• 청정기술
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• 제28권2호
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• pp.117-122
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• 2022

본 연구는 80 kW 연소로에서 초 저 NO_x 버너를 개발하고 실험한 결과를 나타낸 것이다. 실험은 80 kW 단일 버너 연소로에서 진행되었으며, swirl number 변화, 총 당량비, 1차 / 2차 산화제 비율을 변경하여 진행하였다. 본 연구에서는 가스(LNG)를 보조연료로 사용하여 NO_x 생성량을 크게 감소 시킬 수 있었다. 화력발전소에서 석탄 연소 시 발생하는 NO_x의 양은 약 300 ppm이다. 그러나 본 연구에서 사용된 버너는 LNG를 혼소하여 NO_x의 양을 40 ppm까지 감소 시킬 수 있었다. 1차 산화제의 투입량이 보조 연료인 가스가 연소될 만큼만 사용하여 가스와 석탄을 동시에 투입하면 연소가스가 버너 출구에서 고온영역을 형성하여 석탄을 휘발시키므로 N 탈휘발에 포함되어 배출된다. 그러므로 이 후 석탄이 연소 되면 석탄내 포함된 N이 거의 없기 때문에 NO_x 생성량이 감소하는 것이다. 본 연구 결과를 바탕으로 실제 화력발전소 버너를 개발한다면 NO_x 생성을 연소 초기에 대량 감소시킬 수 있을 것으로 예상된다.

• Journal of Animal Science and Technology
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• 제64권3호
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• pp.539-563
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• 2022

Nine pig farms were evaluated for the welfare quality in Korea using animal- and environment-based parameters (particularly air quality parameters) during the winter of 2013. The Welfare Quality^® (WQ^®) protocol consists of 12 criteria within four principles. The WQ^® protocol classifies farms into four categories ranging from 'excellent' to 'not classified'. Each of these criteria has specific measures for calculating scores. Calculations for the welfare scores were conducted online using the calculation model in the WQ^® protocol. Environment-based parameters like microclimate (i.e., temperature, relative humidity, air speed, and particulate matter), bacteria (total airborne bacteria, airborne total coliform, and airborne total Escherichia coli), concentration of gases (carbon dioxide, ammonia, and hydrogen sulfide) were measured to investigate the relationship between animal- and environment-based parameters. Correlations between the results of animal- and environment-based parameters were estimated using spearman correlation coefficient. The overall assessments found that five out of nine farms were 'acceptable', and four farms were 'enhanced'; no farm was 'not classified'. The average score for the four principles across the nine farms, in decreasing order, were 'good feeding' (63.13 points) > 'good housing' (59.26 points) > 'good health' (33.47 points) > 'appropriate behaviors' (25.48 points). In the result of the environment aspect, the relative humidity of farms 2 (93.4%), 3 (100%), and 9 (98%) was much higher than the recommended maximum relative humidity of 80%, and four out of the nine farms had ammonia concentrations greater than 40 ppm. Ammonia had negative correlations with 'positive social behaviors' and positive emotional states: content, enjoying, sociable, playful, lively, happy and it had positive correlations with negative emotional states: aimless, distressed. The concentration of carbon dioxide had negative correlations with positive emotional states; calm, sociable, playful, happy and it had a positive correlation with negative emotional state; aimless. Our results indicate that the control of the environment for growing pigs can help improve their welfare, particularly via good air quality (carbon dioxide, ammonia, hydrogen sulfide).

• 한국물환경학회지
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• 제39권2호
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• pp.162-174
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• 2023

In order to prevent water pollution caused by organic matter, Total Organic Carbon(TOC) has been adopted indicator and monitored. TOC can be divided into Dissolved Organic Carbon(DOC) and Particulate Organic Carbon(POC). POC is largely precipitated and removed during stream flow, which making DOC environmentally significant. However, there are lack of studies to define spatio-temporal distributions of DOC in stream affected by various land use. Therefore, it is necessary to estimate the past DOC concentration using other water quality indicators to evaluate status of watershed management. In this study, DOC was estimated by correlation and regression analysis using three different organic matter indicators monitored in mixed land-use watersheds. The results of correlation analysis showed that DOC has the highest correlation with TOC. Based on the results of the correlation analysis, the single- and multiple-regression models were developed using Biochemical Oxygen Demand(BOD), Chemical Oxygen Demand(COD), and TOC. The results of the prediction accuracy for three different regression models showed that the single-regression model with TOC was better than those of the other multiple-regression models. The trend analysis using extended average concentration DOC data shows that DOC tends to decrease reflecting watershed management. This study could contribute to assessment and management of organic water pollution in mixed land-use watershed by suggesting methods for assessment of unmeasured DOC concentration.

