Objectives: Feasibility of electrochemical oxidation of the aqueous non-biodegradable wastewater such as cationic dye Rhodamine B (RhB) has been investigated in an electrochemical reactor with solid polymer electrolyte (SPE). Methods: Nafion 117 cationic exchange membrane as SPE has been used. Anode/Nafion/cathode sandwiches were constructed by sandwiching Nafion between two dimensionally stable anodes (JP202 electrode). Experiments were conducted to examine the effects of applied current (0.5~2.0 A), supporting electrolyte type (0.2 N NaCl, $Na_2SO_4$, and 1.0 g/L NaCl), initial RhB concentration (2.5~30.0 mg/L) on RhB and COD degradation and $UV_{254}$ absorbance. Results: Experimental results showed that an increase of applied current in electrolysis reaction with solid polymer electrolyte has resulted in the increase of RhB and $UV_{254}$ degradation. Performance for RhB degradation by electrolyte type was best with NaCl 0.2 N followed by SPE, and $Na_2SO_4$. However, the decrease of $UV_{254}$ absorbance of RhB was different from RhB degradation: SPE > NaCl 0.2 N > $Na_2SO_4$. RhB and $UV_{254}$ absorbance decreased linearly with time regardless of the initial concentration. The initial RhB and COD degradation in electrolysis reaction using SPE showed a pseudo-first order kinetics and rate constants were 0.0617 ($R^2=0.9843$) and 0.0216 ($R^2=0.9776$), respectively. Conclusions: Degradation of RhB in the electrochemical reactor with SPE can be achieved applying electrochemical oxidation. Supporting electrolyte has no positive effect on the final $UV_{254}$ absorbance and COD degradation. Mineralization of COD may take a relatively longer time than that of the RhB degradation.
Due to the low biodegradability of dyes, conventional biological wastewater treatment systems are inefficient in treating dye wastewater. Various white-rot fungi were investigated for the decolorization of six industrial dyes (reactive blue 5, reactive blue 16, reactive black 5, acid black 52, reactive orange 16, and acid violet 43). Among ten fungi, T. versicolor KCTC 16781 was selected as a testing strain because this had the best performance of decolorization for six dyes from the results of the solid culture experiments. In liquid culture medium, T. versicolor KCTC 16781 decolorized over 96% of six dyes for 48 hrs. Laccase started to produce in the early stage of the culture, and showed the highest peak value of 2.3 U/mL in 24 hrs. Enzyme activity remained constant until the end of culture. Fungal decolorization is a promising alternative to replace or supplement present treatment process.
To address organic dye wastewater, economic and effective adsorbents are required. Here, magnetic biochar from alkali-activated rice straw (AMBC) was successfully synthesized using one-step magnetization and carbonization method. The alkaline activation caused the large specific surface area, high pore volume and abundant oxygen-containing groups of the AMBC, and the magnetization gave the AMBC a certain degree of electropositivity and fast equilibrium characteristics. These characteristics collectively contributed to a relative high adsorption capacity of 53.66 mg g-1 for this adsorbent towards rhodamine B (RhB). In brief, RhB can spontaneously adsorb onto the heterogeneous surface of the AMBC and reach the equilibrium in 60 min. Although the initial pH, ionic strength and other substances of the solution affected the adsorption performance of the AMBC, it could be easily regenerated and reused with considerable adsorption content. Based on the results, H-bonds, π-π stacking and electrostatic interactions were speculated as the primary mechanisms for RhB adsorption onto the AMBC, which was also demonstrated by the FTIR analysis. With the advantageous features of low cost, easy separation, considerable adsorption capacity and favorable stability and reusability, the AMBC would be a potential adsorbent for removing organic dyes from wastewater.
Won, Sung -Wook;Choi, Sun Beom;Han, Min Hee;Yun, Yeoung-Sang
Korean Chemical Engineering Research
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v.43
no.4
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pp.542-547
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2005
Biosorption is considered to be a promising alternative to replace or supplement the present methods for the treatment of dye-containing wastewater. In this study, the protonated biomass of Corynebacterium glutamicum was evaluated for its potential to remove two types of reactive dyes (Reactive Red 4, Reactive Blue 4) from aqueous solution. The uptakes of dyes were enhanced with decrease in the solution pH, which was likely because the biomass functional groups increased at acidic pH and the positively charged sites could bind the negatively charged sulfonate group ($dye-SO_3^-$) of dye molecules. An equilibrium state was practically achieved in 10 hr. The Langmuir sorption model was used for the mathematical description of the sorption equilibrium. The maximum sorption capacities of C. glutamicum biomass for Reactive Red 4 and Reactive Blue 4 were estimated to 112.36 mg/g and 263.16 mg/g at pH 1, and 71.94 mg/g and 155.88 mg/g at pH 3.
Dyeing is an essential process for improving the value of textile products, but it is considered as one of industries causing pollution because of producing wastewater containing hazardous chemicals as well as using a large amount of water and energy. Global demand for greener technologies in textile field is getting much more attention and accordingly, the use of eco-friendly natural dyes is growing much larger. In textile printing, both dyes and pigments can be used. Pigment printing is more simple process and requires less water and less energy, compared to dye printing. In this study, the organic pigment was prepared from the marigold colorant. Samples were stencil printed, pressed(70℃, 3min) and then heat treated(150℃, 5min). The uptake of polyacrylic acid as a chemical binder was the lowest. In particular, marigold pigments were excellent in color and texture when Guar Gum and Sodium Alginate were used as binders. In addition, the light and washing fastness was rated very high as 4, 4/5 grades, and the rubbing fastness was also excellent as 3 and 4 grades.
