• 한국습지학회지
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• 제25권2호
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• pp.145-158
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• 2023

인공습지(CW)는 도시 폐수처리를 위한 효과적인 기술로, 물리-화학적 및 생물학적 자연처리과정을 통해 오염 물질이 제거된다. 본 연구는 서지학적 분석 방법을 통하여 인공습지의 현재까지의 연구 진행 상황과 향후 연구 동향을 조사하였다. 인공습지를 통한 페수 처리 성능 평가 분석을 위하여 최근 출판된 논문(오픈 액세스 학술지 포함) 100편을 기반으로 종합적 분석 및 검토를 수행하였다. 분석 결과, 스페인, 중국, 이탈리아, 미국이 논문 출판수가 두드러지는 것으로 나타났다. 논문에서 가장 많이 사용된 핵심용어는 수질(n=19), 식물 정화(n=13), 강우유출수(n=11), 인(n=11) 순으로 나타났으며, 수질개선과 영양염류 제거에 대한 인공습지의 효율성 관련 연구가 폭넓게 연구되고 있는 것으로 분석되었다. 검토된 다양한 유형의 인공습지 중 Hybrid 형태의 인공습지가 TSS(95.67%) 및BOD(88.67%)으로 오염물질 저감효율이 가장 높은 것으로 나타났으며, VSSF, HSSF는 TSS 제거(83.25% 및 78.83%)에 가장 효과적인 것으로 조사되었다. VSSF 습지는 가장 높은 COD 제거 효율(71.82%)을 보였다. 일반적으로 인공습지에서 물리적 처리(예: 침전, 여과, 흡착)와 생물학적 메커니즘(예: 생분해)은 TSS, BOD, COD 제거 효율에 영향을 미치기 때문이다. Hybrid 형태의 인공습지는 호기성 및 혐기성 조건, 다양한 식생 유형, 다양한 매체 구성 등의 다양한 인자와 여러 처리 과정을 통해 미생물 활성도 증가 및 질소 처리를 통해 TN(60.78%)의 높은 저감효과를 보였다. FWS 형태의 인공습지는 퇴적물에 결합된 인을 침전 및 식물의 흡수를 통해 높은TP 제거효율(54.50%)로 나타났습니다. 일반적으로 인공습지에는 식물 정화 능력이 뛰어난 Phragmites, Cyperus, Iris 및 Typha 이 적용되고 있다. 본 연구는 향후 도시 지역에서 발생되는 폐수 처리를 위한 지속 가능한 대안으로 제시 가능할 것으로 사료된다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제29권5호
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• pp.269-277
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• 2017

최근, 해변모래의 침식을 방지하기 위해 잠제를 설치하고 있다. 잠제설치는 모래 침식의 손실을 최소화하기 위해 만들어졌다. 이런 이유로, 잠제를 무분별하게 전국적으로 계획하여 건설하고 있다. 그러나 해안선 유지를 위해 설치된 잠제는 상당히 문제가 있는 방법이다. 고가의 건설비, 해양공간이용, 해수수질, 해안선 변화 등의 단점도 있다. 특히, 해양 레저를 즐기는 이용자들은 해상공간이 단절되기 때문에 이를 좋아하지 않는다. 광안리와 같은 해수욕장은 인위적으로 양빈모래를 공급하여 해수욕장을 유지하는 곳이다. 연성공법이란 양빈모래의 유실방지를 위해 수중에 잠재를 대신하여 유동성 재질로 폭 넓은 연성구조물을 설치하는 공법을 말한다. 본 연구는 해변 침식을 완화할 수 있는 연성공법의 일환으로 cell group을 설치하였다. 즉, 양빈모래의 유실을 막기 위해 잠제 대신에 cell group을 사용하여 사빈침식의 정도를 완화 할 수 있는 공법을 적용한 것이다. 2차원 고정상 실험에서 cell group의 설치로 인한 파고감소효과 및 저반사율을 제시하였고, 이동상 수리모형실험에서, cell group 설치로 인한 양빈모래의 포착률과 양빈 모래의 침식방지율을 제안하였다. 따라서 수리모형실험의 결과에 의하면 침식해안의 사빈에 cell group을 설치하면 파고감소효과, 저반사율과, 양빈사의 침식방지율, 양빈사의 높은 포착률에 의해 양빈사의 유출이 방지되어 안정된 해안을 유지할 수 있었다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제7권4호
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• pp.262-273
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• 2020

