본 연구는 화산재의 인간 건강에 대한 영향 및 그에 대한 종합대응에 대하여 이루어졌다. 역사적으로 백두산은 천년전에 대규모의 폭발이 있었으며 현재도 폭발의 가능성을 배제할 수 없는 화산으로 알려져 있다. 백두산 화산은 중국과 북한의 국경에 위치하여 남측까지 약 500 km 떨어져 있지만 백두산 화산이 대규모로 분출하는 경우 직접적인 피해는 주로 북한과 중국에 있게 될 것이지만 화산재가 확산하여 생기는 다양한 문제는 남측에 영향을 미칠 수 있다. 최근 백두산 화산분화에 대한 위험성이 보고되고 있으며, 이에 대응하기 위한 연구가 다각도로 진행중이다. 일반적으로 화산재를 이루고 있는 물질 중 오염된 미세한 분진은 대기 중에 머무르고 있다가, 인간이 접촉하게 되면 호흡기 질환 및 알레르기 질환을 유발할 수 있다. 본 연구진은 화산재 확산에 의한 보건 관리 종합대응의 분야를 질병을 유발하는 개인에 대한 건강 영향, 의료기관을 포함하는 보건의료체계에 대한 문제, 보건의료시설/보건의료장비/의약품/관련 인력을 포함하는 보건의료자원 관리 문제로 구분하여 이에 대한 관리 지침 도출을 통하여 종합적인 대응책을 세우도록 하였다. 이러한 각각의 종합 대응책은 화산재 농도와 건강 영향과의 관계에 대한 본 연구자들의 연구를 포함한 최근의 연구에 기반한 것이며, 이를 통하여 가능한 화산재 확산 시 보건관리 종합대책을 제안하게 되었다.

본 연구에서는 백두산 화산 분화 시 발생할 것으로 예상되는 화산재 확산 피해에 대해 화산분화지역을 중심으로 그 주변 지역의 공간적 피해를 시뮬레이션(WRF 및 FALL3D)을 통해서 예상피해를 제공하는 프로그램을 구현하여 화산재 확산 가시화를 수행한다. 화산재해의 공간적 피해를 정량적으로 계산한 결과 값의 집합체(NetCDF)를 이용하여 Fall3D방식에 의한 화산재 확산모형을 표현하고 확산을 표현하기 위해 전처리된 확산 모델 결과 데이터를 입력받아 3차원으로 표현하고 가시화하는 방식에 대한 연구를 통해 효과적인 화산재의 확산을 시각화할 수 있도록 단위영역별 농도표시법, LOD적용방법, 적층레이어 효과 등을 사용하여 최적의 가시화 방법을 찾았다. 시도된 방식 중 LOD적용은 고농도 부분은 화산재 격자의 개수를 많게 표현하고 저농도에서는 화산재의 개수를 적게 표현하여 현실감을 극대화 하도록 프로그램을 구성하였으며, 현실적인 시각화를 위해 느슨한 옥트리(Loose Octree) 표현방식을 사용하여 LOD기법을 적용하였다. 최종적인 가시화 방식으로 선택한 적층레이어 표현 방식은 입자총농도(CON)내에 포함된 레이어(10개~ 61개)를 적절한 간격으로 선택하여 적층 가시화하고 투명효과를 적용하였다. FALL3D의 시뮬레이션 방식이 단위면적당 농도값을 나타내는 결과를 나타내는 결과파일이 고용량(1GB이상)이므로 가시화를 위해 데이터를 다운로드하고 표출하는 시간을 단축하기 위한 기술개발이 지속적으로 필요하다.

