The kinetics of growing microalga, Spirulina platensis was investigated to treat swine wastes with optimum growth conditions. Temperature was varied from 15 to 40$\circ$C at three different light intensities, 6 W/m$^{2}$, 12 W/m$^{2}$ and 24 W/m$^{2}$. The specific growth rate was increased as temperature increased up to 30$\circ$C. The activation energy was estimated as 13.5 kcal/mol by an Arrhenius relationship. 0.24 (1/day) of specific growth rate was obtained from batch cultivation with 30% swine wastes, compared to 0.31 (1/day) from clean culture. It was found that Spirulina platensis was able to reduce 70-93% of PO$_{4}$$^{3-}$ -P, 67-93% of inorganic nitrogen, 80-90% of COD and 37-56% organic nitrogen by adding various concentrations of swine wastes for 12 days of batch cultivation. Rate constants for removing nitrates and phosphates in treating swine wastes were estimated as 0.17 (1/day) and 0.14 (1/day) in the first order reaction, respectively. 1.52 (g/L) of maximum cell density was maintained at 0.20 (1/day) of dilution rate in continuous culture, adding 20% swine wastes for 30 days. The chemical composition of the biomass obtained from the process showed 58.7% of protein, 11.0% of lipid and 15.6% of ash.
S. platensis의 옥외연속 대량배양을 위해 125P 배양조를 설계, 제작하여 배양조건에 따른 생육 변수를 검토하였다. 0.30(1/day)의 비생육 속도와 1.69(g/$\ell$) 의 최대 세포농도가 회분배양에셔 얻어졌 으며 유가삭 배양에셔 비생육 속도와 최대 세포농도 는 각각 0.22(1/day)와 1.75(g/$\ell$) 였다. 연속 배양 에서 얻어진 상.하층 배양조의 최대 균처l생산생은 각각 0.44와 0.43(g/$\ell/day$) 였다. 따라서 인위적으로 온도, 광도 등의 생육조건을 고려하여 S. platensis를 연속 배양할 경우 경제성이 클 것으로 사려된다. 아울라 top-driven stirrer와 air sparging 장치를 이용하여 교반 효과를 비교한 결과 topd driven stirrer를 이용한 배양조의 균채 생산성이 다소 높은 갯으로 냐타났다.
The microalgae have been studied for a source of biodiesel production. It is important to select the microalgae, which grows rapidly in local environmental conditions such as temperature range and ingredient of local seawater. The aim of this study was isolating microalga, which has rapid growth rate and high FAME contents in wide temperature ranges, for microalgal offshore cultivation in Korea, one of the country with four distinct seasons. Firstly, we had isolated a green microalga, Tetraselmis sp. KCTC12236BP, which has faster growth rate in low temperature (5 and $10^{\circ}C$) than Tetraselmis suecica and Dunaliella tertiolecta LB999 from Young Heung Island, Incheon, Korea. This microalga was cultivated in outdoor circulated tank photobioreactor (CT-PBR). As a result, this microalga could grow in wide temperature ranges (6 to $29^{\circ}C$), outdoors. After that, the biomass was recovered, and 13.2 g biodiesel could be acquired from 110 g dry biomass. These results indicate that the isolated microalga, Tetraselmis sp. KCTC12236BP is proper to biodiesel production using outdoor cultivation in Korea for all seasons.
Ultraviolet-B radiation (UV-B) in sunlight causes biological damages such as erythema and blister on skin. Microalgae have been in the limelight as an attractive feedstock for manufacturing functional materials. This study focused on screening microalga with protection ability against UV-B. The microalgae were isolated from local areas on April to June 2013 as well as June 2014. The cells were grown under continuous illumination from fluorescent lamps at $136.3{\pm}2.2{\mu}E/m^2/s$ in BG-11 medium at $15^{\circ}C$ for 12-14 days. The selected cells were spread on BG-11 agar and were exposed to UV-B (312 nm) for 20 and 25 minutes. The 13 strains among selected algae were classified. Among these, 9 strains were Scenedesmus sp. and the remains were Chlorella sp. Based on this study, it seems that Scenedesmus sp. and Chlorella sp. have resistibility against ultraviolet. These results will help to study on UV protection using microalgae.
