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Fate of Heavy Metals in Activated Sludge: Sorption of Heavy Metal ions by Nocardia amarae

  • Kim, Dong-wook
    • 한국환경과학회:학술대회논문집
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    • 한국환경과학회 1998년도 가을 학술발표회 프로그램
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    • pp.2-4
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    • 1998
  • Proliferation of Nocardia amarae cells in activated sludge has often been associated with the generation of nuisance foams. Despite intense research activities in recent years to examine the causes and control of Nocardia foaming in activated sludge, the foaming continued to persist throughout the activated sludge treatment plants in United States. In addition to causing various operational problems to treatment processes, the presence of Nocardia may have secondary effects on the fate of heavy metals that are not well known. For example, for treatment plants facing more stringent metal removal requirements, potential metal removal by Nocardia cells in foaming activated sludge would be a welcome secondary effect. In contrast, with new viosolid disposal regulations in place (Code o( Federal Regulation No. 503), higher concentration of metals in biosolids from foaming activated sludge could create management problems. The goal of this research was to investigate the metal sorption property of Nocardia amarae cells grown in batch reactors and in chemostat reactors. Specific surface area and metal sorption characteristics of N. amarae cells harvested at various growth stages were compared. Three metals examined in this study were copper, cadmium and nickel. Nocardia amarae strain (SRWTP isolate) used in this study was obtained from the University of California at Berkeley. The pure culture was grown in 4L batch reactor containing mineral salt medium with sodium acetate as the sole carbon source. In order to quantify the sorption of heavy metal ions to N amarae cell surfaces, cells from the batch reactor were harvested, washed, and suspended in 30mL centrifuge tubes. Metal sorption studies were conducted at pH 7.0 and ionlc strength of 10-2M. The sorption Isotherm showed that the cells harvested from the stationary and endogenous growth phase exhibited significantly higher metal sorption capacity than the cells from the exponential phase. The sequence of preferential uptake of metals by N. amarae cells was Cu>Cd>Ni. The specific surFace area of Nocardia cells was determined by a dye adsorption method. N.amarae cells growing at ewponential phase had significantly less specific surface area than that of stationary phase, indicating that the lower metal sorption capacity of Nocardia cells growing at exponential phase may be due to the lower specific surface area. The growth conditions of Nocardia cells in continuous culture affect their cell surface properties, thereby governing the adsorption capacity of heavy metal. The comparison of dye sorption isotherms for Nocardia cells growing at various growth rates revealed that the cell surface area increased with increasing sludge age, indicating that the cell surface area is highly dependent on the steady-state growth rate. The highest specific surface area of 199m21g was obtained from N.amarae cell harvested at 0.33 day-1 of growth rate. This result suggests that growth condition not only alters the structure of Nocardia cell wall but also affects the surface area, thus yielding more binding sites of metal removal. After reaching the steady-state condition at dilution rate, metal adsorption isotherms were used to determine the equilibrium distributions of metals between aqueous and Nocardia cell surfaces. The metal sorption capacity of Nocardia biomass harvested from 0.33 day-1 of growth rate was significantly higher than that of cells harvested from 0.5- and 1-day-1 operation, indicatng that N.amarae cells with a lower growth rate have higher sorpion capacity. This result was in close agreement with the trend observed from the batch study. To evaluate the effect of Nocardia cells on the metal binding capacity of activated sludge, specific surface area and metal sorption capacity of the mixture of Nocardia pure cultures and activated sludge biomass were determined by a series of batch experiments. The higher levels of Nocardia cells in the Nocardia-activated sludge samples resulted in the higher specific surface area, explaining the higher metal sorption sites by the mixed luquor samples containing greater amounts on Nocardia cells. The effect of Nocardia cells on the metal sorption capacity of activated sludge was evaluated by spiking an activated sludge sample with various amounts of pre culture Nocardia cells. The results of the Langmuir isotherm model fitted to the metal sorption by various mixtures of Nocardia and activated sludge indicated that the mixture containing higher Nocardia levels had higher metal adsorption capacity than the mixture containing lower Nocardia levels. At Nocardia levels above 100mg/g VSS, the metal sorption capacity of activate sludge increased proportionally with the amount of Noeardia cells present in the mixed liquor, indicating that the presence of Nocardia may increase the viosorption capacity of activated sludge.

