Understanding the long-term geochemical evolution of engineered barrier system is crucial for conducting safety assessment in high-level radioactive waste disposal repository. One critical scenario to consider is the intrusion of seawater into the engineered barrier system, which may occur due to global sea level rise. Seawater is characterized by its high ionic strength and abundant dissolved cations, including Na, K, and Mg. When seawater infiltrates an engineered barrier, such dissolved cations displace interlayer cations within the montmorillonite and affect to precipitation/ dissolution of accessory minerals in bentonite buffer. These geochemical reactions change the porewater chemistry of bentonite buffer and influence the reactive transport of radionuclides when it leaked from the canister. In this study, the adaptive process-based total system performance assessment framework (APro), developed by the Korea Atomic Energy Research Institute, was utilized to simulate the geochemical evolution of engineered barrier system resulting from seawater intrusion. Here, the APro simulated the geochemical evolution in bentonite porewater and mineral composition by considering various geochemical reactions such as mineral precipitation/dissolution, temperature, redox processes, cation exchange, and surface complexation mechanisms. The simulation results showed that the seawater intrusion led to the dissolution of gypsum and partial precipitation of calcite, dolomite, and siderite within the engineered barrier system. Additionally, the composition of interlayer cation in montmorillonite was changed, with an increase in Na, K, and Mg and a decrease in Ca, because the concentrations of Na, K, and Mg in seawater were 2-10 times higher than those in the initial bentonite porewater. Further studies will evaluate the geochemical sorption and transport of leaked uranium-238 and iodine-129 by applying TDB-based sorption model.

In the engineered barrier system of deep geological disposal repository, complex physicochemical phenomena occur throughout the entire disposal time, consequently impacting the safety function. The bentonite buffer, a significant component of the engineered barrier system, can be geochemically altered due to the changes in host rock groundwater, temperature, and redox condition. Such changes may have direct or indirect effects on radionuclide migration in case of canister failure. Therefore, a modeling tool that accounts for coupled thermal-hydraulic-mechanical-chemical (THMC) processes is necessary for the safety assessment. To this end, the Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) has developed the APro, a modeling interface for conducting safety assessment of deep geological disposal repository. The APro considers coupled THMC processes that influence radionuclide migration. Here, the solute transport considering thermal and hydraulic processes are calculated using the COMSOL multi-physics, while geochemical reactions are carried out in PHREEQC. The two software are coupled using a sequential non-iterative operator splitting approach, and transport of non-water H, non-water O, and charge were additionally considered to enhance the coupling model stability. Finally, the applicability of APro to simulate long-term geochemical evolution of bentonite was demonstrated through benchmark studies to evaluate the effects of mineral precipitation/dissolution, temperature, redox, and seawater intrusion.

Multiple sorptive sites on natural illitic clays (e.g., frayed edge [FES], type II [TS], and planar sites [PS]) play an important role to diverse 137Cs immobilization in soil and aquifer environments. This study investigated the Cs sorption capabilities of 10 natural illitic clays at ranged Cs concentrations (1 ×10−7 to 1×10−3 mol·L−1) under various competing potassium concentration (distilled water to 1×10−1 mol·L−1). Additionally, multisite cation exchange model was performed to evaluate the best-fit sorption model and optimize the sorption capacities and affinities of multiple sorptive sites for Cs. Here, the experimental Cs sorption isotherms varied among 10 illtic clays, indicating different sorption capacities of Cs on illitic clays. The best-fit sorption model exhibited that variable Cs sorption of 10 illitic clays was significantly related to the sorption capacities at the FES (1.76 × 10−5 to 1.12×10−4 eq·kg−1), TS (1.59×10−3 to 9.76×10−3 eq·kg−1), and PS (2.14×10−2 to 1.51×10−1 eq·kg−1), respectively. The FES predominantly contributed to Cs sorption at low aqueous concentrations, whereas the TS and PS sorbed Cs at high concentrations. These sorption capabilities of multiple sorptive sites were correlated to illite contents and crystallinity of illitic clays, implicating that such parameters could be key factors to predict the Cs sorption for natural illitic clays in soil and aquifer environments. Finally, 1-D transport simulations represented that the severe Cs retardation occurred at low Cs concentration, implying that the FES predominantly affected to Cs transport in actual radioactive contamination sites (i.e., where low Cs concentration prevails), compared to the TS and/or PS.

