• KSBB Journal
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• 제9권4호
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• pp.347-364
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• 1994

Airlift bioreactors are extensively used in the fields of aerobic fermentation, animal and plant cell cultures. This review article evaluates the present research activities in the field of airlift bioreactors. The published research works on the design parameters such as types, location and properties of gas sparser, hydrodynamic properties such as phase holdups mixing, liquid circulation rate, mass and heat transfer rates are summarized. Also, recommendations are presented for designing airlift bioreactors.

• KSBB Journal
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• 제9권2호
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• pp.180-185
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• 1994

본 연구에서는 캘리포니아 양귀비(Eschscholtzia californica) 세포를 airlift 배양기에 적용 배양할 때 shake flask 배양보다 benzophenanthridine alkaloid의 생산성이 감소하는 원인을 찾고 이를 극복하기 위한 실험을 수행하였다. Alkaloid 생산성 감소의 주된 원인은 air sparging에 의해 $CO_2$ 및 ethylene과 같은 유용 성분의 gas가 stripping 되는 것으로 나타났으며 이 stripping 되는 gas를 다시 공급하는 gas recycle 식 airlift 배양기를 개발하였다. 이 배양기에 캘리포니아 양귀비 세포를 배양한 결과 alkaloid 함량이 일반 airlift 배양기 운전 결과보다 약 2.7배 증가하였다. 또한 이 배양기의 gas reservoir의 용량 변화에 따라 alkaloid의 생산성 및 이산화탄소의 농도가 영향을 받음을 확인하였다.

• 한국국방경영분석학회지
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• 제32권1호
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• pp.36-50
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• 2006

한국군은 전시 상당량의 전략물자를 미국으로부터 항공수송을 통해 도입하고자 한다. 이 연구는 항공수송 모델을 형성하고 전시 동원될 민간 항공기를 포함한 동원자원의 항공수송 능력을 평가하는 것이다. 전략 항공수송계획은 국군수송사령부에 의해 매년 조정 수립되고 있으나 항공수송 과정의 불확실성으로 인해 시뮬레이션을 통해 실현가능성을 평가할 필요가 있다. 불확실한 요인은 미국 공항에서의 전략물자 도착에 대한 불확실성, 적하역 시간, 동원령 발령시 항공기 최초 위치 지점 등이다. 시뮬레이션은 두 개의 시나리오 하에서 실행되었으며 결과에 대한 민감도 분석을 수행하였다. 시뮬레이션 결과, 항공수송 능력에 가장 큰 영향을 미치는 요인들은 미국 공항에서의 물자 도착 불규칙성과 항공기 동원 대수이었다.

• 상하수도학회지
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• 제23권2호
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• pp.175-180
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• 2009

This study was conducted to improve biological degradation efficiency of toluene as a model volatile organic compound (VOC) using yeast Candida tropicalis and to suggest an effective method for bioreactor operation. The yeast strain was immobilized with polyethylene glycol (PEG), alginate, and powdered activated carbon (PAC). The yeast-immobilized polymer media were used as fluidized materials in an airlift bioreactor. Polymer media without PAC were also made and operated in another airlift bioreactor. The two bioreactors showed toluene removal efficiencies ranging 80-96% at loading rates of $10-35 g/m^3-hr$, and the bioreactor containing the polymer media with PAC achieved higher removal efficiency. Protein contents in the liquid phase showed that the bioreactor using the yeast-immobilized polymer media with PAC had a higher rate of microbial growth initially than that without PAC. In addition, the microbial growth rate inside of the polymer media with PAC was five times higher than that without PAC. Consequently, the polymer media containing the yeast strain and PAC could enhance removal efficiencies for VOCs, and the immobilization method improve microbial activity and stability for a long-term operation of biological systems.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제22권1호
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• pp.92-99
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• 2012

The optimal physical factors affecting enzyme production in an airlift fermenter have not been studied so far. Therefore, the physical parameters such as aeration rate, pH, and temperature affecting PLA-degrading enzyme production by Actinomadura keratinilytica strain T16-1 in a 3 l airlift fermenter were investigated. The response surface methodology (RSM) was used to optimize PLA-degrading enzyme production by implementing the central composite design. The optimal conditions for higher production of PLA-degrading enzyme were aeration rate of 0.43 vvm, pH of 6.85, and temperature at $46^{\circ}C$. Under these conditions, the model predicted a PLA-degrading activity of 254 U/ml. Verification of the optimization showed that PLA-degrading enzyme production of 257 U/ml was observed after 3 days cultivation under the optimal conditions in a 3 l airlift fermenter. The production under the optimized condition in the airlift fermenter was higher than un-optimized condition by 1.7 folds and 12 folds with un-optimized medium or condition in shake flasks. This is the first report on the optimization of environmental conditions for improvement of PLA-degrading enzyme production in a 3 l airlift fermenter by using a statistical analysis method. Moreover, the crude PLA-degrading enzyme could be adsorbed to the substrate and degraded PLA powder to produce lactic acid as degradation products. Therefore, this incident indicates that PLA-degrading enzyme produced by Actinomadura keratinilytica NBRC 104111 strain T16-1 has a potential to degrade PLA to lactic acid as a monomer and can be used for the recycle of PLA polymer.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권3호
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• pp.446-455
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• 2023

