초록 ▼

I. 제목
해양방류관의 적정배치를 위한 실용화 기술 개발
Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
가. 연구개발의 최종 목표
해양방류관의 위치선정 및 최적확산 기술 개발
나. 연구개발의 필요성
우리나라 연안지역의 도시와 산업공단에서 발생하는 오 폐수는 거의 대부분이 처리되지 못하거나 1차 처리 과정을 거쳐 해양으로 직접 방류되고 있는 실정이나 해수흐름과 해양환경 여건을 충분히 고려하지 못한 해양방류위치의 선정과 시설물 배치 그리고 방류수역에 대한 국내의 법적, 제도적 관리수단의 미비로 해양환경오염을

I. 제목
해양방류관의 적정배치를 위한 실용화 기술 개발
Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
가. 연구개발의 최종 목표
해양방류관의 위치선정 및 최적확산 기술 개발
나. 연구개발의 필요성
우리나라 연안지역의 도시와 산업공단에서 발생하는 오 폐수는 거의 대부분이 처리되지 못하거나 1차 처리 과정을 거쳐 해양으로 직접 방류되고 있는 실정이나 해수흐름과 해양환경 여건을 충분히 고려하지 못한 해양방류위치의 선정과 시설물 배치 그리고 방류수역에 대한 국내의 법적, 제도적 관리수단의 미비로 해양환경오염을 더욱 가중시키고 있다. 우리나라는 수중방류위치 선정, 방류시스템의 배치 등에 관한 기술의 미비로 인하여 대부분 독일 등 선진국의 기술에 의존하여 해양방류위치 선정 및 방류시설의 배치에 대한 설계를 실시하여 왔다. 특히, 최근에 강화되고 있는 선진국의 기술보호정책에 따라 국내의 관련업계 등에서는 수중방류위치의 최적 선정 및 배치기술에 대한 국산화가 시급하다는 의견이 제기되고 있다. 그러므로 이 분야에서의 국내 설계기술의 선진화 및 기술자립을 위하여 하·폐수의 수중방류에 관한 요소기술의 연구개발이 필요하다.
Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
Ⅳ. 연구개발결과
Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획
가. 기대효과
1) 환경개선효과
- 하폐수의 해양방류수역에 대한 환경규제 제도화를 위한 기반기술 제공(예 : 미국 EPA의 혼합구역＜mixing zone＞ 규제제도)
- 하·폐수 처리수의 수중 방류시 방류 오염물질의 초기희석과 혼합 극대화를 통하여 연안수질오염 저감 및 환경피해 저감
- 해양 방류된 하·폐수의 해역환경조건 변화에 따른 확산 거동현상의 사전예측 감지를 통한 환경 친화적인 하수처리장의 처리시스템 운영 및 방류수 확산 제어를 통한 환경사고 예방 및 환경관리능력 제고
2) 직접적 경제효과
- 임해도시의 하수종말처리장의 하수처리단계(1차 처리, 2차 처리 및 생물학적 처리, 3차 처리 및 화학적 처리)를 적정수준으로 초기에 설계 시공할 수 있게 되어 건설 후 처리시설 변경에 따른 막대한 추가 건설비용절감
- 하·폐수의 수중 방류시스템 설계, 배치 및 위치 선정 기술의 국내 개발 확보를 통한 국내 환경산업기술 수준의 제고, 첨단기술의 경쟁력 제고
- 향후 건설예정인 수중 방류 확산관 시스템에 대한 국내기술진에 의한 설계 가능
3) 간접적 경제효과
- 현재 가동중인 수중방류 시설의 배치와 위치 선정에 관련한 기존 방류시스템에 대한 기술적 평가와 개선 방안을 제시
- 수중방류의 초기희석을 극대화할 수 있는 최신 방류구조물 개발과 우리나라 연안 환경조건에 최적한 수중방류시스템 연구개발의 기술적 토대 마련
- 하·폐수 처리수의 환경친화적 수중방류 위치선정 및 배치기술의 국내 실용화
나. 활용방안
- 기존 하·폐수의 수중 방류 시설에 대한 환경 친화적 기술 평가 및 최적확산 대안 평가
- 기존 하·폐수 처리장의 처리용량 증설 및 처리 단계 변경 설계시에 수중 방류시스템의 적합성 검토
- 향후 연안지역의 하·폐수 처리장 건설시 수중방류 위치선정 및 방류시스템의 설계
- 수중 방류된 하·폐수로부터 연안환경 보호 시설(양식장, 해수욕장 등) 구역의 수질 오염을 사전에 예방할 수 있는 대책 수립
- 연안지역 및 임해도시 하수종말처리장 건설시 적정 처리단계의 선정과 방류하수를 효율적으로 제어할 수 있는 환경친화적 처리장 운영
- 해양 방류시설 인근해역의 민원 문제 해결을 위해 과학적 자료에 근거한 정책결정 자료 제공