백두산은 그동안 화산활동이 정지된 화산으로 알려져 있었으나, 최근, 전문가들에 의하여 백두산이 화산활동중인 활화산임이 제기되고 있다. 다양한 분화의 전조들이 나타나고 있는 백두산이 분화할 경우, 한반도의 영향 여부에 대한 정보 제공 및 화산재 확산 가능성에 대한 신속한 대응을 위한 화산정보의 조기 제공의 필요성이 증대되고 있는 시점이다. 기상청은 날씨를 예측하기위하여 슈퍼컴퓨터를 사용, 단기 및 주간예보를 위해 19종의 수치예보모델을 하루 약 100회 이상 현업 운영하고 있으며, 이외에도 장기예측, 기후변화 관련 모델들과 연구 개발을 위한 다양한 수치예보모델들이 운영되고 있다. 그 중 지역예보모델(UM, 12kmL70)의 공간 해상도는 12km이며, 연직으로 약 80km까지 70층으로 구성되며, 3시간 간격으로 전지구 예보모델로부터 경계장을 제공받아 1일 4회(00, 06, 12, 18UTC) 87시간 예측을 수행한다. 본 연구에서는 백두산이 분화할 경우, 화산재의 이동 경로 및 tephra ground load/ thickness, airbone ash concentration 등을 추정하기위하여 현재 한국 기상청에서 수치예보모델로 사용되고 있는 UM 모델에서 생산되는 기상요소들을 Fall3D모델에 실시간 입력 자료로 사용하는 화산재 확산 조기경보시스템을 개발하였다.

본 연구에서는 화산재로 인해 발생하는 피해의 예방 및 저감을 위하여 축산업분야에 대한 관리기준을 개발하였다. 본 관리기준을 개발하기 위해 축산업에 관련된 국외의 화산재해에 대한 관리기준과 국내의 유사재해에 대한 관리기준, 시설관리기준 그리고 국외의 화산재해 피해사례와 국내의 유사재해 피해사례를 조사하였다. 국내외 관리기준을 통해 화산재의 양에 따라 가축과 축산시설에 어떤 영향을 미치는지 알 수 있었으며, 시설관리기준을 통해서는 우리나라의 축산업관련 시설이 견딜 수 있는 하중을 알 수 있었고 마지막으로 피해사례를 통해서는 화산재가 퇴적할 경우 축산업에서 발생할 가능성이 있는 피해에 대해 유추해 볼 수 있었다. 사례조사로부터 알 수 있는 화산재로 인해 발생 가능한 피해는 크게 두 가지로 분류할 수 있었으며, 하나는 화산재의 하중에 대한 영향이고, 다른 하나는 확산에 대한 영향이다. 하중에 의한 영향은 시설에 대한 관리기준 개발 시 활용할 수 있었으며, 확산에 의한 영향은 비시설(가축)에 대한 관리기준 개발 시 활용할 수 있었다. 개발된 관리기준은 전체 네 개의 단계로 나뉘며 화산재의 퇴적두께 또는 하중으로 구분하여 나타내고, 1단계는 약한 피해를 4단계는 극심한 피해를 나타내, 단계에 따라 화산재로부터 발생 가능한 영향과 그에 대한 대응방안으로 구성되었다.

본 연구는 상이한 화산재의 인간 건강에 대한 영향 및 그에 대한 종합대책에 주목하여 이루어졌다. 일반적으로 화산재를 이루고 있는 물질 중 오염된 미세한 분진은 대기 중에 머무르고 있다가, 인간이 접촉하게 되면 호흡기 질환 및 알레르기 질환을 유발할 수 있다. 본 연구진은 화산재 확산에 의한 보건 관리 종합대책의 영역을 질병을 유발하는 개인에 대한 건강 영향, 의료기관을 포함하는 보건의료체계에 대한 문제, 보건의료시설/보건의료장비/의약품/관련 인력을 포함하는 보건의료자원 관리 문제로 구분하여 이에 대한 관리 지침 도출을 통하여 종합대책을 세우도록 하였다. 이러한 각각의 종합대책은 화산재 농도와 건강 영향과의 관계에 대한 본 연구자들의 연구를 포함한 최근의 연구에 기반한 것이다. 이를 통하여 가능한 화산재 확산 시 보건 관리 종합대책을 제안하게 되었다.