본 연구에서 사용한 바이오폴리머 (biopolymer)는 친환경 제방 건설 소재로 연구 되고 있다. 이러한 바이오폴리머를 토양에 혼합할 경우 이온결합 및 수소결합을 통해 토양의 강도 증진 효과가 잘 알려져 있지만 바이오폴리머와 혼합된 토양이 식물에 미치는 영향은 자세히 알려져 있지 않다. 본 연구는 Zn 과잉 스트레스 조건에서 바이오폴리머의 토양 혼합이 Camelina sativa L. (Camelina)에 미치는 영향을 분석 하였다. Camelina의 생장실험을 기반으로, Zn 과잉 스트레스에 대한 최적의 바이오폴리머 혼합 비율은 0.5%로 결정하여 연구를 진행하였다. Zn 과잉 스트레스 하에서, BG 또는 XG 혼합구의 Camelina는 바이오폴리머 비혼합구에 비해 높은 생장을 보였으며, Zn 과잉 스트레스 피해 지표인 Malondialdehyde (MDA) 함량과 전해질유출도의 감소를 나타냈다. 바이오폴리머의 Zn 결합능을 DTZ (1,5-diphenylthiocarbazone)을 이용하여 분석한 결과, BG 또는 XG 모두 명확한 Zn 흡착 반응을 보였다. DTZ 염색 및 ICP-OES 분석에서, Zn 과잉 스트레스에 의한 Camelina의 Zn 흡수량이 BG 또는 XG 혼합에 의해 현저히 감소함을 확인하였다. 그리고, BG 또는 XG의 혼합은 Camelina의 중금속 수송체 Heavy metal ATPase (HMA)의 발현을 유도하지 않았으며, 야생형 (wildtype, WT)보다 CsHMA3가 과발현 된 Camelina에서 BG 또는 XG 혼합구와 유사한 수준의 Zn 과잉 스트레스 저감 효과를 확인하였다. 결론적으로, 바이오폴리머의 토양 혼합은 바이오폴리머와 Zn 사이의 결합에 의해 Camelina에 과도한 Zn 이온이 흡수되는 것을 방지하여 Zn 독성 피해를 감소시키는 것으로 확인되었다. 더 나아가 바이오폴리머의 토양혼합은 제방강화뿐만 아니라 중금속으로 오염된 토양에서 식물 생존에 긍정적으로 작용할 것이라 판단된다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제16권2호
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• pp.102-114
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• 2013

인공호수인 시화호 유역은 우리나라에서 가장 고도로 산업화가 진행되고 있는 지역 중 하나이며 현재 조력발전소 가동으로 인한 수질변화가 예상되고 있다. 본 연구에서는 2011~2012년 동안 총 14회에 거쳐 시화호 내 외측의 투명도, 저층 용존산소 포화도, 용존무기인, 용존무기질소 및 클로로필-a의 조사결과를 개정된 수질평가기준(수질평가지수, WQI)에 적용하여 시화호 주변해역의 시 공간적 수질변화 특성과 조력발전소 가동에 따른 수질개선 효과를 평가하였다. 수질평가지수는 시화호 내측의 산업단지 주변과 외측의 하수처리장 방류구 주변에서 상대적으로 높았으며 각각 시화방조제와 외해역으로 갈수록 감소하는 수평분포 특성을 나타내었다. 시화호 내 외측의 수질은 주로 시화호 유역의 산업지역, 도심지역 및 농촌지역에 산재하는 비점오염유출과 하수처리장 방류에 큰 영향을 받고 있는 것을 알 수 있었다. 시화호 내측 수질평가지수는 2011년 평균 53.0(IV 등급, 나쁨)에서 2012년 평균 42.8(III 등급, 보통)로 큰 폭으로 감소하였다. 조력발전소 가동이 해수교환량을 증가시켜 저층 빈산소 환경이 약화되어 시화호 수질이 크게 개선된 것으로 나타났다. 시화호 외측 수질평가지수는 2011년과 2012년 각각 37.4와 35.3으로 모두 보통(III 등급)의 수질상태를 보여 조력발전소 가동 이후 내측 해수의 외측 방류에 의한 수질 오염은 없는 것으로 판단된다. 그러나 군집분석 결과, 산업단지 주변의 시화호 상류지역은 조력발전소 가동을 통한 수질개선 효과가 미미한 것으로 나타났으며, 강우가 집중되는 여름철에 수질이 악화되고 있어 시화호 전체 수질을 개선시키기 위해서는 하천이나 우수토구를 통한 비점오염물질 관리 및 저감대책이 시급한 것으로 판단된다.

