• KSBB Journal
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• 제14권3호
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• pp.328-336
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• 1999

본 연구에서는 제철소에서 배출되는 산업폐수를 이용하여 미세조류를 성공적으로 배양하였으며 이에 대한 모델링 연구를 통해 이산화탄소의 고정화 및 암모니아의 제거효율에 미치는 환경인자에 대하여 살펴보고 실제 옥외배양에서의 성능을 평가하고자 하였다. Bottle에서의 배양을 통해 산업폐수에서 미세조류가 성장하면서 암모니아를 완전히 제거할 수 있음을 확인하였다. 또한 이때 타양미생물의 성장은 미세조류의 성장에 비해 미미하였으므로 건조중량으로부터 고정화된 이산화탄소를 계산할 수 있었다. Raceway pond의 회분식운전 결과로부터 조류성장에 대한 모델을 구축하고 관계되는 parameter를 결정할 수 있었으며 이로부터 실제 옥외에서의 빛의 세기에서 고정화된 이산화탄소의 누적량 및 암모니아의 제거를 계산할 수 있었다. 그 결과 60 klux이상의 빛에서는 암모니아가 완전히 제거될 수 있다는 결과를 얻었으며 빛의 세기가 증가할 수록 성능이 향상되지만 빛에너지에 대한 효율은 감소하는 경향을 발견하였다. Raceway pond의 실제 옥외운전을 모사하기 위한 반연속식 배양실험에서는 dilution rate이 증가할 때 이산화탄소의 고정화율 및 암모니아의 제거율이 증가하나 암모니의 제거효율은 감소하는 경향을 얻었다. 또한 raceway pond의 옥외배양시 빛의 세기 및 폐수의 깊이, dilution rate에 따른 성능변화를 모델로 이용하여 계산하였는데 결과적으로 하루에 12시간동안 100klux의 태양빛이 공급되는 조건에서 raceway pond를 운전할 때 최적의 dilution rate은 0.425$day^{-1}$이며 이러한 조건에서 24.7 g$m^{2}day^{-1}$의 속도로 이산화탄소를 고정할 수 있는 것으로 평가되었다. 또한 이러한 조건에서 암모니아는 0.52 g $NH_3-Nm^{-2}day^{-1}$의 속도로 제거될 수 있으며 배출수증의 암모니아농도는 폐수의 깊이에 따라 크게 변화하는 것으로 나타났다.

• 대한환경공학회지
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• 제32권2호
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• pp.165-174
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• 2010

석탄 가스화 반응을 모델링하여 습식분류층 석탄 가스화기의 반응특성에 대한 수치해석적 연구를 수행하였다. 본 연구의 목적은 신뢰성 있는 수치해석기술을 이용하여 가스화 장치의 기본설계와 더불어 최적 운전조건의 설정에 있다. 석탄 가스화 반응은 복사가 관여하는 고체와 기체의 이상 난류반응으로서 수증기 증발로부터 휘발화, 촤와 가스의 반응 등 일련의 연소반응의 구조를 가진다. 본 연구에서는 실험과 수치해석적인 방법을 병행하여 연구를 수행하였으며 한국에너지기술연구원에 설치된 1톤 규모의 실험용 가스화기를 대상으로 하였다. 본 연구에서는 기본적으로 상용프로그램을 사용하였으며 석탄 가스화 반응해석에 필요한 여러 서브루틴을 개발하여 해석하였다. 세부 반응 서브루틴의 난류반응은 기본적으로 에디붕괴모델에서 화학적 반응속도의 개념을 조화평균의 형태로 사용하였다. 그리고 석탄입자궤적은 라그란지안 접근방식을 선택하였으며 입자의 궤적 계산에서 저항력에 나타나는 난류비선형적인 문제에 대한 모델도 고려하였다. 이와 같이 개발된 프로그램은 실험에서 얻어진 가스농도와 온도분포 그리고 냉가스 효율 등의 자료들과 비교하여 성능을 일차적으로 검토하였다. 석탄의 입자크기분포, 석탄 슬러리 농도, 그리고 가스화기의 형상변화는 가스화 성능에 직접적으로 영향을 주며 이를 합성가스 생성량과 냉가스 효율을 통해 비교 검토하였다. 본 연구 결과가 비록 물리적으로 타당하고 변수연구의 일관성을 보여주나 기류층 석탄가스화 반응장치의 복잡성을 고려하여 볼 때 보다 많은 실험결과에 대한 정교한 모델검증 노력이 신뢰성 있는 프로그램의 완성에 필요할 것으로 판단된다.

