간행물
상하수도학회지 KCI 등재 Journal of the Korean Society of Water and Wastewater
- 발행기관 대한상하수도학회
- 자료유형 학술지
- 간기 격월간
- ISSN 1225-7672 (Print)2287-822X (Online)
- 수록기간 1993 ~ 2026
- 주제분류 공학 > 건축공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 539DDC 628
권호리스트/논문검색
제39권 제4호 (2025년 8월) 4건
1.
2025.08
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하수처리장 유출수의 수질 예측은 수질 사고의 사전 대응 및 처리장의 안정적인 운영을 위해 필수적인 요소이다. 최근 머신러닝을 활용한 예측 모델링에서 예측 성능 향상과 과적합 방지를 위해 다양한 교차 검증법과 하이퍼파라미터 최적화 기법이 활용되고 있으나, 하수처리장 데이터는 시간적 의존성과 급격한 변동성이 내재되어 있어 과적합에 취약하고 안정적인 모델 구축에 어려움이 따른다. 본 연구에서는 이러한 데이터 특성을 효과적으로 반영할 수 있는 최적의 모델링 파이프라인을 구축하고자 하였으며, XGBoost 모델을 기반으로 유출수 내 총질소 농도를 예측하였다. 예측 성능 평가 지표로는 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error, RMSE), 결정계수(coefficient of determination, R2), RMSE 오차 개선율(the rate of improvement on RMSE, RIRRMSE) 그리고 계산 시간을 사용하였다. 기본적인 Hold-out 방식의 성능을 기준으로 K-fold, 시계열 교차 검증(Time Series Cross Validation, TSCV), 블록 시계열 교차 검증(Blocked Time Series Cross Validation, BTSCV) 기법의 예측 성능을 분석한 결과, BTSCV는 인접한 데이터만을 고려하는 방식으로 시간적 의존성과 급변 특성을 효과적으로 반영하여 가장 높은 RIR(36.37%)을 기록하였다. 또한, 하이퍼파라미터 최적화(그리드 서치와 베이지안 최적화) 기법과의 다양한 교차 검증법의 조합을 통해 모델 성능과 과적합 방지 효과를 분석한 결과, BTSCV와 베이지안 최적화의 결합은 짧은 계산 시간(364.64초)과 함께 가장 높은 RIR(64.93%)을 보였으며, 훈련 및 평가 데이터 간 성능 차이도 최소화되어 일반화된 예측 모델로서의 효과성이 입증되었다. 따라서 본 연구는 하수처리장 시계열 데이터의 특성에 적합한 BTSCV와 베이지안 최적화 기법을 결합한 모델링 파이프라인 전략을 제안하며, 향후 실시간 수질 모니터링 및 하수처리장 운영 효율성 제고에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
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2.
2025.08
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하수처리장 전력 사용량의 50∼65%를 사용하는 송풍기 사용 동력 절감은 Scope 2 탄소발생을 감소시킨다. 일반적으로 국내 하수처리장은 설계기준인 일 최대 유입하수량과 유입 수질 유입 시 방류수 배출기준을 만족하도록 설계된 운전 방법으로 상시 가동하는데, 일반적인 특성을 가진 하수를 처리하는 경우 이에 맞춘 운전을 하면 송풍 동력을 절감할 수 있다. 본 연구에서는, 시뮬레이션을 통해 일반적인 하수를 처리하는 경우 4개로 구분된 호기조 중 3개만 폭기하고, 말단 호기조의 용존산소 농도와 암모니아성 질소 농도를 기준으로 전체 호기조 공급 송풍량을 조절하면 폭기 에너지를 절약할 수 있는 것으로 파악되었다. 말단 호기조 용존산소 농도를 1.5 ㎎/L로 상시 유지하고, 시간 최대 암모니아성 질소 농도를 상시 4.0 ㎎/L 이하로 유지시키는 다단 제어시스템을 도입하면 전체적으로 설계운전에 비해 16.2%의 송풍량이 절감이 될 수 있는 것으로 시뮬레이션을 통해 파악되었다. 또한 16.2% 의 송풍량 절감은 0.00599 kg CO2.eq./m3, 연간 102.7 ton의 Scope 2 탄소 발생을 절감하는 것으로 나타나, 다단제어를 포함한 Digital Twin을 실 처리장에 적용하면 송풍량 최적화를 통한 탄소발생 저감이 수행될 수 있는 것으로 나타났다.
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3.
2025.08
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활성슬러지 생물반응기 내 핵심 미생물군은 하수처리장에서 미생물 군집이 수행하는 생태학적 역할을 이해하는 데 중요한 기반이 된다. 본 연구에서는 이러한 핵심 미생물군의 생태학적 중요성을 규명하기 위해, 한국과 중국에 위치한 6개의 실규모 하수처리장에서 채취한 총 39개의 시료를 대상으로 고효율 염기서열 분석 기반의 미생물 군집 분석을 수행하였다. 분석 결과, 각각의 하수처리장에서 관찰된 미생물 군집 변동성은 하수처리장 간의 변동성보다 낮은 패치 동역학이 관찰되었다. 이 결과는 핵심 미생물군이 공간적 스케일보다는 시간적 스케일에서 정의될 수 있음을 보여준다. 또한, 미생물의 기능적 동역학을 비교한 결과, 하수처리장 전반에 걸쳐 통계적으로 유사한 기능적 대사경로가 관찰되었으며, 이는 활성슬러지 생물반응기 내 미생물 군집이 분류학적으로 상이하더라도 유사한 기능을 수행하고 있음을 시사한다. 종합적으로, 본 연구는 하수처리장 미생물 군집의 기능적 중복성에 대한 통찰력을 제공한다.
4,600원
4.
2025.08
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본 연구에서는 2009년부터 2024년까지 발생한 수도관 파손 사례 29건(DCIP 16건, SP 13건)을 직접 조사하여 파손의 원인을 규명하였다. DCIP의 파손 유형은 주로 종방향 균열 또는 파손(62.5%, 10건)이었고, 그외 파손 유형으로는 홀(Hole) 발생(18.8%), 원주방향 균열 (12.5%), 접합부 부식으로 인한 누수(6.3%)이었다. SP는 5건의 홀 발생(38.5%), 그외 종방향 균열과 원주방향 균열은 각각 30.8%로 나타났다. 이러한 파손의 원인으로 DCIP는 제조상(관두께 부족, 편차, 몸통 기공, 표면 결함 등)이나 재질 결함(화학적 성분, 금속 구조, 인장강도 등)이 DCIP의 파손에 가장 큰 영향을 미쳤으며, 부식과 관련된 매설 환경과 관 하부 기초 시공(자갈, 보 등)과 관련된 사항이 영향을 주었던 것으로 나타났다. SP는 부식, 관의 처짐을 유발하는 매설 환경이나 시공 관련 요인이 SP에 가장 큰 영향을 미쳤고, 일부 롤벤딩으로 제작된 SP는 종방향 용접 결함(부분 용접 등)으로 인한 반복적인 파손 사고를 유발하는 것으로 나타났다. 마지막으로, DCIP와 SP의 파손 사고는 단일 원인이라기보다는 상기의 다양한 요인들이 복합적으로 작용하여 발생한 것으로 판단된다. 그러나 관의 파손에는 관 제조상, 재료 결함, 시공 요인들이 큰 영향을 주고 있어 상수도 관 진단 시 더욱 집중적으로 조사해야 할 영역으로 판단된다.
5,500원