그동안 백두산 화산재 피해에 대한 인식과 대비책 마련에 대한 연구가 진행되었지만 정보통신분야에 관한 관리기준과 매뉴얼의 연구는 부족하였다. 특히, 해외 사례와 비교해보면 화산분화재난에 대한 위험성이 낮다고 판단되어 세부적인 관리기준이 미약함을 알 수 있다. 따라서 화산분화로 발생한 화산재의 피해영향과 그에 따른 다각도의 대응방안의 연계가 미흡하고, 부처별 역할 및 업무도 개략적인 수준에서의 제시에 머물러 있다. 특히, 통신시설 분야는 미세먼지(황사/분진) 및 대설/폭우 등의 재난 시에도 통신서비스가 가능하도록 대비책이 강구되어 있으나, 화산재 재해에 대한 운용교육은 이루어지고 있지 않다. 그리하여, 부처별 역할 및 업무에 대한 구체적인 대응방안들을 제시하여 화산재의 낙하 및 확산 시에 신속하고 효율적인 대응 및 공조방안에 관한 관리기준을 제안하였다. 이에 본 연구는 화산재의 퇴적량과 수분함유량을 중심으로 정보통신시설부분의 관리기준을 수립하였다. 왜냐하면 아직까지 국내에 실재로 발생하지 않은 사례이며, 대응 기준의 퇴적량이 비나 바람에 의해 정보통신 시설에 균등하게 쌓이지 않기 때문에 최대치의 퇴적량과 습윤 등을 고려하여 제시하였다. 즉, 정보통신 시설 중에서 전송, 선로, 전원시설을 주요시설로 보고 관리기준을 화산재 피해정도(VAD, Volcanic Ash -Degree)에 따라 Ⅰ~Ⅳ단계로 구분하였으며, VADⅠ단계는 미미한 피해를 일으키는 단계, VADⅡ단계는 약한 피해를 일으키는 단계, VADⅢ단계는 심한 피해를 일으키는 단계, VADⅣ단계는 극심한 피해를 일으키는 단계로 구분하여 제시하였다. 다만, 본 연구가 제시한 관리기준은 실험값이 아니고 해외사례를 바탕으로 진행한 연구이기 때문에 퇴적량의 정량적 기준치 설정은 향후 지속적인 실험과 연구를 향후 과제로 남겨두었다.

This study examined dynamic and characteristics and chloride penetration of concrete mixed with large amount of FA and BFS, which are considered for positive application to construction fields with purpose of long-tern durability of concrete structures. As a result of strength test on FA and BFS, FA concrete showed higher increase of strength compared to OPC, when FA4000 and FA5000 were mixed 30%, respectively. For BFS concrete, those mixed with 30% and 50% of BFS8000, respectively, showed higher or equivalent strength compare to OPC. As a result of test of chloride penetration on FA and BFS, diffusion coefficients of concrete mixed with 30% FA4000 and FA5000, respectively, showed to restrain average 6.5% of diffusion coefficient compared to OPC. And in case of BFS concrete, those mixed with BFS6000 and BFS8000, restrained diffusion of chloride ions 253% and 336%, respectively, compared to OPC. Therefore, Mixing 50% of BFS was most efficient in order to maximize restraint of chloride penetration according to metathesis of large amount. For relation between compression strength and diffusion coefficient of FA and BFS concrete, as strength increased, diffusion coefficient decreased. In this study, when mixing FA and BFS to concrete for long-run durability and restraint against chloride penetration, for FA, mixing it to concrete with less or equivalent 30% of replacement rate was most efficient. And for BFS, as fineness was higher and mixing it to concrete with less or equivalent 50% of replacement rate, there were results of higher strength compared to OPC and more efficient restraint of chloride ions.

