• Environmental Engineering Research
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• 제19권2호
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• pp.165-174
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• 2014

A model combining multi-dimensional discretized population balance equations with a computational fluid dynamics simulation (CFD-DPBE model) was developed and applied to simulate turbulent flocculation and sedimentation processes in sediment retention basins. Computation fluid dynamics and the discretized population balance equations were solved to generate steady state flow field data and simulate flocculation and sedimentation processes in a sequential manner. Up-to-date numerical algorithms, such as operator splitting and LeVeque flux-corrected upwind schemes, were applied to cope with the computational demands caused by complexity and nonlinearity of the population balance equations and the instability caused by advection-dominated transport. In a modeling and simulation study with a two-dimensional simplified pond system, applicability of the CFD-DPBE model was demonstrated by tracking mass balances and floc size evolutions and by examining particle/floc size and solid concentration distributions. Thus, the CFD-DPBE model may be used as a valuable simulation tool for natural and engineered flocculation and sedimentation systems as well as for flocculant-aided sediment retention ponds.

• 상하수도학회지
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• 제24권2호
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• pp.219-230
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• 2010

Computer simulation has been widely used to design and optimize the operation of wastewater treatment plants since 1980. For secondary clarifiers, the simulation has been a tool to optimize the performance by providing dimensions for flocculation well. However, there has been no attempt to find the optimized geometrical parameters in circular secondary clarifier using simulation tools. In this study, three SVIs (Sludge Volume Indexes), two well types (feed and flocculation wells), 8 SWDs (Side Water Depths) and 9 bottom slopes were variables for simulation. Diurnal inflow and associated MLSS (Mixed Liquor Suspended Solid) concentrations were used for input loadings. When flocculation well was installed, 48% less concentration at lowest ESS (Effluent Suspended Solid) concentrations was produced and the diurnal ESS concentration range had been reduced by 52%. From these results, flocculation well must be installed to produce lower and stable ESS from circular secondary clarifiers. Under same loading conditions with $300m{\ell}$/g of SVI, The lowest ESS was produced when SWD was 4.5m with 4% of bottom slope. Therefore, SWD and bottom slope must not be deeper than 4.5m and must be near 4%, respectively, in circular clarifier with flocculation well to produce the lowest ESS concentration.

• 한국환경과학회지
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• 제4권2호
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• pp.181-194
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• 1995

여러가지 다양한 상수처리 실험조건에서 응집제로 Ferric Nitrate를 사용하여 수증의 카오린 점토입자를 응결하는 과정중의 응집동력학을 조사하기 위하여 본 영구는 수행되었다. 응집동력학을 측정하기 위한 방법으로서 AIA 시스템으로 부터 없어진 입자크기분포와 Rlowing suspension에서의 PDA에 의한 탁도증가 정도의 측정이 사용되었다. 결론으로서, 저온에서의 응집은 그 효율이 상당히 저하 되는것으로 발견 되었으며 저온에서의 응집을 향상시키기 위아여 수중의 pH보다는 pOH를 일정하게 유지하는 것이 부분적으로 응집효율향상에 도움이 되는 것으로 나타났다.

• Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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• 제5권4호
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• pp.288-305
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• 2000

A review on the main aspects associated with yeast flocculation and its application in biotechnological processes is presented. This subject is addressed following three main aspects-the basics of yeast flocculation, the development of "new" flocculating yeast strains and bioreactor development. In what concerns the basics of yeast flocculation, the state of the art on the most relevant aspects of mechanism, physiology and genetics of yeast flocculation is reported. The construction of flocculating yeast strains includes not only the recombinant constitutive flocculent brewer's yeast, but also recombinant flocculent yeast for lactose metabolisation and ethanol production. Furthermore, recent work on the heterologous $\beta$-galactosidase production using a recombinant flocculent Saccharomyces cerevisiae is considered. As bioreactors using flocculating yeast cells have particular properties, mainly associated with a high solid phase hold-up, a section dedicated to its operation is presented. Aspects such as bioreactor productivity and culture stability as well as bioreactor hydrodynamics and mass transfer properties of flocculating cell cultures are considered. Finally, the paper concludes describing some of the applications of high cell density flocculating bioreactors and discussing potential new uses of these systems.e systems.

