• 대한환경공학회지
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• 제39권12호
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• pp.706-713
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• 2017

본 연구는 국내 정수장에 무동력 와류 혼화장치를 설치하여 기존 기계식 급속혼화장치를 사용하는 정수장의 수처리 효율 및 적용 가능성을 비교 분석하였다. 이를 위해 무동력 와류 혼화장치의 유체 유동 특성 및 손실수두를 전산유체역학(CFD)으로 계산하였다. 혼화장치 내부의 수두손실률은 유입속도가 0.5 m/sec일 때 11.30%, 0.6 m/sec일 때 16.27%, 0.7 m/sec일 때 21.44%로 유입속도가 증가할수록 수두손실이 급격하게 증가하며 혼화지 설계 시 최적 유입 유속는 0.5 m/sec이다. 0.5 m/sec일 때 난류강도는 입구는 2.37%, 출구는 7.83%로 응집을 위한 혼화강도는 충분하다. 유입수의 유속이 0.38 m/sec인 정수장의 기계식 급속혼화장치 12대를 모두 무동력 와류 혼화장치로 대체하여, 3년 동안 운전한 정수장의 수질 검사결과는 기존의 급속혼화장치를 운전하는 정수장과 수질 차이가 없었으며 수질 기준에 적합하였다. 기존의 급속혼화장치를 무동력 혼화장치로 교체하면 1대당 동력소비량 64,143~65,306 kWh/y의 에너지를 절감할 수 있다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제25권6호
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• pp.374-385
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• 2013

부유 퇴적물의 입자 운동에 대한 수치실험이 굴곡이 있는 해저면 위에서 수행되었다. 해저면 경계층의 난류 유속장은 LES 난류모델을 사용하여 구현하였고, 난류 흐름 속에서의 퇴적물 입자운동은 Lagrangian 입자추적 모델을 사용하여 구현하였다. 수치실험을 통하여 두개의 다른 유속조건을 사용하였는데, 파랑주기를 비롯한 다른 모든 조건은 동일하게 유지한 가운데 오직 최대 유속만 다르게 하여 실험을 수행하였다. 예상한 것과 같이 부유되는 퇴적물 입자의 양은 유속이 강할 수록 증가하였다. 그러나 예상하지 못한 결과도 관측되었는데 그것은 비록 최대유속외에 다른 모든 조건은 동일하더라도 퇴적물이 부유되는 양상은 다르게 나타날 수 있다는 것이다. 특히 퇴적물이 부유하게 되는 시간이 위상평균한 파장 주기안에서 서로 다르게 나타나는 것이 발견되었는데, 이는 해저면 굴곡 주위에서 유속에 의해 생성되는 난류 와동의 생성시간이 다르기 때문에 일어나는 것으로 밝혀졌다. 이전의 연구에서도 알려진 바와 같이 이런 난류 와동들이 퇴적물의 부유현상에 미치는 영향은 지대한 것으로 확인되었으며, 또한 이런 와동들의 생성시간은 유속의 크기에 따라 달라 질 수 있음이 밝혀졌다. 이로인해 해저면 굴곡 위에서 퇴적물의 부유현상을 보다 정확하게 규명하기 위해서는 파랑의 여러가지 복잡한 변수들을 고려하여야 함이 이번 실험을 통하여 입증되었다. 또한 퇴적물 입자의 부유에 영향을 미치는 난류 에너지분포 역시 생성된 난류 와동에 많은 영향을 받는 것으로 나타났다. 이번 연구를 통하여 유속의 세기변화 만으로도 퇴적물이 부유되는 시간이 굴곡이 있는 해저면에서 바뀔 수 있는 것으로 확인되었으며, 이는 향후 퇴적물 부유에 대한 연구를 할때 해저면 구조와 유속구조의 상관관계를 보다 신중히 검토해야 함이 밝혀졌다.

• 생태와환경
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• 제45권4호
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• pp.444-452
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• 2012

