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수로관 표면 고정 히드록실아민-산화환원효소에 의한 암모니아 저감 효과 모사
Simulation of Ammonia Reduction Effect by Hydroxylamine-oxidoreductase Enzyme Immobilized on the Surface of Water Pipe 원문보기

유기물자원화 = Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association, v.28 no.4, 2020년, pp.35 - 41  

이상룡 (동국대학교 바이오시스템대학 바이오환경과학과) ,  박진원 (서울과학기술대학교 에너지바이오대학 화공생명공학과)

초록
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본 연구는 수로 표면에 고정된 히드록실아민-산화환원효소가 암모니아 흡수에 미치는 영향에 대하여 해석하였다. 이 효소에 의한 반응은 히드록실아민을 아질산으로 변화시키는 것으로서 신속하게 진행된다. 영향의 해석을 위하여, 무차원 물질전달 지배방정식이 수립되었고 상온 기준의 일정한 물성치들이 사용되었다. 물에서의 암모니아 확산계수와 물의 동점도계수는 각각 2.45×10-9 ㎡/s와 1×10-6 ㎡/s이었다. 물에서의 암모니아 농도 분포는 암모니아에 노출되기 시작하는 지점으로부터의 위치에 대하여 산출되었다. 혼합 깊이에 따른 정량적인 분포 또한 도출되었다. 이와 같은 정량적인 해석은 수로 표면에 고정화된 효소가 암모니아 제거에 효율적으로 이용될 수 있는지에 대한 통찰력을 제시할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The immobilization of the hydroxylamine-oxidoreductase on the water channel surface was performed to investigate the efficacy of ammonia removal in turbulent flow. The reaction by this enzyme proceeds rapidly by converting hydroxylamine into nitrous acid. For the analysis of the effect, a dimensionl...

주제어

#암모니아 흡수   #히드록실아민-산화환원효소   #물 난류 흐름   #무차원혼합깊이   #암모니아 농도  

표/그림 (6)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 암모니아를 친환경적으로 제거하기 위한 목적으로, 히드록실아민-산화환원효소에 의한 아질산으로의 전환을 고려한다. 암모니아가 물에 녹으면서 히드록실아민이 생성되고 이는 효소작용에 의해 급속히 아질산으로 전환된다6).
  • 본 연구는 레이놀즈 수가 104이상인 난류조건 하에서 효소의 활용에 따라 암모니아가 흡수되는 거동을 해석하였다. 거동 해석을 위하여, 무차원 물질전달 지배방정식과 상온 기준의 일정한 물성치들이 사용되었다.
  • 그리고, 이는 농도구배의 증가를 의미하므로 더 큰 침투거리를 요구하지 않으며 물의 소모량을 감소시킬 수 있다. 본 연구에서는 난류에서의 작용과 비교하여 수로 표면에 고정된 히드록실아민-산화환원효소가 상온과 pH 5.5~7.0의 조건에서 보이는 암모니아 저감 거동을 해석하고자 한다.

가설 설정

  • 지나치게 깊은 지점을 고려할 경우에, 계산 자체는 가능할지라도 실험적인 변수로서는 무의미하기 때문이다. 그 후, 무차원깊이가 0.05인 지점에서 용해도 대비 농도(무차원농도)가 1에 가까운 관의 무차원길이를 1로 가정하였다. 무차원농도가 1인 경우는 무차원길이가 무한대가 되어야 하므로, 1에 가까운 값(0.
  • 따라서, z의 위치에 따른 속도값의 변화는 없다. 그리고, 물 흐름의 겉보기 속도는 동일하게 10-3 m/s로두고 관의 수력학적 직경(Hydraulic diameter)은 1 m 로 가정하여, 난류는 순수하게 방해판에 의해서 발생되도록 설정한다. 이 속도에서는 방해판이 없는 상황에서 레이놀즈 수가 1×103에 해당되는 층류이다.
  • 위의 지배방정식에서, 속도값은 이미 완전히 위치에 따른 속도값은 완전확립이 된 것으로 고려하여 초입 및 말단 효과가 없는 것으로 가정한다. 따라서, z의 위치에 따른 속도값의 변화는 없다.
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참고문헌 (12)

  1. Ministry of Environment, "Fine dust, what is it?", Administrative publications, April issue, p. 7. (2016). 

  2. Irwin, J. G. and Williams, M. L., "Acid rain: Chemistry and transport", Environmental Pollution, 50(1-2), pp. 29-59. (1988). 

  3. Sorensen, L. L., Granby, K., Nielsen, H. and Asman, W. A. H., "Diffusion scrubber technique used for measurements of atmospheric ammonia", Atmos. Environ., 28, pp. 3637-3645. (1994). 

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  4. Bjoerkman, E. and Sjostrom, K., "Decomposition of ammonia over dolomite and related-compounds", Energy & Fuels, 5, pp. 753-760. (1991). 

  5. Lindstedt, R. P., Lockwood, F. C. and Selim, M. A., "A detailed kinetic study of ammonia oxidation", Combustion Sci & Technol., 108, pp. 231-254. (1995). 

  6. Cedervall, P. E., Hooper, A. B. and Wilmot, C. M., "Crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of a new crystal form of hydroxylamine oxidoreductase from Nitrosomonas europaea", Acta Crystallogr. Sect. F Struct. Biol. Cryst. Commun., 65, pp. 1296-1298. (2009). 

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  8. Hanna, O. T. and Sandall, O. C., Computational methods in chemical engineering, Prentice Hall International Inc., New Jersey, pp. 359-369. (1995). 

  9. Li, L., Dong, Y., Qian, G., Hu, X. and Ye, L., "Performance and microbial community analysis of bio-electrocoagulation on simultaneous nitrification and denitrification in submerged membrane bioreactor at limited dissolved oxygen", Bioresour. Technol., 258, pp. 168-176. (2018). 

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  10. Wilke, C. R. and Chang, P., "Correlation of diffusion coefficients in dilute solutions", AIChE Journal, 1, pp. 264-270. (1955). 

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  11. Lin, C. S., Moulton, R. W. and Putnam, G. L., "Mass Transfer between Solid Wall and Fluid Streams. Mechanism and Eddy Distribution Relationships in Turbulent Flow", Ind. Eng. Chem., 45, pp. 636-640. (1953). 

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  12. Lee, S.-R. and Pakr, J.-W., "Interpretation of Ammonia Absorption Behavior in Water Turbulent Flow", J. Korea Org. Resour. Recycl. Assoc., 27, pp. 75-80 (2019). 

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