This study develops a model to determine the input rate of the chemical for coagulation and flocculation process (i.e. coagulant) at industrial water treatment plant, based on real-world data. To detect outliers among the collected data, a two-phase algorithm with standardization transformation and Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise (DBSCAN) is applied. In addition, both of the missing data and outliers are revised with linear interpolation. To determine the coagulant rate, various kinds of machine learning models are tested as well as linear regression. Among them, the random forest model with min-max scaled data provides the best performance, whose MSE, MAPE, R2 and CVRMSE are 1.136, 0.111, 0.912, and 18.704, respectively. This study demonstrates the practical applicability of machine learning based chemical input decision model, which can lead to a smart management and response systems for clean and safe water treatment plant.

아미노글리코사이드계 항생제(Aminoglycosides, AGs) 는 그람음성균과 양성균에 광범위하게 작용하는 동물용 의약품으로, 최근 배양육에 사용된다고 알려져 있어, 안 전성 관리를 위한 분석법 마련이 반드시 필요하다. AGs 는 고극성 화합물로 성분 간의 분리를 위해 이온쌍 시 약(ion-pairing reagent, IPR)을 사용하고 있으나 IPR을 이동상에 첨가하는 기존 분석방법의 경우 용매가 흐르 는 동안 질량분석기로 주입되는 IPR로 인해 기기적인 문 제가 발생할 가능성이 높아, IPR를 바이알에 직접 첨가 하는 분석방법을 검토하였다. 본 연구에서 10종 AGs 성 분에 대한 분석방법을 확인하고 유효성을 검증하였다. 검출한계와 정량한계는 각각 0.0001-0.0038 mg/kg 와 0.004-0.011 mg/kg의 범위로 나타났으며, 0.01-0.5 mg/ kg 범위 내의 직선성(R2)은 0.99 이상이었다. AGs의 시 료 회수율을 확인하고자 소고기와 세포배양배지(cell culture medium) 매질에서 회수율과 상대표준편차로 나 타낸 정밀도를 확인한 결과 각각 70.7-120.6% 및 0.2 to 24.7%로 나타났다. 기존의 이동상에 IP 첨가 방법과 비 교하였을 때 유사한 수준으로 양호하였다. 검증된 AGs 분석법은 국내 유통되는 닭고기, 소고기, 돼지고기 15품 목과 배양육 배지 첨가제 6품목에 적용해보았다. 그 결 과 국내 유통되는 육류 15품목 모두 AGs 성분이 검출 되지 않았으나, 세포배양배지에서 streptomycin은 695.85- 1152.71 mg/kg, dehydrostreptomyci은 6.35-11.11 mg/kg 로 검출되었다. 따라서 IRR을 바이알에 직접 첨가하는 LC-MS/MS 방식은 육류, 세포배양배지, 배지첨가제 중 AGs 분석 및 안전성 평가를 위한 기초자료로 활용될 것 으로 기대된다.

The emergence of micropollutants in natural water sources due to the overuse of anthropogenic chemicals in industry and households has threatened the production of clean and safe tap water in drinking water treatment plants. Conventional physicochemical processes such as coagulation/flocculation followed by sand filtration are not effective for the control of micropollutants, whereas chemical oxidation processes (applying chlorine, permanganate, ozone, etc.) are known to be promising alternatives. Determining the optimum oxidant dose is important issue related to the production of disinfection by-products as well as unnecessary operating cost, and is made possible by simulations of target-micropollutant abatement based on kinetic model equation consisting of second-order rate constant (between the oxidant and the target) and oxidant exposure. However, the difficulty in determining oxidant exposure as a function of complex water quality parameters limits the field application of kinetic model equation. With respect to representative oxidants used in drinking water treatment plants, this article reviews two main approaches for determining oxidant exposure: i) direct measurement in situ and ii) prediction by empirical models based on key water quality parameters. In addition, we discussed research requirements to improve the predictive accuracy of the empirical models for oxidant exposure and to develop a rational algorithm to determine optimal oxidant dose by considering the priority of the target pollutants to be treated.

