Adsorption experiments of heavy metal cations by Fe- and Al-hydroxides was conducted to obtain clear information on their adsorption mechanisms. The adsorption isothermal curves of heavy metal cations by Fe- and Al-hydroxides conformed to Langmuir's equation. Increasing the crystallinity degree of Fe- and Al-hydroxides tended to decrease the adsorption capacity and binding energy of heavy metal cations. At the same crystallinity degree, Al-hydroxide showed higher adsorption capacity and energy for the heavy metal cations than Fe-hydroxide. The adsorption capacity and energy of heavy metal cations were directly related to CEC, specific surface area and charge density of hydroxides, and the sequence was in the order of $Cu^{+{+}}$ > $Zn^{+{+}}$ > $Cd^{+{+}}$. The adsorption mechanism of $M^{+{+}}$ form of heavy metal could be presumed as the specific adsorption of $M^{+{+}}$ and the desorption of two $H^+$ from the surface aquo($OH_2$) and/or hydroxo(-OH) group for each mole of $M^{+{+}}$ adsorbed. A ring structure between $M^{+{+}}$ and two surface aquo and/or hydroxo groups was postulated. Nonspecific adsorption involved the adsorption of $MCl^+$ and the desorption of one H+ from the surface aquo and/or hydroxo groups for each mole of $M^{+{+}}$ adsorbed. A single bond structure in which $MCl^+$ replaced one $H^+$ from the surface aquo and/or hydroxo groups was postulated. The ratio of specific to nonspecific adsorption increased with increasing pH.
Sorption of the aqueous cyanide onto steel mill sludge and steel mill slag, both of which are the by-products from the converter furnace, was studied. In the study, the influence of temperature, activation energy, concentration and pH on sorption of cyanide was investigated. Three different temperature($25^{\circ}C$ > $37^{\circ}C$> $50^{\circ}C$) was chosen to represent that of landfill leachate. Initial concentration was 1 mg/$\ell$ 5 mg/$\ell$, 10 mg/$\ell$, and 20 mg/$\ell$. In addition, pH was set to three different level, that is, 3, 7, and 11 respectively. As the result of batch mode experiment for cyanide adsorption, the removal rate was found to be proportional to the initial concentration of cyanide. The order of removal rate was 20 mg/$\ell$> 10 mg/$\ell$> 5 mg/$\ell$> 1 mg/$\ell$. Similarly the influence of pH was proportional because of the change in solubility of cyanide. The order of removal rate was pH 11 > pH 7 > pH 3. As the temperature increased, so did the removal rate. The reaction was endothermic and the value of activation energy(Ea) was 127.93 J/mole and 59.44 J/mole respectively at 1 mg/ιand 20 mg/ιof initial concentration. From the experiment, it can be postulated that the capability of steel mill by-products to attenuate aqueous cyanide is enough to be used as substitute for clay liner of landfill site in the aspect of pollutant removal.
Bentonite has low hydraulic conductivity and high sorption capacity to limit hazardous heavy metals migration, and thus it has been considered as a liner material for the landfill of hazardous wastes. With a domestic bentonite sorption tests were carried out to investigate the adsorption isotherm and the effect of solution chemistry and temperature on adsorption. Freundlich isotherm was applied to fit the experimental data of lead adsorption, which fitted them well. Freundlich constants and correlation coefficient were calculated to be $K_{F}$\;=\;1.14$, n = 1.70, and $r^{2}\;=\;0.99$, respectively. The distribution coefficients($K_{d}$) for the adsorption of lead decreased with increasing initial lead concentration. The IL increased with increasing the pH of solution and sharply increased at pH > 7, which was attributed to the precipitation of lead species. The IL decreased with increasing the ion strength of solution. The $K_{d}$ gave a small increase with the concentration of ${SO_4}^{-2}$, whereas it had a nearly constant level with the concentration of ${HCO_3}^{-}$ in solution. An increase in the temperature of experimental solution increased the $K_{d}$.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.22
no.1
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pp.33-42
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2000