• 한국환경농학회지
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• 제37권4호
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• pp.268-276
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• 2018

본 연구는 일반인에게 안전한 실내공기질 개선수단으로 인식되는 공기정화식물의 효율적 적용을 위해 실내공조에 요구되는 총풍량 확보가 가능한 식생기반 바이오필터 시스템을 제안하고자 했다. 시스템의 정량적 성능평가는 강의실형태의 실험실 체적 $332.73m^3$ 내 16명의 재실자 조건에서 목업단위 시스템의 공조 성능, 실내공기질 및 쾌적지표 개선효과에 대한 시계열 분석으로 진행되었다. 우선, 시스템 구동을 통해 총 $1,411.22m^3/h$의 유출 총풍량을 확보하여, 4.24 ACH의 환기율을 제공할 수 있었다. 실내온도는 $1.6^{\circ}C$, 흑구온도는 $1.0^{\circ}C$ 감소가 확인되었으며, 상대습도는 24.4% 상승한 최대 82.0%까지 증가하였다. 상대습도 급증에 따른 쾌적도 감소현상은 송풍기 구동에 따라 발생되는 실내기류로 상쇄되는 것으로 판단된다. 또한, 시스템 가동에 따른 공기질 개선지표 중 $PM_{10}$은 39.5% 감소한 평균 $22.11{\mu}g/m^3$을 기록하였다. 반면, $CO_2$는 최대 1,329 ppm까지 지속적으로 농도가 상승했는데, 이는 광도조건이 광보상점을 만족하지 못해 적용 식물과 재실자에서 방출되는 $CO_2$가 처리되지 못한 것으로 해석된다. 실내쾌적지표의 경우 PMV는 평균 83.6 % 감소된 -0.082, PPD는 평균 47.0% 감소된 5.41%에 수렴하여 식생기반 바이오필터 구동에 의해 높은 쾌적범위의 실내공간조성이 가능한 것으로 판단되었다. 본 연구의 한계는 소수 참여인원과 단기간 실험으로 인하여 시스템의 성능 규명이 제한적인 부분이었으며, 보다 장기간의 실험을 통해 바이오필터에 도입된 식생의 생육상태에 따른 압력손실 변화, 미세먼지 저감에 대한 구체적인 메커니즘 규명 등의 후속연구가 진행되어야 할 것이다.

• 대한환경공학회지
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• 제27권12호
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• pp.1249-1256
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• 2005

본 연구에서는 pilot 정수처리 공정 내에서 pH, 총용존고형물(TDS), 알칼리도 및 칼슘경도 등을 조절하여 송 배 급수관내의 CCPP(Calcium Carbonate Precipitation Potential)를 생성시켰으며 이 생성된 수용액이 모의관로에서 어느 정도 부식방지 효과가 있는지를 조사하였다. CCPP로 조절된 처리수는 실제 송 배 급수시스템에 사용되고 있는 상수도 관망의 재질을 선택하여 모의관로(Simulated Distribution System, SDS) pilot plant를 만들어 운전하였다. 운전결과 $Ca(OH)_2$, $CO_2$ gas, $Na_2CO_3$ 등으로 수질을 조절한 모의관로와 조절하지 않은 매설관로에서의 CCPP 농도는 평균 0.61 mg/L 및 -7.77 mg/L로 많은 차이를 보였다. 또한 수질을 조절한 모의관로와 조절하지 않은 매설관로 유출수의 Fe, Zn, Cu 이온들의 분석결과 모의관로의 경우가 매설관로에 비해 중금속 농도변화가 크게 저감되었다. 모의관로에서 CCPP 조절에 의해 형성된 피막은 6개월이 경과한 이후에는 scale이 형성되었으며 시간이 경과할수록 보다 조밀하고 고르게 형성되는 것을 관찰할 수 있었다. 수질조절 후 형성된 방식 피막의 결정화합물 성분 및 구조를 파악하기 위해 아연도 강관 내벽에 형성된 scale의 XRD 분석을 실시하였다. 분석결과 10개월이 경과한 경우에는 $Zn_4CO_3(OH)_6{\cdot}H_2O$(Zinc Carbonate Hydroxide Hydrate)로 나타났으며 19개월이 경과한 후의 XRD 분석결과는 $CaCO_3$(Calcium Carbonate) 및 $ZnCO_3$(Smithsonite) 형태로 변화하는 것을 알 수 있었다.

