• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2011.05a
• /
• pp.318-318
• /
• 2011

자연수를 가압(4~5기압)하면서 물과 공기의 비를 4:1~3:1로 혼합하면 수체 내 초미세기포(Diameter $3{\sim}10{\mu}m$)가 발생하는데 이를 산소용해수라 하며 수질정화시설 또는 양식장 등에 널리 사용되고 있다. 산소용해수의 특징은 기포의 비표면적이 넓고 10시간 이상 포화 농도를 유지하여 수체에 잔류하는 시간이 길기 때문에, 일반 산기석을 활용한 포기나 순산소 용해 등의 타 방법과 구별된다. 산소용해수의 산소전달효율은 기존 방법과 큰 차이를 보이기 때문에 실제 적용시에는 대상수를 이용하여 산소전달계수($K_{L}a$)를 사전에 산정할 필요가 있다. 본 연구에서는 한국건설기술 연구원의 안동 수자원 환경실험센터 내 실외형 콘크리트 사각반응수조에 산소용해장치 및 확산장치를 결합한 일체형 시스템을 적용시켜 2010년 9월~2011년 1월의 5개월간 결과를 분석, 본 장치의 $K_{L}a$를 산정 후 수질정화의 활용 면에서 검토하였다. $K_{L}a$의 산정에는 다양한 방법이 이용되나 용존 산소 농도의 제어에 한계가 있는 실외 대형실험장에 적합한 Lewis and Whitman의 Two-film 이론에 근거한 정상포기법을 적용하였다. 체적 $80m^3$의 수조 내에서 현장 유지용수를 대상으로 실험한 결과 산소전달계수는 $0.324\pm0.050$/min, 포화농도는 8.64 mg $O_2$/L, 도달시간은 11 /min이 산정되었으며, 이는 기존 산기석 포기의 산소전달계수 범위인 $0.105\pm0.019$ /min보다 약 3.1배 높은 결과를 보였다. 또한, 확산장치의 수류 순환 방향 및 정도를 검토하기 위하여 실험수조에서 1m단위로 격자를 구성한 후 초음파 유속계로 실측한 결과 0.0~2.5 m/s 의 평면적 유속범위를 도출하였다. 그리고 전체 순환을 고려했을 때 용존산소는 약 8시간 후 8.64 mg $O_2$/L 값에 도달하여 안정화 되었으며, 강한 수류순환과 산소용해수에 의해 하상에 존재하는 퇴적물들의 이송 및 산화촉진을 유도하였다. 이를 근거로 실험수조의 체적과 기준 가동시간인 8시간을 적용시켰을 때, 실험구 수질은 대조구와 비교하여 COD, T-N, T-P가 모두 25~35% 개선되었다. 이 결과는 여과공정 없이 단순 순환만을 고려한 물리적 수질정화 방법의 단독 활용 가능성을 나타내며, 기존 연구에서 나타난 SOD (Sediment oxygen demand) 저감 능력을 감안할 때 향후 폐쇄성 수역의 수질관리에도 효율적으로 활용할 수 있음을 시사한다.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
• /
• v.33 no.6
• /
• pp.405-412
• /
• 2011

Environmental impact by proposed pump and treatment remediation of groundwater contaminated with TCE over 0.6 mg/L down to 0.005 mg/L was assessed for 30 years operation in an industrial park. Total amount of groundwater treated was $2.96{\times}10^7m^3$ and the amount of TCE removed was 17.6 kg at most. The life cycle assessment was used to estimate the environmental cost and environmental benefit and their effects on the environment could be analyzed. Most of the environmental cost was accrued from electricity generation for 30 years pump operation, which includes energy consumption, resources consumption such as coal, crude oil, emission of global warming gas and acid gas into air, waste water production, and waste generation. Environmental impact could be quantified with a Life Cycle Assessment (LCA) model for soil and groundwater remediation and normalized based upon consumption and emission quantities per capita in the world. Among the normalized values, acidification material release was the most significant.

