Laboratory tests for measuring absorption, porosity, P-wave velocity and uniaxial compressive strength (UCS) were performed to examine weathering characteristics of ilmenite by microorganism. Physical property changes were quantitatively estimated with comparing culture period on the condition of abiotic oxidation without microorganism and biooxidation with microorganism. As a result, the measured pH during 45 days was distributed in the range from 3.82 to 4.26, on the other hand, biooxidation showed the range from 2.20 to 2.57. The measured absorption according to microorganism and culture period represented 0.052% at final stage in the case of abiotic oxidation and 0.073% in the case of biooxidation. Porosity showed 0.206% at final stage in the case of abiotic oxidation and 0.281% in the case of biooxidation. In general, the values by biooxidation showed higher than that by abiotic oxidation. Change range of P-wave velocity with culture period showed that the measured value as 1410 m/s at final stage in the case of biooxidation was lower than 1886 m/s of that in the case of abiotic oxidation. The UCS was decreased with increasing culture period in all specimens and represented 241.1 MPa at final stage in the case of abiotic oxidation and 140.0 MPa in the case of bioxidation. In conclusion, it implies that influence of physical property on ilmenite by biooxidation related with microorganism was larger than that by abiotic oxidation.
The effects of microbial iron reduction and oxidation on the immobilization and mobilization of copper were investigated in a high concentration of sulfate with synthesized Fe(III) minerals and red earth soils rich in amorphous Fe (hydr)oxides. Batch microcosm experiments showed that red earth soil inoculated with subsurface sediments had a faster Fe(III) bioreduction rate than pure amorphous Fe(III) minerals and resulted in quicker immobilization of Cu in the aqueous fraction. Coinciding with the decrease of aqueous Cu, $SO_4{^{2-}}$ in the inoculated red earth soil decreased acutely after incubation. The shift in the microbial community composite in the inoculated soil was analyzed through denaturing gradient gel electrophoresis. Results revealed the potential cooperative effect of microbial Fe(III) reduction and sulfate reduction on copper immobilization. After exposure to air for 144 h, more than 50% of the immobilized Cu was remobilized from the anaerobic matrices; aqueous sulfate increased significantly. Sequential extraction analysis demonstrated that the organic matter/sulfide-bound Cu increased by 52% after anaerobic incubation relative to the abiotic treatment but decreased by 32% after oxidation, indicating the generation and oxidation of Cu-sulfide coprecipitates in the inoculated red earth soil. These findings suggest that the immobilization of copper could be enhanced by mediating microbial Fe(III) reduction with sulfate reduction under anaerobic conditions. The findings have an important implication for bioremediation in Cu-contaminated and Fe-rich soils, especially in acid-mine-drainage-affected sites.
Im Dong-Min;Sin Hyeon-Sang;Jeon Byeong-U;Gang Gi-Hun
Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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2005.04a
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pp.49-52
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2005
In this study, abiotic transformation of 1-naphthol via oxidative-coupling reaction was evaluated using Mn oxide which is ubiquitous in natural soils. The transformation of 1-naphthol catalyzed by synthetic birnessite $({\delta}-MnO_2)$ followed pseudo-lst order reaction, and the rate constants was in the range of $0.053{\sim}0.13\;min^{-1}$ with birnessite loadings of $12.5{\sim}50\;mg/20\;mL$. Since the oxidation of 1-naphthol was occurred on the reactive surface of the oxide particles, the rate constants with various birnessite loadings were correlated with birnessite surface area concentration. The correlation showed a strong linearity, which confirms the supposition of the surface reaction. From the correlation, therefore, the surface area normalized rate constant, $k_{surf}$, was determined to be 0.032 $L/m^2\;min$.
