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We diversify water supply portfolios by integrating technology innovation with system-level optimization
Water supply is at a fundamental turning point. Conventional water sources such as rivers and lakes are increasingly threatened by persistent contamination, growing water demand, and the impacts of climate change that undermine long-term supply reliability and sustainability. At the same time, centralized systems built for past demands struggle with aging infrastructure and emerging contaminants.
My group addresses these challenges by advancing non-conventional water reuse approaches, decentralized treatment technologies, and system-level optimization of water supply systems to diversify water supply portfolios. Our overarching goal is to develop safe and resilient water supply systems that can adapt to region-specific conditions, regulatory uncertainty, and future changes in water demand.
물 공급은 현재 큰 전환점에 놓여 있습니다. 하천과 같은 기존 수자원은 꾸준한 오염, 증가하는 물 수요, 그리고 기후변화로 인하여 장기적인 공급 안정성과 지속가능성이 점차 위협받고 있습니다. 동시에, 과거의 수요를 전제로 구축된 중앙집중형 물 공급 시스템은 노후화된 인프라와 신종 오염물질에 효과적으로 대응하는 데 한계를 보이고 있습니다.
우리 연구실에서는 이러한 물 공급 문제를 해결하기 위해 비전통적 물 재이용 기술, 분산형 수처리 기술, 그리고 전체 물 공급 시스템 최적화 기술을 개발하여 물 공급 다변화하는 연구를 수행하고 있습니다. 궁극적으로는 지역특이적 조건과 규제·정책의 불확실성, 그리고 미래 수요 변화에 적응 가능한 안전하고 회복력 있는 물 공급 시스템을 구현하고자 합니다.
Water reuse (물 재이용)
Water reuse refers to the treatment of non-conventional water sources, such as wastewater effluent, to produce water fit for specific end uses. Depending on the required water quality, reuse applications range from non-potable reuse, including irrigation and industrial cooling, to potable reuse, which produces water suitable for drinking water supplies. By tailoring treatment trains to end-user requirements and local conditions, water reuse enables a flexible pathway to expand water supply portfolios beyond traditional sources, while reducing environmental impacts.
물 재이용은 하·폐수 처리수와 같은 기존에 활용되지 않고 버려지던 비전통적 수자원을 추가로 처리하여, 특정 이용 목적에 적합한 수질의 물을 생산하는 것을 의미합니다. 요구되는 수질 수준에 따라 물 재이용은 관개나 산업용 냉각수와 같은 비음용수 재이용부터 음용수 재이용까지 다양하게 적용될 수 있습니다. 활용 목적과 지역 조건을 고려한 처리 공정을 설계함으로써, 물 재이용은 기존 물 공급 체계를 넘어 새롭고 유연한 공급 포트폴리오를 제공하며, 동시에 환경 영향을 저감할 수 있기에 많은 주목을 받고 있습니다.
My group focuses on designing optimal, fit-for-purpose water reuse systems through integrated process modeling and technoeconomic assessment. We develop modeling frameworks that evaluate full treatment trains, explicitly balancing safety, performance, and cost. Our research places particular emphasis on two reuse applications that are either not yet implemented or rapidly emerging in Korea: potable water reuse, where treated water is directly or indirectly introduced into drinking water supply networks after meeting drinking water standards, and industrial water reuse for the semiconductor industry, where reclaimed water is treated to meet the stringent quality requirements for ultrapure water production. Through this work, our goal is to develop safe, cost-effective, and application-specific water reuse systems that expand and diversify future water supply portfolios.
우리 연구실은 공정 모델링과 기술경제성 분석을 통합하여 물 재이용 시스템 설계의 최적화를 목표로 연구를 수행하고 있습니다. 이를 위해 공중보건적 안전성, 처리 성능, 그리고 비용을 종합적으로 고려하여 전체 처리 공정 체계(full treatment train)를 설계하고 평가할 수 있는 모델링 프레임워크를 개발하고 있습니다. 다양한 물 재이용 분야 중에서도, 본 연구실은 국내에서 아직 시행된 바 없거나 빠르게 관심이 증가하고 있는 두 가지 재이용 분야에 중점을 둡니다. 첫째, 먹는 물 수질 기준을 만족한 처리수를 음용수 공급망에 직접 또는 간접적으로 도입하는 음용수 재이용이며, 둘째, 하수처리수를 반도체 산업에서 요구되는 초순수 생산 기준에 부합하도록 고도 처리하는 반도체 산업 공업용수 재이용입니다. 이러한 연구를 통해 궁극적으로는 안전하고 비용 효율적이며 사용 목적에 특화된 물 재이용 시스템을 개발하고, 미래 물 공급 포트폴리오의 확장과 다변화에 기여하고자 합니다.
Decentralized water treatment (분산형 수처리)
Decentralized treatment refers to water treatment systems that are deployed closer to the point of use, rather than relying solely on large, centralized facilities. By treating water at the building, campus, or community scale, decentralized systems can reduce distribution demands and enhance system flexibility. When designed with appropriate technologies and operating strategies, decentralized treatment enables fit-for-purpose water management that accounts for local water quality, end-user needs, and site-specific constraints.
분산형 수처리는 기존 중앙집중형 시설에서 물을 처리한 후 장거리로 공급하는 방식과 달리, 이용 지점(point of use)과 가까운 위치에서 물을 처리하는 시스템을 의미합니다. 건물이나 캠퍼스와 같은 소규모·지역 단위에서 물을 처리함으로써, 분산형 수처리 시스템은 장거리 송·배수에 대한 의존도를 낮추고 물 공급 시스템의 유연성을 향상시킬 수 있습니다. 또한, 적절한 처리 기술과 운영 전략을 적용할 경우, 분산형 수처리는 지역 수질 특성, 이용자 요구, 그리고 부지별 제약 조건을 반영한 목적 적합형(fit-for-purpose) 물 관리를 가능하게 하며, 물 공급 포트폴리오를 확장하는 데 중요한 역할을 합니다.
Nevertheless, the implementation of decentralized systems remains limited due to challenges in adapting today’s chemical-intensive water treatment processes to small-scale, modular applications. Achieving practical decentralization therefore requires reducing reliance on chemical usage in both treatment and maintenance to enhance the operational autonomy of small systems. My group focuses on leveraging sunlight and stimuli-responsive materials to reduce chemical dependence and develop more autonomous decentralized water treatment technologies.
하지만 화학 물질에 크게 의존하는 기존 수처리 공정을 소규모·모듈형 시스템으로 적용하는 데에는 여전히 많은 기술적 어려움이 존재하고, 이로 인해 분산형 수처리 시스템의 실제 적용은 제한적인 상황입니다. 따라서 실질적인 분산화를 달성하기 위해서는 처리 및 유지관리 과정에서 화학 물질 사용에 대한 의존도를 낮추고, 소규모 시스템이 자율적으로 운영될 수 있는 기반을 확보하는 것이 필수적입니다. 이에 우리 연구실은 화학 물질 의존도를 줄이고 보다 자율적인 분산형 수처리 시스템을 구현하기 위해, 친환경 에너지원인 햇빛과 자극 반응성 소재를 활용한 새로운 분산형 수처리 기술 개발에 주력하고 있습니다.
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