Zeolite was synthesized from power station waste, coal fly ash, as an alternative low-cost adsorbent and investigated for the removal of Sr(II) and Cs(I) ions from single- and binary metal aqueous solutions. In order to investigate the adsorption characteristics, the effects of various operating parameters such as initial concentration of metal ions, contact time, and pH of the solutions were studied in a batch adsorption technique. The Langmuir model better fitted the adsorption isotherm data than the Freundlich model. The pseudo second-order model was found more applicable to describe the kinetics of system. The adsorption capacities of Sr(II) and Cs(I) ions obtained from the Langmuir model were 1.7848 mmol/g and 0.7640 mmol/g, respectively. Although the adsorption capacities of individual Sr(II) and Cs(I) ions was less in the binary-system, the sum of the total adsorption capacity (2.3572 mmol/g) of both ions in the binary-system was higher than the adsorption capacity of individual ion in the single-system. Comparing the homogeneous film diffusion model with the homogeneous particle diffusion model, the adsorption was mainly controlled by the particle diffusion process.

Analyzing the observational data of volcanic activities around the northern part of Korean peninsula, the odds of volcano eruption increases continuously. For example, the cumulative seismic moment and frequence observed near Mt. Baekdu show a sudden increased values. In this study, predicting the diffusion of volcanic ash for two cases were carried out by using interactive realtime simulator, which was developed during last 2 years as a research and development project. The first case is Sakurajima volcano (VEI=3) erupted in August 2013. The second case is assumed as the volcanic eruption at Mt. Baekdu (VEI=7) under landing circumstance of typhoon Maemi (August 2003) in Korean peninsula. The synoptic condition and ash diffusion for the two cases were simulated by WRF(Weather Research and Forecast) model and Lagrangian dispersion model, respectively. Comparing the simulated result of the first case (i.e., Sakurajima volcano) with satellite image, the diffusion pattern show acceptable result. The interactive realtime simulator can be available to support decision making under volcanic disaster around East Asia by predicting several days of ash dispersion within several minutes with ordinary desktop personal computer.

화산회토양 감자 연작지 토양 pH 수준별로 고토석회, 유황, 황산칼륨, 패화석, 규산질비료, 석회질소, 유안비료를 이용하여 감자 더뎅이병 발생을 경감시키고 토양건전성을 유지하는데 적절한 대체농자재를 선발하고자 수행하였다. 토양 pH가 낮은 황산칼륨 처리구(24 kg/10a)에서는 더뎅이병 발병률이 84.4%, 발병도가 28.4%로 가장 낮았다. 방제효과는 12.3%, 상품율은 93.2%로 다른 처리구와 비교할 때 가장 높게 나타났다. 석회질소 처리구(60 kg/10a)가 발병도 38.3%로 낮았고 방제효과 23.8%, 상품율 66.3%로 높았다. 토양 pH가 높은 시험구 중 더뎅이병 발병률은 석회질소 처리구(60 kg/10a)가 38.3%로 가장 낮았고 유안 처리구(48 kg/10a)는 62.6%로 높았다. 더뎅이병 방제효과는 석회질소 처리구(60 kg/10a)에서 23.8%로 유황 처리구의 6.1% 보다 4배 이상, 상품률은 66.3%로 가장 높게 나타났다. 감자 더뎅이병 병원균 Streptomyces acidiscabies과 Streptomyces scabiei를 석회질소 2.5, 5 g/L, 10 g/L에 접종시 생장량은 다른 토양개량제 보다 상대적으로 억제되었다. 결론적으로 감자 파종 전에 토양 pH가 5 이하이면 황산칼륨을, 6 이상이면 석회질소를 시비하면 더뎅이병 발생을 경감시킬 수 있을 것으로 보인다.