While structured packing modules are known to be efficient for surface wetting and gas-liquid exchange in abiotic surface catalysis, this model study explores structured packing as a growth surface for catalytic biofilms. Microbial biofilms have been proposed as selfimmobilized and self-regenerating catalysts for the production of chemicals. A concern is that the complex and dynamic nature of biofilms may cause fluctuations in their catalytic performance over time or may affect process reproducibility. An aerated continuous trickle-bed biofilm reactor system was designed with a 3 L structured packing, liquid recycling and pH control. Pseudomonas diminuta established a biofilm on the stainless steel structured packing with a specific surface area of 500 $m^2m^{-3}$ and catalyzed the oxidation of ethylene glycol to glycolic acid for over two months of continuous operation. A steady-state productivity of up to 1.6 $gl^{-1}h^{-1}$ was achieved at a dilution rate of 0.33 $h^{-1}$. Process reproducibility between three independent runs was excellent, despite process interruptions and activity variations in cultures grown from biofilm effluent cells. The results demonstrate the robustness of a catalytic biofilm on structured packing, despite its dynamic nature. Implementation is recommended for whole-cell processes that require efficient gas-liquid exchange, catalyst retention for continuous operation, or improved catalyst stability.
Mercury is emitted to the atmosphere from various natural and anthropogenic sources, and degrades with difficulty in the environment. Mercury exists as various species, mainly elemental ($Hg^0$) and divalent ($Hg^{2+}$) mercury depending on its oxidation states in air and water. Mercury emitted to the atmosphere can be deposited into aqueous environments by wet and dry depositions, and some can be re-emitted into the atmosphere. The deposited mercury species, mainly $Hg^{2+}$, can react with various organic compounds in water and sediment by biotic reactions mediated by sulfur-reducing bacteria, and abiotic reactions mediated by sunlight photolysis, resulting in conversion into organic mercury such as methylmercury (MeHg). MeHg can be bioaccumulated through the food web in the ecosystem, finally exposing humans who consume fish. For a better understanding of how humans are exposed to mercury in the environment, this review paper summarizes the mechanisms of emission, fate and transport, speciation chemistry, bioaccumulation, levels of contamination in environmental media, and finally exposure assessment of humans.
Many microbes, including both bacteria and fungi, produce manganese (Mn) oxides by oxidizing soluble Mn(II) to form insoluble Mn(IV) oxide minerals, a kinetically much faster process than abiotic oxidation. These biogenic Mn oxides drive the Mn cycle, coupling it with diverse biogeochemical cycles and determining the bioavailability of environmental contaminants, mainly through strong adsorption and redox reactions. This mini review introduces recent findings based on quantum mechanical density functional theory that reveal the detailed mechanisms of toxic metal adsorption at Mn oxide surfaces and the remarkable role of Mn vacancies in the photochemistry of these minerals.
Tahoon Hong;Changwoon Ji;Kwangbok Jeong;Joowan Park
International conference on construction engineering and project management
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2013.01a
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pp.196-203
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2013
Environmental problems like global warming have now become important issues that should be considered in all industries, including construction. In South Korea, many studies have been conducted to achieve the government's goals of reduction in environmental impacts. However, the research on buildings has only focused on CO2 emission as a research target despite the fact that other environmental impacts resulting from ozone depletion and acidification should also be considered, in addition to global warming. In this regard, this study attempted to propose assessment criteria and methods to evaluate the environmental performance of the structures from various aspects. The environmental impact category can be divided into global impacts, regional impacts, and local impacts. First, global impacts include global warming, ozone layer depletion, and abiotic resource depletion, while regional impacts include acidification, eutrophication, and photochemical oxidation. In addition, noise and vibration occurring in the building construction phase are defined as local impacts. The evaluation methods on the eight environmental impacts will be proposed after analyzing existing studies, and the methods representing each environmental load as monetary value will be presented. The methods presented in this study will present benefits that can be obtained through green buildings with a clear quantitative assessment on structures. Ultimately, it is expected that if the effects of green buildings are clearly presented through the findings of this study, the greening of structures will be actively expanded.
