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생물벽체내 유기오염물질 TCE의 생물학적 분해 모의를 위한 수치모델개발
왕수균,오재일,배범한 한국지하수토양환경학회 2003 지하수토양환경 Vol.8 No.4
본 연구에서는 원위치 생물학적 처리 과정에서 공대사 기작에 의해 분해되는 유기오염물질의 성상과 거동을 모의하기 위한 수학적 모델을 제기하였다. 토양구조 내에서 부동유역의 존재가 처리 과정에 미치는 영향을 고려하기 위하여 이중공극 개념을 적용하였으며, 유기오염물질의 거동과 생물학적 처리에 미치는 미생물의 영향을 수학적으로 표현하기 위하여 수정된 Monod식과 토양상 미생물의 미소군집모형이 적용되었다. 가상의 원위치 생물학적 처리 과정에 대한 모델의 적용을 통하여 공극내 생체축적으로 인한 투수능의 감소가 지하수 흐름에 미치는 영향이 예시되었다. 가상의 생물학적 처리 과정에 대한 모델의 모의결과는 부동유역의 존재가 유기오염물질의 생물학적 가용성을 저감시키며, 생물벽체의 형성 및 처리과정에 있어 외부로부터의 미생물 및 영양물질 주입정의 위치가 효과적인 처리 계획의 수립을 위해 중요하다는 것을 보여 주었다. This study presents a mathematical model for simulating the fate and transport of a reactive organic contaminant, TCE, degraded by cometabolism in dual-porosity soils during the installation of in situ biobarrier. To investigate the effect of dual-porosity on transport and biodegradation of organic hydrocarbons, a bimodal approach was incorporated into the model. Modified Monod kinetics and a microcolony concept were employed to represent the effects of biodegrading microbes on the transport and biodegradation of an organic contaminant. The effect of permeability reduction in biobarrier due to biomass accumulation on the flow field were examined in the simulation of a hypothetical field-scale in situ bioaugmentation. Simulation results indicate that the presence of the immobile region can decrease the bioavailability of biodegradable contaminants and that the placement of microbes and nutrients injection wells should be considered for an effective installation of biobarrier during in situ bioaugmentation scheme.
열(熱)흐름을 동반(同伴)한 정상지하수(定常地下水)의 흐름해석(解析) 수치모형(數値模型)
왕수균,조원철,이원환,Wang, Soo Kyun,Cho, Won Cheol,Lee, Won Hwan 대한토목학회 1991 대한토목학회논문집 Vol.11 No.4
본(本) 연구(硏究)는 일정균등(一定均等)한 열적(熱的) 특성(特性)을 가지고 있으며 상변화(相變化) 없는 등방(等方) 이질성(異質性)의 3차원(次元) 대수층계(帶水層系)의 열(熱)흐름과 정상상태(定常狀態)의 지하수(地下水)흐름을 모의발생(模擬發生)할 수 있는 유한차분(有限差分) 모형(模型)을 확립(確立)한 것이다. 이 모형(模型)은 대규모(大規模) 지하수(地下水) 흐름체계(體系)에서 폐기물(廢棄物)의 지하저류시(地下貯溜時) 지하수(地下水) 흐름과 발생(發生) 혹은 주입(注入)된 열(熱)의 흐름을 예측(豫測) 분석(分析)하기 위하여 확립(確立)된 것이다. 이러한 대수층계(帶水層系)의 지하수(地下水) 흐름에 작용(作用)하는 조건(條件)으로는 강우주입(降雨注入)으로 인한 수문학적(水文學的) 조건(條件)과 고정(固定)된 수리수두(水理水頭) 경계조건(境界條件) 등(等)이 포함(包含)되고, 열(熱)흐름에는 지열(地熱)의 흐름, 지표면(地表面)으로의 전도(傳導), 주입(注入)에 의한 이류(移流), 고정(固定) 수두경계(水頭境界)로 향(向)한 또는 고정수두경계(固定水頭境界)로 부터의 이류(移流) 등(等)이 포함(包含)된다. 본(本) 모형(模型)에서는 지하수(地下水)흐름과 열(熱)흐름 방정식(方程式)을 번갈아 푸는 교대반복과정(交代反復過程)을 사용(使用)하고, 두 방정식(方程式)의 계산(計算)에는 직접해법(直接解法)을 사용(使用)한다. 이동시간(移動時間)은 모형공간(模型空間)에서 입자추적(粒子追跡)으로 결정(決定)되며, 분할(分轄)된 구역내(區域內)의 지하수(地下水) 유속(流速)은 구역내(區域內)의 유속(流速)을 선형(線形)으로 보간(補間)하여 계산(計算)한다. 