Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.33
no.2
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pp.85-92
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2011
Evaluation of the removal efficiencies of Fe(II) by reactive sand media coated with manganese (MCS), iron (ICS) and both of iron and manganese (IMCS) was investigated as functions of solution pH ranging from 2 to 9, reaction time and concentration of Fe(II) in a batch reactor using each reactive medium and additional oxidants such as $KMnO_4$ and NaOCl. When only Fe(II) was present in solution without any reactive medium, removal of Fe(II) was quite low below pH 5 due to a slow oxidation of Fe(II) and/or negligible precipitation but greatly increased above pH 5 due to a rapid oxidation of Fe(II) and subsequent precipitation of oxidized Fe species. ICS showed negligible efficiency on the removal of Fe(II) through adsorption. However, an efficient removal of Fe(II) was observed at low solution pH in the presence of IMCS or MCS through rapid oxidation and subsequent precipitation. Removal efficiency of Fe(II) by IMCS in the presence or absence of NaOCl was quite similar. Removal rate of Fe(II) by IMCS and additional oxidants gradually increased as the solution pH increased. From the kinetic experiments, removal pattern of Fe(II) was better described by pseudo-second-order equation than pseudo-first-order equation. A rapid removal of Fe(II) using IMCS in the presence of $KMnO_4$ was observed in the first 10 min. The initial removal rate of Fe(II) using $KMnO_4$ was 14,286 mg/kg hr. In case of using NaOCl, the removal of Fe(II) occurred rapidly in the first 6 hrs and then reached the near-equilibrium state. Removal of Fe(II) on IMCS was well expressed by Langmuir isotherm and the maximum removal capacity of Fe(II) was calculated as 1,088 mg/kg.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.37
no.2
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pp.73-80
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2015
An investigation on the removals of tetracycline (TTC), which is a family of antibiotics widely founded in the environment, from the aqueous solution by birnessite(${\delta}-MnO_2$)-mediated oxidative transformation was described. This study also examined the potential effect of the naturally occurring substances, humic acid (HA) on the oxidative transformation. The experiment was carried out in various conditions (reaction time, Mn oxide loadings, pH) and in the presence of HA as a batch test. The removals of TTC followed pseudo-first order reactions, and rate constants (k, $hr^{-1}$) for the removals of TTC were constantly increased with decreasing pH from 0.98 (pH 9) to 2.97 (pH 3). The rate constants also increased about 1.3 times when the birnessite loading increased from 1 to 2 g/L. Presence of HA (5 mg-C/L, at $pH{\geq}6$) caused some enhancement in the removals of TTC as compared to the control, and also showed the removal efficiencies of TTC in the birnessite mediated systems (TTC=0.25 mM, ${\delta}-MnO_2=2.0g/L$, pH 6) increased with increasing HA concentrations (1~10 mg-C/L). The results obtained from the oxidative transformation of TTC and the effect of HA were discussed in terms of reaction characteristics and mechanism.
Kim, Hong-Seok;Hwang, Kyung-Yup;Ahn, Jun-Young;Yi, Jou-Young;Hwang, In-Seong
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.16
no.1
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pp.82-90
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2011
Reactive reductants of cement/Fe(II) systems in dechlorinating chlorinated hydrocarbons have not been identified. The previous studies showed that a hematite/CaO/Fe(II) system had TCE degradation characteristics similar to those of cement/Fe(II) systems with regard to degradation kinetics and that lime (CaO) plays an important role in enhancing the reactivity for TCE dechlorination. The current study shows identified the formation of gypsum ($CaSO_4$) in the hematite/CaO/$FeSO_4$ system through the XRD analysis. The amounts of the gypsum increased with increment of the initial CaO dose. However, when CaO in the hematite/CaO/$FeSO_4$ system was replaced with gypsum, TCE degradation was not observed. Ca-removed Portland cement extracts (CPCX) in combination with $FeSO_4(CPCX/FeSO_4)$ showed no TCE degradation. On the other hands, the Portland cement extracts (PCX) in the presence of $FeSO_4(PCX/FeSO_4)$ and CPCX/CaO/$FeSO_4$ systems degraded 0.2 mM TCE within 5 days, indicating that CaO also played an important role dechlorination reactions in the systems. The pseudo-first-order rate constants (k) of the CPCX/CaO/$FeSO_4$ systems were 0.20, 0.24, and 0.72 $day^{-1}$, when the CaO dosages were 25, 50 and 75 g/L, respectively. The XRD analyses showed identified the common peaks having the d-values of 3.02, 2.27, and 1.87 in the reaction systems that showed TCE degradation. However, it was not possible to clearly identify the crystalline minerals having the three peaks from the references in JCPDS cards. This study reveals that the reactive agents in the cement/Fe(II) and the hematite/Fe(II) systems are likely to be those containing CaO and Fe(II).