동물플랑크톤의 서식 형태에 따른 구분(부착 및 부유성)과 월별 밀도 양상을 파악하기 위해 2011년 5월부터 10월까지 수생식물이 발달된 환경에서 동물플랑크톤 채집을 수행하였다. 조사 기간 동안, 부착성 동물플랑크톤은 총 24종, 부유성 동물플랑크톤은 총 30종으로 나타났으며, 이 중 두 서식 형태 간에 일치하는 종은 20종으로 확인되었다. 부착성 동물플랑크톤은 5~7월 동안 높은 밀도를 나타낸 반면, 부유성 동물플랑크톤은 9~10월 동안 높은 밀도를 보여 상이한 계절적 차이를 보였다. 안정동위원소 분석 결과, 부착 및 부유입자 유기물, 동물플랑크톤, 어류의 ${\delta}^{13}C$와 ${\delta}^{15}N$ 값은 계절별로 상이하였다. 부착성 동물플랑크톤은 봄, 가을 모두 부착입자 유기물에 대한 높은 의존도를 보였으나, 가을에는 부유입자 유기물에 대해서는 일부 의존하는 것으로 나타났다. 이는 수생식물의 우점 등으로 인한 먹이질의 감소와 연관되어 있을 것으로 사료된다. 그러나 부유성 동물플랑크톤은 봄과 가을 모두 부유입자 유기물에 대해서만 의존하는 것으로 나타났다. L. macrochirus는 크기에 따라 먹이원에 대한 다른 섭식 양상을 보였는데, 부착성 동물플랑크톤이 증가된 시기(봄)에 1~3 cm 크기의 L. macrochirus는 부착성 동물플랑크톤에 대한 높은 의존도를 보였으나, 가을에 부착성 동물플랑크톤 감소하자 부유성 동물플랑크톤에 대한 의존도가 높아지는 것을 확인할 수 있었다. 4~7 cm 크기의 L. macrochirus는 상대적으로 큰 먹이원인 부유성 동물플랑크톤에 높은 의존도를 보였으며, 가을에 부유성 동물플랑크톤 밀도가 증가하자 매우 높게 의존하는 것으로 나타났다. 결론적으로 습지와 같이 수생식물이 우점되는 생태계에서 동물플랑크톤은 다양한 서식 형태(부착 및 부유성)를 가진 군집이 출현하는 것으로 파악되었으며, 이들은 각각 다른 먹이원에 대해 의존하는 것으로 나타났다. 또한 상위포식자인 L. macrochirus 또한 부착 및 부유성 동물플랑크톤의 계절별 밀도 양상에 따라 상이한 의존성을 보였으며, 특히 부착성 동물플랑크톤은 봄철 치어 성장 시기의 이들의 성장 및 발달에 매우 중요한 영향을 미치는 것으로 사료된다.

• 한국습지학회지
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• 제13권3호
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• pp.455-463
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• 2011

기존의 건설기술 대부분은 주변 환경을 고려하지 않은 채 개발 적용되어 왔으며, 이는 일부 시설을 혐오시설로 받아들이는 지역주민들과의 마찰, 불투수층의 증가로 인한 도시내 환경수리학적문제 등과 같은 다양한 문제점을 야기하고 있다. 이와 더불어, 국내 강우유출수 관리에 대한 관심과 인식이 높아지면서 도시의 경제적인 측면뿐만 아니라 심미적인 측면, 환경적인 측면 등을 동시에 고려한 지속가능한 개발 및 친환경 건설기술이 요구되고 있다. LID(Low Impact Development)는 기존의 수리학적 기능을 최대한 유지하면서 강우시 발생되는 비점오염물질을 효율적으로 관리하는 기술로 국내외적으로 이에 대한 연구와 기술개발이 지속적으로 이루어지고 있다. 본 연구는 도시지역(도로, 주차장 등)에 적용하기 위한 소규모 인공습지 기술을 개발하고자, Test-bed 시설 설치 및 모니터링을 실시하였다. SCW-1의 경우, TSS 65.9%, $COD_{Cr}$ 52.9%, TN 45.6%, TP 55.4%, Total Fe 67.2%, Total Pb 50.4%의 평균저감효율을 보이는 것으로 나타났으며, SCW-2는 TSS 82.4%, $COD_{Cr}$ 61.9%, TN 51.4%, TP 48.2%, Total Fe 73.8%, Total Pb 41.9%로 나타나, 도시지역의 주된 비점오염물질인 입자상물질과 중금속물질의 저감효과가 비교적 뛰어난 것으로 분석되었다. 본 연구결과는 소규모 인공습지가 향후 도시내 효율적인 물순환 시스템을 구축하고, 수생태계 보전에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국대기환경학회지
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• 제31권2호
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• pp.157-163
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• 2015

