Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.22
no.12
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pp.2149-2161
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2000
Nonliving Absidia coerulea and Thraustochitrium sp. were used as biosorbents to remove lead and cobalt that are one of representative pollutant in wastewater and radioactive liquid waste. The optimum pH range for maximum lead and cobalt removal was increased 6.5~11.4 and 8.6~12.0 for Absidia coerulea and 4.2~10.5 and 8.9~11.6 for Thraustochitrium sp. to compared to biosorbent-free control, pH of 8.4~11.2 and 10.5~11.5, respectively. With 1 g biosorbent/L at initial solution pH 5.0. Absidia coerulea and Thraustochitrium sp. took up lead from aqueous solutions to the extent of 104 and 125 mg/g biomass, respectively, whereas Absidia coerulea and Thraustochitrium sp. at initial pH 6.0 took up only 2 and 20 mg/g biomass of cobalt, respectively. For initial 500 mg Pb/L at initial pH 5.0. optimum amount of biosorbent for maximum lead uptake was 0.2 g/L for Absidia coerulea and Thraustochitrium sp., whereas optimum 3.0 g biosorbent/L was needed for initial 200 mg Co/L at initial pH 6.0. Absidia coerulea and Thraustochitrium sp. had higher adsorption capacity for lead than that of cobalt.
Electrochemical properties of Georgia kaolinite in aqueous suspension were studied by ion adsorption, potentiometric titration, and electrophoretic mobility measurements. Kaolinite in 0.001 M and 0.1 M NaCl solution showed qualitatively both pH independent and pH depender negative and positive charges through pH range 2.5-11.0 when dissolved aluminum ions from kaolinite were considered as well as $Na^+$ and $Cl^-$ as index ions. Electrophoretic mobilities (EM) of 0.02 wt. % kaolinite suspension in distilled water and 0.001 M NaCl solution were approximately constant against mobility measuring time consumed in the electrophoresis cell at different pH values, and isoelectric points(IEP) were around pH 4.7. EM values in 0.1 M NaCl solution were positive and constant against mobility measuring time below pH 4; but above pH 4, EM values were negative for the first 10 seconds followed by positive values which became approximately constant through stepped changes after 10 minutes. Hydrated cations may bind to the six- member oxygen ring sites having multiple partial negative charges on the exterior tetrahedral layer surface by both electrostatic and hydrogen bonding force while hydrated anions bind to the partially positively charged hydrogen atoms on the exterior octahedral layer surface. Parts of the aluminol groups on the exterior octahedral layer surface as well as edge faces may be involved in complex reactions and have both anion and cation exchange capacities in the electrolyte solution above pH 4.
An acidic, real metal-plating wastewater was treated by a fluidized bed membrane reactor introduced with granular activated carbon (GAC) as fluidized media. With GAC fluidization, there was no increase in suction pressure with time at each flux set-point applied. At neutral solution pH, much less fouling rate was observed than acidic pH under GAC fluidization. Higher solution pH resulted in the increase in particle size in metal-finishing wastewater, thus producing a less dense cake structure on membrane. More than 95% of chemical oxygen demand was observed from the fluidized bed membrane reactor under GAC fluidization. Total suspended solid concentration in membrane permeate was near zero. At the raw wastewater pH, no removal of copper and chromium by the fluidized bed membrane reactor was observed. As the pH was increased to 7.0, removal efficiency of copper and chromium was increased considerably to 99 and 94%, respectively. Regardless of solution pH tested, more than 95% of cyanide was removed possibly due to the strong adsorption of organic-cyanide complex on GAC in fluidized bed membrane reactor.
The formation of aldehydes as by-product was investigated in the treatment of humic acid by Ozone/GAC hybrid process. Ozone/GAC hybrid process was operated under varying initial pH (pH 3~pH 11) and temperature ($0^{\circ}C$, $20^{\circ}C$, $40^{\circ}C$) at an ozone dose of 0.08 g $O_3/g$ DOC and GAC amount of 16.5 v/v%. The results were compared with those of GAC adsorption and ozone alone process. The formed aldehydes were derivatized by PFBOA method and quantified by GC/PDECD. Formaldehyde and glyoxal were identified as the substantial aldehydes in the treatment of humic acid by ozone/GAC hybrid process. Quantities of formaldehyde and glyoxal formed in ozone/GAC hybrid process were less than one in ozone alone process. In ozone/GAC hybrid process, formaldehyde was produced with a considerable concentration of 400 ppb at pH 11 and pH 7 at the beginning of the treatment, and then the concentration was decreased with time. And, the concentrations of formaldehyde and glyoxal were increased with an increase of temperature. They were respectively 520 ppb and 120 ppb at the beginning of the treatment at $40^{\circ}C$.
