하수도처리장 처리수를 이용한 하천 유량측정 가능성 연구

김강주(Kang Joo Kim),이지선(Ji Sun Lee),오창환(Chang Whan Oh),황갑수(Kab Soo Hwang),유재연(Jae Yeon Yu),김진삼(Jin Sam Kim),여성구(Seong Ku Yeo),김영규(Yeong Kyoo Kim),이광식(Kwang Sik Lee) 한국물환경학회 2001 한국물환경학회지 Vol.17 No.1

The goal of this study is to evaluate the possibility of using the chemical species dissolved in the WTP effluent as tracers for stream flow measurements. For this study, the effluents from Chonju WTP and the nearby streams were sampled and analyzed twice in the summer of 1999. It was revealed that the water chemistry of the effluent is distinct relative to the stream waters, especially, in concentrations of inorganic anions. The chemistry of those streams was strongly influenced by mixing with the treated water being discharged from the plant. Because of this reason. the conservative species such as chloride, sulfate, and EC were linearly correlated with high r² values. However, alkalinity and nitrate did not show such a relationship with respect to the conservative species, indicating modification of their concentrations by various chemical reactions. In this study, Streams flows were calculated by observing water chemistry of streams lower than the discharge point of Chonju WTP. The stream flows estimated from the chloride and sulfate concentrations, and EC were nearly the same at least for the immediate downstream of the discharge point. This consistency indicates the validity of the method suggested in this study.

태안화력발전소 비산재로부터 리튬용출연구

김강주 ( Kang Joo Kim ),이은규 ( Eung Yu Lee ),이재철 ( Jae Cheol Lee ),황수연 ( Soo Yeon Hwang ),김창현 ( Chang Hyeon Kim ) 한국광물학회 2012 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.25 No.2

본 연구에서는 (주)한국서부발전의 태안화력발전소에서 생산된 비산재로부터 Li의 용출을 고찰하였다. 본 연구에서는, 반응용액:석탄회 비율, 반응용액의 종류(해수, 증류수), CO2가스의 조건에 따른 Li 용출량을 관찰하였다. 실험 결과, 반응용액의 Li 농도는 고체:용액 비율이 증가함에 따라 계속하여 증가하는 양상을 보였다. 비산재 단위 질량당 Li 용출은 증류수를 사용하였을 때, 그리고 CO2가스의 용해가 제한되었을 때 증가되었으며, 이는 그러한 조건에서 CaCO3의 침전이 억제되었기 때문이다. 해수내 Li의 흡착추출에 방해되는 Mg2+도 고체:용액 비를 증가시킴으로써 효과적으로 제거할 수 있었다. The leaching of Li from fly ashes was studied. The fly ash produced from the Taean electric power plant of the Korea Western Power Co., Ltd. was used for this study. The Li leaching was observed according to the changes in solid:solution ratio, solution types (seawater or deionized water), and the CO2 condition in the atmosphere. The results showed that the Li concentrations in the solution increased continuously as the solid:solution ratio increased. The Li leaching per unit mass of fly ash was greater when the deionized water was used for the experiment and when the CO2 dissolution is limited during the reaction because the precipitation of CaCO3 is suppressed under those conditions. At high solid:solution ratio, Mg 2+ , the ion preventing the Li extraction from seawater by adsorption, was effectively removed from the seawater.

금강 권역 충적층 지하수의 질산염 오염: 질산성 질소의 기원과 거동 고찰 및 안전한 용수 공급을 위한 제언

김경호 ( Kyoung Ho Kim ),윤성택 ( Seong Taek Yun ),채기탁 ( Gi Tak Chae ),최병영 ( Byoung Young Choi ),김순오 ( Soon Oh Kim ),김강주 ( Kang Joo Kim ),김형수 ( Hyoung Soo Kim ),이철우 ( Chul Woo Lee ) 대한지질공학회 2002 지질공학 Vol.12 No.4

