Cheap and environmental sound biosorbent was made for the adsorption of arsenate using an waste activated sludge. The biosorbents were methylated in 9hours and 24 hours respectively for the better adsorption of arsenate. The amount adsorbed of arsenate(V) increased with increasing methylation time. The specific arsenate adsorption was 0.06mmol As(V)/g biomass when the biosorbent was methylated in 24 hours. The methylated biosorbents were also studied with pH 5, 7 and 9. The pH of the solution affect the amount of adsorption of arsenate of the biosorbent even though it was methylated. The specific arsenate adsorption of the biosorbent at pH 5 was best and it was three times greater than the amount of arsenate adsorbed at pH 9.
BACKGROUND: Biological iron redox transformation alters iron minerals, which may act as effective adsorbents for arsenate [As(V)] in the environments. In the viewpoint of alleviating arsenate, microbial Fe(III) reduction was sought under high concentration of As(V). In this study, Fe(III)-reducing bacteria were isolated from the wild plant rhizosphere soils collected at abandoned mine areas, which showed tolerance to high concentration of As(V), in pursuit of potential agents for As(V) bioremediation. METHODS AND RESULTS: Bacterial isolation was performed by a series of enrichment, transfer, and dilutions. Among the isolated strains, two strains (JSAR-1 and JSAR-3) with abilities of tolerance to 10 mM As(V) and Fe(III) reduction were selected. Phylogenetic analysis using 16S rRNA genesequences indicated the closest members of Pseudomonas stutzeri DSM 5190 and Paenibacillus selenii W126, respectively for JSAR-1 and JSAR-3. Ferric and ferrous iron concentrations were measured by ferrozine assay, and arsenic concentration was analyzed by ICP-AES, suggesting inability of As(V) reduction whereas ability of Fe(III) reduction. CONCLUSION: Fe(III)-reducing bacteria isolated from the enrichments with arsenate and ferric iron were found to be resistant to a high concentration of As(III) at 10 mM. We suppose that those kinds of microorganisms may suggest good application potentials for As(V) bioremediation, since the bacteria can transform Fe while surviving under As-contaminated environments. The isolated Fe(III)-reducing bacterial strains could contribute to transformations of iron minerals which may act as effective adsorbents for arsenate, and therefore contribute to As(V) immobilization
Although, microbial arsenic mobilization by dissimilatory arsenate-reducing bacteria (DARB) and the practical use to the removal technology of arsenic from contaminated soil are expected, most previous research mainly has been focused on the geochemical circulation of arsenic. Therefore, in this review we summarized the previously reported DARB to grasp the characteristic for bioremediation of arsenic. Evidence of microbial growth on arsenate is presented based on isolate analyses, after which a summary of the physiology of the following arsenate-respiring bacteria is provided: Chrysiogenes arsenatis strain BAL-$1^T$, Sulfurospirillum barnesii, Desulfotomaculum strain Ben-RB, Desulfotomaculum auripigmentum strains OREX-4, GFAJ-1, Bacillus sp., Desulfitobacterium hafniense DCB-$2^T$, strain SES-3, Citrobacter sp. (TSA-1 and NC-1), Sulfurospirillum arsenophilum sp. nov., Shewanella sp., Chrysiogenes arsenatis BAL-$1^T$, Deferribacter desulfuricans. Among the DARB, Citrobacter sp. NC-1 is superior to other dissimilatory arsenate-reducing bacteria with respect to arsenate reduction, particularly at high concentrations as high as 60 mM. A gram-negative anaerobic bacterium, Citrobacter sp. NC-1, which was isolated from arsenic contaminated soil, can grow on glucose as an electron donor and arsenate as an electron acceptor. Strain NC-1 rapidly reduced arsenate at 5 mM to arsenite with concomitant cell growth, indicating that arsenate can act as the terminal electron acceptor for anaerobic respiration (dissimilatory arsenate reduction). To characterize the reductase systems in strain NC-1, arsenate and nitrate reduction activities were investigated with washed-cell suspensions and crude cell extracts from cells grown on arsenate or nitrate. These reductase activities were induced individually by the two electron acceptors. Tungstate, which is a typical inhibitory antagonist of molybdenum containing dissimilatory reductases, strongly inhibited the reduction of arsenate and nitrate in anaerobic growth cultures. These results suggest that strain NC-1 catalyzes the reduction of arsenate and nitrate by distinct terminal reductases containing a molybdenum cofactor. This may be advantageous during bioremediation processes where both contaminants are present. Moreover, a brief explanation of arsenic extraction from a model soil artificially contaminated with As (V) using a novel DARB (Citrobacter sp. NC-1) is given in this article. We conclude with a discussion of the importance of microbial arsenate reduction in the environment. The successful application and use of DARB should facilitate the effective bioremediation of arsenic contaminated sites.