Various genetically engineered microorganisms have been developed for the removal of heavy metal contaminants. Metal biosorption by whole-cell biosorbents can be enhanced by overproduction of metal-binding proteins/peptides in the cytoplasm or on the cell surface. However, few studies have compared the biosorption capacity of whole cells expressing intracellular or surface-displayed metal-adsorbing proteins. In this study, several constructs were prepared for expressing intracellular and surface-displayed Ochrobactrum tritici 5bvl1 ChrB in Escherichia coli BL21(DE3) cells. E. coli cells expressing surface-displayed ChrB removed more Cr(VI) from aqueous solutions than cells with cytoplasmic ChrB under the same conditions. However, intracellular ChrB was less susceptible to variation in extracellular conditions (pH and ionic strength), and more effectively removed Cr(VI) from industrial wastewater than the surface-displayed ChrB at low pH (<3). An adsorption-desorption experiment demonstrated that compared with intracellular accumulation, cell-surface adsorption is reversible, which allows easy desorption of the adsorbed metal ions and regeneration of the bioadsorbent. In addition, an intrinsic ChrB protein fluorescence assay suggested that pH and salinity may influence the Cr(VI) adsorption capacity of ChrB-expressing E. coli cells by modulating the ChrB protein conformation. Although the characteristics of ChrB may not be universal for all metal-binding proteins, our study provides new insights into different engineering strategies for whole-cell biosorbents for removing heavy metals from industrial effluents.
In this study, catalytic activation using sulfuric acid lignin (SAL), the condensed solid by-product from saccharification process, with potassium hydroxide at $750^{\circ}C$ for 1 h in order to investigate its potential to nanoporous carbon In this study, catalytic activation using sulfuric acid lignin (SAL), the condensed solid by-product from saccharification process, with potassium hydroxide at $750^{\circ}C$ for 1 h in order to investigate its potential to nanoporous carbon material. Comparison study was also conducted by production of activated carbon from coconut shell (CCNS), Pinus, and Avicel, and each activated carbon was characterized by chemical composition, Raman spectroscopy, SEM analysis, and BET analysis. The amount of solid residue after thermogravimetric analysis of biomass samples at the final temperature of $750^{\circ}C$ was SAL > CCNS > Pinus > Avicel, which was the same as the order of activated carbon yields after catalytic activation. Specifically, SAL-derived activated carbon showed the highest value of carbon content (91.0%) and $I_d/I_g$ peak ratio (4.2), indicating that amorphous large aromatic structure layer was formed with high carbon fixation. In addition, the largest changes was observed in SAL with the maximum BET specific surface area and pore volume of $2341m^2/g$ and $1.270cm^3/g$, respectively. Furthermore, the adsorption test for three kinds of organic pollutants (phenol, 2,4-Dichlorophenoxyacetic acid, and carbofuran) were conducted, and an excellent adsorption capacity more than 90 mg/g for all activated carbon was determined using 100 ppm of the standard solution. Therefore, SAL, a condensed structure, can be used not only as a nanoporous carbon material with high specific surface area but also as a biosorbent applied to a carbon filter for remediation of organic pollutants in future.
Park, Chang-Jin;Kim, Dong-Kuk;Ok, Yong-Sik;Ryu, Kyung-Ryul;Lee, Ju-Young;Zhang, Yong-Seon;Yang, Jae-E
Applied Biological Chemistry
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v.47
no.3
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pp.344-350
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2004
This study was conducted to develop and assess the applicability of mixed-bed ion exchange resin capsules for water quality monitoring in small agricultural watershed. Recoveries of resin capsules for inorganic N and P ranged from 96 to 102%. The net activation energies and pseudo-thermodynamic parameters, such as ${\Delta}G^{o\ddag},\;{\Delta}H^{o\ddag},\;and\;{\Delta}S^{o\ddag}$ for ion adsorption by resin capsules, exhibited relatively low values, indicating the process might be governed by chemical reactions such as diffusion. However, those values increased with temperature coinciding with the theory. The reaction reached pseudo-equilibrium within 24 hours for $NH_4-N\;and\;NO_3-N$, and only 8 hours for $PO_4-P$, respectively. The selectivity of resin capsules were in the order of $NO_3\;^-\;>\;NH_4\;^+\;>\;PO_4\;^{3-}$, coinciding with that of encapsulated Amberlite IRN-150 resin. At the initial state of equilibrium, the resin adsorption quantity was linearly proportional to the mass of ions in the streams, but the rate of movement leveled off, following Langmuir-type sorption isotherm. The overall results demonstrated that the resin capsule system was suitable for water quality monitoring in small agricultural watershed, judging from the reaction mechanism(s) of the resin capsule and the significance of model in field calibration.