공기부양반응기(airlift reactor) 내의 액체순환속도(liquid circulation velocity)를 예측하기 위한 수학적 모형이 유체순환고리(fluid circulation loop)에 대한 기계적 에너지 수지를 기초로 개발되었다. 그 모형은 90° 방향전환으로 인한 에너지 손실과 반응기의 각 부위에서의 마찰로 인한 에너지 손실 그리고 단면적의 변화로 인한 에너지 손실을 모두 고려하였다. 마찰과 방향전환 그리고 단면적 변화에 의한 손실계수를 각각 고려한 모형이 집중매개변수(lumped parameter)를 사용한 기존의 모형보다 액체순환속도를 더 잘 예측할 수 있었다. 순환액체속도는 추적자펄스방법(tracer pulse method)으로 측정하였다. 개발된 모형은 상하부에 연결관(connecting pipe)을 갖는 외부순환 공기부양반응기에서 얻은 본 연구의 실험 결과의 대부분은 물론이고 다양한 형태의 공기부양반응기에서 얻어진 다른 연구자들의 결과도 ±20%이내의 오차로 잘 예측할 수 있었다. 외부 및 내부순환 공기부양반응기에서 순환유체의 90° 방향전환과 관련된 손실계수에 대한 유용한 실험식을 구하여 액체순환속도를 예측하는 데 사용하였다.

• 한국수산과학회지
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• 제30권3호
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• pp.451-458
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• 1997

The oxygen transfer coefficient was not significantly affected by either flow pattern, initial bubble size or the wastes present in the water studied. Surface active substances in the water did however influence the transition from bubble to slug flow. Airlift with length to diameter ratios less than 50 suffered from considerable losses in efficiency. When properly designed, airlift pumping efficiencies were comparable to those of conventional centrifugal pumps and the oxygen transfer efficiency were as high as or higher than those of diffused aeration systems.

• 대한환경공학회지
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• 제31권8호
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• pp.603-610
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• 2009

본 연구는 휘발성유기화합물질의 분해능력을 가진 yeast인 Candida tropicalis를 이용하여, 대표적인 휘발성 유기화합물질인 톨루엔과 MEK의 제거효율을 향상시키기 위하여 수행되었다. 반응기는 가스상으로 유입되는 톨루엔과 MEK의 물질전달 능력을 향상시키기 위하여 airlift loop 형태로 선택하였고, yeast 미생물의 효과적인 포괄고정화를 위해 분말활성탄(PAC)과 알지네이트(Alginate), PEG로 고분자 담체를 형성하였다. Airlift loop bioreactor의 물질전달성능을 평가하기 위한 실험을 수행하였으며, 기체체류시간 15초에서 담체를 첨가하지 않은 액상의 톨루엔 물질전달계수($K_La$) 값이 1.29 $min^{-1}$이었으나, 고분자 담체를 첨가한 경우 톨루엔의 $K_La$는 4.07 $min^{-1}$로 증가하였다. 따라서 고분자담체를 적용하는 것이 기상으로 유입되는 휘발성유기화합물의 물질전달을 향상시키는 것으로 확인되었다. 이러한 airlift loop bioreactor와 yeast 포괄고정 담체를 적용하여 체류시간을 60초, 30초, 15초에서 유입부하에 변화를 주며 실험을 진행한 결과, 톨루엔 5, 10, 19, 37 g/$m^3$/hr, MEK 4.5, 8.9, 17.8, 35.1 g/$m^3$/hr의 유입부하 변화에도 전체 80% 이상의 안정적인 처리효율을 나타내었다. 또한 airlift loop bioreactor의 분해능을 확인하기 위하여 유입부하를 단기간 변화시켜 주며 실험한 결과, 톨루엔과 MEK의 최대분해능은 각각 70.4 g/$m^3$/hr, 56.4 g/$m^3$/hr로 확인되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권9호
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• pp.837-845
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• 2013

공기부양 펌프는 액체 내 공기부양 효과에 의해 양수 조작이 어려운 액체 및 액체 내의 침전물을 손상 없이 토출할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이러한 장점을 이용하여 DCFC(Direct Carbon Fuel Cell)에서 고온의 용융된 연료를 혼합 및 순환시키기 위해 공기부양 펌프를 적용할 수 있다. 이를 위한 연구의 일환으로 공기부양 특성을 파악하기 위한 기초 실험을 수행하였다. 본 실험에서는 공기부양 펌프 시스템을 구축하여 저수통 내에 모사 액체로 물을 채우고 관(tube)을 삽입한 후, 관 하단부에 가스유량을 공급하여 상단부의 토출유량을 측정하였다. 설계 인자로서 관직경과 잠수비를 변경하면서 이에 맞는 공기유량을 공급하였고, 정해진 각 조건에서 생성된 관 내부의 기포(bubble) 형상을 디지털 카메라로 촬영, 그 형상을 네 단계로 구분하였다. 펌프의 성능을 이론식을 모델링하여 실험 데이터와 비교하였고, 토출 유량을 측정하여 물이 토출되는 시작점인 가스유량과 전체 유량비와의 상관관계를 분석하였다.

• 한국환경과학회지
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• 제8권4호
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• pp.479-483
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• 1999

Nitrifier consortium immobilized in polyvinyl alcohol was used for the removal of ammonia nitrogen from synthetic aquaculture water in the airlift bioreactor. At the aeration rate fo 0.15 vvm and bead packing volume fraction of 20%, airlift bioreactor was operated effectively for a removal of ammonia nitrogen and for a stability of operation. Ammonia nitrogen removal rate by airlift bioreactor was continuously increased with decreasing hydraulic residence time. At the HRT(hydraulic residence time) of 0.3 hour, ammonia nitrogen removal rate was 84.3 g/$m^3$.d and the highest ammonia nitrogen removal rate was 130.8 g/$m^3$.d when HRT was 0.1 hour.