Adsorption onto the surfaces of solid particles is a well known phenomenon that causes the retardation effect of heavy metals in soils. For adequate remediation of soil and groundwater contamination, it is important to investigate the mobility of heavy metals that largely depends on pH conditions in the soil water since adsorption of heavy metals is pH-dependent. In this study, we investigated the transport of Zn ion under various pH conditions in a sandy soil by conducting batch and column tests. The batch test was performed using the standard procedure of equilibrating fine fractions collected from the soil with eleven different initial $ZnCl_2$ concentrations, and analysis of Zn ion in the equilibrated solutions using ICP-AES. The column test consisted of monitoring the concentrations of soil solutions exiting the soil column with time known as a breakthrough curve (BTC). We injected respectively $ZnCl_2$ and KCl solutions with the concentration of 10 g/L as a tracer in a square pulse type under three different pH conditions (7.7, 5.8, 4.1) and monitored the flux concentration at the exit boundary using an EC meter and ICP-AES. The resident concentration was also monitored at the 10cm-depth by Time Domain Reflectometry (TDR). The results of batch test showed that ion exchange process between Zn and other cations (Ca, Mg) was predominant. The retardation coefficients obtained from adsorption isotherms (Linear, Freundlich, Langmuir) resulted in the various values ranging from 1.2 to 614.1. No retardation effect but ion exchange was found for the BTCs under all pH conditions. This can be explained by the absence of other cations to desorb Zn ion from soil exchange sites under the conditions of ETC experiment imposing blank water as leachate in steady-state flow. As pH decreased, the peak concentration of Zn increased due to the competition of Zn with hydrogen ions ($H^+$) and the concentrations of other cations decreased. The peak concentration of Zn was increased by 12.7 times as pH decreased from 7.7 to 4.1.
The adsorption charateristics of lead(II) ions on Aspergillus niger and Rhizopus arrhizus were investigated. Adsorption amount of A. niger and R. arrhizus was about 95 mg/g and 25 mg/g, respectively. These biomass was approached to adsorption equilibrium within reaction time of 1hr because of their high reactivity. The uptake of lead ion by A. niger was less sensitivity than it by R. arrhizus on the inhibition effect of alkali metals and the decreasing ratio of uptake of lead ion of A. niger and R. arrhizus by inhibition effect of alkali metals was 37% and 50%, respectively. In pre-treatment on these biomass, NaOH treatment was contributed high adsorption capacity to these biomass. Then, adsorption amount of A. niger and R. allhizus was increased about 25 mg/g and 10 mg/g, respectively. In isotherm for the adsorption of lead ion based on Freundlich equation, 1/n value of A. niger and R. ar고izus was calculated the range of 0.28-0.56 and 0.44-0.67, respectively.
Though diverse methods have been developed to characterize surface charge of soils and pure minerals, there is not still a reliable and rapid method for differentiating permanent charge from variable charge. Thus, it is needed to find out a reasonable method for measuring permanent and pH-dependent charge of soils. In this study various methods such as Cs-adsorption method, Hybrid model, $NH_4{^+}$-adsorption method and theoretical calculation of lattice charge were applied to measure permanent charge of montmorillonite and illite. Calculated lattice charge was $71.82cmol\;kg^{-1}$ and $14.20cmol\;kg^{-1}$ for montmorillonite and illite, respectively. The permanent charge measured by Cs-adsorption method were $78.23cmol\;kg^{-1}$ and $11.13cmol\;kg^{-1}$ for montmorillonite and illite, respectively. The differences between the values measured by Cs-adsorption method and the calculated lattice charge were not different significantly as $6.41cmol\;kg^{-1}$ and $3.07cmol\;kg^{-1}$. But, Hybrid model showed an underestimated values when applied to clay minerals with predominant amounts of permanent charge. The experimental results showed Cs-adsorption method was more reasonable for permanent charge measurement than the Hybrid model for illlte or montmorillonitetype clays.
