일차원 kinematic wave 모형을 이용한 고속도로 강우 유출수의 동적 거동 예측

강주현 ( Joo Hyon Kang ),김이형 ( Lee Hyung Kim ) 한국물환경학회 2007 한국물환경학회지 Vol.23 No.1

도시 강우유출수 내 비점오염물질 제어를 위한 산화철 코팅 모래 여재 개발

이동훈 ( Dong Hoon Lee ),강주현 ( Joo-hyon Kang ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

비점오염물질은 토지이용에 따라 각각 다른 종류와 농도로 배출되고 있으며, 도시지역은 강우유출수내 비점오염물질 중 중금속 및 기름 물질이 다른 토지이용 지역에 비해 높은 농도로 배출되고 있다. 현재 도시지역에서 운영되고 있는 비점오염저감 시설 및 저영향개발(LID, Low Impact Development) 시설물은 일반적으로 도로에서 설치·운영 중이며 여재의 흡착으로 중금속을 처리하고 있다. 특히 겨울철 도로지역의 결빙을 방지하기 위해 사용되는 염화칼슘(CaCl₂)은 겨울동안 도로에 높은 농도로 축적된 후 강우 발생 시 강우유출수와 함께 배출되어 시설물로 유입되며, 염화이온(Chloride, Cl^-)으로 인해 여재에 흡착되어 있는 중금속이 탈착되어 수계를 오염시킬 수 있다. 본 연구에서는 일반적으로 사용되는 모래여제에 비용효과적인 산화철 코팅 방법을 개발하여, 강우유출수 내 중금속을 일반 여재에 비해 더 많이 흡착제거하며 염화이온에 영향을 많이 받지 않는 기능성여재를 개발하는 목표로 수행되었다. 본 연구에서 개발된 산화철 코팅 모래 여재(Iron oxide coated sand, IOCs)와 일반모래를 대상으로 성능 검증 실험을 수행하였다. 대상물질은 구리(Cu(ll))와 아연(Zn(ll))으로 초기농도는 1mg/L로 수용액을 준비하였으며, Chloride, Sulfate. pH의 영향에 따른 산화철 코팅여재의 흡착 성능검증을 확인하기 위해 실제 강우 유출수에서 측정되는 Chloride(0, 50, 100 mg/L), Sulfate(0, 25, 50 mg/L), pH(6-8) 범위에 따라 중금속제거 성능검증 실험을 수행하였다. 화학평형 모델 MiNEQL+(Environmental research software, Hallowell, ME, USA)결과를 토대로 실험조건에 따른 여재의 중금속 제거 기작을 분석 하였다. 실험 결과 산화철 코팅 모래 여재의 구리와 아연 최대흡착효율은 각각 92.8%, 71.8%이며 특히 아연은 산화철코팅으로 인해 흡착효율이 20% 증가하였다. 구리는 pH가 증가함에 따라 구리의 산화철 코팅 모래 여재의 흡착용량(KF)은 증가하는 것을 볼 수 있으며, 아연은 pH 변화에 따라 흡착용량(KF)의 유의미한 차이가 확인되지 않았다. 구리의 경우 MiNEQL+ 모의 결과 pH > 6.8에서 Cu(OH)₂(s)가 침전물이 발생하였는데 이는 용존성 구리 제거에 상당히 기여하는 것으로 나타났다. 아연은 MiNEQL+ 모의 결과 실험범위 pH에서는 주로 이온형태로 존재하며 흡착제거가 아닌 산화철 코팅 모래 여재 표면의 정전기적 상호작용과 착물화로 제거되기 때문에 pH의 영향을 많이 받지 않은 것으로 판단된다. 산화철 모래 코팅여재의 Chloride의 영향은 농도가 증가함에 따라 아연(Zn(ll))은 60%(96.6% > 38.7%) 감소하였고, 구리(Cu(ll))는 16%(92.8% > 77.7%) 감소하였다.