• Economic and Environmental Geology
• /
• v.53 no.6
• /
• pp.695-701
• /
• 2020

This study aimed to monitor a pilot-scale vertical flow reactor (VFR) system being operated in long-term for water quality control of pH-neutral mine drainage containing Fe, Mn and As, discharged in D mine site. The treatment systems of VFR and zero manganese reactor (ZMR) consisted of sand/limestone, and steel slag/limestone, respectively. The systems were operated during about six months in order to evaluate their long-term treatment efficiency It was observed that both pH and alkalinity of mine drainage were remarkably increased and more than 98% of Fe, As and Mn ions was continuously removed during the tested period of time. In conclusion, the field results of this work demonstrated that the vertical flow reactor system can effectively treat mine drainage contaminated by Fe, As and Mn.

• Ecology and Resilient Infrastructure
• /
• v.3 no.4
• /
• pp.221-230
• /
• 2016

Multi-functional floating wetland island (mFWI) was developed in order to prevent algal bloom and to improve water quality through several unit purification processes. A test bed was applied in the stagnant watershed in an urban area, from the summer to the winter season. For the advanced treatment, an artificial phosphorus adsorption/filtration medium was applied with micro-bubble generation, as well as water plants for nutrient removal. It appeared that the efficiency of chemical oxygen demand (COD) and total phosphorus (T-P) removal was higher in the warmer season (40.9%, 45.7%) than in the winter (15.9%, 20.0%), and the removal performance (suspended solid, chlorophyll a) in each process differs according to seasonal variation; micro-bubble performed better (33.1%, 39.2%) in the summer, and the P adsorption/filtration and water plants performed better (76.5%, 59.5%) in the winter season. From the results, it was understood that the mFWI performance was dependent upon the pollutant loads in different seasons and unit processes, and thus it requires continuous monitoring under various conditions to evaluate the functions. In addition, micro-bubbles helped prevent the formation of anaerobic zones in the lower part of the floating wetland. This resulted in the water circulation to form a new healthy aquatic ecosystem in the surrounding environment, which confirmed the positive influence of mFWI.

• Journal of Energy Engineering
• /
• v.28 no.3
• /
• pp.55-64
• /
• 2019

This study identified key patents on U.S. underground water technology through patent network analysis. As a result, there were many technologies that used the technology to remove heavy metals to prevent contamination of groundwater. While patents between groundwater technology patents were in charge of intermediaries, the connectivity between groundwater technologies is not high. The patented technologies related to groundwater were largely distinguishable by pumping, monitoring, and decontamination. Monitoring includes techniques that enable identification of physical and biological properties, such as the type of contaminants, as well as geographic characteristics for analysis of groundwater flow, flow or water quality. Pollution purification technology refers to the process of physiochemical and biological purification for soil and groundwater. U.S. technology cases showed that the U.S. had high technology in water treatment area. And patent protection were also needed to cope with water shortages caused by climate change.

• Korean Journal of Ecology and Environment
• /
• v.39 no.4 s.118
• /
• pp.489-497
• /
• 2006

The feasibility of the Natural and Ecological Wastewater treatment System (NEWS) was examined for rural wastewater treatment in Korea. The intermittent trickling biofilter with high hydrophilic filter media was used for pretreatment for suspended solids and organic pollutants. The subsequent constructed wetland with porous granule materials was used for promoting nutrient removal. The results show that the removal efficiencies of the system were high with respect to the water quality parameters except COD. Even if the effluent from the biofilter did not meet the guidelines for wastewater treatment plant effluent in Korea in terms of $BOD_5$ and TN, the final effluent of the system meets the guidelines us to good performance of the constructed wetland. The regression analysis between pollutant loading rate and removal rate indicated that the system could have stable removal for SS, $BOD_5$, TN, and TP in the given influent ranges. The analysis in the winter period indicated that the wetland covered with transparent polycarbonate glass had the statble performance during the winter period dus to increase of temperature inside the wetland without any heating system. With the stable performance, effective poilutant removal, low maintenance, and cost-effectiveness, the NEWS could be considered as an alternative treatment system for decentralized regions and rural communities in Korea.