• 생물환경조절학회지
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• 제29권2호
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• pp.161-170
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• 2020

국내 시설 농업의 99.2%를 차지하는 플라스틱온실의 내부 환경인자는 외부 환경의 변화에 민감하게 반응하고 온실 공간 내부에서 편차가 발생한다. 온도, 습도, CO₂, 광도의 환경인자를 계측하기 위한 지점을 3 × 3 × 5로 구성하여 데이터를 취득하고 내부 공간을 수직, 수평적인 측면으로 분할하여 환경 인자의 분포를 확인하였다. 계측지점의 최적점을 선정하고자 계측 공간을 수직, 수평적인 방향으로 분할하고, 측정 데이터와 이를 활용한 예측지점의 선형회귀분석 결과로 성능평가를 실시하였다. 일반적인 상황에서는 온도와 습도 인자의 경우 1개의 센서로 플라스틱온실 내부 환경의 계측이 가능할 수 있으나, 특정구간의 경우 다수의 센서를 활용하여 내부공간의 정밀성을 확보하는 것이 필요하다. CO₂의 경우 실험기간 내의 계측 매트릭스의 증가에도 불구하고 변이를 정의하는데 한계가 있음을 발견하였다. 조도 분포의 경우 일출 이후 지속적으로 회귀분석 결과가 작아짐을 발견하였다. 구조물의 간섭 등을 고려해 동일한 수평적인 방향에서 미계측 지점의 결정계수가 감소하였고, 센서 매트릭스 배치를 작물 높이 위로 위치하여 다수의 센서 노드 설치로 개선 가능하다고 예상된다. 외부 환경의 변화에 따라 온실 내부 환경이 불규칙하게 변화되며, 이 구간은 시설의 규격을 고려하여 계측 매트릭스를 구성해야 한다. 반대로 안정적인 구간에서는 최소한의 센서 노드로 내부 환경의 예측이 가능한 것을 확인할 수 있었다. 결과적으로 측정하고자 하는 환경인자와 시설의 구조 등 연구 및 재배자의 목적에 맞는 계측 매트릭스 위치 선정의 유동성이 요구되며, 덕트의 개폐위치를 조절하여 필요한 곳에 에너지를 투입하는 국소냉난방 및 생육제어 모델링 설계에 적용 가능하다고 판단된다.

• 자원환경지질
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• 제44권3호
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• pp.229-238
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• 2011

