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
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제40권 제3호 (2026년 6월) 8건
1.
2026.06
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본 연구는 하ㆍ폐수 처리 공정에서 인산염 제거와 미생물 살균을 동시에 수행할 수 있는 자성 복합체인 Cu/La-LDH@Fe3O4 나노캡슐을 개발하였다. 본 소재는 인산염과 높은 친화성을 갖는 란타넘과 접촉 독성을 지닌 구리로 구성된 층상 이중 수산화물(Layered Double Hydroxide, LDH)을 자성 산화철 표면에 고정함으로써 흡착, 살균, 회수 기능을 단일 구조에 통합한 것이 특징이다. 기존 LDH 기반 흡착제가 인 제거 또는 살균 중 단일 기능에 초점을 맞추고 있는 것과 달리, 본 연구는 Cu/La 이원 금속 LDH 조성을 통해 두 기능을 동시에 구현하고, Fe3O4 코어를 도입하여 외부 자기장에 의한 신속한 회수를 가능하게 한 점에서 차별성을 갖는다. 상온 및 pH 7 조건에서 수행한 흡착 평형 실험 결과, Langmuir 및 Sips 등온 모델 모두에서 최대 인산염 흡착 용량은 약 66 mg g-1 으로 나타났으며, 반복적인 흡착-탈착 실험 후에도 초기 성능의 80% 이상을 유지하여 우수한 재생 가능성을 확인하였다. 또한 실제 하수처리장 2차 처리수를 대상으로 한 실증 실험에서 인 농도는 0.65 mg L-1에서 방류수 기준인 0.05 mg L-1 이하로 저감되었고, 총대장균은 검출 한계 미만으로 감소하였다. 이러한 결과는 Cu/La-LDH@Fe3O4 나노캡슐이 인 제거와 살균 공정을 하나로 통합할 수 있는 실질적인 수처리 소재로서, 공정 단순화 및 운영 효율 향상에 기여할 수 있음을 시사한다.
5,400원
2.
2026.06
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본 연구는 하수처리장 방류수를 역삼투막(RO)으로 처리한 재이용수를 관망을 통해 공급하는 과정에서 부식⋅스케일 위험을 완화하면서 국내 먹는물 수질기준을 만족할 수 있는 Ca(OH)2–CO2 기반 재광물화 최적 주입조건을 도출하였다. 국내 3개소의 공공하수처리장 재이용처리를 위한 저압막–RO 공정을 통한 RO 처리수와 실험실 규모 UF–RO 처리수의 수질을 분석하여 대표 원수 조건을 설정하였고 물리화학 반응모사기반 수처리공정을 모델링을 위한 Water!Pro를 이용하여 pH 7.3∼8.0 및 경도 60∼90 mg/L(as CaCO3) 범위에서 Langelier Saturation Index(LSI)가 최소가 되는 조합을 최적점으로 정의하였다. 그 결과, 경도 80 mg/L(as CaCO3), pH 7.85에서 LSI가 0에 가장 근접하였으며, 해당 조건의 이론 주입량은 Ca(OH)2 56.4 mg/L, CO2 61 mg/L로 각각 산정되었다. 해당 조건에서 RI, AI, CCPP를 추가 평가하여 간접 음용 재이용 특성을 고려한 복합 지표 해석 필요성을 확인하였다. 초기 pH 5.5-6.3과 수온 17-25 ℃ 변동을 고려한 민감도 분석에서, 목표 경도와 pH로 제어될 경우 LSI는 대부분 0 ± 0.1 범위에서 유지되는 경향을 나타내었고, 특히 수온 19-23 ℃ 구간에서 LSI 변동폭이 상대적으로 적었다. 실험실 규모의 개방형 교반 배치 실험에서 Ca(OH)2 요구량은 이론값과 유사한 수준에서 목표 경도에 도달하였으나, CO2는 목표 pH 도달 과정에서 모델 기반 목표 주입량 61 mg/L 대비 73.6–78.5 mg/L의 누적 주입량이 요구되어 약 1.21–1.29배 수준으로 나타났다. 재광물화수에 소독제로서 차염소산나트륨(NaOCl) 5 mg/L를 주입한 후 먹는물 수질기준을 분석한 결과 전 항목의 수질기준을 만족하였으며(최종 처리수 pH 7.8), PFAS는 국내 먹는물 수질감시항목 기준 대비 모두 정량한계 미만(각 항목 5 ng/L)으로 확인되었다. 본 결과는 RO 재이용수의 간접 음용 전환을 위한 목표수질 설정과 함께, 개방형 배치 조건에서 CO2의 기–액 전달효율, 접촉시간 및 일부 탈기 가능성을 고려한 주입량 보정과 pH 안정화 거동을 운전⋅평가에 반영할 필요성을 시사한다.
