Water and oxygen are two of the most essential molecules for many species on earth. Their unique properties have been studied in many areas of science. In this study, the interaction of water and oxygen molecules was observed at the nano-scale. Using molecular dynamics, a water droplet with 30,968 water molecules was simulated. Then, 501 oxygen molecules were introduced into the domain. A few oxygen molecules were attracted to the surface of the water droplet due to van der Waals forces, and some oxygen molecules actually entered the water droplet. These interactions were visualized and quantified at four temperatures ranging from 280 to 370 K. It was found that at high temperatures, there was a higher possibility of the oxygen molecules penetrating the water droplet than that at lower temperatures. However, at lower temperatures, oxygen molecules were more likely to be found interacting at the surface of the water droplet than at high temperatures.
Dissolved oxygen is necessary for many biological processes as well as many industrial practices. Dissolved oxygen released from water in dissolved air flotation (DAF) systems can be have many different applications. However, DAF systems are very costly to operate. To develop more efficient DAF systems, a deeper understanding of the process of oxygen being released from water is required. In this study, molecular dynamics (MD) simulations were used to simulate 100 oxygen molecules surrounded by 31002 water molecules at temperatures ranging from $0^{\circ}C$ to $100^{\circ}C$. Simulations were carried out for 10 ns, during which, in most cases, all the oxygen molecules were released from the water droplet. With MD simulations, visualization of the molecules escaping the water droplet was possible, which aided the understanding of the interactions between molecules at the nano-scale. The results showed that as the oxygen molecules moved near the edge of the water droplet that the oxygen molecules hesitated before escaping the water droplet or returned to the interior of the water droplet. This was because of the attractive forces between the water and oxygen molecules. Moreover, after most of the oxygen molecules were released from the droplet, some were found to return to the droplet's edge or even the interior of the droplet. It was also confirmed that oxygen molecules were released at a faster rate at higher temperatures.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.38
no.10
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pp.1347-1353
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2014
It's possible for a human to breathe under water, if dissolved oxygen is effectively used. Fish can stay under water using the gill which extracts dissolved oxygen from water. Water includes small amounts of oxygen, so a human needs larger amounts of water to acquire oxygen enough for underwater breathing. The exhalation gas from a human is another method to get higher amounts of oxygen under water. It mainly composes of oxygen, nitrogen and carbon dioxide. So, if only carbon dioxide is decreased, the exhalation gas has good characteristics for breathing of a human under water. In this paper, composition of the exhalation gas from a human was analyzed using GC. Based on these results, the synthesized gas was prepared and mixed into water which was used for experimental devices to analyze separation characteristics of dissolved gases from water. Experimental devices included a water pump, a hollow fiber membrane module and a vacuum pump. The effects of pressure and water flow on separation characteristics of synthesized gas were investigated. The compositions of gases separated from water using synthesized gas were investigated using GC. These results expect to be applied to the development of underwater breathing technology for a human.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.5
no.1
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pp.10-17
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2012
The objective of this study was to investigate the oxygen transfer characteristics of an ejector aeration system. In order to evaluate the oxygen transfer performance of the ejector aeration system, a comparative experiment was conducted on a conventional blower aeration system. The effect of entrained air flow rate and aerating water temperature on the oxygen transfer efficiency was investigated. The dissolved oxygen concentration increased with increasing entrained air flow rate, but decreased with increasing aerating water temperature for two aeration systems. The volumetric mass transfer coefficient increased with increasing entrained air flow rate and with increasing aerating water temperature for both aeration systems. The average mass transfer coefficient for the ejector aeration system was about 20% and 42% higher than that of the blower aeration system within the experimental range of entrained air flow rates and aerating water temperatures.
The identifying cause of leakage problems on mechanical seal in a feed water pump of power plant have been difficult because of technical limits of domestic mechanical seal manufacturer and the various conditions of power plants. This paper can get a conclusion through the consideration study and experiment test of mechanical seal characteristics of feed water pump depending on oxygen treatment as follows. The oxygen treatment increase dissolved oxygen and cause a corrosion on the mechanical seal stationary ring composed of antimony as well as leakage problems. For solving leakage problems of seal, to eliminate dissolved oxygen in the cooling water of seal with hydrazine injection can prevent leakage problems of mechanical seal in feed water pump.