본 연구는 대륜 국화 ‘백마’의 생육 특성인 생체중, 건물중, 엽면적을 조사하여, 생장 및 기후요소에 따른 생장 예측모델 개발을 위하여 수행되었다. 정식후 일수 및 누적온도에 따른 국화의 건물중 및 엽면적 분석에 기반한 ‘백마’의 생장예측을 위한 시그모이드 회귀모델을 개발하였다. ‘백마’의 건물중 상대 생장률(RGR)은 재배기간 평균 0.084 g·g-1·d-1이었다. 정식 후 재배 기간에 따른 건물중에 대한 상대 생장률은 정식 초기부터 단일처리 전까지 높았으며 최고 0.133 g·g-1·d-1까지 증가하였고, 63일째 단일처리가 시작된 후 수확 시기에서는 0.030 g·g-1·d-1으로 감소하는 경향을 보였다. 누적온도에 따른 국화의 건물중, 엽면적에 대한 생장 모델(sigmoid 곡선)을 개발하였다. 정식 후 일수와 누적온도에 따른 ‘백마’의 건물중 및 엽면적은 지수함수적으로 증가하였으며, 건물중의 경우 63일(누적온도 1601℃)까지 평균 39.1%씩 증가하였고, 이후 평균 7.4%씩 증가하였다. 엽면적의 경우 정식 후 28일차 까지 평균 63.3%씩 증가하였고, 화아분화가 발생하기 전인 84일차까지 평균 6.5%씩 증가하였으며 화아 분화가 발생하 기 전 84일까지 평균 6.5%로 증가했고, 이후 수확 전까지 평균 10.6%씩 증가하는 경향을 보였다. 본 실험은 충남지역에 서 대륜 국화 ‘백마’의 재배관리 체계와 계획적 연중 생산 체계를 구축하는데 유용한 자료로 활용될 수 있다. 보다 정밀한 생육 예측 모델을 만들기 위해서는 누적 일사량을 포함한 다양한 기상자료를 바탕으로 하여 교정 및 검증이 필요하다.

본 연구에서는 가압식 분리막 여과에서 무기입자의 존재가 유기파울링에 미치는 영향을 관찰하였다. 유기파울링의 유발을 위해 알긴산나트륨(sodium alginate, SA)를 이용한 정밀여과 실험에서 무기 실리카(SiO2) 입자의 존재 유무와 상관 없이 분리막 파울링은 여과초기 완전공극막힘에서 여과시간이 경과할수록 케이크 형성에 의해 주로 지배되었다. 그러나 무기 입자의 존재 시 정압여과에서 알긴산나트륨 파울링 케이크 비저항값과 압축성은 상대적으로 낮게 관찰되었고 이로 인해 낮은 파울링 속도가 관찰되었다. 동일한 시료를 이용한 정량여과 실험을 수행한 결과 정압여과에 비해 정량여과에서 여과초기 공극막힘현상 및 파울링 속도는 더욱 증가하였다. 이와 같은 현상은 파울링층이 지닌 압축성으로 막간차압의 증가 시 케이크 비저항값이 함께 증가하였기 때문인 것으로 판단된다. 알긴산나트륨과 실리카 입자가 함께 존재 시 알긴산나트륨이 단독으로 존재하는 것보다 수리학적 세정을 통한 파울링 제거효과는 더욱 좋은 것으로 관찰되었다.

이 연구는 사구 고정 구조물의 종류에 따라서 모래 퇴적속도, 형태, 퇴적량을 분석하여 해안복원 기초자료로 제공하기 위하여 수행되었다. 연구 대상지는 경상북도 포항시 북구 해안림이 조성된 해변 지역을 선정하였다. 계단식 옹벽과 퇴사울타리 설치 후 3년간(2014-2016) 모래퇴적을 모니터링하여 비교 분석하였다. 각 구조물의 모래퇴적을 분석한 결과, 평균 모래퇴적 높이는 계단식 옹벽이 퇴사울타리 보다 약 1.3배 더 퇴적되었다. 구조물의 풍속저감 효과는 0.5m 높이에서 계단식 옹벽이 43.3%, 퇴사울타리 32.2%로 나타났다. 이 연구의 결과는 앞으로 해안사구 조성 및 해안림 기반 조성의 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