하수처리장 방류수를 이용한 추적자 시험: 만경강 유역에 대한 사례 연구

김진삼,김강주,한찬,황갑수,박성민,이상호,오창환,박은규,Kim Jin-Sam,Kim Kang-Joo,Hahn Chan,Hwang Gab-Soo,Park Sung-Min,Lee Sang-Ho,Oh Chang-Whan,Park Eun-Gyu 한국해양학회 2006 바다 Vol.11 No.2

본 연구에서는 도시하수처리장 방류수를 하천연구용 추적자로 이용할 수 있는지 여부를 검토하였다. 이 같은 연구는 전주하수처리장 처리수 방류지점 하류 12 km구간에 대해서 수행 되었다. 연속 수질조사 결과 당 하수처리장 방류수의 수질은 조사기간 동안 비교적 넓은 범위에서 변화되고 있음이 관찰되었다. 특히 염소이온농도, 황산이온농도, 총양이온 농도, 전기전도도 등과 같은 변수들은 하수처리장 방류수에서의 수질변화 양상이 방류지점 하류의 관측지점들에서도 시간차이를 두고 순차적으로 관찰되었으며, 이러한 관측결과를 바탕으로 하천의 유속(v), 유량(Q), 수리분산계수(D) 값을 유추해 낼 수 있었다. 본 연구를 위해서는 1차원 비반응성 이산-분산 모델을 자동최적화 기법으로 역산하는 방법이 이용되었다. 이 같은 방법을 통하여 추산된 최하류 지점의 유량은 조사기간동안 6.4에서 $9.0m^3/sec$ 까지 변화되는 것으로 나타났으며, 유속은 조사구간내에서 0.06에서 0.10 m/sec까지, 수리분산계수는 0.7에서 $6.4m^2/sec$까지 변화되는 것으로 나타났다. 본 연구결과는 대도시의 대규모하수처리장이 수문연구에 적합한 추적자들을 제공해줄 수 있다는 점을 보여 주는 것이다. We investigated the possibility of using effluents from a municipal sewage treatment plant (STP) as tracers a tracer for hydrologic studies of rivers. The possibility was checked in a 12-km long reach downstream of Jeonju Municipal Sewage Treatment Plant (JSTP). Time-series monitoring of the water chemistry reveals that chemical compositions of the effluent from the JSTP are fluctuating within a relatively wide range during the sampling period. In addition, the signals from the plant were observed at the downstream stations consecutively with increasing time lags, especially in concentrations of the conservative chemical parameters (concentrations f3r chloride and sulfate, total concentration of major cations, and electric conductivity). Based on this observation, we could estimate the stream flow (Q), velocity (v), and dispersion coefficient (D). A 1-D nonreactive solute-transport model with automated optimization schemes was used for this study. The values of Q, v, and D estimated from this study varied from 6.4 to $9.0m^3/sec$ (at the downstream end of the reach), from 0.06 to 0.10 m/sec, and from 0.7 to $6.4m^2/sec$, respectively. The results show that the effluent from a large-scaled municipal STP frequently provides good, multiple natural tracers far hydrologic studies.

만경강유역 충적대수층 지하수의 비소오염현황 및 지구화학적 특성

문정태,김강주,김석휘,정천성,황갑수,Moon, Jeong-Tae,Kim, Kang-Joo,Kim, Seok-Hwi,Jeong, Cheon-Sung,Hwang, Gab-Soo 대한자원환경지질학회 2008 자원환경지질 Vol.41 No.6

