• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권6호
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• pp.863-870
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• 2016

본 논문의 목적은 소듐냉각고속로(sodium cooled fast reactor, SFR)와 초임계 $CO_2$ Brayton cycle의 연계 시, 원자로 열수송 계통과 동력변환 계통의 압력 경계를 형성하는 회로인쇄형 열교환기의 경계면에 균열이 발생해 고압(약 200 bar)의 $CO_2$가 상압 수준의 액체소듐유로 측에 유입되었을 때의 물리/화학적 현상을 파악하여 열교환기 설계에 활용 가능한 실험 자료를 생산하는 것이다. 열교환기의 소듐-$CO_2$ 경계면 균열 현상은 경계면의 균열 크기에 따라 미세 균열에 의한 소듐유로막힘(plugging) 현상과 상대적으로 큰 균열에 의한 열교환기 재료손상(wastage) 현상으로 나뉜다. Plugging 실험결과, 소듐유로 직경이 3mm일 때 $CO_2$ 주입 즉시 소듐 흐름이 정지한 반면 소듐유로 직경이 5 mm일 때는 유량이 감소되기 시작하는 시점은 3 mm의 경우와 유사하게 $CO_2$ 주입 즉시 나타났지만 소듐의 흐름이 완전히 정지할 때까지는 상대적으로 오랜 시간이 소요되었다. 이러한 실험결과는 실제 열교환기의 소듐-$CO_2$ 경계면에서 미세균열이 발생했을 때, 소듐유로 직경이 3 mm로 좁을 경우 균열 발생과 동시에 해당 소듐유로가 반응생성물에 의해 막혀 해당 유로 외의 유로들로 지속적인 열교환기 운전이 가능하지만, 소듐유로의 직경이 5 mm로 넓어질 경우 소듐유로가 고체생성물에 의해 즉시 막히지 않고 생성물이 소듐유로를 따라 계통 내부를 이동하다 일정 농도 이상이 되어야 소듐유로를 막게 할 것으로 예상할 수 있는 결과이다. Wastage 실험결과, 열교환의 재질(STS316, Inconel600, G91 합금강), 운전온도($400{\sim}500^{\circ}C$), 노즐직경(0.2~0.8 mm), 시편-노즐 거리(2~6 mm)와 무관하게 고압(약 200~250 bar)의 $CO_2$ 분사에 의한 시편의 물리적 손상(erosion) 현상은 발생하지 않았다. 노즐에서의 분사되는 $CO_2$의 분사속도는 마하 0.4~0.7인 것으로 확인되었다. 본 연구의 실험결과는 열교환기 파손 대처 설계에 배경 실험 자료로 활용될 것으로 기대된다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제7권4호
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• pp.68-76
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• 2002

동래 납석광산 지역의 산성광석배수(ARD)에 의해 오염된 동래천의 공간적 화학조성 변화와 중금속의 제거 과정을 중화실험을 통하여 조사하였다. 광산에 인접한 동래천은 강산성(pH 3.0~4.2)이며 많은 양의 Al. Fe, $SO_4$및 중금속(Pb, Cu, Zn, Cd)을 포함하고 있다. 동래천의 화학조성은 산성배수의 침출지에서부터 수영강과의 합류지점까지 체계적으로 변화한다. 즉, 동래천으로 유입되는 침출수는 Al과 Fe가 풍부하나 하류로 갈수록 Al이 풍부한 조성으로 변한다. 침출수(pH 2.3)는 오염되지 않은 동래천(pH 6.5)과 소규모의 지류(pH 6.2)와 혼합되면서 pH가 최대 4.2까지 증가한다. 이러한 낮은 pH 범위(<4.2)에서는 거의 모든 Fe가 침전되나 Al은 대부분 용존상태로 남게 되어 하류로 갈수록 A띠 풍부한 조성으로 변화하게 된다. 한편, Al이 풍부한 하류의 지표수는 유량이 큰 수영강(pH 6.9)과 혼합되면서 pH가 증가(5.7)하여 흰색의 Al 침전물을 형성시킨다. 침출수를 대상으로 한 중화실험 결과. pH 3.5 이하에서 Fe침전물이, pH 4~6범위에서 Al 침전물이, 그리고 pH 6.0이상에서 Mn침전물이 형성되었다. pH의 증가에 따른 이러한 Fe, Al 및 Mn의 단계적인 침전은 실제 동래천에서 관찰되는 침전물의 형성과 잘 일치하고 있다. 또한 pH 증가에 따른 Fe및 Ai침전물에 의한 중금속의 흡착순서는 Pb>Cu>Cd$\geq$Zn이었으며, 50%의 흡착을 보이는 pH의 값($pH_{50}$은 Pb 3.2, Cu 4.5, Cd 5.2 및 Zn 5.8이었다. 이와 비교하기 위해서, Al이 풍부한 하류의 지표수를 대상으로 한 중화실험 결과, $pH_{50}$의 값은 Pb 4.5, Cu 5.8, Cd 7.4 및 Zn 7.0으로서 침출수에 비해 높은 값을 보였다. 이와 같은 결과로부터, 광산배수에서의 중금속의 제거는 pH의 변화뿐 만 아니라 하천수의 Fe 및 Al의 상대적인 양에 따라 결정됨을 알 수 있다.