한국표면공학회 2011년도 춘계학술대회 및 Fine pattern PCB 표면 처리 기술 워크샵
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pp.79-79
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2011
water cavitation peening(WCP)은 water jet 과정으로 인한 cavitation이 발생할 때, 금속표면 cavitation 현상에 의해 재료표면의 잔류응력과 경도 등의 물성을 변화시키게 되며, 그로 인해 생긴 잔류 응력으로 재료의 내구성 및 수명을 향상시키는 기술이다. 최근에는 water jet을 이용한 장치들이 건설 분야, 일반기계분야, 컷팅 공정, 분쇄 등 다양한 분야에서도 사용되고있다. 그러나 water jet을 이용한 peening은 소개 된지 20여년이 경과했음에도 불구하고 연구 및 개발 내용은 shot peening에 비해 아직 초기 단계이다. water cavitation peening은 기존의 피닝 방법의 단점을 보완 할 뿐만 아니라 환경적인 측면에서도 그 가치가 크다. 아직은 다른 peening 기법 보다 잔류압축응력 부가 측면에서 그 효과가 떨어지지만, water cavitation peening은 열에 영향을 받는 영역이 생성되지 않으며, 기계의 표면 가공을 하는 동안 어떤 미세한 먼지도 생성하지 않아 친환경적이다. 또한 복잡한 외형을 가지는 부품 및 내면에 적용성이 뛰어나고, 표면 정밀도 저하가 낮다는 장점이 있다. 본 연구에서는 조류발전용 블레이드의 재료로 사용하려는 동합금에 대하여 증류수 내에서 water cavitation peening 시간, 거리, 파형 등의 변수를 적용하여 최적 조건을 찾고, 다양한 전기화학적 실험을 실시하였으며, water cavitation peening 부의 부식특성을 평가 하였다. ASTM-G32 규정에 의거하여 압전효과를 용한 진동발생 장치(RB 111-CE)를 이용하여 동합금 표면에 water cavitation peening을 실시하고, 실험 후 표면의 손상거동을 관찰하기 위하여 3D현미경 및 전자주사현미경(SEM)을 사용하였다. 물성치 변화를 확인하기 위하여 SHIMADZU사의 HVM-2 Model의 비커스 경도기를 이용하여 표면 경도값을 측정하였다. 전기화학실험은 각 3회 이상 실시하였으며, Tafel 분석결과로 부식전류밀도와 부식전위의 평균, 부식전위를 알 수 있었고, 음분극 실험결과, 용존산소 환원반응에 의한 농도분극에서 수소가스발생에 의한 활성화 분극으로 진행되는 변곡점을 확일 할 수 있었다.
관형 광생물 반응기를 이용하여 반응기내로 들어가는 $CO_2$ 혼합기체의 농도와 유속에 따른 S. platenis 성장 특성을 분석하였다. S. platensis 성장 곡선을 분석한 결과 3% $CO_2$ 혼합기체를 150 ml/min의 유속으로 흘려 줄 때 가장 빠른 성장 특성을 보여 주었다. 반면 6% $CO_2$ 혼합기체 50 ml/min 경우는 본 실험 조건 중 S. platenis 성장에 유리하지 않음을 알 수 있었다. 시간에 따른 접종 배지의 pH 변화를 분석한 결과 관형 광생물 반응기내로 흘려주는 유속에 상관없이 $CO_2$ 혼합기체 농도에 따라 일정한 pH를 형성함을 알 수 있었다. 이는 접종 배지내에 일정하게 흘려주는 $CO_2$ 기체로 인해 배지내에 탄산염 시스템이 형성됨을 예측할 수 있었다. 또한 시간에 따른 비성장 속도를 분석한 결과 모든 실험 조건에서 지수성장기 동안 비성장 속도가 감소하는 경향을 보였으며 이는 광합성 미세조류인 S. platenis의 농도 증가가 오히려 관형 광생물 반응기로 복사되는 빛 에너지의 투과도를 약화시켜 S. platenis의 성장을 저해 한다고 볼 수 있다.