본 연구에서는 만경강에 의해 형성된 충적대수층에서 나타나는 고비소지하수를 지구화학적으로 고찰하였다. 연구지역에서는 조사된 관정 29개 중 15개에 해당하는 총 52%가 WHO의 비소 먹는물기준치($10{\mu}g/L$)를 초과하는 것으로 조사되었다. 비소가 부화된 지하수는 다른 지하수에 비하여 낮은 Eh값과 낮은 $NO_3$ 및 $SO_4$농도, 그리고 높은 pH, alkalinity와 Fe, $NH_4$ 및 $PO_4$농도를 보였다. 이는 세계최대의 비소오염지역인 벵갈만 충적층지역에서 흔히 관찰되는 비소용출기작인 철, 망간수산화물의 환원적 용해현상과 일치하는 수질특성이며, 국내의 충적층 지하수도 비소오염으로부터 자유롭지 못함을 지시하는 결과이기도 하다. 특히, 연구지역에서는 농업기원화학종인 $NO_3$와 $SO_4$의 존재가 비소 농도를 낮추는데 크게 공헌함으로써 농업활동이 비소의 농도를 낮추는 역할을 하였다. As-rich alluvial groundwaters occurring in the agricultural area of Mankyeong River watershed were geochemically studied. 15 out of 29 investigated wells (52%) showed As levels exceeding the WHO drinking water standard ($10{\mu}g/L$). Their chemistry is characterized by low Eh levels, low $NO_3$ and $SO_4$ concentrations, and high pH, alkalinity, Fe, $NH_4$, and $PO_4$ levels. This suggests that arsenic is enriched by the reductive dissolution of As-bearing Fe-/Mn-(hydro)oxides, the commonest process in Bangladesh and West Bengal of India, of which groundwaters are severely contaminated by As. It was also revealed that As concentrations in the area are strongly regulated by the presence of agrochemicals such as $NO_3$ and $SO_4$.

MMPH-0 (Enterobacter aerogenes)에 의한 6가 크롬 오염 지하수의 생지화학적 정화

서현희,이성근,김강주,박은규,김영규,전철민,문지원,노열,Seo, Hyun-Hee,Rhee, Sung-Keun,Kim, Kang-Joo,Park, Eun-Gyu,Kim, Yeong-Kyoo,Chon, Chul-Min,Moon, Ji-Won,Roh, Yul 대한자원환경지질학회 2012 자원환경지질 Vol.45 No.2

오염환경에 서식하는 토착미생물은 환경정화에 중요한 역할을 담당하며 이 연구는 6가 크롬 오염 지하수에서 분리한 미생물을 이용해 반응성, 이동성, 발암성 높은 6가 크롬을 당대사 조효소인 3가 크롬으로 환원/침전시켜 경제적, 친환경적, 생지화학적 정화의 효율성을 알아보았다. 미생물 농화배양과 조성분석, 호기와 혐기환경의 6가 크롬 환원과 내성, 전자공여체별 6가 크롬 환원, 지화학적 변화, 미생물 외형과 Cr((III) 침전물의 광물특성을 연구한 결과, 분리한 MMPH-0(Enterobacter aerogenes)는 혐기/호기환경에서 6가 크롬 내성과 환원능(유기산 주입 1주 후 70%, 주입 안한 경우 4주 후 10 ~ 20%)이 있고, Eh는 미생물의 유기산 산화로 생성된 전자에 의해 산화에서 환원환경, pH는 중성에서 약산성으로 변화되어 $Cr(OH)_3$/Cr(III)침전물이 형성되었다. SEM/TEM-EDS 결과 $2{\sim}5{\mu}m$ 막대형 미생물과 세포 밖 Cr(III) 침전물은 지화학적 환경변화와 유기산 산화에 따른 전자공여에 의한 환원의 근거가 된다. 지화학적 촉매제 토착미생물의 활성화로 산화환원에 민감한 중금속 오염 지하수 정화에 효율적 기술 응용이 기대된다. Indigenous bacteria isolated from contaminated sites play important roles to remediate contaminated groundwater. Chromium has the most stable oxidation states. Cr(VI) is toxic, carcinogenic, and mobile, but Cr(III) is less toxic and immobile. In this study, indigenous microorganism (MMPH-0) was enriched from Cr(VI) contaminated groundwater, and identified by 16S rRNA gene analysis. Using MMPH-0, the effect of stimulating with e-donors (glucose, lactate, acetate, and no e-donor control), respiration conditions, biomass, tolerance, and geochemical changes on Cr(VI) reduction were investigated in batch experiments for 4 weeks. The changes of Cr(VI) concentration and geochemical conditions were monitored using UV-vis-spectrophotometer and Eh-pH meter. And the morphological and chemical characteristics of MMPH-0 and precipitates in the effluents were characterized by TEM-EDS and SEM-EDS analyses. MMPH-0 (Enterobacter aerogenes) was able to tolerate up to 2000 mg/L Cr(VI) and reduce Cr(VI) under aerobic and anaerobic conditions. MMPH-0 performed faster and higher efficiency of Cr(VI) reduction with electron donors (over 70% after 1 week with e-donor, 10-20% after 4 weeks without e-donor). The changes of Eh-pH in effluents showing the tendency from oxidizing to reducing condition and a bit of acidic change in pH due to microbial oxidation of organic matters donating electrons and protons suggested the roles of MMPH-0 on Cr(VI) in the contaminated water catalyzing to transit geochemical stable zone for more stable $Cr(OH)_3$ or Cr(III) precipitates. TEM/SEM-EDS analyses of MMPH-0 and precipitates indicate direct and indirect Cr(VI) reduction: extracellular polymers capturing Cr component outside cells. These results suggested diverse indigenous bacteria and their biogeochemical reactions might enhance more effective and feasible remediation technology of redox sensitive heavy metals in metal-contaminated in groundwater.