• 한국환경과학회지
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• 제4권4호
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• pp.367-377
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• 1995

상수처리시 응집동역학에 관한 연구를 수행하기 위하여 $FE(NO_3)$$_3.9H_2O$을 응집제로 사용하여 Kaolin현탁액을 응집시키는 실험을 행하였다. 응집 동력학은 응집과정중 입자크기의 증가 을 측정하는 것으로서 응집의 mechanism에 대한 이해와 응집시 사용되는 최적 응집제의 량과 종류 그리고 최적 pH를 선정하는데 효과적으로 사용될 수 있다. 본 실험에서는 기본적 응집동력학에 대한 연구를 토대로 수중의 황산이온이 응집동력학에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 본 실험에 사용된 각 실험조건들은 일련의 Jar Tests를 통하여 선정되었으며 상수처리시 제기될 수 있는 광범위한 탁도와 pH를 포함하고자 하였다. 본 연구에서는 응집 동력학을 측정하기 위하여 '자동영상분석계(AIA)' 를 이용하여 응집과정중의 입자와 크기분포와 '관상란분석계(PDA)' 를 이용한 응집과정중의 탁도변화에 관한 자료를 상호 비교하였다. 본 실험에서 도출된 결과에 의하면, Kaolin현탁물에 가해진 $10^{-3}M$의 황산이온은 응집과정에 상당히 큰 영향을 초래하였으며 응집된 입자표면의 전위(zeta potential)변하ㅗ에 큰 영향을 주는 것으로 밝혀졌다. 응집과정에 가해진 황산이온은 약산성($\le$ pH 6.8)에서의 응집과정을 크게 향상시키는 것으로 나타났다. 응집 동력학의 효율증진은 황산이온이 첨가됨으로 인하여 FE(III)침전물 형성율의 촉진에 기인한 수중입자의 충돌빈도의 증가에 의한 것으로 규명 되어졌다규명 되어졌다

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제28권3호
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• pp.432-438
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• 2018

Microalgae hold promise as a renewable energy source for the production of biofuel, as they can convert light energy into chemical energy through photosynthesis. However, cost-efficient harvest of microalgae remains a major challenge to commercial-scale algal biofuel production. We first investigated the potential of electrolytic water as a flocculant for harvesting Tetraselmis sp. Alkaline electrolyzed water (AEW) is produced at the cathode through water electrolysis. It contains mineral ions such as $Na^+$, $K^+$, $Ca^{2+}$, and $Mg^{2+}$ that can act as flocculants. The flocculation activity with AEW was evaluated via culture density, AEW concentration, medium pH, settling time, and ionic strength analyses. The flocculation efficiency was 88.7% at 20% AEW (pH 8, 10 min) with a biomass concentration of 2 g/l. The initial biomass concentration and medium pH had significant influences on the flocculation activity of AEW. A viability test of flocculated microalgal cells was conducted using Evans blue stain, and the cells appeared intact. Furthermore, the growth rate of Tetraselmis sp. in recycled flocculation medium was similar to the growth rate in fresh F/2 medium. Our results suggested that AEW flocculation could be a very useful and affordable methodology for fresh biomass harvesting with environmentally friendly easy operation in part of the algal biofuel production process.

• 한국환경과학회지
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• 제14권8호
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• pp.723-737
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• 2005

The effects of pH (5, 7 and 9) and ionic strength of different salts on the flocculation characteristics of humic acid by inorganic (alum, polyaluminum chloride (PAC) with degree of neutralization, r=(OH/Al) of 1.7) and organic (cationic polyelectrolyte) coagulants, have been examined using a simple continuous optical technique, coupled with measurements of zeta potential. The results are compared mainly by the mechanisms of its destabilization and subsequent removal. The destabilization and subsequent removal of humic acid by PAC and cationic polyelectrolyte occur by a simple charge neutralization, regardless of pH of the solution. However, the mechanism of those by alum is greatly dependent on pH and coagulant dosage, i.e., both mechanisms of charge neutralization at lower dosages and sweep flocculation at higher dosages at pH 5, by sweep flocculation mechanism at pH 7, and little flocculation because of electrostatic repulsion between negatively charged humic acid and aluminum species at pH 9. The ionic strength also affects those greatly, mainly based on the charge of salts, and so is more evident for the salts of highly charged cationic species, such as $CaCl_2$ and $MgCI_2.$ However, it is found that the salts have no effect on those at the optimum dosage for alum acting by the mechanism of sweep flocculation at pH 7, regardless of their charge.