도시 강우유출수 내 비점오염물질 제어를 위한 산화철 코팅 모래 여재 개발

이동훈 ( Dong Hoon Lee ),강주현 ( Joo-hyon Kang ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

비점오염물질은 토지이용에 따라 각각 다른 종류와 농도로 배출되고 있으며, 도시지역은 강우유출수내 비점오염물질 중 중금속 및 기름 물질이 다른 토지이용 지역에 비해 높은 농도로 배출되고 있다. 현재 도시지역에서 운영되고 있는 비점오염저감 시설 및 저영향개발(LID, Low Impact Development) 시설물은 일반적으로 도로에서 설치·운영 중이며 여재의 흡착으로 중금속을 처리하고 있다. 특히 겨울철 도로지역의 결빙을 방지하기 위해 사용되는 염화칼슘(CaCl₂)은 겨울동안 도로에 높은 농도로 축적된 후 강우 발생 시 강우유출수와 함께 배출되어 시설물로 유입되며, 염화이온(Chloride, Cl^-)으로 인해 여재에 흡착되어 있는 중금속이 탈착되어 수계를 오염시킬 수 있다. 본 연구에서는 일반적으로 사용되는 모래여제에 비용효과적인 산화철 코팅 방법을 개발하여, 강우유출수 내 중금속을 일반 여재에 비해 더 많이 흡착제거하며 염화이온에 영향을 많이 받지 않는 기능성여재를 개발하는 목표로 수행되었다. 본 연구에서 개발된 산화철 코팅 모래 여재(Iron oxide coated sand, IOCs)와 일반모래를 대상으로 성능 검증 실험을 수행하였다. 대상물질은 구리(Cu(ll))와 아연(Zn(ll))으로 초기농도는 1mg/L로 수용액을 준비하였으며, Chloride, Sulfate. pH의 영향에 따른 산화철 코팅여재의 흡착 성능검증을 확인하기 위해 실제 강우 유출수에서 측정되는 Chloride(0, 50, 100 mg/L), Sulfate(0, 25, 50 mg/L), pH(6-8) 범위에 따라 중금속제거 성능검증 실험을 수행하였다. 화학평형 모델 MiNEQL+(Environmental research software, Hallowell, ME, USA)결과를 토대로 실험조건에 따른 여재의 중금속 제거 기작을 분석 하였다. 실험 결과 산화철 코팅 모래 여재의 구리와 아연 최대흡착효율은 각각 92.8%, 71.8%이며 특히 아연은 산화철코팅으로 인해 흡착효율이 20% 증가하였다. 구리는 pH가 증가함에 따라 구리의 산화철 코팅 모래 여재의 흡착용량(KF)은 증가하는 것을 볼 수 있으며, 아연은 pH 변화에 따라 흡착용량(KF)의 유의미한 차이가 확인되지 않았다. 구리의 경우 MiNEQL+ 모의 결과 pH > 6.8에서 Cu(OH)₂(s)가 침전물이 발생하였는데 이는 용존성 구리 제거에 상당히 기여하는 것으로 나타났다. 아연은 MiNEQL+ 모의 결과 실험범위 pH에서는 주로 이온형태로 존재하며 흡착제거가 아닌 산화철 코팅 모래 여재 표면의 정전기적 상호작용과 착물화로 제거되기 때문에 pH의 영향을 많이 받지 않은 것으로 판단된다. 산화철 모래 코팅여재의 Chloride의 영향은 농도가 증가함에 따라 아연(Zn(ll))은 60%(96.6% > 38.7%) 감소하였고, 구리(Cu(ll))는 16%(92.8% > 77.7%) 감소하였다.

기후변화에 따른 유해 조류 번성 예측 및 유역 관리 방안 제안

이동훈 ( Dong Hoon Lee ),강주현 ( Joo-hyon Kang ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