화력발전소에서 2011년 약 123백만톤의 석탄을 소비하고 있다. 이 석탄을 연소하는 과정에서 석탄회가 발생되는데 이러한 석탄회는 Fly Ash(비산재)의 형태로 배가스와 함께 배출되거나 Bottom Ash(바닥재)의 형태로 보일러 하부에 잔류하게 된다. Fly Ash는 그 크기가 대략 10-30 μm으로 발생량은 시스템에 따라 다르나 전체회 발생량의 약 80~85%를 차지하며 나머지 약 15~20%에 상당하는 석탄회는 대략 1~2.5mm 크기의 Bottom Ash로 보일러 하부에 모인다고 보고되어 진다. 이러한 석탄회의 발생량은 계속 증가하여 2007년에는 한국의 석탄회 발생량이 620만톤이었지만 2011년에는 910만톤으로 증가하는 추세이다. Fly Ash는 전기집진기나 여과 집진기 등에서 배가스로부터 분리되어 콘크리트 혼화재나 시멘트 클링커 등으로 재활용되고, 보일러 하부에 모인 Bottom Ash는 Grinder로 분쇄 후 해수를 이용하여 대부분 회사장으로 폐기되고 있다고 보고되어 진다. 이와 같이 재활용되지 못하고 폐기되는 석탄회는 여러 가지 환경문제를 야기하고 있어 이의 재활용률을 높이고자 많은 연구와 개발이 수행되었다. 하지만 국내 석탄회의 재활용은 대부분 Fly Ash의 재활용에 의한 것으로서 Bottom Ash의 재활용은 매우 미미하며 대부분 회사장으로 폐기되고 있는 실정이다. 본 연구자는 회사장에 폐기되고 있는 Bottom Ash를 대상으로 미연탄소를 에너지자원으로 회수 하기 위하여 Bottom Ash 내의 미연탄소 회수 연구를 진행하였다. Bottom Ash내에 함유되어 있는 미연탄소를 비중분리와 체가름, 자력선별 등 물리적선별을 통하여 3283cal/g로 달성하였으며, 이후 물리화학적 선별인 부유선별을 통하여 pH변화, 기포제 첨가량 변화, 포수제 첨가량 변화, 광액의 농도, 부유시간에 따라 실험을 진행해본 결과 회수된 미연탄소가 5000cal/g을 넘는 부유물을 회수할 수 있었다.

The expansive behaviour of heat-cured mortars containing fly ash was investigated. The use of fly ash(replacement 20%) to the mortar reduced the long term expansion. But increase of SO3 in cement led to increase the long term expansion, and gave impetus to the formation of monosulphate for elevated temperature.

In this study, high performance fiber composites has developed using GGBS and Flyash with PVA fiber. Thus, four mixtures was determined accoding to the ratio of binder. A series of experiments, including slump flow, compressive strength, uniaxial tensile strength tests were carried out to characterize the mechanical properties of the fiber composites. The result of tests, slump flow showed an average 428mm and tensile strain 2% of behavior strain hardening of due to the occurrence multiple micro crack.

Recently, in our country has been heightened awareness of the performance of non-combustible construction materialsand eco-friendly. In addition, bottom ash can be used as a high-value, but it is a situation that is buried. Therefore, thebasic experimental study results on the development possibility of eco-friendly nonflammable floor finishing materialsusing the bottom ash, which is an industrial byproduct, are as follows: (1) As a test result of the compressive strengthof mortar conducted to review the use possibility of bottom ash as a floor finishing material, the standard mix that didnot use bottom ash showed 31.3MPa, a 25% replacement mix showed 33.7MPa and a 50% replacement mix showed33.6MPa. Consequently, higher results of the compressive strength of mortar were demonstrated up to the 50%replacement mix, compared to the standard mix. (2) As a flow test result by addition of superplasticizer, the flow was215mm in the 0.2% added mix, and 253mm in the 0.4% added mix. However, material separation was confirmed inthe case of the 0.4% added mix. Therefore, the addition meeting 190mm set forth in the KS F 4041 was 0.2%. (3) Asa result of bond strength test to review bond strength with concrete structure, it was 1.26MPa in case polymer powdercontent was 2%, except for 1.02MPa of basic mix, and it was 1.75MPa in the case of 4%, and all these met1.2MPaand more of bond strength set forth in the KS. (4) As a result of a wear resistance experiment conducted to review theuse possibility as a floor finishing material for parking lot, the mix meeting 0.15mg/mm2 or less of wear resistance setforth in the KS F 4041 was the case of 4% of polymer powder addition, which showed 0.13mg/mm2.

