• Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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• v.19 no.2
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• pp.149-154
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• 2005

Conventionally used flocculation tanks require large space and high energy requirement for mixing. Static flocculators using gravel bed filter operate at a lower flow rate ($5-10m^3/m^2{\cdot}h$). Further, the cleaning of this system is difficult. A novel high rate static flocculator/filter developed at UTS packed with buoyant media such as polystyrene, polypropylene has been found to operate at higher filtration rates (30-45 $5-10m^3/m^2{\cdot}h$). They can easily be cleaned with minimal energy. Detailed experiments conducted with an artificial kaolin clay solution show that buoyant media is an excellent static flocculator in producing uniform filterable microflocs (12-15 m) even when it is operated at a high rate of 30-40 m/h. Detailed filtration experiments were conducted in a wastewater treatment plant to treat the biologically treated effluent with a floating media of depth of 120 cm. This filter was able to remove majority of phosphorus and remaining solids. It reduced significantly the fecal coliforms and fecal streptoccoci, thus requiring less amount of chlorine for disinfection. The advantage of this system is the low energy and water requirement for cleaning of filter bed. The periodic backwash adopted 30 seconds air and water and 30 seconds water cleaning every 90 minutes filter operation. Thisis equivalent to 1-2% of filtered water production. Mechanical cleaning system on the other hand, requires very low energy requirement (<1% of filtered water production).

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.292-292
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• 2017

하천에서 주로 부유사의 형태로 이송되는 유사는 크게 점착성 유사와 비점착성 유사로 구분된다. 입자의 크기가 약 $63{\mu}m$이하인 유사는 입자 표면의 전자기적 점착력의 영향이 우세하여 유사입자들은 지속적인 응집현상을 겪는다. 응집 현상을 통해 유사의 가장 단위인 일차입자(Primary Particle)들은 하나의 커다란 덩어리인 플럭(Floc)을 형성한다. 응집현상이 중요한 이유는 형성된 플럭의 크기 및 밀도가 끊임없이 변화하는 데 있다. 크기와 밀도의 지속적인 변화로 인하여 유사의 부유에 직접적으로 관계하는 침강속도가 변화한다. 우리나라의 금강 및 낙동강의 하구는 점착성 유사가 지배적인 환경으로, 하구에서의 유사 이동을 살펴보기 위해서는 흐름 방향 및 연직방향으로의 흐름 특성(Hydrodynamics)변화와 응집 모형을 통한 응집 현상의 고려가 필수적이다. 이에따라, 본 연구에서는 흐름 방향 및 연직방향으로의 2차원 점착성 유사 이동모형에 관한 개념적 틀(Framework)을 제시한다. 2차원 점착성 유사 이동 모형의 개념적 틀은 기존의 1차원 연직 점착성 유사 이동 모형을 근간으로 한다. 모형에서 흐름을 구성하는 지배 방정식은 오일러-오일러 이상방정식(Eulerian-Eulerian Two-Phase Equation)을 통해 얻는다. 유사상(Sediment Phase, Dispersed Phase)와 유체상(Fluid Phase, Continuous Phase)는 혼합물 이론(Mxiture Theory)를 통해 하나의 혼합물 상(Mixture Phase)의 지배방정식으로 대표된다. 난류의 계산은 와점성 모형 중 -${\varepsilon}$모형을 통해 수행되며, 부유사의 농도는 유사의 이송-확산 방정식을 통해 모의된다. 입력된 흐름 조건을 따라 초기 흐름이 모의되면, 유체 내에서 시간에 따른 플럭의 크기가 계산된다. 플럭의 크기가 계산되는 과정에서 밀도와 침강 속도가 계산되며, 그 이후에 유체 내 유사의 농도가 계산된다. 난류 모의가 수행되고 난 이후에, 유속이 재계산 된다. 이러한 과정을 통해 흐름 방향 및 연직 방향으로의 유사 이동 모의가 가능한 2차원 점착성 유사 이동 모형이 개발될 수 있을 것이라고 생각된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.286-286
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• 2018