4,300원
3.
2026.06
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정수처리 공정에서 혼화⋅응집⋅침전 공정은 원수 탁도 제거와 처리수 수질 안정성을 결정하는 핵심 단위 공정이다. 그러나 최근 기후와 유역 환경 변화로 인해 원수 수질 변동성이 증가함에 따라 기존 운영자 경험에 의존한 응집제 주입농도 결정 방식에는 한계가 있다. 본 연구에서는 파일럿 규모의 혼화⋅응집⋅침전 공정을 대상으로 인공지능 기계학습 기반 응집제 주입농도 예측 모델의 적용 가능성을 평가하고자 하였다. 이를 위해 유입수의 수온, 탁도, pH, 전기전도도, 알칼리도, 유량 및 24시간 전 응집제 주입농도를 입력 변수로 활용하여 Ridge Regression, Lasso Regression, Decision Tree, Random Forest, ANN(Artificial Neural Network), DNN(Deep Neural Network), 그리고 RNN(Recurrent Neural Network) 등 총 7개의 기계학습 모델을 포함하는 Model Bank 형태의 예측 방안을 적용하였다. Model Bank에서의 모델 성능 평가는 RMSE(Root Mean Square Error)를 기준으로 수행하였으며, 각 시점에서 RMSE가 가장 낮은 모델을 선택하여 응집제 주입농도를 산정하였다. Model Bank 기반 분석 결과, Random Forest 모델이 평균 RMSE 0.866로 가장 우수한 예측 성능을 나타냈으며, 모델 선택 빈도에서도 가장 높은 비율을 보였다. 예측모델 기반 산정된 응집제 주입농도를 적용한 결과, 평균 응집제 주입농도는 기존 정수장 운영 조건의 10.67 mg/L에서 7.03 mg/L로 감소하여 약 34.1%의 응집제 사용량 절감 효과가 나타났다. 파일럿 공정에서 측정된 침전 처리수 탁도는 평균 0.33 NTU로 실제 정수장의 평균 0.26 NTU와 유사한 수준을 유지하였으며, 대부분 0.5 NTU 이하로 안정적으로 유지되는 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 인공지능 기계학습 기반 예측 모델이 파일럿 규모 응집⋅침전 공정에서 응집제 주입농도 제어와 침전 공정의 처리수 탁도 관리에 효과적으로 적용될 수 있음을 보여준다. 또한 Model Bank 기반 접근은 공정 조건 변화에 따라 최적 모델을 선택함으로써 단일 모델 기반 예측 값에 비해 보다 안정적인 공정 운영을 가능하게 할 수 있음을 확인하였다.
4,300원
4.
2026.06
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본 연구는 강우 시 유입되는 고농도 비점오염물질을 안정적으로 제어하고 여과 공정의 장기 운전 한계를 극복하기 위해, 하이드로사이클론과 상향류식 2단 응집-여과가 결합된 복합 공정을 고안하고 그 처리 특성 및 여재 회복 성능을 평가하였다. 연속 운전 결과, 최대 1,089.1 mg/L의 극심한 부유물질(SS) 부하 조건에서도 상향류식 섬유 여재의 심층 여과 기작을 통해 시스템의 최대 수두손실이 10 cm 미만으로 안정적으로 유지되었다. 1단 물리적 여과조는 SS 86.72%를 제거하는 우수한 전처리 성능을 보였으나, 용존성 인 제어의 한계로 총인(T-P) 제거율은 36.92%에 머물렀다. 이를 극복하기 위해 하이드로사이클론 내 응집제 혼화와 2단 여과를 연계한 결과, 여재 내 접촉 응집 기작이 발현되며 최종 유출수의 누적 제거율이 SS 98.68%, T-P 84.90%로 비약적으로 향상되었다. 더불어, 에어리프트 펌프를 활용한 기-액 혼합 역세척에 대한 물질수지 분석 결과, 외부 세척수 없이 내부 잔류수와 공기 주입만으로 평균 90.0%의 우수한 여재 회복률을 달성하였다. 결론적으로 제안된 공정은 비점오염원 내 입자상 물질 및 용존성 인의 고도 처리와 장기 운전 안정성을 동시에 확보할 수 있는 경제적이고 효율적인 기술임을 입증하였다.