Abstract ▼

I. Project Title
Engineering development for optimizing ocean outfall diffusing system
Ⅱ. Objectives and Significance of the Research Project
The significance of this project is:
- Ocean outfall diffusing system for wastewater effluent discharged from wastewater treatment plants into

I. Project Title
Engineering development for optimizing ocean outfall diffusing system
Ⅱ. Objectives and Significance of the Research Project
The significance of this project is:
- Ocean outfall diffusing system for wastewater effluent discharged from wastewater treatment plants into coastal waters has been known the most efficient way to reduce any damaging environmental impact on coastal environments.
- Since 1930's advanced countries have used ocean outfalls for disposing the sewage effluents into coastal waters through long outfalls. Ocean outfall engineering and technology have been improved steadily to meet water and sediment quality standards which recently become more tightened internationally by environmental regulations.
- Ocean outfall engineering and technology are very new ones to Korea because the first ocean sewage outfall in Korea was operated in 1993 for Masan-Changwon wastewater treatment plant(WTP).
- Designing the outfall diffusing system and siting the outfall diffuser installation have been totally dependent on advanced countries' outfall engineering and technology by a project contract base.
- Since the need for the installation of ocean sewage outfalls has been increasing in recent years, an ocean outfall diffusing system suitable to Korean coastal environments needs to be developed to meet environ- mental regulations, and also for the efficient management of increasing sewage discharge and for restricting any environmental impact to coastal waters.
The objectives of this project are:
- To develop the technology for siting ocean outfalls equipped with submerged multiport diffuser in the coastal waters of Korea.
- To develop the technology for assessing and predicting environmental impact of sewage outfall discharge.
- To develop the technology for enhancing efficiently mixing and dilution of sewage effluents by optimizing the ocean outfall diffusing system.
Ⅲ. Scope and Contents
The scope and contents of this project are:
- Oceanographic field survey and measurements in ocean outfall sites, and environmental impact to coastal waters.
- Survey of ocean outfall facilities in Korea and advanced foreign countries with the-state-of-the-art assessment on ocean outfall engineering and technology.
- Hydrodynamic laboratory experiments on near-field characteristics of outfall plumes for enhancing mixing and dilution of wastewater effluent discharged from ocean outfalls.
- Numerical modeling to predict the near-field, initial dilution and mixing behavior of wastewater effluent plumes discharged from submerged multiport diffuser type.
- Numerical modeling to predict the fate and far-field transport of wastewater effluent plumes in the coastal waters after leaving the ocean outfall discharging site.
- Technical assessment on the operating ocean outfalls in Korea in the view of proper outfall site selection and diffuser lay-outs.
- PC-based GUI system to display numerical model simulations for near-field characteristics of effluent plumes and far-field transport of wastewater effluents in coastal waters.
Ⅳ. Results
1) Environmental impact on ocean outfall's sewage effluents has been analysed based on the distribution of water quality, contaminated sediments, and the sediment depositional patterns in the vicinity of outfall discharging areas.
2) Site selection of Masan outfall and the submerged diffuser's lay-out have been found to be poorly designed. Because of these problems, most of outfall discharged sewage effluents were transported toward the inside of Masan Bay in stead of the outside toward open sea as originally planned. The mixing and dilution rates of effluent wastewater are very poor due to the weak currents and shallow water depth at the location of submerged diffuser's lay-out in Masan Bay.