Seo, Young-Jin;Kang, Yun-Ju;Choi, Jung;Kim, Jun-Hyeong;Park, Man
Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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v.41
no.6
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pp.369-373
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2008
Special concern has been given to the elevated arsenic content in soils because of its high mobility and toxicity. Layered double hydroxide (LDH) which has a high anionic exchange capacity is another potential anion adsorbent for toxic anions such as arsenic, chromate and selenium etc. The uptake of arsenate from aqueous solutions by the calcined Mg-Al LDH has been investigated. The sorption capacity was about 530 mmol/kg. Sorption isotherm was defined as L-type in which arsenate was removed by LDH through anion uptake reaction. Arsenate sorption by the calcined Mg-Al LDH was occurred by reconstruction of LDH's framework. Competitive adsorption revealed that Mg-Al LDH had higher selectivity for arsenate than for sulfate. These results strongly suggest that calcined Mg-Al LDH has a promising potential for efficient removal of toxic metal oxides like arsenates from aqueous environments.
In order to establish the design parameters of adsorption for arsenic compounds with hydrotalcite including chlorine ion, the basic properties of adsorption and desorption as well as the oxidation of As (III) were examined in batch tests. The maximum adsorption capacities of arsenite and arsenate were 6.2 mg-As(III)/g and 103 mg-As (V)/g, respectively. Although 80.4% of maximum desorption was shown in 20% NaOH solution, 5~10% of NaOH was recommended considering operating benefits, where the proper condition of the desorption was in the range of 73% to 80%. The most suitable desorption condition was in the combination of NaCl (10~20%) and NaOH (5~10%). Within 2 minutes, As (III) was easily oxidized to As (V) with 0.0001 N KMnO4, where the maximum oxidization ratio was shown to 98.9%.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.1B
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pp.91-96
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2009
Layered double hydroxide is synthesized and used in the arsenate adsorption experiments. The shapes of two materials analyzed by TEM showed that unheated material is amorphous in shape, micro-sized while heat treated material showed more crystallized in shape and nano-sized. X-ray diffraction showed this result more obvious. $N_2$ adsorption-desorption results showed that the materials are mesoporous and the specific surface area of the heated material is more than two times larger than the unheated material. Adsorption of As(V) is expected to be more in the heated material than the unheated material. Kinetic test of arsenate adsorption showed very fast reaction. The reactivity of Fe with As(V) might be the main factor for this result. The reaction kinetic of the heated and the unheated materials were similar and even the adsorption isotherms showed similar results for both materials. Both materials are found to be useful in remediation of soil and groundwater polluted by waste mine tailings consist of high concentration of As(V).
First of all, Fe or/and Mn immobilized granular activated carbons (Fe-GAC, Mn-GAC, (Fe, Mn)-GAC) were synthesized and tested to remove arsenate (As(V)). The results in batch test indicated that Fe-GAC removed As(V) effectively, even though the surface area of Fe-GAC was reduced largely. Moreover, adsorption isotherm test indicated that the experimental data fit well with Langmuir model and the maximum adsorption capacity ($q_{max}$) of Fe-GAC for As(V) was $3.49mg\;g^{-1}$, which was higher than GAC ($2.24mg\;g^{-1}$). In column test, the simulated water, which consisted of As(V), Fe(III), Mn(II) and Ca(II) in tap water, was used. Fe-GAC column with 1 hr of pre-washing time treated As(V) effectively while GAC column removed Fe(III) better than Fe-GAC column. Moreover, the increasing pre-washing time from 1 to 9 hour in Fe-GAC column enhanced Fe(III) removal with little negative impact of As(V) removal. Mostly, the column filled with Fe-GAC and GAC (i.e. the mass ratio of Fe-GAC:GAC = 2:8) showed the higher treatability of both As(V) and Fe(III), even it operated with 1 hr pre-washing time.