담수 환경에서 발생되는 부영양화 현상은 전 세계적으로 중요한 환경 문제 중 하나로 유역에서 배출되는 비점오염물질 중 인과 질소는 유해조류 발생의 원인 물질로 잘 알려져 있다. 대부분의 국내 하천은 질소와 인의 비율이 16이상으로 인은 유해조류발생의 제한 인자로 강우 시 강우유출수와 함께 배출된다. 또한 미래의 기후 변화에 따라 강우량, 기온, 일사량 등은 점차 증가 할 것으로 예측되며 이에 따라 유역에서 발생하는 비점오염물질도 증가하여 현재보다 더 많은 양이 하천으로 유입될 것으로 판단된다. 때문에 유역관리 측면에서 유역 모델을 활용한 미래의 유역에서 발생하는 비점 오염물질 및 유해조류의 예측은 비용효과적인 유역관리가 가능하며, 결정권자의 우선순위 오염원 선정의 도구로 활용 가능하다. 본 연구지역은 섬강 유역으로 HSPF 모델에 4종의 RCP(Representative Concentration Pathway) 기후변화 시나리오(RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5)를 반영하여 2020년부터 2050년까지 Chl a 모의를 수행하였다. 또한 유역에서 발생하는 점오염원과 비점오염원의 인과 질소를 제어하는 3가지의 오염원 저감 시나리오(S1: 유역에서 발생하는 인과 질소의 50% 저감, S2: 공공하수처리장에서 배출되는 인의 농도를 0.1 mg/L로 제한, S3: S1 + 5-9월 공공하수처리장의 인 배출농도 0.1 mg/L로 제한)를 산정하여 유역에서 발생하는 오염원의 제어에 따른 미래의 섬강에서 발생하는 Chl a 모의를 수행하였다. 본 연구에서는 기존 HSPF 모델의 수온-조류 성장곡선을 수정한 향상된 HSPF 모델을 활용하여 Chl a 모의를 수행하였다. 기후변화 시나리오 중 RCP2.6 시나리오에서 가장 많은 연 24회의 조류대발생(Chl a ≥ 100 ㎍/L) 이 나타나는 것으로 예측되었으며, 농업활동이 가장 활발한 5-6월에 Chl a 농도가 높게 예측되었다. 오염원 저감 시나리오 모의 결과 점오염원과 비점오염원을 모두 저감하는 S3에서 대부분의 조류대발생이 저감되는 것으로 나타났다. 농업활동이 활발히 이루어지는 농번기(5-6월)에는 비점오염원 뿐만 아니라 점오염원에서 배출되는 인과 질소의 제어가 필요할 것으로 판단된다.

기후변화에 따른 유해 조류 번성 예측 및 유역 관리 방안 제안

이동훈 ( Dong Hoon Lee ),강주현 ( Joo-hyon Kang ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

담수 환경에서 발생되는 부영양화 현상은 전 세계적으로 중요한 환경 문제 중 하나로 유역에서 배출되는 비점오염물질 중 인과 질소는 유해조류 발생의 원인 물질로 잘 알려져 있다. 대부분의 국내 하천은 질소와 인의 비율이 16이상으로 인은 유해조류발생의 제한 인자로 강우 시 강우유출수와 함께 배출된다. 또한 미래의 기후 변화에 따라 강우량, 기온, 일사량 등은 점차 증가 할 것으로 예측되며 이에 따라 유역에서 발생하는 비점오염물질도 증가하여 현재보다 더 많은 양이 하천으로 유입될 것으로 판단된다. 때문에 유역관리 측면에서 유역 모델을 활용한 미래의 유역에서 발생하는 비점 오염물질 및 유해조류의 예측은 비용효과적인 유역관리가 가능하며, 결정권자의 우선순위 오염원 선정의 도구로 활용 가능하다. 본 연구지역은 섬강 유역으로 HSPF 모델에 4종의 RCP(Representative Concentration Pathway) 기후변화 시나리오(RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5)를 반영하여 2020년부터 2050년까지 Chl a 모의를 수행하였다. 또한 유역에서 발생하는 점오염원과 비점오염원의 인과 질소를 제어하는 3가지의 오염원 저감 시나리오(S1: 유역에서 발생하는 인과 질소의 50% 저감, S2: 공공하수처리장에서 배출되는 인의 농도를 0.1 mg/L로 제한, S3: S1 + 5-9월 공공하수처리장의 인 배출농도 0.1 mg/L로 제한)를 산정하여 유역에서 발생하는 오염원의 제어에 따른 미래의 섬강에서 발생하는 Chl a 모의를 수행하였다. 본 연구에서는 기존 HSPF 모델의 수온-조류 성장곡선을 수정한 향상된 HSPF 모델을 활용하여 Chl a 모의를 수행하였다. 기후변화 시나리오 중 RCP2.6 시나리오에서 가장 많은 연 24회의 조류대발생(Chl a ≥ 100 ㎍/L) 이 나타나는 것으로 예측되었으며, 농업활동이 가장 활발한 5-6월에 Chl a 농도가 높게 예측되었다. 오염원 저감 시나리오 모의 결과 점오염원과 비점오염원을 모두 저감하는 S3에서 대부분의 조류대발생이 저감되는 것으로 나타났다. 농업활동이 활발히 이루어지는 농번기(5-6월)에는 비점오염원 뿐만 아니라 점오염원에서 배출되는 인과 질소의 제어가 필요할 것으로 판단된다.