DRASTIC 모델 및 지하수 수치모사 연계 적용에 의한 부여읍 일대의 지하수 오염 취약성 평가

이현주,박은규,김강주,박기훈,Lee, Hyun-Ju,Park, Eun-Gyu,Kim, Kang-Joo,Park, Ki-Hoon 한국지하수토양환경학회 2008 지하수토양환경 Vol.13 No.1

본 연구에서는 지하수 오염 취약성 평가 방법 중 가장 활용도가 높은 DRASTIC 기법 및 지하수 수치모사 기법을 병행하여 충청남도 부여군 부여읍 일대의 지하수 오염 취약성 변화를 평가하였다. 특히, DRASTIC 기법에서 사용되는 7가지 수리인자들 중 취약성에 대한 민감도가 상대적으로 높고 비교적 장기간 자료의 획득이 용이하지 않은 '지하수위(depth to water)' 인자에 대하여 수치모사 기법을 적용하여 시-자료에 대한 동적 보간을 실시하였으며, 이를 통하여 시간에 따른 지하수위 변화가 지하수 오염 취약성에 미치는 영향을 검토하였다. 연구의 대상 지역은 부여군 부여읍 일대로 충적 대수층을 대상으로 기 실시된 지하수 수위자료를 보정대상으로 하였으며 연구지역의 지하수위 분포양상을 모사하기 위하여 유한차분모델인 MODFLOW를 이용하였다. 지하수 수치모사에는 정류 및 부정류 모사가 모두 실시되었다. 그 결과 기존 지구통계기법을 통한 지하수위 보간에서 가장 큰 가중치를 갖는 지형적 요인뿐만 아니라 유역 암상이나 지질특성 등과 같은 제반 수리지질학적 요인까지 복합적으로 반영하는 지하수위 자료를 얻을 수 있었다. 기존 연구에서 수위자료를 보완할 때 주로 이용되는 기법인 크리깅은 수치모사와는 달리 강우나 계절적 영향, 암상이나 지질등과 같은 요인들은 반영하지 못한다. 또한 수치모사를 통하여 얻어진 수위자료는 부정류 모사가 가능함으로 인하여 풍수기와 갈수기 그리고 평수기의 지하수위 변화 등도 파악할 수 있다는 장점이 있다. 모사를 통하여 얻어진 지하수위 자료와 공동크리깅 방법을 통해 얻어진 지하수위 자료를 입력자료로 하여 연구지역에 지하수 오염 취약성을 비교 평가한 결과 평수기의 경우 유사한 경향의 지하수 오염 취약성을 보였다. 또한 공동크리깅을 통해 분석이 어려운 분기별 지하수 오염 취약성 평가 결과 강우량이 많은 여름철을 포함한 분기와 강우량이 가장 적은 겨울철을 포함한 분기가 뚜렷한 취약성 차이를 보이는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 제시하는 바와 같이 지하수 오염 취약성 평가에 있어 가장 큰 민감도를 갖는 수위자료의 수가 공간적 혹은 시간적으로 부족한 경우 수치모사 적용을 통해 자료의 한계성을 보완할 수 있으며 시간적인 보간이 이루어질 수 있어 유용할 수 있을 것이라 판단된다. In this study, we developed a technique of applying DRASTIC, which is the most widely used tool for estimation of groundwater vulnerability to the aqueous phase contaminant infiltrated from the surface, and a groundwater flow model jointly to assess groundwater contamination potential. The developed technique is then applied to Buyeo-eup area in Buyeo-gun, Chungcheongnam-do, Korea. The input thematic data of a depth to water required in DRASTIC model is known to be the most sensitive to the output while only a few observations at a few time schedules are generally available. To overcome this practical shortcoming, both steady-state and transient groundwater level distributions are simulated using a finite difference numerical model, MODFLOW. In the application for the assessment of groundwater vulnerability, it is found that the vulnerability results from the numerical simulation of a groundwater level is much more practical compared to cokriging methods. Those advantages are, first, the results from the simulation enable a practitioner to see the temporally comprehensive vulnerabilities. The second merit of the technique is that the method considers wide variety of engaging data such