가스하이드레이트 부존량 평가에 있어서 해당 부존 지역의 S파 속도 정보는 암상과 공극유체의 정보를 파악하는데 결정적인 역할을 한다. 만일 퇴적층 내에 가스하이드레이트가 존재한다면 이 층에서의 P파 속도와 S파 속도는 동시에 증가하게 되며, 그 하부에 자유가스가 존재하는 경우 P파의 속도는 감소한다. 하지만 S파의 경우 공극을 채우고 있는 유체의 영향을 받지 않고 순수하게 매질을 통해서 진행하므로 하이드레이트 층의 하부에 자유가스층이 존재한다고 해도 그 속도가 변하지 않거나 오히려 매질의 영향으로 그 속도가 증가한다. 본 연구에서는 이러한 특성을 확인하기 위해 울릉분지의 가스하이드레이트 유망지역 중 탄성파 단면상에서 BSR(해저변 모방 반사면)이 강하게 분포하는 한 지점에서 한국지질자원연구원이 2009년 5월에 OBS(해저면 탄성파 기록계)를 이용하여 취득한 해저면 다성분 탄성파 자료를 이용하여 가스하이드레이트 부존 심도 부근의 P파 빛 모드전환 S파의 속도를 구하였다.OBS의 하이드로폰(hydrophone) 성분에 기록된 P파 자료를 이용하여 탄성파 주시 역산법을 수행하여 P파 속도 및 섬도 구조를 도출하였다. 해당지역에 취득한 2차원 반사법 탐사 자료는 기본 전산처리를 통해 구한 탐사지역의 기본 층서모델을 초기모델로 삼았다. 여기에 수평 2성분 지오폰(geophone)에 기록된 자료의 극성 분석을 통해 S파의 에너지가 최대로 모인 radial 성분 단면도를 생성하고 여기서 발췌한 주요 S파 이벤트의 주시를 이용해 포아송 비 정모델링을 수행하여 OBS가 위치한 지점에서의 포아송 비와 S파 속도구조를 최종적으로 도출하였다. 본 연구를 통해 탐사지역의 가스하이드레이트 존재로 인한 BSR 상하부 층의 P파 속도 역전 현상과 P파와는 달리 BSR 상부에서 히부로 갈수록 S파의 속도가 약간 증가하는 경향을 보여 결과적으로 자유가스층의 존재로 인한 BSR 하부에서 포아송 비 감소현상이 뚜렷함을 확인하였다.

• 한국토양비료학회지
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• 제43권6호
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• pp.968-974
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• 2010

본 연구에서는 토양의 가시 근적외선 스펙트럼의 피크중첩에 의한 분석오차를 감소시킴으로써 토양유기물 추정의 정확도 향상을 위해 이산 웨이블릿 변환 (DWT) 신호처리기법의 적용을 검토하고 공간정보모델링을 통해 토양유기물의 분포도를 작성하고자 하였다. 토양유기물 함량에 따른 스펙트럼의 정량적 변화의 강조를 위해 Continuum 제거, 도함수 변환과 함께 Haar, Daubechies DWT 변환된 스펙트럼을 PLSR 모델에 대입하여 산출한 토양유기물 추정식들은 거의 비슷한 결과를 도출하였고 $R^2$ > 0.6, RPD > 1.5 의 '대략적인' 추정 결과를 보였다. 잡음을 줄이고 신호값을 향상시키기 위해 이산 웨이블렛 변환을 적용한 결과에서 오히려 약간 낮은 성능을 나타내었는데 성긴 근사값 (Coarser approximation) 스펙트럼으로 변환되어 추정식의 유의성이 낮아졌을 가능성이 있다. 따라서 토양의 분광스펙트럼에 더 적합한 이산 웨이블렛 필터와 수준 등의 DWT 조건을 찾고 적용함으로써 추정식의 유의성을 향상시킬 수 있을 것으로 본다. 또한, 유기물에 의한 에너지의 흡수, 반사를 일으키는 주요 파장대의 상관성을 분석하여 선택적으로 해당 영역의 스펙트럼이나 파라미터 값을 산출하여 추정모델에 적용하는 시도도 필요할 것으로 사료된다. 이러한 토양유기물의 추정값과 실측값을 이용해 구역 크리깅을 수행하여 분포지도를 작성하였다. 토양 샘플의 유기물 분석값은 평균값을 중심으로 정규분포를 나타내었는데 크리깅 지도에서도 전반적으로 유사한 패턴의 값이 분포하였다. 추정값을 이용한 크리깅 결과도 실측값을 이용한 분포지도와 유사한 공간적 패턴을 나타내었다. 지도의 우하단부와 중앙 부분에서 실측값 분포보다 추정값 분포지도에서 약간 더 높은 경향을 보였는데 이는 토양 유기물의 추정치와 실측치 간의 오차에 의한 것으로 판단된다. 분광 스펙트럼을 이용한 추정 모델은 정확도 제고가 필요한 단계이나 신속성, 용이성 면에 있어서 토양 특성에 대해 광역 단위에서 다량의 시료 분석에 유용할 것으로 보이고, 또한 지역, 세계 규모의 디지털 토양 매핑, 토양 분류 및 원격탐사 자료와의 연계 분석에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 자원환경지질
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• 제56권5호
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• pp.603-618
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• 2023