기후변화에 따른 유해 조류 번성 예측 및 유역 관리 방안 제안

이동훈 ( Dong Hoon Lee ),강주현 ( Joo-hyon Kang ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

담수 환경에서 발생되는 부영양화 현상은 전 세계적으로 중요한 환경 문제 중 하나로 유역에서 배출되는 비점오염물질 중 인과 질소는 유해조류 발생의 원인 물질로 잘 알려져 있다. 대부분의 국내 하천은 질소와 인의 비율이 16이상으로 인은 유해조류발생의 제한 인자로 강우 시 강우유출수와 함께 배출된다. 또한 미래의 기후 변화에 따라 강우량, 기온, 일사량 등은 점차 증가 할 것으로 예측되며 이에 따라 유역에서 발생하는 비점오염물질도 증가하여 현재보다 더 많은 양이 하천으로 유입될 것으로 판단된다. 때문에 유역관리 측면에서 유역 모델을 활용한 미래의 유역에서 발생하는 비점 오염물질 및 유해조류의 예측은 비용효과적인 유역관리가 가능하며, 결정권자의 우선순위 오염원 선정의 도구로 활용 가능하다. 본 연구지역은 섬강 유역으로 HSPF 모델에 4종의 RCP(Representative Concentration Pathway) 기후변화 시나리오(RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0, RCP8.5)를 반영하여 2020년부터 2050년까지 Chl a 모의를 수행하였다. 또한 유역에서 발생하는 점오염원과 비점오염원의 인과 질소를 제어하는 3가지의 오염원 저감 시나리오(S1: 유역에서 발생하는 인과 질소의 50% 저감, S2: 공공하수처리장에서 배출되는 인의 농도를 0.1 mg/L로 제한, S3: S1 + 5-9월 공공하수처리장의 인 배출농도 0.1 mg/L로 제한)를 산정하여 유역에서 발생하는 오염원의 제어에 따른 미래의 섬강에서 발생하는 Chl a 모의를 수행하였다. 본 연구에서는 기존 HSPF 모델의 수온-조류 성장곡선을 수정한 향상된 HSPF 모델을 활용하여 Chl a 모의를 수행하였다. 기후변화 시나리오 중 RCP2.6 시나리오에서 가장 많은 연 24회의 조류대발생(Chl a ≥ 100 ㎍/L) 이 나타나는 것으로 예측되었으며, 농업활동이 가장 활발한 5-6월에 Chl a 농도가 높게 예측되었다. 오염원 저감 시나리오 모의 결과 점오염원과 비점오염원을 모두 저감하는 S3에서 대부분의 조류대발생이 저감되는 것으로 나타났다. 농업활동이 활발히 이루어지는 농번기(5-6월)에는 비점오염원 뿐만 아니라 점오염원에서 배출되는 인과 질소의 제어가 필요할 것으로 판단된다.

