Mine tailings generated during mining activity often contain high concentrations of heavy metals, with pyrite-containing mine tailings in particular being a major cause of environmental problems in mining areas. Chemical cell technology, or fuel cell technology, can be applied to leach heavy metals in pyrite-containing mine tailings. As pyrite dissolves through spontaneous oxidation (i.e. galvanic oxidation) in the anode compartment of the cell, $Fe^{3+}$, sulfuric acid are generated. A decrease in pH due to the generation of sulfuric acid allows heavy metals to be leached from pyrite-containing mine tailings. In this study, pyrite was dissolved for 4 weeks at $23^{\circ}C$ in an acidic solution (pH 2) and in a galvanic reactor, which induces galvanic oxidation, and total Fe leached from pyrite and pH were compared in order to investigate if galvanic oxidation can facilitate pyrite oxidation. The change in the pyrite surface was analyzed using a scanning electron microscope (SEM). Comparing the total Fe leached from the pyrite, there were 2.9 times more dissolution of pyrite in the galvanic reactor than in the acidic solution, and thus pH was lower in the galvanic reactor than in the acidic solution. Through SEM analysis of the pyrite that reacted in the galvanic reactor, linear-shaped cracks were observed on the surface of the pyrite. The study results show that pyrite dissolution was facilitated through the galvanic oxidation in the galvanic reactor, and also implied that the galvanic oxidation can be one remediation option for pyrite-containing mine tailings.
Kim, Gwang Ho;Ahn, Dong-Gyu;Park, Jong Rak;Choi, Gang Hun;Kim, Jong Tye;Kim, Ki Won;Jeong, Sang Hwa
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.30
no.2
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pp.137-142
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2013
The indiscriminate use of the fossil fuel has caused serious environmental pollutions such as the shortage of energy and global warming. Microalgae have being emphasized as $3^{rd}$ generation biomass which makes the carbon dioxide reduce effectively as well as produces the biofuel. Large scale production of microbial biomass by continuous culture is a quite challenging issue, because off-line optimization strategies of a microbial process utilizing a model-based scheme give rise to many difficult problems. In this paper, the static and simple control method which was able to be applied in time-variant growth environment and large scale of algae culture was studied. The significant disturbances in on-line measurement of cell density were reduced by Savitzky-Golay FIR smoothing filter. Dunaliella salina was cultivated continuously in a flat panel photobioreactor by the on-off control of the turbidostat process.
Humidity control of proton exchange membrane fuel cell(PEMFC) is very important control condition during driving. In terms of water management, low humidification conditions are advantageous, and high humidification is advantageous in terms of drainage utilization and energy efficiency. In this study, the characteristics of outlet water in low humidification and high humidification process were studied in terms of utilization of discharged water. Since the impurities in the effluent are generated during the degradation of the membrane and the electrode assembly(MEA), degradation of the MEA under low humidification and high humidification conditions was also studied. The rate of radical generation was high at low humidification condition of the anode RH 0%, which showed that it was the main cause of the degradation of the polymer membrane. Analysis of effluent showed low concentration of fluoride ion concentration of about 20 ppb at high humidification (both electrodes RH 100%) and 0.6 V, which was enough to be used as the feed water for electrolysis. Very low concentration of platinum below 0.2 ppb was detected in the condensate discharged from the high humidification condition.
Design study on the Gas Turbine High Temperature Reactor 300-Cogeneration (GTHTR300C) aiming at producing both electricity by a gas turbine and hydrogen by a thermochemical water splitting method (IS process method) has been conducted. It is expected to be one of the most attractive systems to provide hydrogen for fuel cell vehicles after 2030. The GTHTR300C employs a block type Very High Temperature Reactor (VHTR) with thermal power of 600MW and outlet coolant temperature of $950^{\circ}C$. The intermediate heat exchanger (IHX) and the gas turbine are arranged in series in the primary circuit. The IHX transfers the heat of 170MW to the secondary system used for hydrogen production. The balance of the reactor thermal power is used for electricity generation. The GTHTR300C is designed based on the existing technologies of the High Temperature Engineering Test Reactor (HTTR) and helium turbine power conversion and on the technologies whose development have been well under way for IS hydrogen production process so as to minimize cost and risk of deployment. This paper describes the original design features focusing on the plant layout and plant cycle of the GTHTR300C together with present development status of the GTHTR300, IHX, etc. Also, the advantage of the GTHTR300C is presented.