이 논문에서는 교량받침 교체를 위한 에폭시 주입 공법을 제시하였다. 에폭시 주입 공법의 성능 평가를 위하여, 에 폭시 주입성 실험 및 통공앵커의 인발실험을 수행하였다. 에폭시 주입성 실험은 빈 공간을 갖고 있는 콘크리트 블록 내에 통공 앵커를 이용하여 에폭시를 주입하고, 콘크리트 블록을 절단한 후, 주입성능을 육안으로 관찰하였다. 또한, 인발실험은 2가지 형태의 통공앵커를 콘크리트 블록 내에 삽입하여 수행하였으며, 2가지 형태의 통공앵커에 대한 인발실험 결과를 비교하고, 케 미컬 앵커의 인발강도와도 비교하였다. 실험 결과 통공앵커는 교량받침 교체공사를 위한 에폭시 주입성과 인발성능이 우수한 것으로 나타났다.

자기공명영상장치(magnetic resonance, MR)/양전자 방출 단층촬영 장치(positron emission tomography, PET)는 두 가지 의료장치가 결합한 하이브리드 시스템으로써 MR의 해부학적 정보와 PET의 기능적 정보를 동시에 획득할 수 있는 최신 의료장치이다. 일반적으로 MR/PET의 우수한 팬텀 영상의 질 획득과 평가를 위하여 팬텀 내에 전기전도도가 낮은 액체 물질과 방사성동위원소를 주입하고, UTE MR 펄스 시퀀스를 적용한 감쇠 보정된 PET 영상을 획득한다. 본 연구의 목적은 MR/PET 전용 팬텀에서 물 대체물질로써 NaCl과 NaCl+NiSO4 물질에 따른 UTE MR 펄스 시퀀스를 획득하고, 감쇠 보정된 PET 영상의 질을 평가하고자 한다. 정량적 분석을 위하여 대조도 회복비(contrast recovery, CR), 신호대잡 음비(signal to noise ratio, SNR), 변동 계수(coefficient of variation, COV)를 적용하였다. NaCl 물질 기반 UTE MR 펄스 시퀀스를 적용한 PET 영상의 질이 CR은 1.38배, SNR은 1.18배가 증가하였고, COV는 1.18배 감소함을 확인할 수 있었다. 결론적으로, MR/PET 전용 팬텀을 활용한 신호의 획득 가능성을 확인하였고, UTE MR 펄스 시퀀스는 해부학 적 정보와 PET 영상의 질 향상에 필수적임을 확인할 수 있었다.

오래전부터 산업곤충으로서 이용되어온 누에는 최근 바이오 신소재 생산을 위한 생체공장으로써 주목받고 있다. 소재생산을 위해서는 주 로 형질전환 기술을 이용하게 되며, 이는 배아가 있는 알 속으로 목적 유전자를 삽입하는 마이크로인젝션(microinjection) 방식으로 이루어진다. 마이크로인젝션을 위해서는 알을 고정하는 과정이 필수적이며 시간 소모 및 피로도가 높은 작업이다. 따라서 본 연구에서는 시간 소모 및 피로도 개선을 통하여 형질전환 효율을 높이고자 3D 프린팅을 이용하여 알의 정렬 및 고정에 도움을 줄 수 있는 알 배열판(egg liner) 및 접착제 줄눈판 (glue drawer)을 3DCADian 프로그램을 이용하여 모델링하고, Fusion 360를 이용하여 3차원 도면을 제작 후 프린팅하여 제작하였다. 제작된 두 도구를 이용하여 슬라이드 글라스에 알을 고정하고, 소요된 시간을 분석한 결과 도구를 사용하지 않았을 때에 비하여 2가지 도구를 이용했을 때 작업시간이 약18.6% 감소하였으며, 연구자의 작업 편의성을 향상시키고 마이크로인젝션을 위한 현미경 및 로봇 팔(manipulator) 조작을 유 리하게 하였다. 따라서 알의 배열 수 또는 조작 편의성을 개선할 수 있는 추가적인 연구 및 개량이 이루어진다면, 알 배열판 및 접착제 줄눈판이 누 에 형질전환 효율성 개선 및 다른 산업 곤충의 형질전환 연구에도 이용될 수 있을 것으로 판단된다.