• 생태와환경
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• 제50권1호
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• pp.1-15
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• 2017

대청호는 금강의 중 하류에 대댐(>15 m 높이) 건설로 만들어진 저수지이며, 방류시스템은 수문-여수로, 수력발전 방수로 및 취수탑을 가지고 있다. 본 연구의 목적은 저수지의 하류 댐에서 발생하는 탁수 감소, 녹조현상 및 빈 영양 상태에 대한 육수학적 의문점을 파악하기 위한 것이었고, 수문 기상학적 요인을 중심으로 비교분석 하였다. 현장조사는 2000년 1월부터 12월까지 댐과 발전방류구 지점에서 1주 간격으로 수행하였다. 강수량은 유입량, 방류량 및 수위변동과 밀접한 관련성을 보였다. 강우패턴은 장마와 태풍호우에 의존적이었고, 유량, 탁도의 증가는 강우 빈도보다 강도에 더욱 중요하게 반응하였다. 저수지의 수층별 수온과 DO 변동은 기상 수문학적 영향이 컸고, 수온성층, 밀도류 및 방류에 기초 한 수위변동이 주요한 원인으로 작용하였다. 수문 및 발전방류는 각각 수체의 유동과 탁수 영양염의 배출을 유도하였다. 특히, 저층수에서 저산소 또는 빈산소일 때, 발전방류는 저질층에서 용출되는 인(P)을 댐 하류 하천으로 유출하는 데 크게 기여하였다. 또한, 연중 지속적으로 가동되는 발전방류수는 저수지의 하류(정수대)를 저영양 상태로 만들 수 있는 주된 요인이었다. 그리고 저수지의 하류에서 발생하는 녹조현상은 수문-여수로 방류 때 상류의 수체가 하류로 이송 및 확산된 결과이었다. 발전방류수는 저수지 생태계의 물리, 화학 및 생물학적 요인에 시공간적 영향을 광역적으로 미칠 수 있는 중요성과 역동성을 포함하고 있었다.

• 한국환경농학회지
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• 제16권4호
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• pp.394-398
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• 1997