• Economic and Environmental Geology
• /
• v.55 no.5
• /
• pp.511-519
• /
• 2022

In order to develop an air-stripping based remediation process to remove the TOC (Total Organic Carbon) in groundwater around the underground LPG storage cavern, the laboratory scale experiments at various conditions (change of air injection volume and temperature, the application of ultrasonic treatment, etc.) for two types of groundwater (initial TOC concentration of 608 mg/L and 153 mg/L, respectively). From results of experiment, as the air injection rate for stripping into groundwater increased from 2 L/min to 11 L/min and as the air-stripping time increased from 1 hour to 24 hour, the TOC removal efficiency of air-stripping increased. However, the TOC concentration of treated groundwater was higher than the discharge tolerance limit (100 mg/L) even after 24 hour stripping at the maximum air injection rate of 11 L/min. The main compounds of the TOC in groundwater were identified as methanol and propane and the long stripping time (more than 24 hour) was needed to separate the methanol from groundwater because of the affinity between water and methanol. At 20℃ and 4 L/min of air injection, the TOC removal efficiency increased to 59.1% after 24 hour air-stripping. When the temperature of groundwater increased to 30℃ and 40℃, the TOC removal efficiency increased up to 80.0% and 82.8%, suggesting that more than 24 hour air-stripping at 40℃ is needed to lower the TOC concentration to below 100 mg/L and the additional TOC removal process as well as the air-stripping is necessary. When the temperature increased to 60℃ and the ultrasonic treatment was conjugated with the air-stripping, the TOC removal efficiency increased to 87.8% within 5 hour stripping and the final TOC concentration (72.4 mg/L) was satisfied with the TOC discharge tolerance limit. The TOC removal efficiency for groundwater having low TOC concentration (153 mg/L) also showed similar removal efficiency of 89.7% (the final TOC concentration: 18.9 mg/L). Results in this study supported that the air-stripping conjugated with the ultrasonic treatment could remove successfully the TOC in groundwater around the underground LPG strorage cavern.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2023.05a
• /
• pp.15-15
• /
• 2023