To recognize the spatial and temporal variability of water temperature and dissolved oxygen in the Youngsan reservoir formed after dike construction, water temperature and dissolved oxygen data have been observed and analyzed from April, 2002 until March, 2003. As the results, certain stratifications were not distinctly observed in the Youngsan reservoir during summer, which was estimated due to the drainage characteristic from the Youngsan water gates. The yearly variation of water temperature in the Youngsan reservoir is shown seasonally ups and downs by the heat exchange between the atmosphere and the reservoir. On the other hand, dissolved oxygen and water temperature in the Youngsan reservoir have been shown inversed proportional correlation. As the calculation results of residence time and water exchange rate, it is considered that the feature of oxygen distribution is determined by the drainage characteristics caused the shortest residence time during summer, which also disturbed the formation of stratification in the Youngsan reservoir.
The objective of this work is to evaluate the hypothesis that a good technique for supplying oxygen to the saturated zone in the presence of light nonaqueous phase liquid (LNAPL) pool contamination at the water table is to pass air through the unsaturated zone above the pool. This hypothesis was evaluated in experimental studies performed using a bench-scale, sand-tank reactor, Steady-state abiotic experiments in the sand-tank reactor with air flowing through the reactor headspace demonstrated that oxygen supply through the water table interface into the saturated zone was enhanced when an LNAPL (dodecane) pool was present at the water table. These experimental results confirmed the hypothesis that an LNAPL pool can serve as a high concentration oxygen source to the oxygen-limited area beneath the pool and, as a result, enhance the in situ biodegradation rate.
This paper presents the hydraulic analysis of the oxygen transfer through the air entrainment and the relationships between the efficiency of the oxygen transfer and the hydraulic parameters in the riparian riffles. Field survey on the pool-riffle formation of the river reach and the measurements of the oxygen transfer in the riffles were performed. Air entrainment occurred more frequently in the edged gravels rather than in the round and edgeless ones, and it was formed mainly from behind the trailing edges of the gravels. Oxygen transfer was found to be proportional to the flow velocity, the flow discharge, and the Froude number, but to be not closely related to the particle diameter. Average value of oxygen transfer in the riffles of study area was about 0.085, which shows good efficiency compared with results of smooth chute. Variation of the water level, which increases in proportion to the flow velocity and the flow discharge, seems to make the air entrainment more active, but has not been verified quantitatively. Relationships between the air entrainment and the variation of the water level must be considered in the further study.
In this study, change in water-dissolved oxygen (DO) was analyzed under various synthetic water qualities and nanobubbles (NBs) application conditions, such as gas type, initial DO as well as water dissolved, suspended and organic matters contents. When oxygen, rather than air, was introduced into nitrogen-desorbed ultra-pure water, the stagnation time was significantly increased. It took ten days for DO concentration to drop back to saturation. The higher the initial DO concentration, the longer particles were observed above saturation due to particle stability improvement. The oxygen mass transfer rate of 0.0482 mg/L/min was found to reach a maximum at an electrolytic concentration of 0.75 g/L, beyond which the transfer rate decreased due to adsorption of negative ions of the electrolyte at the interface. High levels of turbidity caused by suspended solids have become a barrier to dissolution of NBs oxygen into the water solution, and thus affected the transfer performance. On the other hand, by applying NBs for just an hour, up to 7.2% degradation of glucose as representative organic matter was achieved. Thus, NBs technology would maintain a high DO extent for an extended duration, and thus can improve water quality provided that water chemistry is closely monitored during its application.
Peroxide is used frequently to provide electron acceptors to aerobes for the purpose of in situ bioremediation of contaminated soil/sediment. In this study, oxygen release rate of peroxides and factors affecting on dissolution and diffusion of oxygen into pore water were evaluated. Peroxides studied in this study were magnesium peroxide ($MgO_2$), calcium peroxide ($CaO_2$), and sodium percarbonate ($Na_2CO_3{\cdot}1.5H_2O_2$). $Na_2CO_3{\cdot}1.5H_2O_2$ showed the highest oxygen release rate per unit mass and the shortest release duration time among three peroxides. A simple first-order decay model for predicting the release rate of oxygen from peroxide into pore water was presented and used to fit the experimental data. The first order oxygen release rate constants k for $MgO_2$, $CaO_2$ and $Na_2CO_3{\cdot}1.5H_2O_2$ were 0.45 /hr, 3.22 /hr and 134 /hr, respectively. If $MgO_2$ was mixed with clay, oxygen release rate was lowered significantly mainly due to limitation of contact area and diffusion, implying that oxygen can be provided to the indigenous aerobes for the extended period of time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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