알럼 슬러지 기반 흡착제를 이용한 수용액상 불소 및 비소 흡착에 관한 연구

이준학,지원현,이진수,박성숙,최궁원,강찬웅,김선준,Lee, Joon Hak,Ji, Won Hyun,Lee, Jin Soo,Park, Seong Sook,Choi, Kung Won,Kang, Chan Ung,Kim, Sun Joon 대한자원환경지질학회 2020 자원환경지질 Vol.53 No.6

본 연구에서는 정수 처리장 침전지에서 채취한 알럼 기반의 슬러지를 수열합성 방법으로 흡착제(Alum Sludge Based Adsorbent, ASBA)를 제조하고, 이를 인공 수용액 및 광산배수 내 불소와 비소의 제거에 적용하여 ASBA의 흡착 특성을 평가하였다. ASBA의 광물학적 결정 구조, 구성 성분 및 비표면적을 조사한 결과, ASBA는 표면에 불규칙한 기공과 87.25㎡ g-1의 비표면적을 갖는 흡착에 유리한 구조로 나타났다. ASBA를 구성하는 주요 광물 성분은 석영(SiO2), 몬모릴로나이트((Al,Mg)2Si4O10(OH)2·4H2O), 알바이트(NaAlSi3O8)임을 확인하였다. 다음으로 회분식 흡착실험을 수행하여 pH, 흡착 반응시간, 초기 농도 및 온도 등의 인자가 ASBA를 활용한 불소와 비소 흡착에 미치는 영향을 살펴보았다. 실험 결과, 용액의 pH 환경이 염기 영역으로 갈수록 불소와 비소의 흡착률은 감소하는 경향을 보였으며, 흡착제의 영전하점은 pH 7 부근으로 나타났다. 등온 흡착실험을 통해 확인한 불소와 비소의 최대 흡착량은 각각 7.6mg g-1, 5.6mg g-1이었고, 동적 흡착실험에서 불소와 비소는 반응이 시작한 후 각각 8h, 12h이 경과하면서 흡착농도의 증가율이 감소하는 것으로 나타났다. 한편 흡착평형 실험을 통한 ASBA의 흡착 메커니즘을 알아본 결과. 불소와 비소의 흡착은 Langmuir 등온 흡착모델 및 Freundlich 등온 흡착모델과 높은 상관관계를 가지며 일치하는 경향을 보여주었다. 또한 열역학적 연구에서는 25℃부터 35℃까지의 온도 증가에 따른 불소와 비소의 흡착 양상을 실험하여, 양의 값을 갖는 열역학적 상수 ΔH°와 ΔG°을 도출함으로써 ASBA의 흡착 특성은 흡열반응이자 비자발적인 반응임을 검증하였다. 재생실험 결과, ASBA는 1N NaOH을 이용하여 재생 가능하였으며, 광산배수를 이용한 불소와 비소의 흡착실험에서 각각 77%, 69%로 비교적 높은 제거율을 보여 현장 적용 가능성을 지닌 것을 알 수 있었다. 분석 결과를 종합하여 볼 때, 소규모 유량을 가지며 pH 환경이 산·중성 영역인 광산배수 내 불소와 비소가 흡착되어 제거되는 데 흡착제로서 ASBA가 효과적임을 제안한다. An Alum-sludge based adsorbent (ASBA) was synthesized by the hydrothermal treatment of alum sludge obtained from settling basin in water treatment plant. ASBA was applied to remove fluoride and arsenic in artificially-contaminated aqueous solutions and mine drainage. The mineralogical crystal structure, composition, and specific surface area of ASBA were identified. The result revealed that ASBA has irregular pores and a specific surface area of 87.25 ㎡ g-1 on its surface, which is advantageous for quick and facile adsorption. The main mineral components of the adsorbent were found to be quartz(SiO2), montmorillonite((Al,Mg)2Si4O10(OH)2·4H2O) and albite(NaAlSi3O8). The effects of pH, reaction time, initial concentration, and temperature on removal of fluoride and arsenic were examined. The results of the experiments showed that, the adsorbed amount of fluoride and arsenic gradually decreased with increasing pH. Based on the results of kinetic and isotherm experiments, the maximum adsorption capacity of fluoride and arsenic were 7.6 and 5.6 mg g-1, respectively. Developed models of fluoride and arsenic were suitable for the Langmuir and Freundlich models. Moreover, As for fluoride and arsenic, the increase rate of adsorption concentration decreased after 8 and 12 hr, respectively, after the start of the reaction. Also, the thermodynamic data showed that the amount of fluoride and arsenic adsorbed onto ASBA increased with increasing temperature from 25℃ to 35℃, indicating that the adsorption was endothermic and non-spontaneous reaction. As a result of regeneration experiments, ASBA can be regenerated by 1N of NaOH. In the actual mine drainage experiment, it was found that it has relatively high removal rates of 77% and 69%. The experimental results show ASBA is effective as an adsorbent for removal fluoride and arsenic from mine drainage, which has a small flow rate and acid/neutral pH environment.