Systematic studies are performed for arsenic adsorption on synthesized lepidocrocite. The synthesized lepidocrocite with high surface area of $94.8\;g/m^2$ has shown that the point of zero charge(PZC) is 6.57 determined by potentiometric titration, suggestive of high capacity of arsenic removal. Results show that arsenite[As(III)] uptake by synthesized lepidocrocite is greater than that of arsenate[As(V)] at pH $2{\sim}12$, indicating that the lepidocrocite has high affinity toward arsenite rather than arsenate. Adsorption of arsenate decreases with increasing pH from 2 to 12, whereas arsenite sorption increases until pH 8.0, and then decreases dramatically with increasing pH, suggesting that changes in surface charge of the lepidocrocite as a function of pH playa important role in aresinc uptake by the lepidocrocite. Upon kinetic experiments, our results demonstrate that both arsenite and arsenate sorption on the lepidocrocite increases rapidly for the first 4 h followed by little changes during the duration of the experiment, showing that adsorption plays a key role in aresenic uptake by the lepidocrocite. Our results also show that power function and elovich models are the best fit for the adsorption kinetics of arsenite and aesenate on the lepidocrocite.
Arsenic contamination in soil and groundwater has recently been one of the most serious environmental concerns. This arsenic contamination can be originated from natural or anthropogenic sources. It has been well known that arsenic behavior in geo-environmental is controlled by various oxides or hydroxides, such as those of iron, manganese, and aluminum, and clay minerals. Among those, particularly, iron (oxy)hydroxides are the most effective scavengers for arsenic. For this reason, this study characterized arsenic adsorption of magnetite which is a kind of iron oxide in nature. The physicochemcial features of the magnetite were investigated to evaluate adsorption of arsenite [As(III)] and arsenate [As(V)] onto magnetite. In addition to experiments on adsorption equilibria, kinetic experiments were also conducted. The point of zero charge (PZC) and specific surface area of the laboratory-synthesized magnetite used as an arsenic adsorbent were measured 6.56 and $16.6\;g/m^2$, which values seem to be relatively smaller than those of the other iron (oxy)hydroxides. From the results of equilibria experiments, arsenite was much more adsorbed onto magnetite than arsenate, indicating the affinity of arsenite on magnetite is larger than arsenate. Arsenite and arsenate showed adsorption maxima at pHs 7 and 2, respectively. In particular, adsorption of arsenate decreased with increase in pH as a result of electrical repulsion caused by anionic arsenate and negatively-charged surface of magnetite. These results indicate that the surface charge of magnetite and the chemical speciation of arsenic should be considered as the most crucial factors in controlling arsenic. The results of kinetic experiments show that arsenate was adsorbed more quickly than arsenite and adsorption of arsenic was investigated to be mostly completed within the duration of 4 hours, regardless of chemical speciation of arsenic. When the results of kinetic experiments were fitted to a variety of kinetic models proposed so far, power function and elovich model were evaluated to be the most suitable ones which can simulate adsorption kinetics of two kinds of arsenic species onto magnetite.
Experiments for As(V) removal using synthesized $Ca{\cdot}Al$-monosulfate was performed from the water contaminated with arsenate. Monosulfate is known as LDHs (Layered Double Hydroxides) which is one of the anionic clay minerals. Monosulfate was synthesized mixing $C_3A$ (tricalcium aluminate), gypsum (calcium sulfate), and water with an intercalation method. The product form the synthesis was characterized by FE-SEM, WDXRF, PXRD, and FT-IR. Experiments with different doses of monosulfate were carried out for kinetic. As a result of experiment, the concentration of As(V) was reduced from 0.67 mM to 0.19 mM (0.67mM of monosulfate) and 0.178 mM (1.34 mM of monosulfate). The concentration of sulfate was increased with As(V) decrease. The result of PXRD showed that the d-spacing of inter layer ($d_{003}$ peak) was shifted from 8.927 ${\AA}$ to 8.095 ${\AA}$ because the sulfate in the inter layer of monosulfate was exchanged arsenate with water molecules bonded. From the FT-IR results, a new single band (800 cm-1) was observed after the reaction of monosulfate and As(V). The arsenic removal can be regarded as anion exchange mechanism that is one of the characteristics of LDHs from the results of PXRD and FT-IR analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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