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Effects of SPS Mold on the Properties of Sintered and Simulated SiC-ZrB2 Composites

  • Lee, Jung-Hoon;Kim, In-Yong;Kang, Myeong-Kyun;Jeon, Jun-Soo;Lee, Seung-Hoon;Jeon, An-Gyun;Shin, Yong-Deok
    • Journal of Electrical Engineering and Technology
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    • 제8권6호
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    • pp.1474-1480
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    • 2013
  • Silicon carbide (SiC)-zirconium diboride ($ZrB_2$) composites were prepared by subjecting a 60:40 vol% mixture of ${\beta}$-SiC powder and $ZrB_2$ matrix to spark plasma sintering (SPS) in 15 $mm{\Phi}$ and 20 $mm{\Phi}$ molds. The 15 $mm{\Phi}$ and 20 $mm{\Phi}$ compacts were sintered for 60 sec at $1500^{\circ}C$ under a uniaxial pressure of 50 MPa and argon atmosphere. Similar composites were simulated using $Flux^{(R)}$ 3D computer simulation software. The current and power densities of the specimen sections of the simulated SiC-$ZrB_2$ composites were higher than those of the mold sections of the 15 $mm{\Phi}$ and 20 $mm{\Phi}$ mold simulated specimens. Toward the centers of the specimen sections, the current densities in the simulated SiC-$ZrB_2$ composites increased. The power density patterns of the specimen sections of the simulated SiC-$ZrB_2$ composites were nearly identical to their current density patterns. The current densities of the 15 $mm{\Phi}$ mold of the simulated SiC-$ZrB_2$ composites were higher than those of the 20 $mm{\Phi}$ mold in the center of the specimen section. The volume electrical resistivity of the simulated SiC-$ZrB_2$ composite was about 7.72 times lower than those of the graphite mold and the punch section. The power density, 1.4604 $GW/m^3$, of the 15 $mm{\Phi}$ mold of the simulated SiC-$ZrB_2$ composite was higher than that of the 20 $mm{\Phi}$ mold, 1.3832 $GW/m^3$. The $ZrB_2$ distributions in the 20 $mm{\Phi}$ mold in the sintered SiC-$ZrB_2$ composites were more uniform than those of the 15 $mm{\Phi}$ mold on the basis of energy-dispersive spectroscopy (EDS) mapping. The volume electrical resistivity of the 20 $mm{\Phi}$ mold of the sintered SiC-$ZrB_2$ composite, $6.17{\times}10^{-4}{\Omega}cm$, was lower than that of the 15 $mm{\Phi}$ mold, $9.37{\times}10^{-4}{\Omega}{\cdot}cm$, at room temperature.

MRI와 Relaxogram을 이용한 지질 연구의 새로운 기법에 관한 연구 (Combined MRI and Relaxogram: A New Method of Fat Study)

  • Yongmin Chang;Yoo, Done-Sik;Kim, Tae-Hun;Kim, Yong-Joo;Kang, Duk-Sik;Robert B. Clarkson
    • 한국의학물리학회지:의학물리
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    • 제10권1호
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    • pp.23-32
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    • 1999
  • 자기공명영상과 relaxogram 기법을 통합적으로 운용하는 새로운 기법을 도입하여 인체나 생체에서의 지방성분을 연구하는데 매우 우수한 기법을 개발하고자 하였다. 본 기법을 검증하기 위하여 미리 성분비를 알고 있는 phantom들을 제작하여 자기공명영상과 역 라플라스 변환에 기초한 CONTIN 기법을 적용하였다. phantom 들은 근육내에 미세한 형태로 존재하는 지질을 모방하도록 제작하였으며 정확한 분석을 위해 400 MHz NMR 장비를 이용하여 혼합된 두 물질의 양성자 스핀 밀도의 차이를 먼저 분석하여 성분비 계산시 보정인자로 사용하였다. 자기공명영상은 스핀반향기법을 사용하여 반복시간 (TR)을 달리하며 45개의 영상을 획득하였고 얻어진 영상들은 CONTIN 기법을 사용하여 분석하였다. 분석 결과로 얻어진 relaxogram 으로부터 스핀이완시간의 분포 및 상대적인 성분비를 계산하였다. 스핀밀도의 차이를 보정한 후의 실제 성분비와 본 기법으로부터 계산된 성분비는 $\pm$7% 오차내에서 서로 잘 일치하는 결과를 보였다. 결론적으로 자기공명영상과 relaxogram 기법을 통합적으로 운용하는 경우 자기공명영상의 대조도만으로는 분석이 불가능한 미 세 지질의 함량 및 분포를 매우 우수한 정확도를 가지고 분석할 수 있을 것으로 사료된다.