• 한국물환경학회지
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• 제39권6호
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• pp.465-474
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• 2023

The chemical composition and molecular weight characteristics of dissolved organic matter (DOM) exert a profound influence on the efficiency of organic matter removal in water treatment systems, acting as efficiency predictive indicators. This research evaluated the primary chemical and molecular weight properties of DOM derived from diverse sources, including rivers, lakes, and biomasses, and assessed their relationship with the efficiency of coagulation/flocculation treatments. Dissolved organic carbon (DOC) removal efficiency through coagulation/flocculation exhibited significant correlations with DOM's hydrophobic distribution, the ratio of humic-like to protein-like fluorescence, and the molecular weight associated with humic substances (HS). These findings suggest that the DOC removal rate in coagulation/flocculation processes is enhanced by a higher presence of HS in DOM, an increased influence of externally sourced DOM, and more presence of high molecular weight compounds. The results of this study further posit that the efficacy of water treatment processes can be more accurately predicted when considering multiple DOM characteristics rather than relying on a singular trait. Based on major results from this study, a predictive model for DOC removal efficiency by coagulation/flocculation was formulated as: 24.3 - 7.83 × (fluorescence index) + 0.089 × (hydrophilic distribution) + 0.102 × (HS molecular weight). This proposed model, coupled with supplementary monitoring of influent organic matter, has the potential to enhance the design and predictive accuracy for coagulation/flocculation treatments targeting DOC removal in future applications.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제19권4호
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• pp.341-348
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• 2016

미세조류는 대체에너지를 위한 생물자원 중 하나로 다양한 분야에서 관련된 연구가 활발히 진행되고 있다. 미세조류의 상태를 분석하기 위한 방법으로는 계수법, 스크리닝법, 응집법 등이 사용되고 있는데, 이 중 응집법은 적조 제거제 연구, 미세조류 자원화 연구 등에 효과적으로 이용되고 있다. 미세조류의 응집 상태 분석에는 현재 분광광도법이 주로 사용되고 있는데, 이는 미세조류의 응집 상태를 광학밀도 계측을 통해 분석하는 방법으로 미세조류 계수법에 비해 소요되는 분석 시간은 작지만, 측정 결과의 오차가 상대적으로 큰 단점을 갖고 있다. 본 논문에서는 이러한 단점을 개선하기 위해서 렌즈프리 그림자 이미징 기술을 이용하여 미세조류의 응집 현상을 실시간으로 분석하는 방법을 제안한다. 본 연구에서는 렌즈프리 그림자 이미지를 이용하여 단일 미세조류의 측정과 응집 미세조류 측정이 동시에 가능함을 현미경 이미지와의 비교를 통해 입증하였다. 또한, 해당 기술을 기반으로 미세조류의 응집 현상을 정량적으로 분석할 수 있는 세 가지의 그림자 파라미터(플록들의 개수, 플록들의 유효면적 및 최대크기 플록의 면적)를 제안하였다. 각 파라미터의 유효성은 응집 효율이 다른 응집제를 이용한 실험을 통해 시간에 따른 미세조류의 응집상태를 실시간으로 분석하여 입증할 수 있음을 확인하였다.

• 한국광물학회지
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• 제20권1호
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• pp.21-33
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• 2007

벤토나이트의 분산/응집 거동은 시추이수의 성능에 큰 영향을 줌으로 주요 관심의 대상이 된다. 본 연구에서는 상업적으로 활용되고 있는 3종의 벤토나이트[2종의 CMC (carboxy-methyl cellulose)처리 벤토나이트와 1종의 무처리 벤토나이트]에 대하여 pH와 염분농도가 다른 용액에서의 분산/응집 특성을 분석하였다. 또한, 벤토나이트 현탁액의 점성 변화를 시추용 이수의 유동학적 측면에서 검토하였다. 벤토나이트의 분산/응집 거동은 비색분석법과 광분산법의 두 방법으로 측정되었으며, 광분산법으로 침전된 입자의 직경과 침전속도도 검토하였다. 벤토나이트의 종류와 수질에 따라 분산/응집 거동은 다양하게 나타났다. 초기 10분 동안에 모든 종류의 벤토나이트는 좋은 분산 특징을 보여주나, 이후에 CMC를 함유한 벤토나이트들은 다소 응집되는 특성을 보여주었다. 염수에서는 모든 시료들이 응집되는 특성을 보이여 응집속도는 염의 농도와 폴리머의 농도에 따라 변화하였다. 침전된 응집물의 부피는 염의 농도가 증가됨에 따라 감소하였다. 용액의 pH는 시료의 분산/응집 거동에 주요한 영향을 미치며, 응집 속도와 응집입자의 직경은 용액의 pH가 감소함에 따라 증가하였다. 반면에, 침전된 응집물의 부피는 pH가 증가됨에 따라 증가하였다. 응집 속도가 빠른 벤토나이트 분산용액은 점성이 낮았다. 다양한 환경에서 벤토나이트를 시추이수용으로 적용하고자 할 경우, 본 연구의 결과들은 유용한 자료로 활용될 수 있을 것이다.