Toxic hexavalent chromium, Cr(VI), was reduced to a less toxic trivalent chromium form by E. coli ATCC 33456. The suitable electron donor for Cr(VI) reduction was glucose. E. coli ATCC 33456 was more resistant to metal cations than other reported Cr(VI) reducing microorganisms. Cell growth was inhibited by the presence of Cr(VI) in a liquid medium and Cr(VI) reduction accompanied cell growth. With a hydraulic retention time of 20 h, Cr(VI) reducing efficiency was 100% to 84% when Cr(VI) concentration in the influent was in the range of 10 to 40 mg L$\^$-1/. Specific rate of Cr(VI) reduction was 2.41 mg Cr(VI) g DCW$\^$-1/ h$\^$-1/ when 40 mg L$\^$-1/ of Cr(VI) influent was used. This result suggested the potential application of E. coli ATCC 33456 for the detoxification of Cr(VI) in Cr(VI) contaminated wastewater.
Objective of this research was to assess the effectiveness of the different sources of the zero-valent irons (ZVIs) on the reduction of the toxic Cr(VI) to the nonhazardous Cr(III) in an aqueous solution. The physical and chemical properties of the six ZVIs were determined. Particle size and specific surface area of the ZVIs were in the ranges of $85.55{\sim}196.46{\mu}m\;and\;0.055{\sim}0.091m^2/g$, respectively. Most of the ZVIs contained Fe greater than 98% except for J (93%) and PU (88%). Reduction efficiencies of the ZVI for Cr(VI) reduction were varied with kinds of ZVIs. The J and PU ZVIs reduced 100% and 98% of Cr(VI) in the aqueous solution, respectively, within 3 hrs of reaction. However, PA, F, Sand J1 reduced 74, 65, 29 and 11% of Cr(VI), respectively, after 48 hrs. The pH of the reacting solution was rapidly increased from 3 to $4.34{\sim}9.04$ within 3 hrs. The oxidation-reduction potential (Eh) of the reacting solution was dropped from 600 to 319 mV within 3 hrs following addition of ZVIs to the Cr(VI) contaminated water. The capability of ZVIs for Cr(VI) reduction was the orders of PU > J > PA > F > S > J1, which coincided with the capacities to increase the pH and decrease the redox potentials. Results suggested that the reduction of Cr(VI) to Cr(III) was derived from the oxidation of the ZVI in the aqueous solution.
Current soil remediation principles for toxic metals have some limitations even though they vary with different technologies. An alternative technology that transforms hazardous substances into nonhazardous ones would be environmentally beneficial. Objective of this research was to assess optimum conditions for Cr(VI) reduction in soils as influenced by ZVI(Zero-Valent Iron), organic matter and moisture content. The reduction ratio of Cr(VI) was increased from 37 to 40% as organic matter content increased from 1.07 to 1.75%. In addition, Cr(VI) concentration was reduced as soil moisture content increased, but the direct effect of soil moisture content on Cr(VI) reduction was less than 5% of the Cr(VI) reduction ratio. However, combined treatment of ZVI(5%), organic matter(1.75%) and soil moisture(30%) effectively reduced the initial Cr(VI) to over 95% within 5 days and nearly 100% after 30 days by increasing oxidation of ZVI and concurrent reduction of Cr(VI) to Cr(III). The overall results demonstrated that ZVI was effective in remediating Cr(VI) contaminated soils, and the efficiency was synergistic with the combined treatments of soil moisture and organic matter.
In the environment, chromium often exists in a highly mobile and toxic form of Cr(VI). Therefore, the reduction of Cr(VI) to less toxic Cr(III) is considered an effective remediation strategy for Cr(VI)-contamination. In this study, the biological reduction of hexavalent chromium was examined at the concentrations of 0.01 mM, 0.1 mM, and 1 mM Cr(VI) by the dissimilatory metal-reducing bacterium, Shewanella sp. HN-41 in the presence of ferric-citrate. With the relatively condensed cell densities, the aqueous phase Cr(VI) was reduced at the proportions of 42%, 23%, and 31%, respectively for the 0.01 mM, 0.1 mM, and 1 mM Cr(VI) incubations, while Fe(III)-citrate was reduced at 95%, 88%, and 73%, respectively. Although the strain HN-41 was not considered to reduce Cr(VI) as the sole electron acceptor for anaerobic metabolism in the preliminary experiment, it has been presumed that outer-membrane c-type cytochromes such as MtrC and OmcA reduced Cr(VI) in the presence of ferric-citrate as the electron acceptor. Since this study indicated the potential of relatively high cell density for Cr(VI) reduction, it might propose a bioremediation strategy for Cr(VI) removal from contaminated waters using engineered systems such as bioreactors employing high cell growths.