가시권 분석에서의 MAUP 영향 분석

이준학,김항덕,오경두,Lee, Joon-Hak,Kim, Hang-Deuk,Oh, Kyoung-Doo 한국군사과학기술학회 2009 한국군사과학기술학회지 Vol.12 No.1

The purpose of this study is to analyze the MAUP's effect in visibility analysis using GIS. MAUP normally occurs in the process in terrain spatial analysis including visibility analysis. There are two different types of grid data(based on digital map and Digital Terrain Elevation Data) and 10 different types of areal units are made for modeling, such as $5m{\times}5m,\;10m{\times}10m,\;15m{\times}15m,\;20m{\times}20m,\;25m{\times}25m,\;30m{\times}30m,\;35m{\times}35m,\;40m{\times}40m,\;45m{\times}45m,\;50m{\times}50$. By analyzing the result, it was possible to observe varying viewshed areas according to different grid cell sizes and the viewshed area did not varied linearly as expected. From a general point of view, smaller unit data map out the real world in more detail, but the results of modeling do not always reach a good conclusion when data are used in modeling for terrain analysis because of the MAUP' effect. The grid cell sizes of 30m or less seems to be adequate for visibility analysis, including terrain analysis considering vegetation heights.

안전도시 모델의 평가지표에 관한 연구

이준학(Joon-Hak Lee),여옥경(Okkyung Yuh) 한국방재안전학회 2023 한국방재안전학회 논문집 Vol.16 No.2

코로나 19 이후 도시 안전에 대한 관심이 높아지면서, 여러 기관에서 도시의 안전성을 평가하는 지표가 개발되어 활용되고 있다. 용산구는 2021년 사회안전지수 평가에서 1위로 선정되어 한국에서 가장 안전한 도시로 선정되었으나, 2022년 이태원 참사로 인해, 많은 인명 피해가 발생하기도 하였다. 이것은 도시의 안전을 평가하는 지표가 담지 못하는 영역이 있으며, 이에 대한 연구가 필요함을 의미한다. 본 연구의 목적은 국내 ‧ 외 안전도시 모델을 살펴보고 이를 통해 각 모델의 차이점과 안전도시를 평가할 때 사용되는 지표를 검토하기 위한 것이다. 본 연구에서 11개 안전도시 모델을 수집하고 각 평가지표를 분석한 결과, 안전도시 모델은 세계보건기구의 국제안전도시와 유엔재해경감기구의 국제안전도시와 같이 기관에서 인증을 하는 “프로그램 기반의 안전도시 모델”과, 기관별 안전 관련 평가지표의 점수에 의해서 안전도시 순위 및 등급이 결정되는 “점수기반의 안전도시 모델”로 분류할 수 있으며, 안전한 도시가 되기 위해서는 이 두 가지 모델이 상호 보완적으로 활용될 때 도시 안전을 위협하는 제반 요소를 전방위적으로 대응할 수 있음을 알 수 있었다. 안전에 대한 위협이 다양해짐을 고려해볼 때 안전도시를 평가할 때 디지털 보안, 보건 안전, 인프라 안전, 개인 안전, 환경 안전, 교통 안전, 화재 안전, 범죄 안전, 생활안전, 자살, 감염병 등을 종합적으로 고려하는 것이 타당하는 결론을 얻었다. As interest in urban safety has increased since COVID-19, various institutions have developed and used indicators that evaluate the safety city model. Yongsan-gu was ranked No. 1 in 2021 by Social Safety Index evaluation and was selected as the safest city in Korea. However, the Itaewon disaster in Yongsan-gu in 2022 caused many casualties. The study of indicators for evaluating cities’ safety was necessary. This study aims to examine domestic and foreign safe city models and review the differences between each model and the indicators used to evaluate safe cities. As a result of collecting 11 safe city models and analyzing each evaluation index, safe city models can be classified into program-based safe city models, such as the World Health Organization’s International safe community and the UN Office for Disaster Risk Reduction’s International Safe city. Considering the diversification of threats to safety, it is reasonable to comprehensively consider digital security, health safety, infrastructure safety, personal safety, environmental safety, traffic safety, fire safety, crime safety, life safety, suicide, and infectious diseases when evaluating safe cities as evaluation parameters.