To establish National Reference Method (NRM) for $PM_{2.5}$, operational performance of 5 different commercial gravimetric-based $PM_{2.5}$ measuring instruments was assessed at Bulkwang monitoring station from January 23, 2014 to February 28, 2014. First, physical properties, design, and functional performance of the instruments were assessed. Evaluation was carried out to determine whether operating method for the instruments and levels of QA/QC activities meet the data quality objectives (DQOs). To verify whether DQOs were satisfied, reproducibility of QA/QC procedures, accuracy, relative sensitivity, limit of detection, margin of error, and coefficient of determination of the instruments were also evaluated. Results of flow rate measurement of 15 candidate instruments indicated that all the instruments met performance criteria with accuracy deviation of 4.0% and reproducibility of 0.6%. Comparison of final $PM_{2.5}$ mass concentrations showed that the coefficient of determination ($R^2$) values were greater than or equal to 0.9995, and concentration gradient ranged from 0.97 to 1.03. All the instruments satisfied criteria for NRM with the estimated precision of 1.47~2.60%, accuracy of -1.90~3.00%, and absolute accuracy of 1.02~3.12%. This study found that one particular type of measuring instrument was proved to be excellent, with overall evaluation criteria satisfied.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제22권3호
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• pp.171-178
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• 2014

From now on, in order to meet more stringer diesel emission standard, diesel vehicle should be equipped with emission after-treatment devices as NOx reduction catalyst and particulate filters. Urea-SCR is being developed as the most efficient method of reducing NOx emissions in the after-treatment devices of diesel engines, and recent studies have begun to mount the urea-SCR device for diesel passenger cars and light duty vehicles. That is because their operational characteristics are quite different from heavy duty vehicles, urea solution injection should be changed with other conditions. Therefore, the number and diameter of the nozzle, injection directions, mounting positions in front of the catalytic converter are important design factors. In this study, major design parameters concerning urea solution injection in front of SCR are optimized by using a CFD analysis and Taguchi method. The computational prediction of internal flow and spray characteristics in front of SCR was carried out by using STAR-CCM+7.06 code that used to evaluate $NH_3$ uniformity index($NH_3$ UI). The design parameters are optimized by using the $L_{16}$ orthogonal array and small-the-better characteristics of the Taguchi method. As a result, the optimal values are confirmed to be valid in 95% confidence and 5% significance level through analysis of variance(ANOVA). The compared maximize $NH_3$ UI and activation time($NH_3$ UI 0.82) are numerically confirmed that the optimal model provides better conversion efficiency of $NH_3$. In addition, we propose a method to minimize wall-wetting around the urea injector in order to prevent injector blocks caused by solid urea loading. Consequently, the thickness reduction of fluid film in front of mixer is numerically confirmed through the mounting mixer and correcting injection direction by using the trial and error method.

• 한국농공학회논문집
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• 제56권5호
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• pp.11-19
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• 2014

The objective of this research was to investigate concentration and load of nutrients such as total nitrogen (TN), nitrate nitrogen ($NO_3$-N) total phosphorous (TP), and phosphate phosphorous ($PO_4$-P) in a 23.4-ha paddy fields watershed with river water source. Water samples for irrigation water, drainage water, ponded water and groundwater were collected, and irrigation and drainage water were measured at 5~10 day intervals during normal days and at 2~6 hours intervals during three storm events. The amount of irrigation water in the study area was over 2,000 mm, which is almost identical to that in the area irrigated from a large reservoir but much more than that in the area irrigated from a pumping station. Mean flow-weighted concentrations of TN and TP in irrigation water were 2.8 and 0.15 mg/L, respectively, higher than those in the area irrigated from a large reservoir or a pumping station. The ratios of irrigation load to total inflow load for TN and TP were 88 %, and the ratios of surface outflow load to total outflow load for TN and TP were over 90 %, indicating that total nutrient load may be greatly affected by water management. The nutrient loads per area in the study area were estimated as TN 21.1 kg/ha and TP 1.1 kg/ha. Especially, the TP load per area in the study area was smaller than that in the area irrigated from a large reservoir or a pumping station. This may be because outflow load is not high likely due to sedimentation of particulate P and irrigation water load is high due to high TP concentration in irrigation water and high amount of irrigation water.

• 한국수자원학회논문집
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• 제47권5호
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• pp.483-490
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• 2014