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호소수를 원수로 사용하는 정수장의 소독부산물 생성 특성 및 제어 방안 (Formation Characteristics and Control of Disinfection Byproducts in a Drinking Water Treatment Plant Using Lake Water)

  • 이기창;제갈봉창;최일환;이원태
    • 대한환경공학회지
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    • 제37권5호
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    • pp.269-276
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    • 2015
  • 본 연구는 경상북도 지역에서 호소수를 원수로 사용하는 한 정수장의 원수 및 공정별 처리수의 자연유기물질(NOM) 및 소독부산물(DBPs) 생성특성을 조사하고 정수공정내 DBPs 제어방안을 제시하였다. Fluorescence excitation-emission matrix (FEEM) 분석결과 원수의 NOM은 토양과 미생물의 복합기원에 의한 것으로 밝혀졌다. NOM의 분자량크기 및 분획제거 특성은 liquid chromatography-organic carbon detector (LC-OCD)를 이용하여 분석하였다. 대체로 휴믹물질과 저분자량 유기물질 분획이 많았고, 고분자량물질은 저분자량물질보다 응집 침전공정에서 제거가 용이한 것으로 나타났다. 전염소주입 후 정수공정별로 진행될수록 반응시간이 길어져 DBPs 농도가 증가하였으며 생성된 DBPs는 일반적인 정수처리로 제거되지 않았다. THMs은 chloroform이 74%로 주종을 이루었으며 bromodichloromethane (22%)와 dibromochloromethane (4%)도 발생했다. HAAs는 dichloroacetic acid (50%)와 trichloroacetic acid (48%)가 주종을 이루었고 dibromoacetic acid (2%) 등 브롬계열은 농도가 낮거나 발생되지 않았다. HANs은 dichloroacetonitrile (60%), bromochloroacetonitrile (30%), dibromoacetonitrile (10%)이 발생되었다. 실험기간 동안 해당 정수장에서 DBPs 발생은 용존유기물농도와 수온보다 전염소주입농도에 큰 영향을 받은 것으로 나타났고, 염소주입농도의 조절로 DBPs 생성농도를 이전에 비해 16~44% 감소시킬 수 있었다.

불균일상 촉매를 이용한 대두유의 에스테르화 반응 (Esterification Reaction of Soybean Oil by Heterogeneous Catalysts)

  • 신용섭
    • 생명과학회지
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    • 제14권2호
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    • pp.269-274
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    • 2004
  • 불균일상 촉매를 이용한 대두유와 메탄올간의 에스테르화 반응에 대하여 조사하였다. 온도 40∼$65^{\circ}C$에서 대두유와 메탄올 혼합물 내 성분 분배를 측정하였다. NaOH, CaO, Ca(OH)$_2$, MgO, Mg(OH)$_2$, and Ba(OH)$_2$과 같은 촉매에 대하여 반응 혼합물의 글리세린 함량을 측정하였다. 측정된 글리세린 농도로부터 반응 혼합물의 전화율을 계산하였다. 촉매 투여량, 보조용매 그리고 반응온도의 최종전화율에 대한 영향을 조사하였다. 대두유에 대한 메탄올의 용해도는 메탄올에 대한 대두유의 용해도보다 월등히 컸다. 대두유의 에스테르화 반응에 불균일상 촉매를 사용한 경우 최종전화율은 불균일상 촉매의 염기도에 크게 의존하였고, 촉매 금속의 염기도 증가에 따라 증가하였다. 알칼리 금속의 수산화물이 산화물 보다 효과적이었으며, 산화물은 촉매효과를 보이지 않았다. Ca(OH)$_2$를 에스테르화 반응의 촉매로 사용한 경우, 최종전화율의 최대값이 촉매 투여량 4%일 때 측정되었다. 최종전화율과 반응속도는 온도증가에 따라 증가하였으며 5$0^{\circ}C$에서 급격한 증가를 보였다. Ba(OH)$_2$를 촉매로 사용한 경우 보조용매로 HCl$_2$를 투여하면, 투여량 3%일 때 최종전화율의 최대값이 측정되었다.