사용후핵연료(Spent nuclear fuel; SNF) 심지층 처분장의 완충재 소재로서 WRK (waste repository Korea) 벤토나이트가 적합한 지를 평가하기 위하여, 대표적인 방사성 핵종인 U (uranium)에 대한 WRK 벤토나이트의 흡/탈착 특성과 흡착 기작을 규명하는 다양한 분석, 흡/탈착 실내 실험, 동역학 흡착 모델링을 다양한 pH 조건에서 수행하였다. 다양한 특성 분석 결과, 주성분은 Ca-몬모릴로나이트이며, U 흡착 능력이 뛰어난 광물학적·구조적 특징들을 가지고 있었다. WRK 벤토나이트의 U 흡착 효율 및 탈착율을 규명하기 위한 흡/탈착 실험 결과, pH 5, 6, 10, 11 조건에서 WRK 벤토나이트와 U 오염수(1 mg/L)가 낮은 비율(2 g/L)로 혼합되었음에도 불구하고 높은 U 흡착 효율(>74%)과 낮은 U 탈착율(<14%)을 보였으며, 이는 WRK 벤토나이트가 SNF 처분장에서 U 거동을 제한하는 완충재 소재로서 적절하게 사용될 수 있음을 의미한다. pH 3과 7 조건에서는 상대적으로 낮은 U 흡착 효율(<45%)이 나타났으며, 이는 U가 용액의 pH 조건에 따라 다양한 형태로 존재하며, 존재 형태에 따라 상이한 U 흡착 기작을 가지기 때문으로 판단된다. 본 연구 실험 결과와 선행연구를 바탕으로 WRK 벤토나이트의 주요 화학적 U 흡착 기작을 pH 범위에 따라 용액 내 U의 존재 형태에 근거하여 설명하였다. pH 3 이하에서 주로 UO₂²⁺ 형태로 존재하는 U는 벤토나이트 표면의 Si-O 또는 Al-O(OH)와의 정전기적 인력(예: 이온 결합)에 의해 흡착되기 때문에 pH가 감소할수록 음전하 표면이 약해지는 WRK 벤토나이트 특성에 의해 비교적 낮은 U 흡착 효율이 나타났다. pH 7 이상의 알칼리성 조건에서 U는 음이온 U-수산화 복합체(UO₂(OH)₃^-, UO₂(OH)₄^2-, (UO₂)₃(OH)₇^- 등)로 존재하며 비교적 높은 흡착 효율이 나타내는데, 이들은 벤토나이트에 포함된 Si-O 또는 Al-O(OH)의 산소원자를 공유하거나 리간드 교환에 의해 새로운 U-복합체가 형성되어 흡착되거나 수산화물 형태의 공침(co-precipitation)에 의해 벤토나이트에 고정되기 때문이다. pH 7의 중성 조건에서는 pH 5와 6보다 오히려 낮은 U 흡착 효율(42%)이 나타났는데, 이러한 결과는 용액 내 존재하는 탄산염(carbonate)에 의해 U가 U-수산화 복합체보다 용해도가 높은 U-탄산염 복합체로 존재하는 경우 가능하다. 연구 결과 pH를 약산성 또는 염기성 조건으로 유지하거나 용액 내 존재하는 탄산염을 제한함으로써 WRK 벤토나이트의 U 흡착 효율을 높일 수 있는 것으로 나타났다.