Studies on the Flocculation of Algae with Metal Ions

Studies on the flocculation of algae using various metal ions were carried out by measurements of optical density(OD) and zeta potential. Cyanobacteria were used as algaes. Flocculation efficiencies of cyanobacteria by an addition of metal ions were determined from OD values, and the effect of metal ions was greater in the order of $Al^{3+}$>$La^{3+}$>$Ho^{3+}$>$Fe^{2+}$>$Ca^{2+}$. Especially for trivalent metal ions, percentages of metal removed from cyanobacteria solutions on flocculation were measured, showing the same order as in flocculation efficiencies. Zeta potentials of cyanobacteria alone were measured with increasing the concentration, found to be all negative voltages, and were increased with increasing the concentration. The effect of pH on zeta potential of cyanobacteria solution was investigated. Below pH 5.5, the zeta potentials were steeply decreased with increasing pH, whereas in the range of $5.5{\leq}pH{\leq}10$ they were almost constant ($-46{\pm}1mV$) even with increasing pH. At a constant concentration of cyanobacteria ($A_{730}=0.25$), an increase in concentration of metal ions caused an increase in zeta potential of cyanobacteria solution, showing that the effect was greater in the order of $Al^{3+}$>$Ho^{3+}$>$La^{3+}{\gg}Mg^{2+}{\geq}Ca^{2+}{\gg}K^+$. At a constant metal concentration, zeta potentials were measured with increasing cyanobacteria concentration, showing that zeta potentials for $K^+$, $Mg^{2+}$ and $Ca^{2+}$ ions were negligibly changed, whereas those of $Ho^{3+}$ and $La^{3+}$ ions were decreased. Moreover, the effect of $Ho^{3+}$ ion on decreasing zeta potential was smaller than that of $La^{3+}$ ion. $Al^{3+}$ ions showed quite a different behavior that with increasing cyanobacteria concentration the zeta potentials increased and decreased thereafter. Hydrolysis of $Al^{3+}$ ions caused a difficulty to investigate coagulation or flocculation of cyanobacteria by measurement of zeta potential.

금속이온에 의한 조류 응결에 관한 연구

본 연구에서는 시아노박테리아 배양액을 대상으로 여러 종류의 금속이온의 첨가에 의한 응집 및 응결 효과를 흡광도 또는 제타포텐셜 측정을 통하여 조사하였다. 흡광도 측정으로부터 얻은 시아노박테리아의 응결효율은 $Al^{3+}$>$La^{3+}$>$Ho^{3+}$>$Fe^{2+}$>$Ca^{2+}$ 순으로 높았으며, 특히 동일한 전하량을 갖는 +3가 금속이온의 경우, 응결 시 수반되는 금속 제거율을 측정한 결과, $Al^{3+}$>$La^{3+}$>$Ho^{3+}$ 순으로 응결효율과 상응하는 결과를 얻었다. 시아노박테리아의 제타포텐셜은 음의 값을 나타냈으며, 그 농도가 증가할수록 제타포텐셜 값도 증가하였다. 또한, 시아노박테리아 용액의 pH를 증가시킬 때 pH < 5.5 이하에서는 빠르게 제타포텐셜 값이 감소하였으나, $5.5{\leq}pH{\leq}10$ 범위에서는 거의 일정한 제타포텐셜 값($-46{\pm}1mV$)을 보였다. 일정한 시아노박테리아의 농도($A_{730}=0.25$)에서 금속이온의 농도에 따른 제타포텐셜 증가 효과는 $Al^{3+}$>$Ho^{3+}$>$La^{3+}{\gg}Mg^{2+}{\geq}Ca^{2+}{\gg}K^+$ 순으로 나타났다. 일정한 금속이온 농도에서 시아노박테리아의 농도에 따른 제타포텐셜 변화를 측정한 결과, $K^+$, $Mg^{2+}$ 및 $Ca^{2+}$이온의 경우 시아노박테리아의 농도가 증가하더라도 제타포텐셜의 변화가 미미하였다. 반면에, +3가 이온 중 $Ho^{3+}$와 $La^{3+}$이온의 경우에 시아노박테리아의 농도가 증가할수록 제타포텐셜 값이 감소하였으며, 감소율 면에서 $Ho^{3+}$이온이 $La^{3+}$이온보다는 작게 얻어졌다. 이와는 달리, $Al^{3+}$이온의 경우에는 시아노박테리아의 농도가 증가함에 따라 제타포텐셜 값이 증가하다가 감소하였다. $Al^{3+}$이온은 가수분해 중합체 생성의 영향으로 제타포텐셜 측정만으로는 응집 내지 응결 효과를 해석하기가 어려웠다.