• 한국환경보건학회지
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• 제49권4호
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• pp.218-227
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• 2023

Background: Since 2019, the Ministry of Environment has implemented a seasonal fine dust management system from December to March, targeting high PM_2.5 levels with the aim of reducing PM_2.5 concentrations and protecting public health. The focus of improving the seasonal management system lies in the atmospheric PM_2.5 levels. Considering the primary goal of protecting public health, it is necessary to analyze the policy effects from an exposure perspective rather than a concentration-based approach. Objectives: This study aims to quantitatively assess the improvement of indoor PM_2.5 levels and the health impacts of the seasonal management system by comparing the periods before and during its implementation in residential environments. Methods: PM_2.5 concentrations within residential environments in a metropolitan area were measured using an optical particle counter (IAQ-C7, K-weather, Ltd, Korea) at one-minute intervals during the pre-implementation period (November 21~25, 2022) and during the implementation period (December 19~23, 2022). Based on the measured PM_2.5 concentrations, a quantitative evaluation of cancer and mortality risks was conducted according to age and gender. Results: The results of comparing indoor and outdoor PM_2.5 concentrations before and during the implementation of the seasonal management system showed a decrease of approximately 56.6% and 47.9%, respectively. Health risk assessments revealed that both the safety-limit-based and safety-target-based Hazard Quotients (HQ) exceeded the threshold of 0.1 for children under 19 years of age, both before and after the implementation. The mortality risk decreased by approximately 47.9% after the implementation, with children aged 0-9 showing the highest mortality risk at 0.9%. Conclusions: The findings of this study confirmed the positive health impacts of the seasonal management system across all age groups, particularly children under 19 who are more vulnerable to fine dust exposure.

• 한국환경보건학회지
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• 제49권4호
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• pp.183-189
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• 2023

Background: The indoor air quality of classrooms, in which the capacity per unit area is high and students spend time together, must be managed for safety and comfort. It is necessary to develop an eco-friendly indoor air quality reduction method rather than biased management that relies solely on air purifiers. Objectives: In this study, plants and air purifiers were installed in middle school classrooms to evaluate the indoor PM_2.5 reduction. Methods: Four middle school classrooms were selected as test beds. Air quality was monitored in real-time every one minute using IoT equipment installed in the classrooms, corridors, and rooftops. After measuring the background concentration, plants and air purifiers were installed in the classroom and the PM_2.5 reduction effect was analyzed through continuous monitoring. Results: After installing the plants and air purifiers, the average PM_2.5 concentration was 33.7 ㎍/m³ in the classrooms without plants and air purifiers, 25.6 ㎍/m³ in classrooms with plants only, and 21.7 ㎍/m³ in classrooms with air purifiers only. In the classroom where plants and air purifiers were installed together, it was 20.0 ㎍/m³. The reduction rates before and after installation were 4.5% for classrooms with plants only, 16.5% for classrooms with air purifiers only, and 27.6% for classrooms with both plants and air purifiers. The I/O ratio, which compares the concentration of PM_2.5 in classrooms with corridors and outside air, also showed the lowest in the order of plants and air purifiers, air purifiers, and plant-only classrooms. Conclusions: The PM_2.5 reduction effect of using plants was confirmed, and it is expected to be used as basic data for the development of environmentally-friendly indoor air quality improvement methods.