2020년 기준 국내 상수도 보급률은 99.1% 차지하고 있으며(환경부, 2019), 수도관리차원에서 수돗물은 먹는 물로 시판되어질 만큼 우수한 관리체계를 유지하고 있다. 그 반면에 지하수는 생활용수, 식품가공, 농·축산, 양어, 군부대를 비롯한 전국지역에서 연간 10억 8천만톤 용수를 소비하고 있음에도 (환겨례 신문, 2013; 환경부, 2019) 사용되는 지하수의 약 65%가 음용수 불가판정을 받았으며, 최근 지하수의 오염비율은 급격히 증가하는 추세이다. 특히, 지하수관정의 관리부주의에 의한 수질오염 및 수인성 다제내성균(슈퍼박테리아) 등에 의한 오염사례가 국내는 물론, 국제적으로 다수 보고되고 있는 실정이다 (환경부, 2013). 현재 지하수 수질관리는 공공기관 및 지자체 지정기관을 통해 진행되고 있으며, 검사기간은 수질채취로부터 통상 7~15일정도 소요되어 수질 관리 및 기준, 검사주기에 대한 애로가 많다. 현장 지하수관정에서 실시간 수질을 모니터링하고 이에 연동된 자동 수처리 시스템의 개발 및 도입은 나날이 심각해지는 환경오염 상황에서 선제적 예방과 해결방법으로 중요한 요소기술이다. 현재 지하수오염 및 부적합 음용의 수질처리는 화학약품, 필터여과, UV살균, O₃ (플라즈마)을 이용하는 것이 대표적이나, 화학약품의 경우 2차 오염이나 식품 세척 및 가공에 있어 부적합성의 한계점이 있다. 필터여과의 대표적인 RO필터의 경우 약 50% 순손실이 발생하고, UV 살균의 경우 UV에 의한 사용관리자의 위험 및 장비의 광부식 문제, O₃ 의 경우 고압전류 사용에 따른 위험성 등의 한계점이 나타나고 있다. 지하수 수질정화를 위한 광유도 활성산소(¹O₂, ·O^-₂)는 광감응제에 가시광의 빛 조사를 통해 생성되는 활성산소로의 에너지 및 전자 전이가 동시 진행되어 단일항 산소(¹O₂)와 슈퍼옥사이드 이온(·O^-₂)을 생성하게 된다. 생성된 활성산소는 유해미생물 또는 유기화학물과 개열, 제거, 치환 반응 등을 통해 미생물사멸 및 유해화학물질들이 분해 가능하다. 이를 이용한 지하수 유해미생물 사멸기술, 장비, 실시간 지하수의 분석기술 및 정수처리, 지하수 물순환 시스템 개발뿐만 아니라 지하수 음용수 및 오염개선, 지하수 기저유출에 의한 오염원 저감으로부터 지류·지천, 하천 본류 수질개선 등의 대상지역에 활용 가능하다. 또한 광유도 활성산소는 기존 상수도 수처리에 있어 오존(O₃) 처리와 이산화티탄을 이용한 AOP과정을 단일처리 공정으로, 기존 O₃ 의 특성상 확산 거리가 매우 길어 사람을 포함한 생체 내에 유입 시 다양한 부작용 발생과 O₃ 차폐시설 요구의 문제점 극복의 대안으로 환경 및 인체에 무해한 광유도 활성산소 시스템을 적극적으로 도입 및 적용해야 한다. 본 연구 목적은 정류상태 흡광분광기술을 이용한 실시간 수질 모니터링과 광유도 활성산소를 이용한 유해 미생물의 멸균효능 및 지하수 수질관리 기술로의 적용 가능성을 제시하고자 한다.

• Environmental engineer
• /
• s.181
• /
• pp.70-75
• /
• 2001

본 연구는 '99년 7월에 벤처형 중소기업 기술개발 지원사업으로 신규 계약된 과제로서 상수원수의 전처리 및 하수 2차 침전수의 재처리 공정에 활용될 생물 산화 여과지를 개발하는 것이다. 생물 산화 여과 system은 상수 원수의 전처리, 상수도의 고도정수 처리, 하수 및 폐수처리에 이용될 수 있는 것으로, 특히 물리적 여과기능과 포기 과정을 통한 산화 기능을 포함하는 생물학적 분해 및 자연정화처리환경을 유지하여 수질이 악화된 상수도의 전·후처리나 하.폐수의 3차 처리에 적용하기 위한 것이다. 생물 산화 여과 시스템은 여과지의 하부 장치에 균등한 공기(산소)공급시설을 하여 여과층에 연속적으로 공기를 공급하면서 여과를 함으로서 생물막 여과 및 산화 기능으로 유기물질, 철, 망간 등을 제거하고 공기의 부상력에 의하여 조류, 부유물질, 냄새 등을 동시에 제거하는 System이다. 현재 상수처리 공정으로서의 생물 산화 여과지 개발을 위해 Bench-scale과 semi-pilot plant를 거쳐 Y시 M취수장애 pilot plant를 설치하여 연구를 진행중에 있으며, 또한, G시 G하수처리장에 하수처리 공정에 관한 연구를 위해 pilot plant를 설치하고 하수 3차 처리와 저농도 하·폐수 처리를 중심으로 연구중에 있다. 아래의 연구 결과는 정수처리 공정 연구를 위한 Bench-scale plant실험을 통해 얻은 결과치이며 현재까지 진행된 연구는 주로 정수처리 공정 중심으로 이루어 졌으나 pilot plant에서는 정수 및 하수처리에서의 생물산화여과공정의 연구가 진행중이다. 현재 연구가 진행중이므로 각 인자별 최적운전조건 등은 계속적인 실험과 연구를 통해 찾아지겠으나 현재까지 수행된 연구자료를 기반으로 볼 때 생물산화 여과장치는 탁도, SS, VSS 등의 제거에 탁월한 효능을 보이고 있다. 수처리용 장치로서의 이러한 기본적인 기능 이외에 NPOC, DOC 제거에도 뛰어난 효능을 보이고 있으며 특히 정수처리 공정에서 문제시 되고 있는 동절기 암모니아성 질소제거 또한 큰 가능성을 보여주고 있다. 그 동안 외국기술에 전면 의존해 오던 생물 산화 여과방식의 국내개발은 비용 절감뿐만 아니라 국내 실정에 맞는 기술개발이라는 점에서 향후 그 적용 범위를 넓혀 갈 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2013.08a
• /
• pp.72.1-72.1
• /
• 2013