합성 지표수 용액을 가압식 한외여과 시스템을 통하여 100 L/m2/h 정속 및 0.15bar 정압 조건에서 전량 여과하였다. 공극 크기 0.05μm의 중공사막으로 구성된 가압식 모듈을 통해 실리카(SiO2) 입자 50, 10, 2 mg/L와 알긴산 나트륨(SA) 10, 2, 0.4 mg/L가 혼합된 용액을 여과하였다. 여과 공정은 30분 여과 후 30초 역세와 30초 정세의 주기적 물리 세정과 병행하여 수행되었다. 실험 결과 높은 농도 조건에서 정속 / 정압 여과조건에 따른 파울링 거동은 큰 차이를 보이지 않았으나, 낮은 농도 조건에서는 정속 여과가 정압 여과에 비해 파울링 속도가 빠른 것으로 관찰되었다. 모델링 결과 이는 정속 여과에서 막간 차압 증가에 의한 케이크 층 압축에 의한 것으로 나타났다.

정삼투 여과막(FO) 기술 분야는 해수 담수화에서 이미 다양한 연구가 진행되었으나, 하폐수 처리 분야의 적용에서는 상대적으로 많은 연구가 필요한 상황이다. FO 기술은 비 다공성 특성막과 각 용액 사이의 삼투압 차이를 이용하여 원폐수로부터 수분을 비롯하여, 질소-인과 같은 이온성 물질까지 분리할 수 있다. 본 연구에서는 FO 막을 혐기성 유동상 미생물반응기(AFBR)를 통해 처리된 처리수 내 존재하는 질소(주로 암모니아성 질소)를 제거하기 위해 적용되었다. 유도용액(Draw Solution, DS)의 종류(NaCl, CaCl2, Na2CO3)에 따라 투과량은 NaCl, CaCl2, Na2CO3 순으로 높게 나타났으며, 암모니아성 질소의 배제율은 각각 42.25%, 78.83%, 70.35%으로 나타났다.

실 산성 도금폐수를 입상활성탄(GAC)이 유동메디아로 첨가된 유동상 멤브레인 반응기를 이용하여 처리하였다. GAC 유동조건에서 적용 투과플럭스에 대해 시간에 따른 흡입압의 증가는 관찰되지 않았다. 폐수의 중성 pH에서 파울링 속도는 산성 조건에 비해 GAC 유동조건에서 크게 감소하였다. 해당 폐수의 용액 pH 증가는 입자크기의 증가를 가져왔고 이는 멤브레인 표면에서 상대적으로 성긴 구조의 케이크층 형성을 야기시켰다. 유동상 멤브레인 반응기에서 GAC 유동 하에 95% 이상의 COD 제거율이 관찰되었으며 총부유물질은 거의 완벽하게 제거되었다. 실 도금폐수의 pH에서, 유동상 멤브레인 반응기의 구리 및 크롬의 제거는 거의 관찰 되지 않았다. 그러나 pH를 중성으로 증가 시켰을 시 구리와 크롬의 제거율은 각각 99%와 94%까지 증가를 하였다. 적용해 준 pH에 상관 없이, 시안의 경우 95% 이상의 제거율을 달성하였다. 이는 유기물과 시안 착물 형성으로 인해 유동상 멤브레인 반응기 내 GAC의 강한 흡착으로 제거된 것으로 사료된다.

하수처리 혐기성 유동상 생물반응기(Anaerobic Fluidized Bed Bioreactor : AFBR)는 높은 표면적을 갖는 입상활 성탄을 유동 메디아로 적용함으로써 생물막 형성 및 유지에 유리하며 이로 인해 우수한 유기물 제거 효율을 나타내나 처리된 유출수 내의 질소와 같은 영양염류의 잔존이 여전히 문제로 남아있다. 본 연구에서는 AFBR에 의해 처리된 유출수 내의 질소 배제를 위하여 정삼투막(FO membrane)을 유도용액의 종류와 농도에 따라 적용하였다. 실험결과 유출수의 총질소 배제 효율 은 FO막에 적용하는 유도용액(draw solution : DS)의 종류 및 농도에 크게 의존하였다. 유도용액 농도가 증가함에 따라 FO막의 수투과량이 증가하였으며, 1 M의 NaCl을 유도용액으로 사용한 경우 총질소 배제 효율은 55%이었으나 1 M의 glucose를 유도용액을 사용한 경우 거의 완벽한 총질소 배제 효율을 나타내었다. AFBR 유출수를 FO막으로 24시간 동안 여과를 진행하 였으나 파울링에 의한 수투과량의 감소는 관찰되지 않았다.