3) Hydrodynamic laboratory study provided the experimental and theoretical findings of the 4-port type alternating diffuser that has been used in domestic ocean outfalls.
4) The centerline dilution, surface dilution and merging position of effluent plumes resulting from the variation of the ambient condition were obtained and the results can provide the theoretical equations for near-field mixing and surface dilution.
5) Three different types of submerged nozzles were tested to observe the effect of nozzle shape on jet-plume behavior in the transitional region of turbulent flow. Optimal shape of the port which can cause the increase of turbulence intensity and then enhancing the rapid dilution without any additional mechanical apparatus was found. This new type of the outfall's port-nozzle has been applied to obtain a Korean government patent(the process is in pending).
6) Near-field, initial dilution models with different schemes were applied to the case studies of Masan and Sokcho outfall sites. The technical assessment on the mixing and dilution efficiency for the outfalls was made. The present outfall discharge locations and diffuser lay-outs were evaluated by using the model simulations and field observations.
7) A three dimensional hybrid model was developed to apply for the mixing process of buoyant jets discharged from submerged multiport diffuser. In the proposed hybrid model, the initial mixing was simulated by a near field method, and the advection-diffusion process in the far field was simulated using a random-walk particle tracking method. This model was proved with the field surveyed data and was used to evaluate the proper site selection in Masan outfall's case study.
8) The far field transport of wastewater effluent discharged from Masan outfall with settling processes reveals that concentrations at the bottom layer in the vicinity of the outfall site are higher than those in the remote sites from the outfall. These model results agree with the depositional trend of the contaminated sediment that was obtained from the field survey.
9) GUI system for the ocean outfalls' plume models was constructed. GUI system has 4 internal module; OMZA model interface, PTM model interface, CORMIX model, tide presentation module.
Ⅴ. Applications and Recommendations
1) Prediction models for near-field mixing behavior and dilution by submerged diffuser and for far-field transport of wastewater effluent plumes can provide important technical data needed for assessing the efficiency of sewage outfall disposal and also environmental impact of outfall discharged wastewater into coastal waters. The problems of the operating ocean outfalls in Korea can be evaluated by utilizing these prediction models.
2) The developed hybrid model can be used as a site selection tool to optimize ocean outfall diffusing system.
3) The new type of the port-nozzle can increase rapidly the dilution and mixing of the discharged effluent plumes with the ambient sea water. This port can provide the more efficiency of wastewater mixing and dilution by the diffuser and can be used for the future design of ocean outfall diffusing system both in domestic and abroad.
4) The GUI system for ocean outfall system can be utilized for effective operations of wastewater treatment plant equipped with ocean outfall system and for planning the proper environmental management to reduce any damaging impact of ocean outfall's sewage discharge.
5) Further engineering and technology development for ocean outfall diffusing system are needed to enhance the efficiency of outfall sewage disposal with reducing environmental impact to coastal environments. A new ocean outfall diffusing system suitable to shallow water-depth environments, which are very common in Korean coastal waters, needs to be developed in future.