광촉매 활용 기술은 수질 및 대기 중의 난분해성 오염 물질 처리 등의 환경 분야에서부터 항균 및 초친수성 기능을 활용한 소재 분야, 그리고 태양광을 이용한 물분해 수소 제조 및 이산화탄소의 전환 등의 인공 광합성 연구 분야까지 그 응용분야가 대단히 넓은 기술이다. 본 강연에서는 이러한 광촉매의 반응 원리와 대표적인 응용분야인 환경 정화 분야 및 에너지 분야에서의 광촉매 기술의 활용, 그리고 현재 광촉매 관련 연구 분야의 주요 관심사 및 미래 성장을 위한 과제 등을 포괄적으로 다루고자 한다. 광촉매 반응은 반도체의 따간격 에너지 흡수에 따라 전자와 정공(+전하를 가진 전자와 같은 거동을 하는 입자)가 발생한 뒤에 일어나는 계면에서의 전자전달 반응을 기초한다. 발생한 정공과 전자는 각각 산화와 환원 반응을 유발하며 이러한 산화, 환원반응을 통해 다양한 분야로의 응용이 가능하다. 환경 정화 분야의 경우, 정공이 물 혹은 공기 속에 존재하는 수분과 반응하여 생성되는 OH 라디칼 ($OH{\cdot}$)의 강력한 산화력을 주로 이용하게 된다. OH 라디칼에 의한 다양한 난분해성 유기물질의 산화분해 반응을 활용하여 고도처리공정이 가능하게 되며, 수계 난분해성 유기오염물질의 제거뿐만 아니라 대기 중에 존재하는 VOCs, 악취물질 등의 분해도 가능하며, 아울러 바이러스나 박테리아와 같은 세균을 제거할 수 있는 것으로 알려져 있다. 한편, 물 분해 수소제조 및 이산화탄소의 전환과 같은 에너지 분야 응용의 경우, 전도대의 전자를 활용한 환원반응에 기초한다. 앞서 언급한 다양한 응용분야에서 활용될 수 있는 광촉매의 종류 또한 매우 다양하며, 이사화티탄(TiO2)는 대표적인 고효율 상용 광촉매이다. 아울러, 원하는 응용 분야에서의 광활성이 높은 새로운 광촉매의 제조 및 평가가 꾸준히 진행되고 있으며, 그 가운데 태양광의 가장 많은 영역을 차지하고 있는 가시광 활성을 갖는 광촉매 개발에 관한 연구가 활발히 수행되고 있다. 이에, 현재까지 개발된 다양한 가시광 광촉매 시스템에 대한 소개 및 각 광촉매 응용분야에서 최근 새롭게 대두되고 있는 이슈들에 대하여 중점적으로 고찰하고자 한다.