Cadmium is a class 1 carcinogen classified by the International Agency for Research on Cancer (IARC) and has a high potential for leaching into groundwater. Therefore, it is necessary to address cadmium contamination by employing adequate treatment methodologies. Although various methods have been suggested to reduce cadmium in groundwater, their applications often suffer from various limitation arising from heterogeneous field conditions and technical difficulties. In this work, several in-situ technologies to treat cadmium contaminated groundwater were reviewed and discussed by separately addressing physicochemical, chemical and biological methods. In particular, the optimum cadmium remediation strategies that involve physical removal of source area → physicochemical and chemical remediation → biological remediation were proposed by considering reduction efficiency, adsorption rate, economic feasibility and ease of field application in groundwater.
We prepared capsules containing Saccharomyces cerevisiae and Zoogloea ramigera cells for the removal of lead(II) and cadmium ions. Microbial cells were encapsulated and cultured in the growth medium. The S.cerevisiae cells grown in the capule did not leak through the capsule membrane. The dried cell density reached to 250 g/l on the basis of the inner volume of the 2.0 mm diameter capsule after 36 hour cultivation. The dry whole cell expolymer density of encapsulated Z.ramigera reached to 200 g/L. The capsule was crosslinked with triethylene tetramine and glutaric dialdehyde solutions. The cadmium uptake of encapsulated whole cell expolymer of Z.ramigera was 55mg Cd/g biosorbent. The adsorption line followed well Langmuir isotherm. The lead uptake of the encapsulated S. cerevisiae was about 30 mg Pb/g biomass. The optimum pH of the lead uptake using encapsulated S. cerevisiae was found to be 6. Freundlich model showed a little better fit to the adsorption data than Langmuir model 95 percent of the lead adsorbed on the encapsulated biosorbents was desorbed by the 1 M HCl solution. The capsule was reused 50 batches without loosing the metal uptake capacity. And the mechanical strength of the crosslinked capsule was retained after 50 trials.
Large-scale civil engineering works discharge a large amount of soil suspension contaminated with natural heavy metals. Most of the heavy metal ions due to industrial activities and minings are accumulated in the soils and the sediments of lakes and inner bays through the rivers. It is necessary to remove heavy metals from the soils and the sediments, because some of these heavy metals, such as arsenic and cadmium, have significant biological effects even in small amounts. This study proposes a new volume reduction method of the contaminated soils and sediments by superconducting magnetic separation. Our process can remove the specific minute minerals selectively, which adsorbs heavy metals depending on pH. As a fundamental study, the adsorption behaviors of arsenic and cadmium on minute minerals as a function of pH were investigated, and the adsorption mechanism was discussed based on the crystal structure and pH dependence of surface potential in each minute minerals.
A column preconcentration method with pulverized Amberlite XAD-4 loaded with bismuthiol I (BI) has been developed for the determination of trace Cd(II) and Cu(II) in various real samples by flame atomic absorption spectrophotometry. Various experimental conditions, such as the size of XAD-4, adsorption flow rate, amount of bismuthiol I, stirring time for adsorbing bismuthiol I on XAD-4, pH of sample solution, amount of XAD-4- BI, desorption solvent, and desorption flow rate, were optimized. Also, the adsorption capacity and the adsorption rate of Cd(II) and Cu(II) on XAD-4-BI were investigated. The interfering effects of various concomitant ions were investigated, Bi(III), Sn(II) and Fe(III) were found to affect the determination. But the interference by these ions was completely eliminated by adjusting the amount of XAD-4-BI resin to 0.70 g, although the adsorption flow rate was slower. For Cd(II) our proposed technique obtained a dynamic range of 0.5-40 ng mL-1, a correlation coefficient (R2) of 0.9913, and a detection limit of 0.3 ng mL-1. For Cu(II), the corresponding values were 2.0-120 ng mL-1, 0.9921 and 1.02 ng mL-1. To validate this proposed technique, the aqueous samples (stream water, reservoir water, tap water and wastewater), the diluted brass sample and the plastic sample, as real samples, were used. Recovery yields of 91-103% were obtained. These measured data were not different from ICP-MS data at 95% confidence level. Our proposed method was also validated using rice flour CRM (normal, fortified) samples. From the results of our experiment, we found that the technique we present here can be applied to the determination of Cd(II) and Cu(II) in various real samples.