목차 Contents

• 제1장 서론
  I. 제목
  II. 연구개발의 목적 및 필요성
  1) 연구개발의 최종목표
  2) 연구개발의 필요성
  III. 연구개발의 범위 및 내용
  IV. 연구개발 결과
  제2장 국내·외 기술개발 현황
  제1절 해양방류처리 시설 현황
  1. 국내
  가. 시설현황
  (1) 마산·창원 하수처리장 현황
  (2) 온산 하수처리장 현황
  (3) 용연 하수처리장의 현황
  (4) 녹산 하수처리장 현황
  (5) 속초하수처리장 현황
  나. 확산관 특성
  (1) 마산·창원 하수처리장
  (2) 온산 하수처리장
  (3) 용연 하수처리장
  (4) 녹산 하수처리장
  (5) 속초 하수처리장
  2. 국외
  가. 서론
  나. 미국의 사례
  (1) 로스엔젤레스의 해양방류시설
  (2) 샌디에고와 시애틀의 해양방류시설
  (3) 샌프란시스코의 해양방류시설
  (4) 보스턴의 해양방류시설
  (5) 하와이 호노룰루
  (6) 샌디에고 사우스베이(South Bay)
  다. 미국 이외의 해양방류시설
  (1) 호주의 해양방류시설
  (2) 영국의 해양방류시설
  (3) 홍콩의 해양방류시설
  제2절 해양방류 기술현황 분석
  1. 국내
  2. 국외
  제3장 연구개발수행 내용 및 결과
  제1절 서론
  제2절 해양방류수역의 해양환경 및 현장관측 조사
  1. 마산·창원 하수종말처리시설
  가. 물리적 환경요소 관측
  (1) 방류해역의 위치 및 수심
  (2) 현장관측
  나. 방류하수 영향 분석
  (1) 방류해역 수질의 경년적 변화
  (2) 방류해역 수질의 계절적 변화
  (3) 방류해역의 일반 측정 항목
  (가) 용존산소(DO)
  (나) 수온
  (다) pH
  (라) 염분도(salinity)
  다. 퇴적환경 조사
  (1) 시료 채취
  (2) 시료 분석방법
  (3) 퇴적물의 중금속 오염도 분포
  (가) 강산처리에 의한 측정결과
  (나) 묽은 산에 의한 측정결과
  2. 울산(용연) 및 온산 하수종말처리시설
  3. 속초 하수종말처리시설
  제3절 해양방류수의 혼합확산 수리실험
  1. 서론
  가. 난류제트 이론
  (1) 단순제트
  (2) 단순플륨
  (3) 부력제트
  (4) 유속 및 농도분포
  나. 난류부력제트의 해석
  (1) 거동해석에 필요한 인자
  (2) 부력제트의 해석방법
  (3) 실험연구
  다. 단일 수평부력제트의 해석
  (1) 정체수역에 방류되는 단일수평부력제트
  (2) 흐름수역에 방류되는 단일수평부력제트
  라. 다공확산관의 해석
  (1) 선플륨 해석
  (2) 연직유도관
  (3) 다공제트의 병합과정
  2. 다공확산관의 병합거동
  가. 연구배경 및 목적
  나. 수학적 모형
  (1) 단일 수평부력제트의 해석
  (가) 정체수역에 방류되는 단일수평부력제트
  (나) 흐름수역에 방류되는 단일수평부력제트
  (2) 장미형 확산관의 해석
  (가) 병합플륨의 농도분포식
  (나) 병합위치
  다. 수리모형 실험
  (1) 실험의 목적
  (2) 실험장치 및 계측기기
  (가) 실험수조 및 온수공급장치
  (나) 확산관 모형
  (다) 계측장비
  (3) 실험방법
  (4) 실험조건
  (가) 상사법칙
  (나) 정체수역 실험조건
  (다) 흐름수역 실험조건
  라. 실험결과 및 분석
  (1) 정체수역
  (가) 수평단일부력제트
  (나) 일렬방류된 다공제트의 병합과정
  (다) 다공제트의 병합위치
  (라) 다공제트의 희석률
  (2) 흐름수역 실험결과
  (가) 단일부력 제트
  (나) 다공확산관의 부력제트
  제4절 해양방류하수의 초기 근역 혼합 희석 예측기술 개?
  (2) 모형결과
  라. CORMIX 모형의 검증
  마. 모형에 의한 희석률 계산
  (1) 모형입력
  (2) 모의결과
  바. 현장관측 희석률 비교
  사. 초기근역희석률 예측
  (1) 계절별 희석률 변화
  (가) 모형입력
  (나) 계절별 변화 모의결과
  (2) 확산관 배치조건에 따른 희석률 변화
  (가) 모형입력
  (나) 단계별 증설후 현재의 해양방류시설 사용시의 모의
  (다) 확산관 길이 및 배치 변화시의 결과
  (3) 방류위치조건에 따른 희석률 변화
  (가) 희석률 개선을 위한 새로운 방류지점 제안
  2. OMZA 모형
  가. 모형의 개요
  나. 모형 특성 및 구성
  다. 모형의 지배방정식
  (1) Boil Location Model
  (2) Initial Dilution Model
  (3) Control Volume Model
  (4) Subsequent Dilution/Dispersion Model
  라. 모형 입력 및 모의 결과
  (1) 마산·창원 하수종말처리장
  (2) 속초 하수종말처리장
  3. RSB(NRFIELD) 모형
  가. 모형의 개요
  나. 모형의 특성
  다. 모형의 지배방정식
  라. 연구대상지역 및 모의 결과
  (1) 마산·창원 하수종말처리장 해양방류수역
  (2) 속초 하수종말처리장 해양방류수역
  4. CORMIX, OMZA, RSB 모형의 비교
  가. 마산·창원하수종말 처리장

1. 서론
가. 연구의 필요성 및 목적
나. 연구의 내용 및 방법
(1) 이론적 연구
(2) 모형의 개발
(3) 모형의 검증
(4) 모형의 적용
2. 이론적 배경 및 연구 동향
가. 수중방류수의 혼합거동
나. 근역혼합 모형