4,300원
5.
2026.06
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본 연구는 양이온성 4차 암모늄 화합물(Quaternary Ammonium Compounds, QACs)을 Sol–Gel 공정을 통해 제올라이트 표면에 고정화한 기능성 여재를 제조하고, 이를 이용하여 남조류 Microcystis aeruginosa에 대한 색소 기반 생리적 억제 가능성과 반복 사용 안정성을 실험실 규모에서 평가하였다. 실험은 QACs 코팅 여부 및 코팅 농도에 따른 시각적 변화, Chlorophyll-a (Chl-a), Phycocyanin (PC), pH 변화, 유사 일차 감소속도상수(k), 표면 특성 분석(SEM, EDS, FT-IR), TOC 기반 용출 평가, 그리고 microcystin 분석을 중심으로 수행하였다. 실험 결과, QACs-coated Zeolite 처리군에서는 시간 경과에 따라 상등액의 녹색 색조가 감소하고 세포 응집 및 침전이 촉진되는 양상이 관찰되었다. 또한 QACs-coated Zeolite 조건에서는 무코팅 제올라이트 및 sodium silicate-coated zeolite 조건에 비해 Chl-a와 PC가 더 크게 감소하였으며, 특히 PC가 더 민감하게 반응하는 경향을 보였다. 유사 일차 감소속도상수(k) 분석에서도 QACs 코팅 농도가 증가할수록 색소 감소 속도가 커지는 경향이 나타났다. 동일 여재를 3회 반복 사용한 연속 실험에서는 이러한 경향이 대체로 유지되어, 반복 사용 조건에서도 일정 수준의 반응성이 유지될 가능성을 확인하였다. SEM, EDS 및 FT-IR 분석 결과는 제올라이트 표면에 Si 기반 무기층과 QACs 유기 성분이 함께 존재하는 유기–무기 복합 코팅층이 형성되었음을 시사하였다. TOC 기반 간접 평가에서는 Sol–Gel 코팅 시료가 단순 담지 시료보다 낮은 용출 경향을 보여, Sol–Gel 네트워크가 QACs의 수중 용출을 일정 수준 억제할 가능성을 나타냈다. 한편, microcystin-LR, -YR, -RR, -LA, -LY, -LF 등 주요 6종의 microcystin은 모든 처리 조건에서 검출한계 이하로 나타났다. 종합하면, QACs-coated Zeolite는 M. aeruginosa 배양계에서 색소 감소, 응집 및 침전 유도, 그리고 반복 사용 시 일정 수준의 반응성 유지 가능성을 보였으며, Sol–Gel 기반 고정화는 단순 담지 방식에 비해 용출 안정성 측면에서 유리한 경향을 나타냈다. 다만 본 연구는 색소 기반 지표와 정성적 관찰을 중심으로 수행되었으므로, 실제 세포 생존율, 독소 분획, 직접적인 QACs 용출 정량, 생태독성 및 현장 적용성에 대한 추가 연구가 필요하다.
6,000원
6.