하천에서 점착성 유사의 부유사는 입자 표면의 전자기적, 생화학적 점착력과 충돌에 의해 플럭(Floc)을 형성하고 응집된 플럭은 하천의 흐름 및 난류에 의해 파괴되기도 한다. 이 과정을 응집현상이라고 한다. 하천의 점착성 유사는 보통 플럭의 형태를 띠며 응집현상으로 인해 플럭의 밀도와 크기는 지속적으로 변화한다. 일반적으로 변화하는 플럭의 크기는 높은 질량 농도에서 증가한다고 알려져 있다(McAnally and Mehta, 2000; Maggi et al., 2007). 하지만 현장 연구에서 실측된 자료들은 종종 플럭의 크기와 농도가 반비례 관계를 가지는 경향을 보여준다(Gartner et al., 2001; Fettweis et al., 2006; Todd, 2014). 이에 따라 본 연구는 현장의 실측 자료가 일반적인 연구와 다르게 플럭의 크기와 농도가 반비례 관계를 가지는 현상을 규명하기 위해 점착성 유사의 이동을 모의하는 1차원 연직 수치 모형으로 수치 실험을 실시하고 그 결과를 분석한다. 수치 실험은 현장연구와 조건이 비슷한 이상적인 조류조건과 정류상태의 한 방향 흐름(Current Flow)을 함께 발생시키고 점착성 유사의 특징인 응집현상을 고려하였다. 모의 결과, 실측 자료와 같이 총 모의 수심 중 하상과 가까운 측정 수심에서는 플럭의 크기와 농도가 반비례 관계를 가지는 경향을 보였다. 그러나 측정 수심이 수표면 쪽으로 갈수록 플럭 크기와 농도가 비례하는 현상을 보였다. 이와 같이 서로 다른 두 가지 결과를 분석하기 위해 플럭의 크기를 결정하는 대표적인 매개변수인 농도와 난류의 강도를 나타내는 난류소산매개변수(Turbulent shear, G)를 가지고 새로운 매개변수를 만들었다. 플럭의 크기를 결정하는 방정식에서 농도는 응집의 과정에 G는 응집과 파괴의 과정에 관여한다고 알려져 있다. 새로운 매개변수로 총 모의 수심에 걸쳐 분석한 결과 하상에서 수표면 쪽으로 갈 때 난류와 농도 모두 줄어들지만 파괴와 응집의 우세를 나타내는 매개변수가 도치되는 현상을 보였다. 즉 하상부근의 강한 난류와 높은 농도가 응집현상을 만들지만 농도는 응집현상에, 난류는 응집과 파괴 모두 관여하므로 상대적으로 농도와 난류가 만들어내는 응집보다 난류가 만드는 파괴가 강할 때 플럭의 크기가 줄어드는 것으로 예측된다. 이에 따라 점착성 유사의 플럭 크기를 예측할 때에는 플럭의 크기가 농도와 선형의 관계를 가지는 것이 아닌 농도와 난류가 함께 작용하는 비선형 관계임을 고려해야 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.87-87
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• 2019