활성슬러지 공정의 생물학적 반응조 및 2차 침전지 설계와 관련해서 정상상태 설계식(Ekama et al., 1986; WRC, 1984) 및 1-D flux theory 설계식(Ekama et al., 1997)을 사용하여 슬러지 농도에 따라 두 가지 공정을 일괄적으로 설계하였다. 또한, 슬러지 농도에 따른 생물학적 반응조 및 2차 침전지 크기 변화를 도식화하고, 유입수 성상이나 슬러지 침강성, 환경 및 운전조건 그리고 첨두유량이 각 공정의 크기결정에 미치는 영향을 평가하였다. 먼저유입수의 특성과 관련하여 난분해성 용해성 물질(fs,us)은 반응조 크기 결정에 큰 영향이 없었지만, 난분해성 입자성 물질(fs,up), 무기고형물(fi) 및 유기물 강도(Sti)의 영향은 크게 나타났다. 운전인자인 Sludge Retention Time (SRT)의 경우, 슬러지 생산량과 관련되므로 반응조 크기결정에 역시 큰 영향을 미쳤다. 2차 침전지의 설계요소인 Sludge Volume Index (SVI) 및 첨두유량이 커질수록 2차 침전지에 수리학적 부하가 커지게 되어, 2차 침전지가 크게 설계되어야 했다. 본 설계과정에서는, 온도 변화가 미치는 영향은 작게 나타났다. 대규모 처리장의 경우 반응조 및 2차 침전지 전체 크기 결정과 함께 1개조 크기의 상한선을 설정하여 개수를 산정하였다. 최종적으로 엔지니어는 여러 가지 슬러지 농도에 대하여 반응조 및 2차 침전조의 크기, 개수 및 현장조건을 고려한 건설비용을 반복적으로 계산하게 되면, 최소비용 설계와 함께 최적의 슬러지 농도를 결정하게 된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권2호
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• pp.443-449
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• 2017

최근 국내 도시철도 지하역사에는 승강장 안전문의 설치로 인한 승강장의 급 배기 불균형이 일어나며, 이러한 불균형은 승강장 내 오염물질 축적과 환기부족에 의한 쾌적성 저하를 일으키는 원인이 된다. 본 연구에서는 시뮬레이션 유동해석 프로그램을 이용하여 지하역사 바닥배기 시스템의 최적화 설계를 하고, 제작된 바닥배기 시스템의 미세먼지 제거 성능을 실험으로 검증하였다. 바닥배기 시스템의 시뮬레이션 유동해석은 CFX 17.0 프로그램을 이용하였으며, HEEDS를 최적화 소프트웨어로 적용하였다. 3차에 걸쳐 이루어진 최적화 결과, 약 430 Pa의 차압과 61%의 미세먼지 제거 성능을 갖는 전체높이 1.78 m의 바닥배기 시스템이 도출되었다. 최적화 설계에 따라 실규모로 제작된 바닥배기 시스템을 이용하여 미세먼지 집진 성능 실험을 실시하였으며, 약 65%의 집진효율을 보임으로써 수치해석을 통해 도출된 최적설계 결과와 유사한 수준임을 검증하였다. 결과적으로 최적화 프로그램을 활용한 바닥배기 시스템의 설계가 급배기 불균형을 갖고 있는 지하역사 승강장에 적용 가능함을 확인하였으며, 설계된 바닥배기 시스템이 공간상의 제약으로 추가적인 배기설비 설치가 어려운 기존 지하 역사에서 배기개선 및 미세먼지 제거에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 생물환경조절학회지
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• 제31권2호
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• pp.114-124
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• 2022

새만금은 염분과 미사질 토양으로 인해 지표면이 건조하고 함수율이 낮아 다른 지역에 비해 식생피복이 낮다. 식생 피복도가 낮은 지역에서는 바람에 의한 침식으로 인해 먼지가 비산될 가능성이 높습니다. 새만금 간척지에서 견딜 수 있는 작물을 재배하여 식생 피복도를 높이면 바닥의 유속을 줄여 비산먼지를 줄일 수 있다. 따라서 본 연구의 목적은 새만금 간척지에 겨울철 동계 밭작물을 재배하여 미세먼지 및 비산먼지 발생을 억제하는 효과를 분석하는 것이다. 새만금 간척지에서 보리 0.5ha, 라이밀 0.5ha를 재배하는 동안 농작업 및 생육단계에 따라 미세먼지 농도를 모니터링하였다. PM-10, PM-2.5 및 PM-1.0 농도의 변화는 풍하측, 풍상측, 경작지 내부를 중심으로 모니터링하였다. 모니터링 결과 PM-1.0은 작물 재배에 거의 영향을 미치지 않는 것으로 나타났으며, PM-10과 PM-2.5의 농도는 경운과 수확에 따라 증가하였고 수확에 비해 경운 시 PM-10과 PM-2.5의 농도 증가가 더 높았다. 작물의 생육단계에 따라 비산먼지 억제효과를 보였으며, 유묘기보다 출수기에서 비산먼지 억제효과가 높게 나타났다. 따라서 토지피복효과 이외에 캐노피에 따른 비산먼지 억제효과가 있음을 알 수 있었다. 본 연구를 통해 작물재배에 따른 비산먼지 발생 및 억제 효과에 대해 알 수 있었다.