Application of the membrane process to wastewater treatment and reuse has been increasing due to water shortage, water pollution and an increase in water demand. Membrane fouling including biofouling should be controlled to extend its application. In this study, modulation of diffusible signal factor (DSF) system, the quorum sensing (QS) system that regulates EPS formation by microorganisms, was considered as a promising option to manage biofouling. Among many DSF compounds, cis -2-Decenoic acids (CDA) was selected. The experimental results showed that, as the CDA concentration increased, the density and number of stained cells decreased. The lowest density was observed when the CDA concentration of 300 nM was applied. The EPS on membrane surface decreased with increasing concentration of CDA. The CDA dosing also affected the EPS composition. At the 300 nM CDA dose, the total EPS reduced by up to 57% and the protein fraction by 35%. This study revealed the biofilm reduction effect of CDA under various conditions for MBR sludge. The application of CDA can be adapted to control biofouling in the MBR process.

최근 건축물의 보수보강 및 리모델링시 구조부재를 부착시키거나 고정하는데 있어서 시공의 유연성 및 용이성으로 후설치 부착식 케미컬앵커의 사용이 증가하고 있는 실정이다. 그동안 후설치 익스팬션앵커에 대한 내력평가는 지난 10년간 실 험을 통한 연구가 지속되어 설계기준식 제정등 어느정도 정립단계에 있으나, 부착식 케미컬앵커에 대한 해석 및 실험적 연구는 아직 미비한 실정으로, 현재 설계자와 시공자가 신뢰할 수 있는 명확한 설계기준이 없는 상태로서 외국의 설계기준에 의존하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 부착식 캡슐형 및 주입형 케미컬앵커의 볼트직경, 매입깊이, 연단거리 그리고 앵커간격를 변수로 한 인발시험을 통하여 비균열 무근 콘크리트에 매입된 케미컬앵커의 인발내력에 미치는 제요소를 분석하고, 구조적 안 정성을 고려한 합리적인 부착식 케미컬앵커 설계를 위한 기초자료를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

In this study, a method of leakage detection was proposed to locate leak position for a reservoir pipeline valve system using wavelet coherence analysis for an injected pressure wave. An unsteady flow analyzer handled nonlinear valve maneuver and corresponding experimental result were compared. Time series of pressure head were analyzed through wavelet coherence analysis both for no leak and leak conditions. The leak information can be obtained through either time domain reflectometry or the difference in wavelet coherence level, which provide predictions in terms of leak location. The reconstructed pressure signal facilitates the identification of leak presence comparing with existing wavelet coherence analysis.

In this study, visualization of droplet impact on hydrophobic micro-, micro/nano-textured surfaces and lubricant infused surfaces was performed. Experimental specimens were fabricated using MEMS (micro- electromechanical systems) techniques and droplet impact with pure water was visualized at various Weber number range (2 < We < 200) using a high speed camera at 8000 frames per second. Through this study it was confirmed that, various droplet impact behaviors were appeared as the Weber number was increased and the Weber number at which droplet impact behavior changes was affected by surface characteristics. Particularly, on the lubricant infused surface (LIS) after droplet impact retraction velocity is reduced by the lubricant viscosity effect during contraction process of droplet to improve the droplet deposition behavior on the surface. It was confirmed that droplet break up phenomena caused interfacial instability was slightly delayed on LIS due to the viscous dissipation effect during droplet impact process.

To remove phosphorus from the effluent of public wastewater treatment facilities, hundreds of enhanced phosphorus treatment processes have been introduced nationwide. However, these processes have a few problems including excessive maintenance cost and sludge production caused by inappropriate coagulant injection. Therefore, the optimal decision of coagulant dosage and automatic control of coagulant injection are essential. To overcome the drawbacks of conventional phosphorus removal processes, the integrated sedimentation and dissolved air flotation(SeDAF) process has been developed and a demonstration plant(capacity: 100 m3/d) has also been installed. In this study, various jar-tests(sedimentation and / or sedimentation·flotation) and multiple regression analyses have been performed. Particularly, we have highlighted the decision–making algorithms of optimal coagulant dosage to improve the applicability of the SeDAF process. As a result, the sedimentation jar-test could be a simple and reliable method for the decision of appropriate coagulant dosage in field condition of the SeDAF process. And, we have found that the SeDAF process can save 30 – 40% of coagulant dosage compared with conventional sedimentation processes to achieve total phosphorus (T-P) concentration below 0.2 mg/L of treated water, and it can also reduce same portion of sludge production.