Benzene, one of the aromatic hydrocarbons, can be degraded by physical, chemical and biological processes in aquifers. This study aimed at analyzing separately the three different forms of degradation by performing column tests. Column tests using KCl and benzene as tracers were conducted for four different cases: 1) no hydrogen peroxide and no microorganism, 2) hydrogen peroxide only; 3) microorganism only; 4) hydrogen peroxide and microorganism to investigate the sorption and degradation of benzene. The observed BTCs of KCl and benzene in all cases showed that the arrival times of the peaks of both tracers coincided well but the peak concentration of benzene was much lower than that of KCl. This reveals that a predominant process affecting the transport of benzene in a sandy soil is an irreversible sorption and/or degradation rather than retardation. Decay of benzene through sorption and degradation increased with the addition of hydrogen peroxide and/or microorganism. Dissolved oxygen decreased with the increase of benzene in all cases indicating that degradation of benzene was also influenced by dissolved oxygen. For BTCs with the addition of microorganisms (case 3 and case 4), microorganism showed much lower concentrations compared to the initial levels and an increasing tendency with time although concentrations of benzene returned to zero, indicating a possible retardation of microorganism due to reversible and irreversible sorption to the particle surfaces.
Concentration of antibiotics including a tetracycline group (TCs) of tetracycline (TC), chlortetracycline (CTC), and oxytetracycline (OTC), a sulfonamide group (SAs) of sulfamethoxazole (SMX), sulfathiazole (STZ), and sulfamethazine (SMT), an ionophore group (IPs) of lasalocid (LSL), monensin (MNS), and salinomycin (SLM), and a macrolide group (MLs) of tylosin (TYL) was determined from samples collected from the agricultural soil, stream water, and sediment. For the agricultural soil samples, the concentration of TCs had the highest value among all tested antibiotic's groups due to its high accumulation rate on the surface soils. The lower concentrations of SAs in the agricultural soils may be resulted from its lower usage and lower distribution coefficient (Kd) compared to TCs. The concentration of TCs in stream water was significantly increased through June to September. It would be likely due to soil loss during an intensive rainfall event and a reduction of water level after the monsoon season. A significant amount of TCs in the sediment was also detected due to its accumulation from runoff, which occurred by complexation of divalent cations, ion exchange, and hydrogen bonding among humic acid molecules. To ensure environmental or human safety, continuous monitoring of antibiotics residues in surrounding ecosystems and systematic approach to the occurrence mechanism of antibiotic resistant bacteria are required.
An observation was made to diagnose phosphorus efficiency to different soil texture through employing $P^{32}$ labeled Calcium Superphosphate, and following facts were observed. 1. The decreasing ratio of $P^{31}$ intensity in the soils was differ according to the shaking time of soil solution with $P^{32}$ labled calcium superphosphate, and it was observed that after 32 hours, shaking the decreasing ratio of $P^{31}$ intensity in Soil-A, Soil-B and Soil-C were 96.2%, 31% and 37% respectively. 2. In begining of shaking, the decrease of phosphorus intensity was rapid becoming gradually slow afterwards. 3. The adsorption and fixation of $P^{32}$ have shown the same tendency as $P^{31}$. 4. Along with the ascending of pH, all tested soils showed the decrease of adsorption ratio in general.
Kim, Kwon-Rae;Owens, Gary;Naidu, Ravi;Kim, Kye-Hoon
Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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v.40
no.4
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pp.311-325
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2007
The concept of metal bioavailability, rather than total metal in soils, is increasingly becoming important for a thorough understanding of risk assessment and remediation. This is because bioavailable metals generally represented by the labile or soluble metal components existing as either free ions or soluble complexed ions are likely to be accessible to receptor organismsrather than heavy metals tightly bound on soil surface. Consequently, many researchers have investigated the bioavailability of metals in both soil and solution phases together with the key soil properties influencing bioavailability. In order to study bioavailability changes various techniques have been developed including chemical based extraction (weak salt solution extraction, chelate extraction, etc.) and speciation of metals using devices such as ion selective electrode (ISE) and diffusive gradient in the thin film (DGT). Changes in soil metal bioavailability typically occur through adsorption/desorption reactions of metal ions exchanged between soil solution and soil binding sites in response to changes in environment factors such as soil pH, organic matter (OM), dissolved organic carbon (DOC), low-molecular weight organic acids (LMWOAs), and index cations. Increasesin soil pH result in decreases in metal bioavailability through adsorption of metal ions on deprotonated binding sites. Organic matter may also decrease metal bioavailability by providing more negatively charged binding sites, and metal bioavailability can also be decreases as concentrations of DOC and LMWOAs increase as these both form strong chelate complexeswith metal ions in soil solution. The interaction of metal ions with these soil properties also varies depending on the soil and metal type.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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