as field-observed hydrogeologic parameters as well as geographic relief. The depth to water generated through geostatistical methods in the conventional method is unable to incorporate temporally variable data, that is, the seasonal variation of a recharge rate. As a result, we found that the vulnerability out of both the geostatistical method and the steady-state groundwater flow simulation are in similar patterns. By applying the transient simulation results to DRASTIC model, we also found that the vulnerability shows sharp seasonal variation due to the change of groundwater recharge. The change of the vulnerability is found to be most peculiar during summer with the highest recharge rate and winter with the lowest. Our research indicates that numerical modeling can be a useful tool for temporal as well as spatial interpolation of the depth to water when the number of the observed data is inadequate for the vulnerability assessments through the conventional techniques.

주입-양수 기법을 활용한 지하수 내 용존 철 제거: 반응성용질이동모델링의 적용

최병영,윤성택,김경호,고용권,김강주,Choi, Byoung-Young,Yun, Seong-Taek,Kim, Kyoung-Ho,Koh, Yong-Kwon,Kim, Kang-Joo 한국지하수토양환경학회 2007 지하수토양환경 Vol.12 No.6

먹는물 수질기준(0.3 mg/L)을 자주 초과하는 고농도의 용존 철(Fe)은 특히 국내 충적층 지역 천부 지하수의 개발 이용(특히, 강변여과 적용)을 제한하는 중요한 원인이 되고 있다. 이에 본 연구에서는 반응성용질이동모델링을 이용하여 지하수 내 용존 철을 효과적으로 저감하기 위한 하나의 방법으로서 '산소가 풍부한 물을 대수층에 주입한 후 양수하는 기법의 효용성에 대하여 모사해 보았다. 모사 결과, 산소가 풍부한 물을 주입함으로써 양수된 지하수의 철 농도를 뚜렷이 저감할 수 있으며, 양수량이 주입량에 비해 4배가 되더라도 용존 철의 농도는 먹는물 수질기준 이하로 매우 낮게 유지됨을 보여주었다. 또한, 대수층 내에서의 철수산화물 침전에 의해 야기될 수 있는 크로깅 및 투수율 저하도 미미한 수준인 것으로 평가되었다. 본 논문에서는 주입-양수 기법에 의한 대수층 내에서의 철 저감의 기작과 공간적 규모에 대해서도 토의하였다. Shallow alluvial groundwaters in Korea of tell exceed the Korean Drinking Water Standard for dissolved iron (0.3 mg/L), which is one of the important water quality problems, especially in the use of bank infiltration technique. Using the reactive transport modeling, in this study we simulated the effectiveness of injection-and-pumping technique to remove dissolved iron in groundwater. The results of simulation showed that pumping of groundwater after injection of oxygenated water into aquifers is very effective to acquire the permissible water quality level. Groundwater withdrawal up to several times of irjected water in volume can be applicable to yield drinkable water. Potential problems such as clogging and permeability lowering due to in-situ precipitation of iron hydroxides may be insignificant. We also discuss on the mechanism and spatial extent of iron removal in aquifer.