A batch experiment of pyrite oxidation was performed and the surfaces of the reacted pyrite were regularly observed with the scanning electron microscope (SEM) together with the chemical compositions of the solution to help understand the oxidation mechanisms of pyrite by Acidithiobacillus ferrooxidans (Af). The dissolved Fe concentrations clearly indicated that Af experiences the lag and then exponential growth phase. An Af cell was observed to be attached to the surface of pyrite during the lag, implying that a direct leaching by the microbe really happens for the period. It is not certain, however, whether the main mechanism of pyrite oxidation during that time was the direct leaching or not, because there were just a few cells confirmed to be attached and most of the dissolved Fe was Fe(III). The dissolved Fe concentration stayed almost constant from the mid-lag phase to just before the onset of the exponential phase, suggesting that AI needs an adaptation time to switch its oxidation mechanism from one to the other whichever it is during that stage of growth. The moment of Af's cell division was observed by SEM on the surface of pyrite during the lag phase. The corrosion outline around the dividing cell was quite similar to the shape of the cell itself, which implies that the rate of the microbial oxidation is very uneven and the rate when the cell metabolizes should be much faster than that calculated from the concentration variation of the dissolved Fe. The number of etch holes by Af is much higher on the inoculated surfaces, indicating the average rate of pyrite oxidation is also much faster than that of abiotic oxidation. The microbial etch holes on pyrite surface are small and deep, which may influence the transition of the growth phases of Af from lag to exponential.
The research evaluates the possibility of generating electricity using pyrite containing mine tailings, which are the major cause of acid mine drainage (AMD), by applying iron oxidizing bacteria (in this case, Acidithiobacillus ferrooxidans) and chemical fuel cell technology. The changes in the aqueous $Fe^{2+}$ concentration, which can represent an ionized form of pyrite, with an initial concentration of 9,000 mg/L were investigated during the 20 d growth period. Both the $Fe^{2+}$ and total iron (i.e., total $Fe^{2+}$)concentrations with or without A. ferrooxidans were observed. The $Fe^{2+}$ concentration decreased to about 6,000 mg/L, in the abiotic condition, while it decreased to about 400 mg/L in the biotic condition. The results showed that the increased $Fe^{2+}$ oxidation in the presence of A. ferrooxidans (i.e., catalytic ability of A. ferrooxidans) can be applied to electricity generation using pyrite containing mine tailings. In the co-presence of A. ferrooxidans and pyrite containing mine tailings, $Fe^{2+}$ oxidation and hence electron production increases, which, in turn, improves current density. This study can be applied to utilize ecological functions of indigenous bacteria in mine areas to enhance electricity generation efficiency.
The smectite-illite (SI) reaction is a ubiquitous process in siliciclastic sedimentary environments. For the last 4 decades the importance of smectite to illite (S-I) reaction was described in research papers and reports, as the degree of the (S-I) reaction, termed "smectite illitization", is linked to the exploration of hydrocarbons, and geochemical/petrophysical indicators. The S-I transformation has been thought that the reaction, explained either by layer-by-layer mechanism in the solid state or dissolution/reprecipitation process, was entirely abiotic and to require burial, heat, and time to proceed, however few studies have taken into account the bacterial activity. Recent laboratory studies showed evidence suggesting that the structural ferric iron (Fe(III)) in clay minerals can be reduced by microbial activity and the role of microorganisms is to link organic matter oxidation to metal reduction, resulting in the S-I transformation. In abiotic systems, elevated temperatures are typically used in laboratory experiments to accelerate the smectite to illite reaction in order to compensate for a long geological time in nature. However, in biotic systems, bacteria may catalyze the reaction and elevated temperature or prolonged time may not be necessary. Despite the important role of microbe in S-I reaction, factors that control the reaction mechanism are not clearly addressed yet. This paper, therefore, overviews the current status of microbially mediated smectite-to-illite reaction studies and characterization techniques.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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