전라북도 진안군 마령면 평지리 일대 1.0ha의 논을 대상으로 벼농사 재배기간중 공급되는 관개수중에 함유된 영양물질과 오염물질의 함량 및 총 관개유량 측정을 통하여 논에 부하되는 영양물질과 중금속의 유입량을 시기별로 조사한 결과는 다음과 같다. 관개용수의 pH는 6.45${\sim}$8.34의 범위였으며, 전기전도도는 관개초기에만 $110{\mu}S/cm$ 수준을 유지하였으며 그밖에는 $90{\mu}S/cm$ 수준을 유지하였다. 전질소, 암모니아태질소 및 질산태질소의 함량은 각각 3.09${\sim}$12.46, 0.17${\sim}$1.34, 2.70~10.72mg/L 수준이었으며, 전인산의 함량은 0.09~0.22mg/L, orthophosphate는 검출되지 않았다. $Ca^{++}$는 0.89~5.12, $Mg^{++}$는 1.12~2.76, $Na^{+}$는 1.74~4.52, $Ka^+$는 1.34~4.18mg/L의 범위였으며 시기별로 큰 차이를 나타내지 않았다. 또한 $Cl^-$와 $SO_4\;^{2-}$는 각각 1.3~24.9, 3.5~20.3mg/L의 범위로 이앙초기에 높았다가 점차적으로 낮아지는 경향이었다. 중금속오염물질중 Cu와 Zn만이 각각 0.001~0.009, 0.007~0.091mg/L로 나타났을 뿐 Pb, Cd, Cr, Ni는 검출되지 않았다. 벼재배기간동안 1.0ha의 논에 $4,250m^3$의 관개수를 공급하였을 때 영양물질의 천연공급량은 전질소 29.68kg/1.0ha, 암모니아태질소 1.80kg/1.0ha, 질산태질소 24.57kg/1.0ha, 전인산 0.51kg/1.0ha으로 나타났다. 대표적인 양이온으로 $Ca^{++},\;Mg^{++},\;Na^+,\;K^+$는 각각 9.42, 7.09, 13.34, 9.08kg/1.0ha의 수준으로 공급되었으며 $Na^{+}>\;Ca^{++}>\;K^{+}>\;Mg^{++}$의 순서였다. 음이온으로 $Cl^-$와 $SO_4\;^{2-}$는 각각 40.27, 41.38kg/1.0ha으로 나타났다. 조사대상 6가지 중금속중 Cu와 Zn만이 관개수를 통하여 각각 0.17kg/1.0ha, 0.133kg/1.0ha 정도 논토양에 부하되었을 뿐 Pb, Cd, Cr, Ni은 검출되지 않았다.

• 한국습지학회지
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• 제21권1호
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• pp.34-42
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• 2019

기저유출은 지표하를 통하여 느리게 하천으로 유입되며 하천 관리에 있어서 중요한 요소이다. 기저유출의 정확한 파악을 위하여 본 연구에서 활용된 주지하수감수곡선(MRC) 방법을 포함한 다양한 방법들이 연구되었지만, 측정 불가능한 기저유출의 특성상 정량적인 평가는 어렵다. MRC를 활용한 선행 연구들은 연구 기간 내에 존재하는 모든 감수부를 활용하였으며 이는 국내환경에서 부정확한 MRC를 유도하였다. 본 연구는 기존에 행해지던 주지하수감수곡선(MRC) 분리방법을 국내 특성을 고려하여 계절과 유황특성으로 구분하고 기저유출 분리에 적용하였다. 연구대상지역은 한강, 낙동강 그리고 금강수계에서 각 3곳의 유량관측점을 선정하여 총 9 곳이며, 수리구조물의 영향이 없도록 상류지역에서 선정하였다. MRC를 도출하기 위하여 기존에 제작된 프로그램을 사용하였으며, 관측점 별로 총 세 개의 MRC를 도출하였다. 전체 기간에 대한 MRC와 본 연구에서 구분한 계절과 유황을 고려한 MRC 두 가지이다. 유황을 고려한 MRC는 낮은 R2값과 감수곡선과 비슷한 추세의 MRC를 도출하였다. 계절을 고려한 MRC의 경우 기저유출분리에 적합한 양상을 보여주었으며 계절별 특성이 뚜렷하게 반영된 MRC를 도출하였다. 두 가지 방법에 따라 도출된 MRC를 비교하였을 때, 계절을 고려한 MRC는 기존의 MRC를 사용한 분리과정에서 과산정 되었던 기저유출량이 감소되고 안정되게 분리되었다. 유황을 고려한 MRC의 경우 그래프 상의 감수부가 다양한 감수양상을 가지고 있었으며 이에 따라 낮은 R2값의 MRC가 도출되었다. 따라서 기저유출을 분리하기 위해선 계절을 고려한 MRC가 더 높은 정확성을 보일 것으로 판단되며, 유황을 고려한 MRC의 경우, 추가적인 보정 작업을 통해서 신뢰도 높은 MRC의 도출이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국환경기술학회지
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• 제19권6호
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• pp.503-513
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• 2018

