)에서 발표한 수문학적 토양피복형수 (curve number, CN)를 이용하여 산출한다. 합성곱 신경망의 구조는 2개의 Convolution Layer와 1개의 Pulling Layer가 5회 반복하는 구조로 설정하고, 1개의 Flatten Layer, 3개의 Dense Layer, 1개의 Batch Normalization Layer를 배열하고, 마지막으로 1개의 Dense Layer가 연결되는 구조로 설계하였다. 이와 함께, 각 층의 활성화 함수는 정규화 선형함수 (ReLu)로, 마지막 Dense Layer의 활성화 함수는 연속변수가 도출될 수 있도록 회귀모형에서 자주 사용되는 Linear 함수로 설정하였다. 연구의 대상지역은 경기도 가평군 조종천 유역으로 선정하였고, 연구기간은 2010년 1월 1일부터 2019년 12월 31일까지로, 2010년부터 2016년까지의 자료는 모형의 학습에, 2017년부터 2019년까지의 자료는 모형의 성능평가에 활용하였다. 모형의 예측 성능은 모형효율계수 (NSE), 평균제곱근오차(RMSE) 및 평균절대백분율오차(MAPE)를 이용하여 평가하였다. 그 결과, BOD 부하량에 대한 NSE는 0.9, RMSE는 1031.1 kg/day, MAPE는 11.5%로 나타났으며, 총인 부하량에 대한 NSE는 0.9, RMSE는 53.6 kg/day, MAPE는 17.9%로 나타나 본 연구의 모형은 우수(good)한 것으로 판단하였다. 이에, 본 연구의 모형은 일반 ANN 모형을 이용한 선행연구와는 달리 2차원 공간정보를 반영하여 오염부하량 모의가 가능했으며, 제한적인 입력자료를 이용하여 간편한 모델링이 가능하다는 장점을 나타냈다. 이를 통해 정부의 물관리 정책을 위한 의사결정 및 부족한 물관리 분야의 행정력에 도움이 될 것으로 생각된다.

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Water Quality Variations by Irrigation Water Supply Step (Agricultural Reservoir-Irrigation Channel-Paddy Field) (농업용수 공급단계별(저수지-관개수로-논) 수질변화)

  • Nam, Gui Sook
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2022.05a
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    • pp.476-476
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    • 2022
  • 농업용수는 전통적 기능으로 농업용수 그 자체로서의 기능과 시대적 요구에 따른 지역용수로서의 기능을 가진다. 농업용수 그 자체의 기능으로 가장 중요한 것은 관개용수이며, 논, 밭관개, 하우스 시설농업에의 용수공급이다. 농업용수의 실 수요량 측면에서는 논용수가 전체용수 수요량의 60.1%로 가장 많은 양을 차지하고 있으며, 다음으로는 밭용수가 18.6%, 그 외 생활용수, 공업용수, 환경용수, 축산용수 등으로 이용되고 있다. 농업용수 수요 측면에서 논용수의 비중이 가장 높게 나타나기 때문에 본 연구에서는 농업용수 공급에 따라 농업용저수지-관개수로-논에 이르는 공급단계별 수질변화를 분석하였다. 본 연구는 경기, 충남 권역의 오염도가 높은 3개 농업용저수지를 대상으로 하였으며, 농업용수를 본격적으로 공급하는 5월부터 관개가 종료되는 10월까지 농업용저수지와 관개수로, 논을 대상으로 수온, TOC, Chl-a 등 10개 항목을 분석하여 나타내었다. 연구기간동안 수온의 변화는 18.6~34.6 ℃로서 관개수로에 가장 낮고, 논에서 가장 높은 값을 보여 주었으며, 공급단계별 평균 수온은 저수지(R) 27.6 ℃, 관개수로(C) 26.4 ℃, 논(P) 28.4 ℃로 논에서 수온증가가 나타났다. pH는 7.4~9.7의 범위로 저수지에서 최고값, 논에서 최저값을 보였으며, 공급단계별 평균값은 R 9.1, C 8.3, P 8.0으로 저수지, 수로, 논으로 이동하면서 감소하였다. 전기전도도(EC)는 저수지 수질오염도에 따라 다양하게 나타났으며, 공급단계별 평균값은 R 706.3 uS/cm, C 585.5 uS/cm, P 771.2 uS/cm로 논에서 가장 높은 값으로 보였으며, 이는 논에서 추가적인 영양분 공급에 의한 것으로 보였다. 평균 용존산소량(DO)은 R 6.3, C 4.0, P 4.5로 저수지에서 가장 높고, 수로에서 가장 낮게 나타났다. 유기물 지표인 COD와 TOC의 변화를 보면 평균 COD R 21.7 mg/L, C 14.5 mg/L, P 22.7 mg/L, 평균 TOC R 11.2 mg/L, C 8.5 mg/L, P 12.3 mg/L로 두 항목 모두 논에서 가장 높은 값을, 수로에서 가장 낮은 값을 나타내었다. 반면 엽록소 a 평균 농도는 R 128.4 mg/m3, C 54.3 mg/m3, P 31.7 mg/m3로 저수지의 내부생산으로 다량 발생한 조류가 수로와 논으로 이동하면서 급격하게 감소하여 나타났다. 이는 저수지와 논의 유기물 성상이 다름을 보여준다. 영양염류인 총인(TP)의 평균값 변화를 보면 R 0.302 mg/L, C 0.374 mg/L, P 0.384 mg/L로, 저수지에서 수로, 논으로 이동하면서 점차 증가하여 나타났다. 이는 농업용저수지에서 수로, 논으로 관개용수가 이동하면서 오염수 유입 또는 비료 등의 투입이 이루어진 결과로 판단된다. 이와 같이, 농업용저수지의 수질이 논에 그대로 유지되어 유입되지 않고 공급단계에 따라 변화하고 있으므로 항목별 수질 변화 특성을 이해한 후 농업용수 수질관리가 이루어 져야 할 것이다.

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A Study on Utilization Improvement of Resuscitation Equipment on Board Ships (선박 내 구조호흡 장비 활용 개선에 관한 연구)

  • Jeong-Hee Hwang
    • Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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    • v.29 no.7
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    • pp.819-827
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    • 2023
  • If respiratory arrest occurs or cardiopulmonary resuscitation (CPR) is performed for a long period on board ships, CPR with rescue breathing (not compression-only CPR) is required. Accordingly, ships must have resuscitation equipment for oxygen supply, and seafarers must have the maritime competence to use it. This study aimed to analyze the placement status of resuscitation equipment on ships and seafarers' intention to use them in order to increase the usability of resuscitation equipment on board ships and propose improvement measures. The study was conducted from February 2, 2023, to April 21, 2023, and a total of 340 seafarers were surveyed. The data were analyzed by frequency, percentage, and chi-square test using SPSS WIN 23.0. The results showed that the checking of resuscitation equipment was high among seafarers in the positions of officer, captain, deck department personnel, and ocean-going personnel. The intention of seafarers to use resuscitation equipment was low, and the main barrier was the lack of knowledge on how to use. Among the general characteristics of the study participants, those whose rank was that of officer or captain, whose working department was the deck, voyage who were ocean-going, and who managed a gross tonnage of 20,000 tons or more had a high intention to use resuscitation equipment. Participants who knew the necessity of rescue breathing and had received practice and equipment-based training were active in using resuscitation equipment. Therefore, a system should be developed so that all ships can be equipped with resuscitation equipment, and an environment must be created to increase accessibility to resuscitation equipment on board ships. In addition, an education system based on practical and resuscitation equipment training must be established to ensure that seafarers have maritime competence.