GIS기반 군 관측소 입지분석 연구

이준학(Joon-Hak LEE),백상호(Sang-Ho BAEK) 육군사관학교 화랑대연구소 2015 한국군사학논집 Vol.71 No.1

관측소 위치는 군사작전을 수행하는데 중요하다. 조선시대 봉수제도는 500여년 동안 이어온 전통적인 군사 관측 및 통신체계였다. 조선시대의 유명한 지도제작자 김정호가 만든 대동여지도에는 조선시대 봉수대의 위치 수백개 소가 표기되어 있다. 봉수의 군사적인 목적을 고려해볼 때 봉수대의 위치에 대한 지형적인 특징을 분석하는 것이 필요하다. 본 연구의 목적은 GIS를 이용한 지형분석을 통해 군 관측소의 최적 위치 선정 요소를 파악하기 위한 것으로서 조선시대 제 5거 봉수를 대상으로 하였다. 그 결과 거리, 표고, 가시권, 경사도가 군 관측소의 위치를 선정하는데 핵심요소 임을 알 수 있었다. A location of an observation post is important in military operation. Bongsu, the beacon system of Joseon, was the traditional military observation and communication system for 500 years. Daedongyeojido made by Kim Jeong-Ho, a great Joseon cartographer, presented hundreds of locations for beacon fire stations in the Joseon Dynasty. Considering the military purpose of Bongsu, it is necessary to analyze the topographical characteristics for locations of Bongsu. The purpose of this study is to find optimal location parameters for the military observation post by terrain analysis using GIS focused on the locations of 5th beacon fire stations in Joseon Dynasty. The result shows that distance, elevation, visibility, and slope are key parameters to determine the location of military observation post.

GIS를 이용한 토양유실 모델링에서의 격자크기 효과

이준학(Lee Joon Hak),오경두(Oh Kyung Doo),허준행(Heo Jun Haeng) 대한토목학회 2008 대한토목학회 학술대회 Vol.2008 No.10

GIS 기반 도로 종단경사 분석방법 연구

이준학(Joon-Hak Lee),백상호(Sang-Ho Baek) 육군사관학교 화랑대연구소 2017 한국군사학논집 Vol.73 No.1

Road width and gradient, and road surface conditions are the key factors affecting the traffic activities, and are utilized as element of performance evaluation of the road for the resupply operation in military. However, it is hard to obtain the road data in the non-accessible areas such as North Korea. The purpose of this study is to evaluate 4 methods for analyzing the road gradient in North Korea. In this study, the road data of 7 roads in North Korea were derived by 4 methods and compared between the previous gradient values and analyzed values using GIS. The result showed that analytical method using GIS was the reasonable way to estimate the road gradient of North Korea.

Windows 용 수간석해 프로그램 ( Stemwin 1,0 ) 의 개발

이준학(Joon Hak Lee),이우균(Woo Kyun Lee),서정호(Jeong Ho Seo) 한국산림과학회 2001 한국산림과학회지 Vol.90 No.3

This study was performed to develope stem analysis program(Stemwin1.0) which can be used in PC with MS-Windows operating system. Stemwin1.0 uses width of annual tree ring measured with 1/100㎜ unit, and calculate increments of several growth factors such as DBH, height and volume with various methods. Mean DBH can be calculated by arithmetic and quadratic mean methods. Height can be estimated by parallel line, line extending and height curve methods. Volume can be estimated by Huber, Smalian, and Spline functions. Not only Total growth, Mean Annual lncrement(MAI) and Current Annual Increment(CAI) of growth factors, but also merchantable volume and height, form factor, growth rate, and merchantable volume rate are automatically calculated. Stemwin1.0 can also output accurate stem taper curve with various scale, and prepare stem taper data(diameter at different disk heights) for statistical analysis for deriving stem taper model. Stemwin1.0 can export output data and graph to Excel for more compatible use of it.

수정 IAS 지수를 이용한 북한지역의 강우침식인자 추정

이준학(Joon-Hak Lee),허준행(Jun-Haeng Heo) 한국토양비료학회 2011 한국토양비료학회지 Vol.44 No.6

Soil erosion in North Korea has been continued to accelerate by deterioration of topographical conditions. However, few studies have been conducted to predict the amount of soil loss in North Korea due to limited data so far. Rainfall erosivity is an important factor to predict the amount of long-term annual soil loss by USLE (universal soil loss equation). The purpose of this study is to investigate rainfall erosivity, which presented the potential risk of soil erosion by water, in North Korea. Annual rainfall erosivities for 27 stations in North Korea for 1983~2010 were calculated using regression models based on modified Institute of Agricultural Sciences (IAS) index in this study. The result showed that annual average rainfall erosivity in North Korea ranged from 2,249 to 7,526 and averaged value was 4,947 MJmm ha<SUP>-1</SUP> hr<SUP>-1</SUP> yr<SUP>-1</SUP>, which corresponded to about 70% of annual average rainfall erosivity in South Korea. The finding was that the potential risk of soil erosion in North Korea has been accelerated by the increase of rainfall erosivity since the late 1990s.