본 연구는 혐기성 소화조에서 바이오 가스 생산을 위한 바이오매스 자원으로서 Chlorella vulagaris와 Dunaliella salina의 이용능력을 확인하였다. 세포벽의 구조에 따라 전처리 후 용해성 물질의 수율이 영향을 받았는데, 이는 D. salina가 바이오 가스 생산 측면에서 C. vulgaris보다 좋은 후보라는 것을 보여준다. 혐기성 소화조에서 얻은 접종원으로부터 전처리하거나 전처리하지 않은 D. salina를 기질로서 메탄가스를 생산하는데 이용하였을 때 메탄 수율 측면에서 큰 차이가 없었다. 그러므로 D. salina는 높은 바이오매스 생산성, 단순한 전처리 필요성, 쉬운 바이오 가스전환 때문에 바이오 가스 생산을 위한 적합한 해조류 바이오매스이다.
Using fossil fuels in existing industrial systems causes a variety of social problems. Recently, many studies have been conducted on bio-refineries, which aim to actively utilize biomass to reduce the use of fossil fuels and solve various social problems. Among them, research using microalgae as a third-generation biomass has attracted considerable attention. Microalgae use inorganic matter to produce organic matter, and cell destruction is necessary to extract useful organic materials from microalgae. The extracted organic materials are currently used in various industrial fields. Numerous cell-destruction methods exist. We have investigated cell disruption by sonication, especially its efficiency. Ultrasound is a sound wave with frequencies above 20 kHz, and destroys cells by sending high energy through a cavitation that occurs, according to the characteristics of the sound wave. The Dunaliella salina microalgae used in this study was cultured in a flat-type photobioreactor. Experiments were performed using a batch low-frequency processing device. Logistic model was applied to analyze the results of cell-destruction experiments using ultrasound. The proper conditions for the most efficient cell destruction were OD 1.4(microalgae concentration)), 54watt(output power) and 200mL(microalgae capacity).
Algal bloom is an important issue in maintaining the safety of the drinking water supply system. Fast detection and classification of algae images are essential for the management of algal blooms. Conventional visual identification using a microscope is a labor-intensive and time-consuming method that often requires several hours to several days in order to obtain analysis results from field water samples. In recent decades, various deep learning algorithms have been developed and widely used in object detection studies. YOLO is a state-of-the-art deep learning algorithm. In this study the third version of the YOLO algorithm, namely, YOLOv3, was used to develop an algae image detection model. YOLOv3 is one of the most representative one-stage object detection algorithms with faster inference time, which is an important benefit of YOLO. A total of 1,114 algae images for 30 genera collected by microscope were used to develop the YOLOv3 algae image detection model. The algae images were divided into four groups with five, 10, 20, and 30 genera for training and testing the model. The mean average precision (mAP) was 81, 70, 52, and 41 for data sets with five, 10, 20, and 30 genera, respectively. The precision was higher than 0.8 for all four image groups. These results show the practical applicability of the deep learning algorithm, YOLOv3, for algae image detection.
There are many eutrophic lakes by point and non-point pollution sources such as in dustrial waste water, domestic raw sewage, and mucks. The eutrophic lakes not only cause algal blooms but also destroy the ecosystem in the lakes due to high nutrient concentrations. The purpose of this study was to improve water quality in eutrophic lakes by cultivating microalgae using photobioreactors (PBRs) with selectively permeable mesh (SPM), supplying nutrients in the lake and inhibiting cell leakage by diffusion and water permeability. Chlorella vulgaris, was cultivated using PBRs with SPM installed in Inkyung Lake located in Inha university, Incheon, Korea. When cultivating C. vulgaris, $8.3g/m^2/day$ of average biomass productivity was obtained at 3 days. Furthermore, concentrations of total nitrogen and phosphorus were reduced by 35.7% and 84.2%, respectively, compared to initial condition and water quality in eutrophic lake was improved to oligotrophic environment. These results suggest that microalgal cultivation using PBRs with SPM in the lake could produce microalgal biomass as well as improve water quality by decreasing nutrient concentrations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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