영산강 수계의 오염총량관리 이행사항 평가 및 원활한 제도 운영을 위해 단위유역 내 행정구역경계에 해당되는 소하천에 대해 지속적으로 시행하는 있는 모니터링 자료를 토대로 특성을 분석하였다. 모니터링 해당기간(2011~2016년) 내 모니터링은 1분기에 비해 2분기 측정 횟수가 많아 목표수질 설정 및 평가 시 측정횟수 등을 고려해야 하며, 일반적 하천처럼 상류지역 보다 하류지역의 하천이 수질이 악화되어 있는 것으로 분석되었다. 더불어 모니터링 지점의 오염부하량을 산정한 결과 풍영정천, 삼포천 등에서 수질이 매우 악화되어 있는 것으로 분석되었다. 이는 유량 및 BOD, T-P의 농도가 높아 영산강 본류의 수질에 미치는 영향이 크므로 수질개선을 위해서는 각종 오염원의 관리가 필요한 것으로 분석되었다. 또한, 목표수질 대상항목인 BOD 및 T-P의 측정항목간의 연관성을 평가하기 위해 지점별로 상관분석을 한 결과 BOD는 COD, TOC와 연관성이 높게 나타나 유기물과 관련된 오염원의 배출에 의한 영향을 받는 것으로, T-P는 SS, COD와의 연관성이 높게 나타나 강우에 의한 유입의 영향을 받는 것으로 나타났다. 본 연구에서의 장기간 모니터링을 수행하여 축적된 수질자료를 분석하고 특성을 파악함으로써 해당수계의 수질관리에 효율적이고 과학적인 방안을 설계함에 있어 기초자료 및 방향을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권3호
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• pp.345-358
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• 2021

본 연구에서는 액화천연가스(LNG; liquefied natural gas) 재기화 과정에서 버려지는 냉열을 회수하는 방법으로 액화 공기를 생산하는 공정을 개발하였다. 액화 공기는 LNG 수출국으로 운송하여 천연가스 액화를 위한 냉매를 부분적으로 대체하는 용도로 활용될 수 있다. 이를 위하여, 액화 공기는 LNG 운반선에 저장 가능한 압력을 만족하여야 한다. 따라서, 가장 널리 사용되는 멤브레인 탱크로 액화 공기를 운송하기 위해 약 1.3 bar에서 공기가 액체 상태로 존재할 수 있도록 설계하였다. 제안한 공정에서, 공기는 LNG와의 열교환 이후 추가적인 질소 냉매 사이클과의 열교환을 통해 과냉된다. LNG 운반선의 최대 용량만큼 액화 공기를 생산할 때 운송비용 측면에서 가장 경제적일 수 있으며, 천연가스 액화공정에서 활용할 수 있는 냉열이 많아지게 된다. 이를 비교하기 위하여, 동일한 1 kg/s의 LNG 공급 조건 하에서 기존 공정을 이용한 Base case와 제안공정 내 유입 공기 유량을 각각 0.50 kg/s, 0.75 kg/s, 1.00 kg/s으로 하는 Case1, Case2, Case3를 구성하고 열역학적 및 경제적 측면에서 분석하였다. 액화 공기 생산량이 많을수록 1kg의 생산량 당 더 많은 에너지가 요구되는 경향을 보였으며 Case3는 Base case 대비 0.18 kWh 높게 나타났다. 그 결과 Case3의 액화 공기 1 kg 당 생산 비용이 $0.0172 더 높게 나타났다. 그러나 액화 공기의 생산량이 증가함에 따라 1 kg 당 운송 비용이 $0.0395 감소하여 전체 비용 측면에서 Case3는 Base case에 비해 1 kg 당 $0.0223 적은 비용으로 액화 공기를 생산 및 운송할 수 있음을 확인하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권2호
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• pp.103-113
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• 2023