도시 강우유출수 내 비점오염물질 제어를 위한 산화철 코팅 모래 여재 개발

이동훈 ( Dong Hoon Lee ),강주현 ( Joo-hyon Kang ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

비점오염물질은 토지이용에 따라 각각 다른 종류와 농도로 배출되고 있으며, 도시지역은 강우유출수내 비점오염물질 중 중금속 및 기름 물질이 다른 토지이용 지역에 비해 높은 농도로 배출되고 있다. 현재 도시지역에서 운영되고 있는 비점오염저감 시설 및 저영향개발(LID, Low Impact Development) 시설물은 일반적으로 도로에서 설치·운영 중이며 여재의 흡착으로 중금속을 처리하고 있다. 특히 겨울철 도로지역의 결빙을 방지하기 위해 사용되는 염화칼슘(CaCl₂)은 겨울동안 도로에 높은 농도로 축적된 후 강우 발생 시 강우유출수와 함께 배출되어 시설물로 유입되며, 염화이온(Chloride, Cl^-)으로 인해 여재에 흡착되어 있는 중금속이 탈착되어 수계를 오염시킬 수 있다. 본 연구에서는 일반적으로 사용되는 모래여제에 비용효과적인 산화철 코팅 방법을 개발하여, 강우유출수 내 중금속을 일반 여재에 비해 더 많이 흡착제거하며 염화이온에 영향을 많이 받지 않는 기능성여재를 개발하는 목표로 수행되었다. 본 연구에서 개발된 산화철 코팅 모래 여재(Iron oxide coated sand, IOCs)와 일반모래를 대상으로 성능 검증 실험을 수행하였다. 대상물질은 구리(Cu(ll))와 아연(Zn(ll))으로 초기농도는 1mg/L로 수용액을 준비하였으며, Chloride, Sulfate. pH의 영향에 따른 산화철 코팅여재의 흡착 성능검증을 확인하기 위해 실제 강우 유출수에서 측정되는 Chloride(0, 50, 100 mg/L), Sulfate(0, 25, 50 mg/L), pH(6-8) 범위에 따라 중금속제거 성능검증 실험을 수행하였다. 화학평형 모델 MiNEQL+(Environmental research software, Hallowell, ME, USA)결과를 토대로 실험조건에 따른 여재의 중금속 제거 기작을 분석 하였다. 실험 결과 산화철 코팅 모래 여재의 구리와 아연 최대흡착효율은 각각 92.8%, 71.8%이며 특히 아연은 산화철코팅으로 인해 흡착효율이 20% 증가하였다. 구리는 pH가 증가함에 따라 구리의 산화철 코팅 모래 여재의 흡착용량(KF)은 증가하는 것을 볼 수 있으며, 아연은 pH 변화에 따라 흡착용량(KF)의 유의미한 차이가 확인되지 않았다. 구리의 경우 MiNEQL+ 모의 결과 pH > 6.8에서 Cu(OH)₂(s)가 침전물이 발생하였는데 이는 용존성 구리 제거에 상당히 기여하는 것으로 나타났다. 아연은 MiNEQL+ 모의 결과 실험범위 pH에서는 주로 이온형태로 존재하며 흡착제거가 아닌 산화철 코팅 모래 여재 표면의 정전기적 상호작용과 착물화로 제거되기 때문에 pH의 영향을 많이 받지 않은 것으로 판단된다. 산화철 모래 코팅여재의 Chloride의 영향은 농도가 증가함에 따라 아연(Zn(ll))은 60%(96.6% > 38.7%) 감소하였고, 구리(Cu(ll))는 16%(92.8% > 77.7%) 감소하였다.

하수역학 및 관망 네트워크 분석 기반 감염병 추적 알고리듬 개발

이동훈 ( Dong Hoon Lee ),강주현 ( Joo-hyon Kang ) 한국물환경학회 2022 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2022 No.-

ANN 모델을 활용한 하천퇴적물의 중금속 오염원 파악

이동훈(Dong Hoon Lee),강주현(Joo-Hyon Kang) 대한환경공학회 2021 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.11

강우 시 입자상 물질 변화에 따른 비점오염물질 분포 변화

차성민 ( Sung Min Cha ),강주현 ( Joo Hyon Kang ),이승원 ( Seung Won Lee ),김희준 ( Hee Jun Kim ),박민규 ( Min Kyu Park ),김승준 ( Seung Joon Kim ),김준하 ( Joon Ha Kim ) 한국물환경학회 2010 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2010 No.-