본 연구는 두경부의 자기공명 역동적(dynamic) 혈관조영술(DCE-MRA)에서 조영제(1.0 mol/ℓ)와 생리식염수의 희석 주입 비율에 따른 신호강도 차이를 비교 분석하였다. 연구 방법으로는 3.0 T MRI 장치에서 자동주입기를 이용하여 조영제와 생리식염수의 희석주입 비율(조영제:생리식염수)을 10:0 (1000 mmol/ℓ, 조영제 원액), 7:3 (700 mmol/ℓ), 5:5 (500 mmol/ℓ)로 3가지 군으로 하였다. 주입 조건으로는 오른팔 정맥으로 주입 속도 3.0 ㎖/sec으로 하였고 용량은 0.1 ㎖/㎏으로 하였다. 신호강도 측정은 동맥혈관 7 부위와 정맥혈관 2 부위로 하였고 역동적 영상에서의 측정 시기는 정맥이 침범하기 직전의 순수 동맥기, 최고신호 동맥기, 최고신호 정맥기로 구분 하였다. 연구 결과 최고신호 동맥기의 횡정맥동을 제외한 모든 측정 시기의 10:0 (1000 mmol/ℓ), 7:3 (700 mmol/ℓ), 5:5 (500 mmol/ℓ) 순서로 신호강도가 증가하였다(p<0.01). 따라서 두경부의 DCE-MRA에서 조영제와 생리식염수의 5:5 희석주입을 통하여 최고의 신호강도를 구현할 수 있고 최적의 영상을 얻을 수 있다.

This research proposes an optimal flushing operation technique in an effort to prevent secondary water pollutions and accidents in aged pipes, and to improve the cleaning effect of unidirectional flushing. Water flow directions were analyzed using EPANET 2.0, while flushing and air scouring experiments in forward and reverse directions were performed in the field. In 42 experiments, average residual chlorine concentration and turbidity were improved after cleaning compared to before cleaning. It was found that even when the same cleaning method was used, further improvement of cleaning effect was possible by applying air injection and reverse direction cleaning techniques. By means of one-way ANOVA(Analysis of variance), it was also possible to statistically verify the need of actively utilizing air injection and reverse direction cleaning. Based on correlation between turbidity and TSS, the total amount of suspended solids removal was estimated for 874 flushing operations and 194 air scouring operations. The result showed that air scouring used more discharge water than flushing by an average of 4.9 m3 yet with larger amounts of suspended solids removal by an average of 145.9 g. The result of analysis on turbidity values from 887 flushing operations showed low cleaning effect of unidirectional flushing for the pipes with diameters over 300 mm. In addition, the turbidity values measured during cleaning showed an increasing tendency as pipe age increased. The methodology and results of this research are expected to contribute to the efficient maintenance and improvement of water quality in water distribution networks. Follow-up research involving the measurement of water quality at regular time intervals during cleaning would allow a more accurate comparison of discharge water quality characteristics and cleaning effects between different cleaning methods. To this end, it is considered necessary to develop a standardized manual that can be used in the field and to provide relevant trainings.

In this study, an effervescent atomizer capable of mixing and spraying vegetable oil and kerosene at the same time was proposed to examine the usefulness of vegetable oil and kerosene in terms of recycling of renewable energy and waste resources. The effect of nozzle exit diameter variation on the atomization characteristics such as spray angle, droplet size distribution, cumulative volume distribution, and SMD was investigated using LDPA. The results of this study showed that the spray angles decreased with increasing ALR at the same nozzle exit diameter and increased with increasing nozzle exit diameter under the same ALR condition. SMD was decreased with increasing ALR at all nozzle exit diameters, and SMD was decreased with decreasing nozzle exit diameter even under the same ALR conditions. Also, the droplet was more finely atomized when the nozzle exit diameter is reduced under the same ALR conditions and when the ALR is increased at the same nozzle exit diameter, but the uniformity of the droplets was lowered because the droplet with a larger diameter existed.