• 한국환경농학회지
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• 제42권1호
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• pp.28-34
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• 2023

Nitrogen fertilizers applied to agricultural lands for crop cultivation can be volatilized as ammonia. The released ammonia can catalyze the formation of ultrafine dust (particulate matter, PM2.5), classified as a short-lived climate change pollutant, in the atmosphere. Currently, one of the prominent methods for fertilizer application in agricultural lands is soil surface application, which comprises spraying the fertilizers onto the soil surface, followed by mixing the fertilizers with the soil. Owing to the low nitrogen absorption rate of crops, when nitrogen fertilizers are applied in this manner, they can be lost from land surfaces through volatilization. Therefore, investigating a new fertilization method to reduce ammonia emissions and increase the fertilizer utilization efficiency of crops is necessary. In this study, to develop a method for reducing ammonia emissions from nitrogen fertilizers applied to soil surfaces, deep fertilization was conducted using a newly developed deep fertilization device, and ammonia emissions from barley, garlic, and onion fields were examined. Conventional fertilization (surface application) and deep fertilization (soil depth of 25 cm) were conducted for analysis. The fertilization rate was 100% of the standard fertilization rate used for barley, and deep fertilization of N, P, and K fertilizers was implemented. Ammonia emissions were collected using a wind tunnel chamber, and quantified subsequently susing the indole-phenol blue method. Ammonia emissions released from the basal fertilizer application persisted for approximately 58 d, beginning from approximately 3 d after fertilization in conventional treatments; however, ammonia was not released from deep fertilization. Moreover, barley, garlic, and onion yields were higher in the deep fertilization treatment than in the conventional fertilization treatment. In conclusion, a new fertilization method was identified as an alternative to the current approach of spraying fertilizers on the soil surface. This new method, which involves injecting nitrogen fertilizers at a soil depth of 25 cm, has the potential to reduce ammonia emissions and increase the yields of barley, garlic, and onion.

• 한국지반공학회논문집
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• 제25권5호
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• pp.75-86
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• 2009

공학적 관점에서 용해가능한 가장 흔한 재료인 소금은 고결화 작용에 있어서 역학적 거동에 큰 영향을 미친다. 이러한 자연적 현상을 조사하기 위하여 용해되지 않는 재료인 글라스비즈와 소금물을 혼합하여 시료를 조성한 후 오븐을 이용하여 포화도를 변화시켜가면서 실험을 수행하였다. 입자크기가 0.26, 0.50, 1.29mm인 3종류의 글라스비즈와 0.0, 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 2.0M의 소금물에 대하여 각각의 시료를 조성 후 벤더 엘리먼트와 피에조 디스크 엘리먼트를 이용하여 전단파와 압축파를 측정하였다 소금에 의한 고결화 발생에서 전단파와 압축파 속도 모두 포화도에 따른 세가지 단계를 보여주었다: 1) 포차도가 $100%{\sim}90%$인 구간으로 전단파의 속도는 증가하고 압축파의 속도는 감소한다; 2) 포화도가 $90%{\sim}10%$인 구간으로 전단파와 압축파의 속도에 큰 변화가 없파; 3) 포화도가 $10%{\sim}0%$인 구간으로 전단파 및 압축파는 큰 변화를 보인다. 또한, 전단파의 공진주파수는 전단파의 속도 변화양상과 비슷한 경향을 보였다. 본 연구는 용해된 소금의 고결화에 따른 지반재료들의 탄성파 특성의 의미있는 경향을 보여준다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권12호
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• pp.103-111
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• 2008

지반은 화학적 및 물리적인 작용으로 인하여 지반 자체가 용해되어 지반 재료 자체가 자연적으로 소실(Vanishing)되는 입자를 포함하고 있다. 지반의 소실은 입자로 구성된 재질에서 국부적인 간극 및 투수계수의 증가와 같은 미소구조의 변화를 유발하여 지반의 강도와 변형에 영향을 미친다. 본 논문에서는 지반 재료의 소실 발생 시 대상지반의 국부적인 강성의 변화특성을 파악하기 위하여 소금과 모래를 여러 가지 부피비로 혼합하여 사용하였다. 실험은 전단파 측정을 위한 벤더 엘리먼트가 설치된 압밀셀을 이용하여 수행하였다. 입자의 용해는 다양한 구속응력 하에서 시료를 포화시켜 수행하였다. 축방향 변형률과 전단파 신호를 매 하중 단계와 입자용해 시 측정하였다. 실험 결과, 입자 용해 후 축방향변형률과 간극비는 증가하였고, 전단파 속도와 최대전단탄성계수는 감소하는 것으로 나타났다. 입자 용해로 인한 간극비 증가와 입자간의 접촉이 감소하여 전단파 속도가 감소하였다. 입자가 용해되는 동안 수직변형률은 포화 시작점에서 급격히 증가하였으며 입자 용해가 완료되면서 수렴하였으며, 전 단파속도는 시작 시 감소하였다가 입자가 재배열되면서 증가하는 것으로 나타났다. 모래와 소금으로 구성된 시료는 지반소실재의 거시적 구조 거동에 의미있는 결과를 보여줄 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권2호
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• pp.67-75
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• 2008