Peroxidation 전후의 토양 비표면적 변화와 토양산성화 임계부하량 계산에의 의의 (The Changes of Specific Surface Area of Soils after Peroxidation and Its Implication for the Calculation of Critical toads of Soil Acidification)

  • Yeo, Sang-Jin;Lee, Bumhan;Soyoung Sung;Kim, Soo-Jin
    • 한국광물학회지
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    • 제15권3호
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    • pp.195-204
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    • 2002
  • 광물조성과 노출표면적(exposed surface area)은 토양풍화속도 계산모델에 영향을 미치는 중요한 요인들이다. PROFILE 등 기존의 풍화속도 계산모델에서는 입도분석자료에 기초한 기하학적 계산값이나 $N_2$-BET 비표면적 등을 그대로 노출표면적으로 적용하고 있다. 그러나, 토양은 광물과 유기물의 혼합체로써 노출표면적을 정확히 구하기는 상당히 어려운 것이 사실이다. 본 연구에서는 유기물의 영향에 의한 토양광물의 노출표면적변화를 토양 깊이에 따른 peroxidation 전후의 N2-BET 비표면적값을 통해 살펴보고, 토양칼럼실험을 이용하여 풍화속도의 차이를 살펴보았다. 실험결과 peroxidation 후의 $N_2$-BET 비표면적은 1.68~4.87 $m^2$/g의 범위에서 증가하였으며, 깊이에 따라 증가하는 범위가 감소하는 경향을 보여주었다 이는 부식산 등 토양표면에 농집되어 존재하는 다양한 형태의 유기산 등이 광물의 노출표면적을 감소시키고 있다는 것을 의미한다고 할 수 있다 기존의 토양풍화속도 모델에서 토양광물 노출표면적변화 계산에 있어서 광물-유기산간의 결합에 의한 영향을 결합세기 측면에서 고려하고 정량화 하는 것이 향후과제라고 생각된다.

Development of Self-microemulsifying Drug Delivery System for Enhancing the Bioavailability of Atorvastatin

  • Jin, Shun-Ji;Cho, Won-Kyung;Park, Hee-Jun;Cha, Kwang-Ho;Park, Jun-Sung;Koo, Ja-Seong;Wang, Hun-Sik;Kim, Jeong-Soo;Kim, Min-Soo;Hwang, Sung-Joo
    • Journal of Pharmaceutical Investigation
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    • 제41권2호
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    • pp.103-109
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    • 2011
  • The objective of the study was to prepare self-microeulsifying drug delivery system (SMEDDS) incorporating atorvastatin calcium and evaluate its properties and oral bioavailability. Solubility of atorvastatin in various vehicles was determined. Pseudo-ternary phase diagrams were constructed to identify the good self-emulsification region. The droplet size distributions of the resultant emulsions were determined by dynamic light scattering measurement. The mean droplet size of chosen formulation (20% ethyl oleate, 40% tween-80, 40% Carbitol$^{(R)}$) was $23.4{\pm}1.3$ nm. The SMEDDS incorporating atorvastatin calcium appeared to be associated with better performance in dissolution and pharmacokinetic studies, compared with raw atorvastatin calcium. In dissolution test, the release percentage of atorvastatin from SMEDDS mixture could rapidly reach more than 95% within 3 min. Oral $AUC_{0{\rightarrow}8hr}$ values in SD rats was $1994{\pm}335\;ng{\cdot}hr/mL$, which significantly increased (P<0.05) compared with raw atorvastatin calcium. The SMEDDS formulation was relatively stable when stored at $4^{\circ}C$ during 3 months. Our studies illustrated the potential use of SMEDDS for the delivery of hydrophobic compounds, such as atorvastatin, by the oral route.

Sol-Gel법에 의해 제조된 Zirconia 나노분말의 결정상과 기공특성 (Phase Composition and Pore Structure of Sol-Gel Derived Zirconia Nanopowders)

  • 정철원;박시현;송기창;이해형;오상천;동진근;차영엽;변태강
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제40권6호
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    • pp.741-745
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    • 2002
  • Sol-Gel법에 의해 출발물질로 zirconium-n-butoxide(ZNB)와 yttrium nitrate를 사용하여 yttria-stabilized zirconia(YSZ) 나노분말을 제조하였다. 또한 ZNB의 가수분해 동안 첨가된 물량의 변화가 얻어진 YSZ 나노분말의 결정상과 기공특성에 미치는 영향을 조사하였다. 하소온도 변화에 따른 결정상 변화는 첨가된 물량에 관계없이 동일한 양상을 보였다. 즉, $100^{\circ}C$에서 건조된 분말은 모두 비정질상이었으며, $400^{\circ}C$에서 입방정상의 결정구조로 전환되었고, $1,000^{\circ}C$에서 정방정상과 단사정상이 나타나 $1,400^{\circ}C$까지 정방정상과 단사정상이 공존하는 결정구조를 보였다. ZNB의 가수분해 중 물의 양이 비교적 적게 첨가된 경우로($H_2O/ZNB=20$이하) 제조된 분말은 mesopore의 기공분포를 보인 반면, 물의 양이 비교적 많이 첨가된 경우에서는 ($H_2O/ZNB=50$이상) micropore의 기공분포를 보였다.