Geopolymer foam block was prepared and its characteristics discussed to evaluate the possibility of replacing blastfurnace slag (below BFS) with melting slag in this study. 10~20wt% of BFS was replaced with melting slag. And also10wt% of mine tailing was replaced with fly ash discharged from municipal solid waste incinerator (below MSWI). Thecompressive strength of foam block prepared was similar to that of foam block prepared without replacing BFS. Andalso it was increased by replacing 10wt% of mine tailing with MSWI fly ash. Considering these results, melting slagmay be used instead of BFS without damaging the quality of foam block.

The components of municipal solid waste incineration bottom ash produced over 3 million ton every year are similarto the components of geological features, therefore it is suitable to be used as the raw materials of lightweight aggregate.Development of lightweight aggregate using this bottom ash will be helpful to solve landfill and environmental problems.Lightweight aggregate was developed at 1,110oC by using clay, kaolin, bentonite and silica as the raw material to 50%of municipal solid waste incineration bottom ash. Silicon carbide (SiC) was used as a blowing agent. Optimal mixingratio is bottom ash 50%, kaolin 22%, clay 22%, bentonite 6% and blowing agent 0.1%. As the result of quality test,produced lightweight aggregate met the all appraisal standards. The result of heavy metal leaching test was much lowerthan the elution reference value of ceramic manufactures made by using bottom ash.

In this study, Blast furnace-based has been manufactured by utilizing recycled aggregates and gypsum as alkali activator. Comparing with the common geopolymer concrete, Using recycled aggregates and gypsum as activator could be identified to applied in low strength concrete.

In this study, it was evaluated air content properties of concrete using air-entraining agents for modified flyash.

According to the analysis of volcanic observation data around Korean peninsula, the activities of volcano increase continuously. For example, the volcanic eruption of Mt. Sakurajima is an example, and Mt. Baekdu can be another example potentially. In these regards, developing unified system including realtime prediction and 3D visualization of volcano ash are important to prepare the volcanic disaster systematically. In this technical report, an interactive simulator embedding dispersion algorithm and 3D visualization engine is developed. This system can contribute to the realtime prediction of volcanic disaster scientifically.

백두산 분화 시 분출되는 화산재에 의한 수질환경 변화에 대응하고자 본 연구에서는 백두산 화산재 성분을 추정하고, 화산재 퇴적 두께에 따른 수질 농도변화를 분석하였다. 백두산 화산재 성분을 추정하기 위해 주요 해외 화산의 마그마 성분과 백두산의 마그마 성분을 비교하여 유사한 화산을 선정하고, 해당 화산에서 분출한 화산재의 성분을 백두산의 화산재 성분과 유사한 것으로 가정하였다. 화산재 유해성분에 의한 수질 농도변화를 분석하기 위해 화산재 퇴적 두께에 따른 유해성분 농도의 증감을 분석한 후, 국내 먹는물 수질기준과 비교함으로서 수질환경에 대한 영향 유무를 평가하였다. 연구 결과, 알루미늄, 카드뮴, 불소, 철, 납, 마그네슘, 염소와 스트론튬 등이 취수원에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 이 중 카드뮴, 불소, 철, 납, 마그네슘의 경우에는 수질관리 및 화산분출 시 관리가 필요할 것으로 분석되었다.