본(本) 모형(模型)을 경상북도(慶尙北道) 영일군(迎日郡) 송라면(松羅面) 지경리(地境里) 일대(一帶)의 지하수계(地下水系)에 적용(適用)하여 이 일대(一帶) 지하(地下) 암반층(岩盤層)의 수두분포(水頭分布), 유동로(流動路), 이동시간(移動時間) 및 지하수온분포(地下水溫分布)를 계산(計算)하여 지하수(地下水) 유동체계(流動體系)를 분석(分析)하였다. In this study, a numerical model was established and applied to simulate the steady-state groundwater and heat flow in an isotropic, heterogeneous, three dimensional aquifer system with uniform thermal properties and no change of state. This model was developed as an aid in screening large groundwater-flow systems as prospects for underground waste storage. Driving forces on the system are external hydrologic conditions of recharge from precipitation and fixed hydraulic head boundaries. Heat flux includes geothermal heat-flow, conduction to the land surface, advection from recharge, and advection to or from fixed-head boundaries. The model uses an iterative procedure that alternately solves the groundwater-flow and heat-flow equations, updating advective flux after solution of the groundwater-flow equation, and updating hydraulic conductivity after solution of the heat-flow equation. Dierect solution is used for each equation. Travel time is determined by particle tracking through the modeled space. Velocities within blocks are linear interpolations of velocities at block faces. Applying this model to the groundwater-flow system located in Jigyung-ri. Songla-myun, Youngil-gun. Kyungsangbuk-do, the groundwater-flow system including distribution of head, temperature and travel time and flow line, is analyzed.
방사성폐기물 처분을 위한 Bentonite buffer 내 가스 이동 모의에서의 수리지화학적 고려사항들
왕수균(Sookyun Wang),김선옥(Seonok Kim),이민희(Minhee Lee) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
심지층 내에 고준위방사성폐기물을 장기간 안전하게 저장 처분하기 위해서는 폐기물로부터의 방사성핵종의 누출을 억제하게 위한 다층의 공학적 및 자연적 방벽의 고결성 유지가 반드시 필요하다. 특히, 압축성형된 벤토나이트 블록으로 이루어진 인공방벽은 처분용기로부터의 방사성핵종 누출 방지를 위한 1차적 완충체로서, 최근 벤토나이트 방벽을 통한 기체의 거동에 관한 많은 연구가 수행되고 있다. 금속성 용기의 부식, 공극수의 방사선 분해, 미생물의 유기물 분해 등으로 생성된 기체는 폐기물 지장용기-인공방벽 경계면에서 압력을 축적하여 궁극적으로 방벽에 물리적 변형을 야기하며 거동하게 되는데, 이와 동반한 방사성핵종의 이동과 확산은 장기적으로 폐기물 처분장의 환경적 안정성과 신뢰성에 직접적인 영향을 미치게 된다. 지금까지 수행된 다양한 모델링 연구에서는 주변 지하수에 의해 포화되어 팽창된 밴토나이트 완충재를 통한 기체의 이동 현상은 용존상 기체의 확산 및 이류 거동, 점성 또는 모세관 핑거링을 동반하는 이상(two-phase) 거동, 체적팽창(dilatancy)에 의한 거동, 기체압파쇄에 의한 균열 내 거동 등으로 모사되어 그 흐름 양상과 잠재적인 누출가능성이 정량적으로 평가되어 왔다. 그러나 이러한 모델링 연구의 결과는 아직까지 많은 가정을 포함하는 제한된 범위의 활용성만을 제공하고 있으며, 이는 인공방벽의 구조적 변형과 그를 통한 기체와 핵종 흐름 기작의 복잡성과 무작위성이 원인으로 제시되고 있다. 따라서 본 논의에서는 벤토나이트 인공방벽을 통한 기체와 이에 동반될 수 있는 방사성핵종의 거동을 모의함에 있어서 완충재인 벤토나이트의 특성과 인공방벽의 구조적 특성에 대한 수리지화학적 고려사항들 다루고자 한다. 이러한 고려는 신뢰성있는 수학적 모델의 개발을 위한 선결 과제로서, 향후 우리나라의 안전한 고준위방사성폐기물 설계와 건설에 이바지할 수 있을 것으로 판단된다.