A water reuse system was designed for a demonstration plant by combining fiber filtration and electrolysis. A discharged dye wastewater after treated with biomedia was used in this study. It was found that an additional removal of suspended solids (SS) was feasible with 2-stage filtration while electrolysis was not effective. Also, $COD_{cr}$ and $COD_{Mn}$ were not removed with 2 -stage filtration but electrolysis resulted in about 26.9% additional removal. This indicates that electrolysis play an important role in organic removal. Removal of T-N and T-P was negligible with 1 and 2-stage fiber filtration and low-level electrolyte. However, with 2000 ppm of electrolyte, their removal efficiencies were about 83.1 and 60%, respectively, suggesting that the removal rates are well associated with the electrolyte concentrations. With high-level electrolyte, colority was removed about 82% while chlorine ions were removed only about 10%. Therefore, to treat underground water containing high-level salinity in the follow-up study, based on the results in this paper, a combined system with selection of additional unit process and reverse osmosis will be designed.
Fabrication and oxidants formation of 1 and 2 component metal oxide electrode, which is known to be so effective to destruct non-biodegradable organics in wastewater, were studied. Five electrode materials (Ru, Pt, Sn, Sb and Gd) were used for the 1 and 2 component electrode. The metal oxide electrode was prepared by coating the electrode material on the surface of the titanium mesh and then thermal oxidation at $500^{\circ}C$ for 1 h. The removed RhB per 2 min and unit W for one component electrode decreased in the following sequences: Ru/Ti>Sb/Ti>Pt/Ti>Gd/Ti>Sn/Ti. The concentration of oxidants generated in 1 and 2 component electrodes was in the order of: $ClO_2$> free Cl>$H_2O_2>O_3$. OH radical was not generated from in entire one and two component electrodes. RhB degradation rate and generated oxidants of the Ru-Sn=9:1 electrode was higher than that of the two component electrode. The exact relationship between the removal of RhB and the generated oxidants concentration was not obvious. However, it was assumed that electrode with high RhB decolorization had high oxidant concentration.
A simulated wastewater containing the dye Rhodamine B (RhB) was electrolytically treated using a three-dimensional electrode reactor equipped with granular activated carbon (GAC) as particle electrode. The effect of type of packing material (GAC, ACF, Nonwoven fabric fiber coated with activated carbon), amounts of GAC packing (25-100 g), current (0.5-3 A) and electrolyte concentration (0.5-3 g/l) was evaluated. Experimental results showed that performance for RhB decolorization of the 3 three-dimensional electrodes lie in: GAC > Nonwoven fabric fiber > ACF. When considered RhB decolorization, oxidants concentration and electric power, optimum GAC dosage was 50 g. Generated concentration of 3 oxidants ($ClO_2$, free Cl, $H_2O_2$) was increased with increase of applied current, however optimum current for RhB degradation was 2.5 A. The oxidants concentration was increased with increase of NaCl concentration and optimum NaCl dosage for RhB degradation was 1.5 g/l.
A number of experiments to treat wastewater of a dye plant were conducted to investigate the basic design parameters and effluent characteristics for aerobic fixed biofilm reactor upon the variation of organic loading rate. The media used for this study were SARAN 4000 D with specific surface area $153m^2/m^3$, and 1000 D with specific surface area $307m^2/m^3$. The influent COD concentration ranged from 1250 to 4080 mg/L. Substrate removal and variation of biomass concentration were observed. At the beginning, the effluent quality was poor but improved as the time passed. However the effluent quality became seriously deteriorated when the media clogged. At influent COD of 1250mg/L, the effluent COD varied little, even if the organic loading rate increased from 0.63 to 2.5kg COD/$m^3$/day. It was also noted that the design parameters for activated sludge process could be applied to an aerobic fixed biofilm process under the experimental conditions.
Among various metal oxides semiconductors, $TiO_2$ is the most studied semiconductor for environmental clean-up applications due to its unique ability in photocatalyzing various organic contaminants, its chemical inertness, and nontoxicity. $TiO_2$, however, has a few drawbacks to be solved such as reactivity mainly working under ultraviolet irradiation (${\lambda}$ < 387 nm) and electron - hole recombination on $TiO_2$. In this study, to extend the absorption range of $TiO_2$ into the visible range and enhance electron - hole separation, we synthesized platinum (Pt) deposited $C-TiO_2$. The presence of Pt as an electron sink has been known to snhance the separation of photogenerated electron-hole pairs and induce the thermal decomposition. The characterization of as-synthesized $Pt-C-TiO_2$ was performed by Transmission Electron Microscopic (TEM), the Brunuer-Emmett-Teller (BET) method, X-ray Diffractometer (XRD), UV-vis spectrometer (UV-DRS), and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). In order to estimate the photocatalytic activity of the synthesized materials, the photoelectron Spectroscopy (XPS). In order to estimate the photocatalytic activity of the synthesized materials, the photodegradation experiment of an azo dye (Acid Red 44; $C_{10}H_7N=NC_{10}H_3(SO_3Na)_2OH$)was carried out by using an Xe arc lamp (300 W, Oriel). A 420 nm cut-off filter was used for visible light irradiation. From the results, Pt-deposited $C-TiO_2$ showed a far superior phothdegradation activity to Degussa P25, the commercial product under the irradiation of visible light and enhanced photocatalytic activity of visible-working $C-TiO_2$. This is a useful result into the application for the purification system of dye wastewater using visible energy of sun light.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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