Sodium borohydride, $NaBH_4$, shows a number of advantages as hydrogen source for portable proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs). Properties of $NaBH_4$ hydrolysis reaction using unsupported Co-B, Co-P-B catalyst were studied. BET surface area of catalyst, yield of hydrogen, effect of $NaBH_4$ concentration and durability of catalyst were measured. The BET surface area of unsupported Co-B catalyst was $75.7m^2/g$ and this value was 18 times higher than that of FeCrAlloy supported Co-B catalyst. The hydrogen yield of $NaBH_4$ hydrolysis reaction by unsupported catalysts using 20~25 wt% $NaBH_4$ solution was 97.6~98.5% in batch reactor. The hydrogen yield decrease to 95.3~97.0% as the concentration of $NaBH_4$ solution increase to 30 wt%. The loss of unsupported catalyst was less than that of FeCrAlloy supported catalyst during $NaBH_4$ hydrolysis reaction and the loss increased with increasing of $NaBH_4$ concentration. In continuous reactor, hydrogen yield of $NaBH_4$ hydrolysis was 90% using 1.2 g of unsupported Co-P-B catalyst with $3{\ell}/min$ hydrogen generation rate.
Sodium borohydride, $NaBH_4$, shows a number of advantages as hydrogen source for portable proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs). Properties of $NaBH_4$ hydrolysis reaction using activated carbon supported Co-B/C, Co-P-B/C catalyst were studied. BET surface area of catalyst, yield of hydrogen, effect of $NaBH_4$ concentration and durability of catalyst were measured. The BET surface area of carbon supported catalyst was over $500m^2/g$ and this value was 2~3 times higher than that of unsupported catalyst. Hydrogen generation of activated carbon supported catalyst was more stable than that of unsupported catalyst. The activation energy of Co-P-B/C catalyst was 59.4 kJ/mol in 20 wt% $NaBH_4$ and 14% lower than that of Co-P-B/FeCrAlloy catalyst. Catalyst loss on activated carbon supported catalyst was reduced to about 1/3~1/2 compared with unsupported catalyst, therefore durability was improved by supporting catalyst on activated carbon.
The generation of high-purity hydrogen from hydrocarbon fuels is essential for efficient operation of fuel cell. In general, most feasible strategies to generate hydrogen from hydrocarbon fuels consist of a reforming step to generate a mixture of $H_2$, CO, $CO_2$ and $H_2O$ (steam) followed by water gas shift (WGS) and CO clean-up steps. The WGS reaction that shifts CO to $CO_2$ and simultaneously produces another mole of $H_2$ was carried out in a two-stage catalytic conversion process involving a high temperature shift (HTS) and a low temperature shift (LTS). In a typical operation, gas emerges from the reformer is taken through a high temperature shift catalyst to reduce the CO concentration to about 3~5%. The HTS reactor was designed and tested in this study to produce hydrogen-rich gas with CO to a range of 2~4%. The iron based catalysts (G-3C) was used for the HTS to convert the most of CO in the effluent from the partial oxidation (POX) to $H_2$ and $CO_2$ at a relatively high rate. Parametric screening studies were carried out for variations of the following variables: reaction temperature, steam flow rate, components ratio ($H_2/CO$), and reforming gas flow rate.