E.coli ATCC 33456 has relatively higher activity of Cr(VI) reduction than other microorganism. The purpose of this research is cloning of Cr(V) reductase from E.coli ATCC 33456. Using colony and southern hybridization, we selected two condidates. Among candidates, pNCR9 is higher Cr(VI) reduction activity than E.coli ATCC 33456. Purified Cr(VI) reductase antibody was reacted at estimated 42Kda protein band of candidate's crude extract on 12% SDS-PAGE. This results showed cloned gene's product is very similar to purified Cr(VI) reductase from E.coli ATCC 33456.
Awad, Yasser M.;Abdelhafez, Ahmed A.;Ahmad, Mahtab;Lee, Sang-Soo;Kim, Rog-Young;Sung, Jwa-Kyung;Ok, Yong-Sik
Korean Journal of Environmental Agriculture
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v.29
no.4
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pp.402-407
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2010
Zerovalent iron (ZVI) is one of the most commonly used metallic reducing agents for the treatment of toxic contaminants in wastewater. Traditional ZVIs are less effective than nanoscale ZVI (nZVI) due to prolonged reaction time. However, the reactivity can be significantly increased by reducing the size of ZVI particles to nanoscale. In this study, nZVI particles were synthesized under laboratory condition and their efficiency in removing hexavalent chromium (Cr(VI)) from aqueous solutions were compared with commercially available ZVI particles. The results showed that the synthesized nZVI particles (SnZVI) reduced >99% of Cr(VI) at the application rate of 0.2% (w/v), while commercial nZVI (CnZVI) particles resulted in 59.6% removal of Cr(VI) at the same application rate. Scanning electron micrographs (SEM) and energy dispersive spectra (EDS) of the nZVI particles revealed the formation of Fe-Cr hydroxide complex after reaction. Overall, the SnZVI particles can be used in treating chromium contaminated wastewater.
Simultaneous reduction of Cr(VI) and degradation of phenol was observed in batch and bench-scale continuous stirred tank reactors using Rhodococcus sp. CP01 isolated from leachate. The strain CP01, which was capable of utilizing phenol as a sole source of carbon and energy, completely reduced added hexavalent chromium (0.25 mM) to its trivalent form during 60 hr batch assay under optimal conditions (pH 7.0 and 1,000 mg/L of phenol concentration). The rates of Cr(VI) reduction and phenol degradation were estimated as 4.17 $\mu$M Cr(VI) and 38.4 mg phenol.$L^{-1}{\cdot}hr^{-1}$, respectively. The continuous culture experiment was conducted for 46 days using synthetic feed containing different levels of chromate (0.0625 to 0.25 mM) and phenol(1,000 to 4,000 mg/L). With a hydraulic retention time of 100 hr, Cr(VI) reduction efficiency was mostly 100% for influent Cr(VI) and phenol concentrations of 0.125 mM and 3,000 mg/L, respectively. During quasi-steady-state operation, specific rate of Cr(VI) reduction was calculated as 0.34 mg Cr(VI).g $protein^{-1}{\cdot}hr^{-1}$ which was comparable to reported values obtained by using glucose as growth substrate. The results suggest the potential application of biological treatment for detoxification of wastewater contaminated simultaneously with Cr(VI) and pheonol.
Kim, Hyoun-Young;Oh, Young-Sook;Kim, Yeong-Kwan;Choi, Sung-Chan
Korean Journal of Microbiology
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v.34
no.3
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pp.126-131
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1998
Reduction of hexavalent chromium to its trivalent form by leachate microorganisms was studied in batch and bench-scale continuous stirred tank reactor. The inoculum was a culture of microorganisms in leachate and capable of providing up to 90% chromate reduction during 72 h batch assay with $20mg\;Cr(VI)\;L^{-1}$ in minimal media containing different levels of leachate (10 to 60%) and glucose (50 to 200 mM). Addition of glucose increased the efficiency of chromate reduction, but adverse effect was observed with increase of leachate probably due to the competitive inhibition between chromate and sulfate ions. The continuous culture experiment was conducted for 124 days using synthetic feed containing different levels of chromate (5 to $65mg\;L^{-1}$) at room temperature. With a hydraulic retention time of 36 h, chromate reduction efficiency was mostly 100% when Cr(VI) concentrations in the reactor were in the range of 5 to $50mg\;L^{-1}$ Specific rate of Cr(VI) removal was calculated as $3.492mg\;g^{-1}\;protein\;h^{-1}$ during the period of 101~124 days from the start-up which showed 81.2% of average reduction efficiency. The results indicate the potential application of using leachate microorganisms for detoxification of hexavalent chromium in various chromium-contaminated wastewater from landfill or tannery sites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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