흔히 진흙으로 대표되는 점착성 유사는 모래와 같은 비점착성 유사와 달리 응집 현상으로 인해 지속적으로 유사 입자의 크기가 변화한다. 응집 현상은 점착성 유사 입자의 응집 과정과 파괴과정으로 구성된다. 응집 현상 중 응집 과정은 유사 입자 간의 충돌로 인해 발생하는 것으로 이해되며, 충돌을 야기하는 메커니즘으로는 브라운 운동(Brownian Motion), 차등침강(Differential Settling), 난류 전단 (Turbulent Flow Shear)이 있다. 파괴 과정은 입자간 충돌로 인해 깨지는 것이 아닌 난류 전단(Turbulent Shear)로 인한 덩어리 분리(Massive Splitting)가 발생하는 것으로 이해한다. 이러한 유체의 특성, 흐름 특성 (난류 거동) 뿐만 아니라 유사 입자의 특성 모두의 영향을 받으며 지속적인 응집 현상을 겪는 점착성 유사 입자들은 하나의 커다란 덩어리인 플럭(Floc)을 형성한다. 형성된 플럭의 구조는 프랙탈 기하학을 따르는 것으로 이해된다. 따라서 플럭의 구조는 자기 유사성을 띠며, 플럭의 밀도는 형성된 플럭 크기의 함수가 된다. 플럭의 크기가 증가할수록 플럭의 프랙탈 차원이 감소하며, 플럭의 밀도는 감소한다. 많은 이전의 연구에서 플럭의 침강 속도를 농도에 따른 함수로 가정하고 경험식을 이용하여 산정하나, 유사 입자의 침강 속도는 크기와 밀도의 함수임을 Stokes Law를 통해 생각해 볼 수 있다. 이에 본 연구에서는 응집 현상의 결과물로 형성된 응집물의 크기와 밀도를 각각 산정하고, Stokes Law를 이용하여 침강 속도와 응집물 크기의 관계에 대한 연구를 수행하고자 한다. 보다 심도 있는 연구를 위해서는 응집 현상을 야기하는 메커니즘에 대한 이해가 필수적이다. 간소화된 응집 모형으로부터 얻어진 플럭 크기를 이용하여 프랙탈 차원, 플럭의 밀도를 산정한다. 형성된 응집물의 크기와 침강 속도의 관계에 대한 이해를 통해 보다 정확한 플럭의 침강 속도 산정이 가능할 것으로 생각된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.246-246
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• 2019

점착성 유사는 비점착성 유사보다 작은 입자 크기를 가지며 전자기적 점착력에 의해 연속적인 응집과 파괴의 과정인 응집현상을 겪는다. 응집현상에 의해 생긴 유사 덩어리를 플럭(Floc)이라고 하며 유사의 응집현상은 점착성 유사가 가지는 입자 크기, 침강속도, 밀도를 변화시킨다. 유사의 이동은 크기, 침강속도, 밀도에 영향을 받는다. 따라서 점착성 유사의 여러 특성에 관여하는 입자의 크기에 대한 충분한 이해는 점착성 유사의 이동을 파악하는 데에 필수적이다. 본 연구에서는 점착성 유사의 여러 특성 중, 입자 크기 분포에 대한 특성을 분석하는 것을 수행하였다. 일반적으로 점착성 유사의 연구에서 입도 분포는 Log-normal 분포로 가정하여 사용되고 있다. 그러나 그 적합성에 대해서는 검증된 바가 없다. 따라서 과거 연구에서 조사된 점착성 유사의 입도 분포 자료를 현장에서 측정된 자료와 실험실에서 측정된 자료로 나누어 수집한 후, 표본에 통계학적인 방법인 적합도 검정을 사용하여 실제 어떠한 분포를 모사하는지 살펴보았다. 적합도 검정은 Kolmogorov- Smirnov (K-S)검정을 이용하였으며 K-S 검정의 결과가 유의수준 5%를 통과하는 경우 가정된 분포가 실제 표본을 잘 모사하는 것으로 판단하였다. 적합도 검정 결과, 점착성 유사의 입도 분포는 현장 실험과 실험실 실험에서 다른 특징을 나타내었다. 현장 실험의 경우 입도 분포의 형태가 지수 분포의 형태를 나타내는 경우가 많았으며 Gamma 분포가 우수하게 모사하였다. 실험실 실험의 입도 분포는 일반적인 양의 왜곡도를 가지는 분포를 그렸으며 GEV 분포와 Gamma 분포가 우수하게 모사하였다. 두 경우 모두 Log-normal 분포가 적합하다고 판단되는 경우는 많지 않았다. 그러나 Log-normal 분포에 위치 매개변수를 추가하여 3 매개변수의 분포로 모사한 경우 유의수준 5%를 통과하는 경우가 크게 증가하였다. 향후에는 점착성 유사의 입도 분포를 모사하고 사용함에 있어 Log-normal 분포를 무조건적으로 이용하는 것은 지양해야할 것으로 판단된다. 2 매개변수의 분포를 점착성 유사의 입도분포로 사용할 경우, Gamma 분포를 추천하며, 기존에 사용되던 Log-normal 분포를 사용할 경우 위치 매개변수를 추가하여 3 매개변수의 Log-normal 분포를 이용할 것을 추천한다. 또한 점착성 유사의 입도를 모사하는 분포를 개발하여 사용한다면 점착성 유사의 이동과 특성을 연구할 때 가장 중요한 크기 특성에 대한 많은 정보를 제공할 수 있다고 판단된다.

• Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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• v.35 no.4
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• pp.277-284
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• 2021

The ballasted flocculation effects of the mill scale and magnetite on activated sludge were investigated. Both ballasted flocculants (BF) could remarkably improve the sludge settleability in terms of zone settling velocity (ZSV) and sludge volume index (SVI). With the BF dosage of 0.2 to 2.0 g-BF/g-SS, the magnetite particles showed better efficiency on improving settling behavior of activated sludge than the mill scale due to higher surface area and hydrophobic property. The efficiency of SVI₃₀ with magnetite injection was 2.5 to 11.3% higher than mill scale injection and that of the ZSV appreciated from 23.7% to 44.4% for magnetite injection. Averaged floc size of the BF sludge with magnetite dosage (0.5 g-BF/g-SS) was 2.3 times higher than that of the control sludge. Dewaterability of the sludge was also greatly improved by addition of the BF. The specific resistance to filtration (SRF) was reduced exponentially with increasing the dosage of BF. However, the BF's particle size effect on the SRF looks to be marginal. Consequently, for improving the dewaterability, the BF played a physical role to remove the pore water of the biological flocs by intrusive attachment and a chemical role to induce aggregation of the flocs by charge neutralization.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.4 no.4
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• pp.79-93
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• 1984

The dissolved air flotation(DAF) has been shown to be efficient process for the removal of algae ftom water. The efficiency of DAF can be affected by the volume ratio of pressurized liquid to sample, the pressure pressurized liquid, the contact time, the appropriate coagulant and its amount, the water temperature, the turbulence of reactor, the bubble size and rising velocity etc. The purpose of this paper is to compare the practical bubble rising velocity with the theoretical one, to investigate the adhesion phenomenon of bubbles and floc, and the influence of bubble size and velocity upon the process. The results through theoretical review and experimental investigation are as follows: Ives' equation is more suitable than Stokes' equation in computation of the bubble rising velocity. The collection of bubble and algae floc is convective collection type and resulted from absorption than adhesion or collision. The treatment efficiency is excellent when the bubble sizes are smaller than $l00{\mu}m$, and the turbulence of reactor is small. In the optimum condition of continuous type DAF the volume ratio of pressurized liquid to sample is 15%, the contact time in reactor is 15 minutes, the pressure of pressurized liquid is $4kg/cm^2$ and the distance from jet needle to inlet is 30cm.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.31 no.8
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• pp.673-678
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• 2009

High-rate phosphorous removal by PAC (poly aluminum chloride) coagulation of A2O effluent was investigate to meet the stringent requirement of wastewater discharge from municipal wastewater treatment plant. A series of jar tests were conducted to find optimum coagulation condition and to enhance removal efficiency. The optimum volumetric concentration of PAC was 30 ppm (2.81mol Al/mol P by mol ratio). Only 17.2% of soluble P was removed for 30 minutes' settling without PAC addition, while this increased to 30.3% by dosing 10ppm PAC. It even increased conspicuously from 49.3% to 88.4% by increasing PAC dose from 20 ppm to 30 ppm. 92.4% of total P was removed by 30 ppm PAC, and the effluent concentration (0.3 mg/L) was acceptable for discharge. The optimum value of coagulation time, settling time, and pH were 4minutes, 20 minutes, and 7.0, respectively. It was not necessary to control pH of raw sample whose pH was 7.0. Soluble P removal was remarkably enhanced at pH 7.0. This implied that sweep floc formation by $Al(OH)_3$ was the main mechanism of coagulation for soluble P removal. Influent and effluent of secondary clarifier were tested for coagulation, and the effluent was better for high-rate P removal. It resulted in 0.18 mg/L of P and 95.4% of P removal by coagulation. It was favorable to recycle the treated water to coagulation tank and the optimum recycle ratio was 0.3.

• Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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• v.14 no.1
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• pp.151-159
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• 2006

In these days, the importance of sludge treatment is emerging due to the London Convention, so this study was conducted to propose the alternatives for the improved sludge treatment on the organic wastewater and sewage sludge with JAR test and settling column equipped with stirrer. The minimum coagulant dosage to earn the optimum sludge settling efficiency resulted from 200mg/l and each critical sludge settling interface showed no distinct difference when PAC was dosed over 200mg/l. Accordingly, Clarification Rate(CR) with 200mg/l dosage was calculated to CR=(Ho-Ht) / Ho=1-0.4=0.6 because the critical sludge settling height stopped at 0.4. The settling velocity of sludge interface was decreased with the increase of MLSS concentration but rather increased with MLSS concentration over 1,000mg/l. This resulted from positive effect of interacted coagulation for floc formation by transfer to the zone of compressed settling when MLSS concentration increased over 1,000mg/l. The settling velocity of sludge interface showed $28.66{\times}10^{-3}/min$ for average settling velocity of sewage sludge which is 6.7 times higher than $4.25{\times}10^{-3}/min$ for average settling velocity of organic wastewater sludge. The increasing rate of CR for organic wastewater activated sludge was higher than that of settling velocity under 200mg/l of PAC dosage but settling velocity was higher than CR over 200mg/l of PAC dosage. However, in case of sewage sludge, the differential rate of CR was low when PAC dosage was increased but the settling velocity was suddenly increased with over 200mg/l dosage. Therefore coagulation effect was more efficient to MLSS settling velocity rather than SS removal effect in the supernatant.

• Korean Journal of Environmental Biology
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• v.37 no.2
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• pp.155-163
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• 2019

The Paralichthys olivaceus (mean weight 34.3±3.5 g) was used in the conduction of density experiment in this study to establish the optimal density determination for a period of 13 weeks. The density consisted of four groups. These were group 1 (500 fish, 40 fish m^-2), group 2 (750 fish, 60 fish m^-2), group 3 (1,000 fish, 80 fish m^-2) and group 4 (1,250 fish, 100 fish m^-2), each in 12.56 ㎡ circular water tanks. In the high density groups, such as groups 1 and 2, the nitrite was increased to over 21 mg L^-1 (group 3) and 25 mg L^-1 (group 4). The experiment of the groups was terminated by skin ulcers and mortality after 49 days for group 3 and 43 days for group 4. The water quality environment, such as the water temperature, dissolved oxygen, salinity and pH, remained constant. The ammonia and nitrite in groups 1 and 2 remained stable after ammonia and nitrite peak. However, the experiments in groups 3 and 4 were terminated due to the mortality induced by high nitrite. Hematological parameters, such as hemoglobin and hematocrit, were significantly decreased in the high density groups. The plasma components were significantly changed in the high density groups, such as groups 3 and 4. The mean weight of groups 1 and 2 after 13 weeks were 91.3 g and 83.7 g, respectively. The survival rates were 99.4% and 98.2%, respectively. The final FCR was 0.6 in both groups. The results of this study show that the density of 80 fish m^-2 or more induce mortality due to high nitrite with hematological changes. Additionally, they indicate that the 60 fish m^-2 indicate proper density in bio-floc environment in olive flounder weighing less than 100 g.