2026.06
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본 연구에서는 실제 정화조 설계계산서 142건을 대상으로 정화조 용량 산정 특성을 분석하였다. 이를 위해 이론총용량과 실제총용량의 관계를 비교하고, 두 값의 차이를 용량차이율로 환산하여 분포 특성을 검토하였다. 아울러 설계인원에 따른 인원당용량의 분포와 이론총용량 대비 절대용량차의 양상도 함께 살펴보았다. 분석 결과, 실제총용량은 이론총용량이 증가함에 따라 전반적으로 함께 증가하는 경향을 보였으며, 선형회귀분석 결과 회귀식은 y = 1.197x + 0.320, 결정계수는 R2 = 0.874로 나타났다. 또한 실제총용량이 이론총용량보다 크게 계획된 사례가 다수 확인되었다. 용량차이율의 중앙값은 9.9%, 평균은 21.1%로 나타났고, 일부 사례에서는 큰 편차가 확인되었다. 또한 설계인원이 작은 구간에서는 인원당용량의 변동폭이 크게 나타난 반면, 설계인원이 증가할수록 인원당용량은 비교적 일정한 범위에 분포하는 경향을 보였다. 절대용량차는 대부분의 사례에서 크지 않았으나, 일부 사례에서는 비교적 큰 차이가 나타났다. 본 연구는 실제 설계사례를 바탕으로 정화조 용량 산정의 전반적인 경향을 정리하였고, 향후 세부 설계조건을 고려한 추가 검토를 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
4,000원
7.
2026.06
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호기성 입상슬러지(Aerobic Granular Sludge, AGS)는 우수한 침전성과 높은 미생물 농도를 동시에 확보할 수 있어 차세대 하수 고도처리 기술로 주목받고 있다. 그러나 실제 생활하수는 낮고 변동성이 큰 유입 부하 특성을 가지므로, 안정적인 AGS 형성과 장기 유지에 대한 운전 조건 정립이 여전히 요구된다. 본 연구에서는 실제 생활하수를 대상으로 한 실험실 규모의 연속회분식반응기(Sequencing Batch Reactor, SBR) 공정을 이용하여 수리학적 체류시간(Hydraulic Retention Time, HRT), 호기시간 및 공정 운전 지표(유기물부하율 (Organic Loading Rate, OLR), 유기물/미생물비율(Food to Microorganism ratio, F/M비), 고형물체류시간(Solid Retention Time, SRT))의 변화가 AGS 형성, 침전성, 처리 효율 및 미생물 군집 구조에 미치는 영향을 종합적으로 평가하였다. 결과적으로, HRT가 짧고 OLR 및 F/M비가 상대적으로 높은 조건에서는 AGS의 초기 형성 속도와 과립 크기가 빠르게 증가하였으나, 장기 운전 시에는 HRT가 길고 OLR과 F/M비가 낮은 조건에서 구조적으로 치밀하고 안정적인 AGS가 유지되었다. 다양한 유입농도에서 유기물 제거율은 70% 이상 안정적으로 유지하였으며, 질소 제거 효율은 충분한 호기시간이 확보된 조건에서 높게 나타났다. 운전 조건과 시간에 따라 질산화 및 세포외고분자물질(Extracellular Polymeric Substances, EPS) 기반 입상 구조 형성에 관여하는 미생물 군집이 우점종으로 변화하였으며, 이러한 결과는 AGS의 구조적 안정성과 질소 제거 성능을 설명하는 중요한 생물학적 근거로 해석되었다.
4,500원
8.
2026.06
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최근 기후변화와 도시화의 영향으로 도시침수 위험이 증가함에 따라, 실시간 모니터링 기반의 비구조적 대응체계 구축 필요성이 확대되고 있다. 본 연구에서는 도시배수관망의 수위 패턴 유사성과 침수 취약성을 동시에 고려한 최적 수위계 배치 방법론을 제안하였다. 연구대상지역 을 대상으로 EPA-SWMM 모형을 구축하고, 12개의 설계 강우 시나리오에 대한 모의를 수행하여 월류 발생 주요 지점을 도출하였다. 이후 관망의 위상 연결성을 고려한 공간 그룹화와 Dynamic Time Warping(DTW) 기반 수위 시계열 유사성 분석을 수행하였으며, 이를 침수흔적까지의 거리와 결합한 다목적 파레토 최적화를 통해 최적 후보 지점을 선정하였다. 또한 설치 개수 제한 및 설치 배제 반경(200 m) 제약조건을 적용하여 최종 수위 모니터링 지점을 도출하였다. 분석 결과, 16번, 27번, 31번 및 52번 맨홀이 최적 수위계 설치 지점으로 선정되었다. 본 연구는 수리적 거동 특성과 공간적 침수 취약성을 통합적으로 고려한 수위계 배치 방법론을 제시함으로써 도시침수 모니터링 및 예⋅경보 체계 구축을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
4,900원