하천 합류부는 서로 다른 지형학적 특성과 수리학적 특성을 가지는 두 개의 하천이 하나로 합쳐지는 구간으로 급격한 흐름의 변화 및 퇴적물의 유입과 수리학적 지형변화가 발생하는 구간이다. 합류부 구간에서는 물질의 종류 또는 온도 차로 유체의 흐름이 밀도 차이로 발생하게 되는데 이것을 밀도류라고 한다. 밀도 차이에 의해 성층이 생긴 수체혼합거동을 파악하기 위해서는 본류 및 지류의 일정 구간을 포함하는 합류부 구간에 대한 정밀한 계측 및 관찰이 필요하다. 이러한 수체 혼합에 대한 종합적인 분석은 유속장 및 유량 정보를 취득하여 파악할 수 있지만, 성층류가 흐르는 하천의 서로 상이한 물리적 특성과 수질특성을 가지는 수체의 혼합양상 및 그에 따른 물질혼합양상을 파악하는데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 합류부 구간에서의 수온 분포를 통하여 밀도류를 파악하고자 한다. 하천의 광범위한 데이터 중 연직 자료와 수표면 자료를 취득하였고, 이를 통해 합류부의 성층현상을 확인하고자 하였다. ADCP를 보트 측면에 설치하여 저속운행으로 수리량을 측정하는 방식과 YSI를 이용해 측선설치 없이 측선 선정 후 보트를 이용하여 흐름에 직각인 방향으로 이동하며 실시간 농도를 측정하는 방식으로 얻은 연직자료 중 수온, 전도도(Conductivity) 등의 직독식 센서 데이터 값을 사용하여 수온 차에 따른 수체혼합 패턴을 분석하여 합류부의 혼합양상을 분석하고자 하였다. 본 연구는 기존 수질 측정의 한계였던 1차원적인 측정결과가 나타내는 분석결과를 2차원적으로 보완이 가능하며, 비교 분석한 결과를 토대로 밀도류에 따른 혼합양상 결과가 지니는 혼합패턴을 분석한다면 향후 하천 하류구간의 취수 시스템에 많은 도움을 줄 뿐만 아니라 합류부 구간의 혼합패턴에 따라 수층 내 성층구간의 현황조사와 하천 합류부의 혼합특성 파악하여 합류구간의 수질 관리방안이나 수체 흐름특성을 제시할 수 있을 것으로 사료된다.

• 생태와환경
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• 제56권4호
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• pp.348-362
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• 2023

본 연구는 대하천에 건설된 16개 보의 어도 모니터링 결과를 분석하여, 어도의 운영 및 관리에 도움이 되는 자료를 제공하고자 하였다. 보별 어도 이용률은 평균 64.9%로 확인되었으며, 본류와 어도 모니터링 결과의 우점종을 비교한 결과 총 9개(56.3%)의 보에서 차이를 보였다. 이를 통해 본류에 다수 서식하는 종이 어도를 다수 이용하는 것은 아닌 것으로 확인되었다. 어류의 하루 어도 이용 개체수는 평균 336개체로 확인되었다. 어도 이용 어종을 생태형으로 구분한 결과 92.3%가 일차담수어였으며, 회유성 어종은 5.6%로 높지 않다. 어도 이용 시기에 따른 분석에서 5월부터 10월까지 평균 이상의 어류가 어도를 이용하였으며, 그중 이용 개체수는 6월~8월이 가장 많았다. 5월~7월까지 어도 이용 어종의 80%가 산란시기에 포함되었으며, 이외 시기는 산란시기 포함 어종이 40% 이하로 나타났다. 산란시기와 어도 이용 시기가 크게 일치하는 어류는 밀어, 밀자개, 참몰개, 모래무지, 납지리, 돌고기 순서로 확인되었다. 강정고령보와 달성보의 어도 모니터링 결과를 보의 수위와 비교한 결과, 어도 이용 종수 및 개체수 모두 보의 상류 수위와 양의 상관성을 보였으며, 이를 통해 수위가 높을수록 어도 내 유입 유량이 증가하여 어도의 어류 이용(강정고령보 개체수, P<0.001; 달성보 종수, P<0.05)이 증가하는 것으로 확인되었다. 본 연구에서는 대하천에 건설된 16개 보의 어도 모니터링에 결과를 정리 및 분석하여, 어도의 효율, 어도 운영 및 모니터링 시기 제안, 어도 운영을 위한 수위 조절 등을 고찰하였다. 이는 대하천 어도의 어류 이용 현황에 대한 이해와 더불어, 향후 국내 어도의 설치, 운영, 모니터링 등 관리에 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.