광산배수 정화시설 철 슬러지 기반 흡착제를 활용한 수용액상 불소 흡착에 관한 연구

이준학(Joon Hak Lee),김선준(Sun Joon Kim) 대한자원환경지질학회 2021 자원환경지질 Vol.54 No.6

본 연구에서는 강원도 강릉에 위치한 광산배수 처리시설 침전지에서 채취한 철 수산화물 기반의 슬러지를 자연 건조해 제조한 흡착제를 사용하여 인공 불소 수용액 및 실제 광산배수에 적용하여 흡착제의 불소 흡착 특성을 확인하였다. 실험에 사용된 흡착제의 화학적 성분, 광물학적 특성 및 비표면적을 분석한 결과, 주구성광물로 산화 철(Fe2O3)이 79.2 wt.%를 차지하며, 결정구조 분석에서 방해석(CaCO3)과 관련된 피크가 분석되었다. 또한 불규칙한 표면과 216.78 m2·g-1의 비표면적을 가지고 있음이 확인되었다. 실내 회분식 실험에서는 반응시간, pH, 초기 불소 농도 및 온도 등의 변화가 흡착량 변화에 미치는 영향을 확인하였다. 동적 흡착실험 결과, 불소의 흡착은 반응 시작 16시간 후 3.85 mg·g-1의 흡착량을 보이며 흡착량이 증가하다 점차 흡착량의 증가율이 감소하였으며, 등온 흡착실험에서 확인된 흡착제의 이론적 최대 흡착량은 81.01 mg·g-1으로 분석되었다. 또한 pH가 증가할수록 불소의 흡착량이 감소하는 모습을 보였으며, 특히 흡착제의 영전하점인 pH 5.5 부근에서 급격한 감소량을 나타냈다. 한편 등온 흡착실험의 결과를 Langmuir 및 Freundlich 등온 흡착 모델에 적용하여 사용한 흡착제의 불소 흡착 메커니즘을 유추한 결과, Freundlich 등온 흡착 모델과 더 높은 상관관계(R2=0.9138)로 일치하는 모습을 보였다. Van t Hoff 식을 활용하여 흡착제의 열역학적 특성을 파악하기 위해 25℃에서 65℃까지 온도를 증가시키며 획득한 흡착량 정보로 열역학적 상수 △Ho와 △Go을 계산하여 흡착제가 흡열의 흡착 특성을 보이며 반응이 비자발적임을 도출하였다. 마지막으로 약 12.8 mg·L-1의 불소 농도를 가지는 광산배수에 흡착제를 적용하여 실제 환경에서 흡착제의 적용가능성을 확인한 결과, 약 50%의 불소 제거효과가 있는 것으로 나타났다. In this study, an adsorbent prepared by natural drying of iron hydroxide-based sludge collected from settling basin at a mine drainage treatment facility located in Gangneung, Gangwon-do was used to remove fluoride in an artificial fluoride solution and mine drainage, and the adsorption characteristics of the adsorbent were investigated. As a result of analyzing the chemical composition, mineralogical properties, and specific surface area of the adsorbent used in the experiment, iron oxide (Fe2O3) occupies 79.2 wt.% as the main constituent, and a peak related to calcite (CaCO3) in the crystal structure analysis was analyzed. It was also identified that an irregular surface and a specific surface area of 216.78 m2·g-1. In the indoor batch-type experiment, the effect of changes in reaction time, pH, initial fluoride concentration and temperature on the change in adsorption amount was analyzed. The adsorption of fluoride showed an adsorption amount of 3.85 mg·g-1 16 hours after the start of the reaction, and the increase rate of the adsorption amount gradually decreased. Also, as the pH increased, the amount of fluoride adsorption decreased, and in particular, the amount of fluoride adsorption decreased rapidly around pH 5.5, the point of zero charge at which the surface charge of the adsorbent changes. Meanwhile, the results of the isotherm adsorption experiment were applied to the Langmuir and Freundlich isotherm adsorption models to infer the fluoride adsorption mechanism of the used adsorbent. To understand the thermodynamic properties of the adsorbent using the Van t Hoff equation, thermodynamic constants ΔHo and ΔGo were calculated using the adsorption amount information obtained by increasing the temperature from 25oC to 65oC to determine the adsorption characteristics of the adsorbent. Finally, the adsorbent was applied to the mine drainage having a fluoride concentration of about 12.8 mg·L-1, and the fluoride removal rate was about 50%.

개발 전·후 지형조건에 따른 산사태 위험도 분석

이준학(Lee, Joon-Hak),이창희(Lee, Chang-Hee),오경두(Oh, Kyoung-Doo) 대한토목학회 2013 대한토목학회 학술대회 Vol.2013 No.10