• 대한환경공학회지
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• 제35권12호
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• pp.889-896
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• 2013

수중의 미량 유해물질 제거를 위해 AOP 공정에 대한 관심이 증대되고 있다. 낙동강 하류에 위치한 정수장들은 대부분 $O_3/BAC$ 공정을 채택하여 운전 중에 있으며, AOP 공정의 일종인 peroxone 공정의 적용에 많은 관심을 가지고 있다. 본 연구에서는 $O_3/BAC$ 공정을 운전 중인 정수장에서 과산화수소를 투입할 경우에 후단의 BAC 공정에서의 잔류 과산화수소의 제거 특성을 biofiltration 공정과 함께 평가하였다. 유입수의 수온 및 과산화수소 농도변화 실험에서 biofilteration 공정은 낮은 수온에서 유입수 중의 과산화수소 농도가 증가하면 급격히 생물분해능이 저하된 반면, BAC 공정에서는 비교적 안정적인 효율을 유지하였다. 유입수의 수온을 $20^{\circ}C$, 과산화수소 투입농도를 300 mg/L로 고정하여 78시간 동안 연속으로 투입한 실험에서 biofilteration 공정은 EBCT 5~15분의 경우 운전 24~71시간 후에는 유입된 과산화수소가 거의 제거되지 않았으나, BAC 공정에서는 78시간 후의 과산화수소 제거율이 EBCT 5~15분일 때 38%~91%로 나타났다. 또한, 78시간 동안 연속 투입실험 후의 biofilter와 BAC 부착 박테리아들의 생체량과 활성도는 각각 $6.0{\times}10^4CFU/g$과 $0.54mg{\cdot}C/m^3{\cdot}hr$ 및 $0.4{\times}10^8CFU/g$과 $1.42mg{\cdot}C/m^3{\cdot}hr$로 나타나 운전초기에 비해 biofilter에서는 생체량과 활성도가 각각 99%와 72% 감소하였으며, BAC의 경우는 각각 68%와 53%의 감소율을 나타내었다. BAC 공정에서 생물분해 속도상수($k_{bio}$)와 반감기($t_{1/2}$)를 조사한 결과, 수온 $5^{\circ}C$에서 과산화수소 농도가 10 mg/L에서 300 mg/L로 증가할수록 $k_{bio}$는 $1.173min^{-1}$에서 $0.183min^{-1}$으로 감소하였고, $t_{1/2}$은 0.591 min에서 3.787 min으로 증가하였다. 수온 $25^{\circ}C$의 경우 $k_{bio}$와 $t_{1/2}$은 $1.510min^{-1}$에서 $0.498min^{-1}$ 및 0.459 min에서 1.392 min으로 나타나 수온 $5^{\circ}C$에 비해 수온이 $15^{\circ}C$와 $25^{\circ}C$로 상승할 경우 $k_{bio}$는 각각 1.1배~2.1배 및 1,3배~4.4배 정도 증가하였다. $O_3/BAC$ 공정을 운전 중인 정수장에서 peroxone 공정의 적용을 위해 과산화수소 투입을 고려할 경우, 후단의 BAC 공정에서 잔류 과산화수소를 효과적으로 제거 가능하였고, 고농도의 과산화수소 유출사고시에는 BAC 공정의 EBCT를 최대한 증가시켜 운전할 경우 수중의 과산화수소 농도를 최대한 저감시킬 수 있을 것으로 판단된다.