Choi, Changsik;Han, Gi Bo;Jang, Jung Hee;Park, Jaehyeon;Bae, Dal Hee;Shun, Dowon
Applied Chemistry for Engineering
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v.22
no.5
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pp.532-539
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2011
The physical and chemical properties of the dried low rank coals (LRCs) before and after the surface treatment using ozone and ammonia were characterized in this study. The contents of moisture, volatiles, fixed carbon and ash consisting of dried LRCs before the surface treatment were about 2.0, 44.8, 44.9 and 8.9%, respectively. Also, it was composed of carbon of 62.66%, hydrogen of 4.33%, nitrogen of 0.94%, oxygen of 27.01% and sulfur of 0.09%. The dried LRCs was surface-treated with the various dry methods using gases such as ozone at room temperature, ammonia at $200^{\circ}C$ and then the dried LRCs before and after the surface treatment were characterized by the various analysis methods such as FT-IR, TGA, proximate and elemental analysis, caloric value, ignition test, adsorption of $H_2O$ and $NH_3-TPD$. As a result, the oxygen content increased and the calorific value, ignition temperature and the contents of carbon and hydrogen relatively decreased because the oxygen-contained functional groups were additionally generated by the surface oxidation with ozone which plays a role as an oxidant. Also, its $H_2O$ adsorption ability got higher because the hydrophilic oxygen-contained functional groups were additionally generated by the surface oxidation with ozone. On the other hand, it was confirmed that the dried LRCs after the surface treatment with $NH_3$ at $200^{\circ}C$ have the decreased oxygen content, but the increased calorific value, ignition temperature and contents of carbon and hydrogen because of the decomposition of oxygen-contained functional groups the on the surface. In addition, the $H_2O$ adsorption ability was lowered bucause the surface of the dried LRCs might be hydrophobicized by the loss of the hydrophilic oxygen-contained functional groups. It was concluded that the various physico-chemical properties of the dried LRCs can be changed by the surface treatment.
An alternative method to the empirical approach such as Langmuir and Freundlich model, surface complexation model using thermodynamic database is used to simulate adsorption behavior of cadmium for oxide minerals. Sorption of cadmium onto amorphous silica ($SiO_2$) and synthetic goethite (${\alpha}$-FeOOH) at various conditions of pH, initial cadmium loading, oxide concentration, and ionic strength, were investigated. For both oxide minerals, increasing cadmium concentration resulted in right shifting of the sorption curve of cadmium as the function of pH. The $pH_{50}$, where 50% of cadmium sorbed, of goethite (pH 5.25) was much smaller than that of the silica (pH 7.83). The sorption of cadmium onto both minerals were not affected by the background ion strength from $10^{-1}$ to $10^{-2}$ M of $KNO_3$. It indicated that the binding affinity of goethite surface for cadmium is much stronger than that of silica. The strong affinity of oxide mineral for cadmium can be explained by the existence of coordination or covalent bond between cadmium and surface of it.
To evaluate wood charcoal as raw material for mineral water production, dissolution of inorganic ions from charcoal to water, pH and adsorption ability of chlorine in water were investigated as main variables. More potassium ion was dissolved in water as higher temperature manufactured charcoal but other ions showed no difference with different charcoal making temperatures. Highest dissolved cation was potassium followed by calcium and sodium. Among wood species, charcoal from Quercus variabilis and Platanus occidentalis showed significantly higher potassium content in water than that of larch, red pine and white pine. Other cations had similar pattern to the potassium but their difference was not apparent as much as potassium. pH value of water treated with charcoal was higher for wood charcoals from Platanus occidentalis (pH 8.5) and Quercus variabilis (pH 8.4) which contained higher inorganic cations. In chlorine removal in water by charcoal, all wood charcoals showed greater chlorine removal than that of the control, but softwood charcoals resulted in higher removal than those of hardwoods. There was no significant difference in the dissolution of cations and pHs between particle charcoal and whole charcoal. With easy of control, whole charcoal is better for mineral water making raw material than particle charcoal does.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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