개별요소방법은 재료의 미시적 거동 및 불연속적 거동과 관련하여 지반공학 분야에서 그 활용이 증가하고 있으나, 기존 개별요소 방법들은 입자형태의 재료들간 상호작용을 위주로 연구되었으며, 이는 지반공학 분야에 개별요소 방법을 제한적으로 적용하는 주요 원인이 되었다. 최근 기존 개별요소 방법에 흙, 암반 및 투수성 매질에서의 물 흐름을 고려한 수리연동 기법의 적용연구(Kawaguchi et al., 2003; Shimizu, 2004)가 진행되고 있다. 본 연구에서는 기존 개별요소방법에 수리연동 기법을 적용하여 수압조건별 지반의 공동생성 및 확장에 대한 수치해석을 실시하였다. 직사각형 해석요소에 입자크기와 초기 간극률 조건에 대한 개별요소 및 경계면 생성 후, 서보 제어방법을 통한 경계면 응력조건을 구현하였다. 수리거동의 고려는 연속방정식과 Navier-Stokes 방정식을 이용하여 압력과 속도를 구한 후, 입자와 유수간의 상호작용을 풀어가는 방식(Tsuji, 1993)으로 수행하였다. 구속압 조건($0.1MP{\alpha},\;0.5MP{\alpha}$)에 대하여 해석모델 중앙지점에 7단계로 증가되는 수평방향 유속을 재하하고, 재하지점 인근의 개별요소 이동 및 지점별 유량, 유속, 압력, 경계면 응력변화 등을 분석하였으며, 해석조건에 따라 개별요소와 수리 영향의 상호거동을 통한 공동생성 및 확장, 한계압력 발생 등을 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권3호
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• pp.388-393
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• 2023

지도 학습 기반의 신경 망을 활용한 공학적 자료의 분석은 화학공학 공정 최적화, 미세 먼지 농도 추정, 열역학적 상평형 예측, 이동 현상 계의 물성 예측 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 신경 망의 지도 학습은 학습 자료를 요구하며, 주어진 학습 자료의 구성에 따라 학습 성능이 영향을 받는다. 빈번히 관찰되는 공학적 자료 중에는 DNA의 길이, 분석 물질의 농도 등과 같이 로그 간격으로 주어지는 자료들이 존재한다. 본 연구에서는 넓은 범위에 분포된 로그 간격의 학습 자료를 기계 학습으로 처리하는 경우, 사용 가능한 손실 함수들의 학습 성능을 정량적으로 평가하였으며, 적합한 학습 자료 구성 방식을 연구하였다. 이를 수행하고자, 100×100의 가상 이미지를 활용하여 기계 학습의 회귀 과업을 구성하였다. 4개의 손실 함수들에 대하여 (i) 오차 행렬, (ii) 최대 상대 오차, (iii) 평균 상대 오차로 정량적 평가하여, mape 혹은 msle가 본 연구에서 다룬 과업에 대해 최적의 손실 함수가 됨을 알아내었다. 또한, 학습 자료의 값이 넓은 범위에 걸쳐 분포하는 경우, 학습 자료의 구성을 로그 간격 등을 고려하여 균등 선별하는 방식이 높은 학습 성능을 보임을 밝혀내었다. 본 연구에서 다룬 회귀 과업은 DNA의 길이 예측, 생체 유래 분자 분석, 콜로이드 용액의 농도 추정 등의 공학적 과업에 적용 가능하며, 본 결과를 활용하여 기계 학습의 성능과 학습 효율의 증대를 기대할 수 있을 것이다.