Pham, Hai The;Tran, Hien Thi;Vu, Linh Thuy;Dang, Hien The;Nguyen, Thuy Thu Thi;Dang, Thu Ha Thi;Nguyen, Mai Thanh Thi;Nguyen, Huy Quang;Kim, Byung Hong
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.29
no.7
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pp.1104-1116
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2019
In this study, we investigated the potential of using sediment bioelectrochemical systems (SBESs) for in situ treatment of the water and sediment in brackish aquaculture ponds polluted with uneaten feed. An SBES integrated into a laboratory-scale tank simulating a brackish aquaculture pond was established. This test tank and the control (not containing the SBES) were fed with shrimp feed in a scheme that mimics a situation where 50% of feed is uneaten. After the SBES was inoculated with microbial sources from actual shrimp pond sediments, electricity generation was well observed from the first experimental week, indicating successful enrichment of electrochemically active bacteria in the test tank sediment. The electricity generation became steady after 3 weeks of operation, with an average current density of $2.3mA/m^2$ anode surface and an average power density of $0.05mW/m^2$ anode surface. The SBES removed 20-30% more COD of the tank water, compared to the control. After 1 year, the SBES also reduced the amount of sediment in the tank by 40% and thus could remove approximately 40% more COD and approximately 52% more nitrogen from the sediment, compared to the control. Insignificant amounts of nitrite and nitrate were detected, suggesting complete removal of nitrogen by the system. PCR-DGGE-based analyses revealed the dominant presence of Methylophilus rhizosphaerae, Desulfatitalea tepidiphila and Thiothrix eikelboomii, which have not been found in bioelectrochemical systems before, in the bacterial community in the sediment of the SBES-containing tank. The results of this research demonstrate the potential application of SBESs in helping to reduce water pollution threats, fish and shrimp disease risks, and thus farmers' losses.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.36
no.11
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pp.758-763
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2014
Soil microbial fuel cells (SMFC) have gained a great attention as an eco-friendly technology that can simultaneously generate electricity and treat organic pollutants from the contaminated soil. We evaluated the effect of electrode spacing and size on the performance of SMFC treating soil contaminated with organic pollutants. Maximum power density decreased with increase in electrode distance or decrease in electrode size, likely due to higher internal resistance. The maximum voltage and power density decreased from 326 mV and $19.5mW/m^2$ with 4 cm of electrode distance to 222 mV and $5.9mW/m^2$ with 9 cm of electrode distance. In case of electrode size test, the maximum voltage and power density generated was 291 mV, $0.34mW/m^3$ when both of anode and cathode area were $64cm^2$ with 4 cm of electrode distance. The maximum voltage decreased by 19~29% when the anode area decreased to $16cm^2$ while only 3~12% of voltage decreased with cathode area decrease. The maximum power density decreased by 49~68% with decreasing anode size, and by 29~47% with decreasing cathode size. These results showed that the anode area had more significant effects than the cathode area on the power generation of SMFC which has a high internal resistance due to a coexistence of soil and wastewater in the reactor.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.30
no.9
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pp.961-972
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2008
In 2004, total emissions of Greenhouse Gases(GHGs) in Korea was estimated to be about 590 million metric tons, which is the world's 10th largest emissions. Considering the much amount of nation's GHG emissions and growing nation's position in the world, GHG emissions in Korea should be reduced in near future. The CO$_2$ emissions from two sub-sections of energy sector in Korea, such as thermal power plant and industry section(including manufacturing and construction industries), was about 300 million metric tons in 2004 and this is 53.3% of total GHG emissions in Korea. So, the mitigation of CO$_2$ emissions in these two section is more important and more effective to reduce the nation's total GHGs than any other fields. In addition, these two section have high potential to qualitatively and effectively apply the CCS(Carbon Capture and Storage) technologies due to the nature of their process. There are several CCS technologies applied to these two section. In short term, the chemical absorption technology using amine as a absorbent could be the most effectively used. In middle or long term, pre-combustion technology equipped with ATR(Autothermal reforming), or MSR-$H_2$(Methane steam reformer with hydrogen separation membrane reactor) unit and oxyfuel combustion such as SOFC+GT(Solid oxide fuel cell-Gas turbine) process would be the promising technologies to reduce the CO$_2$ emissions in two areas. It is expected that these advanced CCS technologies can reduce the CO$_2$ avoidance cost to $US 8.5-43.5/tCO$_2$. Using the CCS technologies, if the CO$_2$ emissions from two sub-sections of energy sector could be reduced to even 10% of total emissions, the amount of 30 million metric tons of CO$_2$ could be mitigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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