닭에서의 지방산(脂肪酸) 생합성(生合成)에 미치는 급여지방산(給與脂肪酸)의 영향(影響) (Fatty Acid Biosynthesis of Chicken Fed Various Long Chain Fatty Acids)

  • 고태송
    • 한국식품과학회지
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    • 제10권3호
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    • pp.313-319
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    • 1978
  • 무지방사료(無脂肪飼料) 및 여기에 17:0, 18:0 혹은 18:2을 첨가(添加)한 사료(飼料)를 병아리에 급여(給與)해서 간장(肝臟) 및 혈장(血漿)의 각지질분획(各脂質分劃)의 지방산조성(脂肪酸組成)에 미치는 급여지방산(給與脂肪酸)의 영향(影響)을 조사(調査)하였다. 그 결과(結果) 간장중(肝臟中)의 총지질함량(總脂質含量) 및 각지질분획(各脂質分劃)의 함량(含量)은 급여지방산(給與脂肪酸)에 의해서 영향(影響)받지 않았다. 그러나 17:0을 급여(給與)하면 간장(肝臟) 및 혈장(血漿)의 각지질분획(各脂質分劃)에 17:0 및 17:1 출현(出現)하고, 혈장(血漿)트리그리세라이드에서는 17:0이 또한 혈장(血漿)콜레스테롤에스텔에서는 17:1이 다른 분획(分劃)보다도 유의(有意)하게 높았다. 더욱이 간장(肝臟)에서는 각분획(各分劃)사이에 양지방산(兩脂肪酸)의 분포치(分布値)에 큰 차이(差異)가 없었다. 18:2의 급여(給與)도 17:0을 급여(給與)한때와 같이 간장(肝臟) 및 혈장(血漿)의 각지질분획(各脂質分劃)에 18:2이 출현(出現)하고, 특(特)히 간장인지질분획(肝臟燐脂質分劃)에서 18:2의 분포치(分布値)는 다른분획(分劃)보다도 유의(有意)하게 높았다. 그러나 18:0을 급여(給與)해도 이것이 간장(肝臟) 및 혈장중(血漿中)에 특별적(特別的)으로 증가(增加)하지는 않았다. 또한 17:0 및 18:2과 같은 외인성지방산(外因性脂肪酸)의 급여(給與)에 의하여 내인적(內因的)으로 합성(合成)되는 16:1 및 18:1의 분포치(分布値)는 간장(肝臟)에서 감소(減少)하는 경향(傾向)을 나타내었다.

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다공튜브 형상변화에 따른 촉매 삽입형 Urea-SCR 머플러 내부유동 해석 (Analysis of an internal flow with multi-perforated tube geometry in an integrated Urea-SCR muffler)

  • 문남수;이상규;이지근
    • Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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    • 제37권5호
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    • pp.500-509
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    • 2013
  • SCR 머플러 입구와 촉매사이에 설치되는 다공튜브 형상변화에 따른 촉매 삽입형 urea-SCR 머플러 내부유동특성이 해석적으로 조사되었다. 다공튜브는 요소수 분무와 배기가스 혼합물의 공간분포 향상을 통한 $NO_x$ 저감율 증대 및 암모니아 슬립을 방지하기 위해 사용되는 장치이다. 다공튜브 오리피스 면적비 변화가 챔버 내부 유동 및 촉매 전후단의 속도분포에 끼치는 영향이 조사되었으며, 속도분포에 대한 균일도 지수가 최적설계 관점에서 평가되었다. 해석은 상용 유동해석 프로그램을 이용하여 정상상태에서 수행되었으며 요소수 분무와 배기가스 혼합물 대신 상온의 공기가 작동유체로 사용되었다. 해석결과로부터 다공튜브 형상은 머플러 입구와 촉매 전단 사이에 형성된 챔버 내 벌크 선회유동과 촉매 전후단 속도분포의 균일도지수에 큰 영향을 끼침을 알 수 있었다.