제올라이트를 사용하여 폐수로부터 중금속 원소들을 제거하기 위하여 조건을 변화시키며 흡착 특성을 조사하였다. 시험한 원소는 독성이 강하여 중금속 오염과 관련이 많은 Cd, Cr, Cu, Pb의 네 가지 중금속 원소들을 선택하였다. 흡착에 영향을 주는 요소로서 제올라이트의 양, 흡착 시간 그리고 pH를 변화시키며 흡착에 의한 제거 효율을 측정하였다. 중금속 용액 50 mL에 대하여 투입된 제올라이트는 2 g 정도가 경제적인 분량이며, 흡착 시간은 30분 정도 반응시키면 최대 흡착을 얻을 수 있었다. Cr과 Cu는 전반적으로 높은 흡착율을 나타내며 낮은 pH 영역에서는 흡착효율이 보다 증가하였다. Cd와 Pb는 95% 내외의 약간 낮은 흡착율을 보이며, Cd는 pH가 낮으면 흡착율이 감소하는 특이한 경향을 보였다.
본 연구에서는 red mud를 흡착제로 이용하여 산성광산배수내 대표적인 유해 중금속인 Cd과 Pb의 흡착특성을 파악하고, 산처리와 소성처리 방식으로 활성화된 red mud에 의한 Cd와 Pb의 중금속 흡착능의 변화를 알아보고자 하였다. Red mud에 대한 Cd과 Pb의 흡착은 반응시간 30분 이내에 대부분 발생하였으며, 5시간 경과 후에는 평형상태에 도달하는 것으로 나타났다. pH가 증가할수록 red mud에 대한 Cd 및 Pb의 흡착은 증가하는 것으로 나타났다. Red mud를 증류수 혹은 산으로 중화 처리하거나 산처리 혹은 소성처리 등과 같은 활성화 처리할 경우 Cd와 Pb에 대한 red mud의 흡착능은 오히려 감소하는 것으로 나타났으므로 red mud를 이용한 Cd와 Pb의 흡착제거는 가공하지 않은 원 상태의 red mud를 이용하는 것이 효과적인 것으로 파악되었다. Red mud에 대한 Cd와 Pb의 흡착거동은 Langmuir 및 Freundlich 등온흡착모델에 모두 잘 적용되었으며, Red mud 흡착제에 대한 Langmuir 등온 흡착식의 $q_m$ 과 Freundlich 등온흡착식의 $K_F$ 상수값은 Cd에 대하여 각각 5.230mg/g와 1.118mg/g이었으며 Pb에 대해서는 각각 22.222mg/g와 7.241mg/g의 값을 나타내고 있었다.
Zoogloea ramigera produces an extracellular polysaccharide called zooglan, which adsorbs heavy metals. In the current study, Zoogloea ramigera was cultured in media containing various carbon sources. When different carbon sources were included in the cultivation medium, there was a change in the composition of zooglan that is mainly composed of glucose, galactose, and pyruvic acid. The various zooglan compositions were analyzed by HPLC, and changes in the heavy metal (lead (II) and cadmium) adsorption characteristics relative to a change in the composition were examined using an atomic absorption spectrophotometer. A high adsorption capacity was observed at a pH higher than 3.0. The adsorption of metal ions was the highest at $35^{\circ}C$, and a higher adsorption was obtained with a lower flow rate. Changes in the zooglan composition did result in changes in the heavy metal adsorption characteristics. Furthermore, it was also found that the pyruvic acid content was more important than the glucose or galactose content for heavy metal adsorption.
Min-Ho Park;So-Jeong Kim;Jung Hwan Kim;Jae-Woo Park
한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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제28권6호
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pp.16-23
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2023
Heavy metal (Zinc, Cadmium, Lead) adsorption onto surface modified activated carbon was performed in order to better understand the effect of sodium ion addition to activated carbon. Surface modification methods in this research included water washing, nitric acid washing, and sodium addition after nitric acid washing. These surface modifications generated oxygen functional groups with sodium ions on the surface of the activated carbon.. This caused the change of the specific surface area as well as in the ratio of the carboxyl groups. Heavy metal adsorption onto sodium-containing activated carbon was the most among the three modifications. After the adsorption of heavy metals, the carboxyl group ratio decreased and sodium ions on the surface of the activated carbon were almost non-existent after the adsorption of heavy metals onto sodium-containing activated carbon. The results from this research indicated that ion exchange with sodium ions in carboxyl groups effectively improved heavy metal adsorption rather than electrostatic adsorption and hydrogen ion exchange.
Heavy metal adsorptions of four streptomycetes were compared with each other, Among the test strains, Streptomyces viridochromogenes showed the most efficient metal binding activity, which was carried out by cell wall as well as freeze-dried mycelium. An order of adsorption potential (zinc > copper > lead > cadmium) was observed in single metal reactions, whereas this adsorption order was disturbed in mixed-metal reactions. The metal adsorption reactions were very fast, pH dependent and culture age-independen, suggestive of a physico-chemical reaction between cell wall components and heavy metal ions. The metal tolerant stains presented the weakest adsorbing activity, indicating that the metal biosorption was not the basis of the metal tolerance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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