국내 모 유연탄 발전소의 석탄회 매립 염호수 내 미량원소 농집에 대한 지구화학적 연구

김석휘 ( Seok Hwi Kim ),최승현 ( Seung Hyun Choi ),정기영 ( Gi Young Jeong ),이재철 ( Jae Cheol Lee ),김강주 ( Kang Joo Kim ) 한국광물학회 2014 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.27 No.1

본 연구에서는 유연탄을 원료로 하는 국내 모 화력발전소에서 발생하는 비회(fly ash)와 석탄회 매립염호수(saline ash pond)에 대하여 지구화학적으로 조사함으로써 석탄회와의 반응에 의한 매립호수의 수질변화와 염수와의 반응에 의한 석탄회내의 원소용출 특성을 고찰하였다. 이를 위해, 각각 1개씩의 비회와 바닥재, 그리고 7개의 매립호수 수질시료를 채취하였다. 이 중, 비회와 바닥재, 그리고 2개의 수질시료는 총 55개 항목의 미량금속원소에 대한 분석을 수행하였다. 비회 내에는 Cu, Zn, Ga, Ge, Se, Cd, Sb, Au, Pb, B 등과 같은 친황원소들의 함량이 비교적 높게 나타났다. 하지만, 매립호수 내에서는 해수에 비하여 As, Ba, Co, Ga, Li, Mn, Mo, Sb, U, V, W, Zr 등이 상대적으로 농집되어 있었다. 또한, 각 원소에 대하여 비회 내의 농도와 매립호수 내의 농도 비를 비교한 결과, Ag, Bi, Li, Mo, Rb, Sb, Sc, Se, Sn, Sr, W 등이 타 원소들과 비하여 매립호수에 농집되어 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 상대적 휘발정도에 의해 일부 금속원소가 비회의 표면에 농집된다 하더라도 금속원소의 용출특성이 용해도나 흡착처럼 각 원소의 지화학적 거동 특성에 영향 받음을 의미하는 것이다. In present study, we geochemically investigated the fresh coal ashes and the saline ash pond of an electric power plant in Korea, which burns imported bituminous coals. The goals are to see the chemical changes of the ash pond by reaction with coal ashes and to investigate the relative leach ability of elements from the ashes by reaction with saline waters. For this study, one fresh fly ash, one fresh bottom ash, and 7 water samples were collected. All the ash samples and 2 water samples were analyzed for 55 elements. The results indicated that the fly ashes are enriched with chalcophilic elements such as Cu, Zn, Ga, Ge, Se, Cd, Sb, Au, Pb, and B relative to other elements. On the other hand, concentrations of As, Ba, Co, Ga, Li, Mn, Mo, Sb, U, V, W, and Zr are much higher in the ash pond than those dissolved in the seawater. Ag, Bi, Li, Mo, Rb, Sb, Sc, Se, Sn, Sr, and W show high ratios of elemental concentrations in pond water to those in the fly ash. Our results imply that the leaching of trace elements is regulated by geochemical controls such as solubility and adsorption even though the trace elements are relatively enriched on the ash surfaces after the coal combustion due to their volatilities.

금산군 마전리층 열수 광화대의 표성 함비소 Schwertmannite

정기영 ( Gi Youn Jeong ),김강주 ( Kang Joo Kim ) 한국광물학회 2010 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.23 No.1