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.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.31
no.2
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pp.96-101
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2009
In this study, the effects of three different biological activated carbon (BAC) materials (each coal, coconut and wood based activated carbons), empty bed contact time (EBCT) and water temperature on the removal of sulfonamide 5 species in BAC filters were investigated. Experiments were conducted at three water temperatures (5, 15 and $25^{\circ}C$) and four EBCTs (5, 10, 15 and 20 min). The results indicated that coal based BAC retained more attached bacterial biomass on the surface of the activated carbon than the other BACs, increasing EBCT or increasing water temperature increased the sulfonamide 5 species removal in BAC columns. In the coal-based BAC columns, sulfachloropyridazine (SCP), sulfamethazine (SMT) and sulfathiazole (STZ) removal efficiencies were 30~80% and sulfadimethoxine (SDM), sulfamethoxazole (SMX) removal efficiencies were 18~70% for 5~20 min EBCT at $25^{\circ}C$. The kinetic analysis suggested a first-order reaction model for sulfonamide 5 species removal at various water temperatures (5~$25^{\circ}C$). The pseudo-first-order reaction rate constants and half-lives were also calculated for sulfonamide 5 species removal at 5~$25^{\circ}C$. The reaction rate and half-lives of sulfonamide 5 species ranging from 0.0094~0.0718 $min^{-1}$ and 9.7 to 73.7 min various water temperaturs and EBCTs in this study could be used to assist water utilities in designing and operating BAC filters for sulfonamide antibiotic compounds removal.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.27
no.9
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pp.1006-1015
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2005
We investigated the effect of hydroxyl radicals on the photolysis of triclosan (TCS), which is a potent broad-spectrum antimicrobial agent. TCS degradation during the initial reaction time of 5 min followed a pseudo-first order kinetic model ai all light intensities at a wavelength of 365 nm and at the low light intensities at a wavelength of 254 nm. The photodegradation rate significantly increased with decreasing wavelength and increasing the UV intensities. The activity of hydroxyl radicals was suppressed when methanol was used as the solvent instead of water. An increase in the photon effect was observed when the UV intensity was higher than $5.77{\times}10^{-5}$ einstein $L^{-1}min^{-1}$ at 254 nm, and lower than $1.56{\times}10^{-4}$ einstein $L^{-1}min^{-1}$ at 365 nm. The quantum yield efficiency for the photolysis of TCS was higher at 365 nm than at 254 nm among the above mentioned UV intensities. Dibenzodichloro-p-dioxin (DCDD) and dibenzo-p-dioxin were detected as intermediates at both UV intensities of $1.37{\times}10^{-4}$ and $1.56{\times}10^{-4}$ einstein $L^{-1}min^{-1}$ at 365 nm. Dichlorophenol and phenol were also detected in all cases. Based on our findings, we presented a possible mechanism of TCS photolysis.
During ozonation process, the hydroxyl radical generation rates were measured under different experimental conditions (ozone feed rate, nitrobenzene concentration, hydroxyl radical scavenger, pH, HO$_2$O$_2$/O$_3$ etc.) Nitrobenzene could be decomposed by hydroxyl radical rather than ozone only and nitrobenzene decomposition rate was expressed with functions of ozone and nitrobenzene concentration. The rate was decreased as the hydroxyl radical scavenger concentration was increased, and all results were followed pseudo first-order reaction. Using a competitive method, hydroxyl radical generation rate was measured with probe compound and scavenger. It was proportional to ozone concentration, and 0.24mo1 of hydroxyl radical was produced with 1mol of ozone. Under different pH conditions, hydroxyl radical generation rates were measured (pH 10.2 (0.91Ms$^{-1}$ ) > pH 7.3 (0.72Ms$^{-1}$ ) > pH 5.6 (0.67Ms$^{-1}$ ) > pH 3.4 (0.63Ms$^{-1}$ )) showing higher generation rate at high pH values. Addition of hydrogen peroxide promoted the generation rate of hydroxyl radical. Considering the results of pH experiments and addition of hydrogen peroxide experiments, the hydroxyl radical generation rate was 1.6 times higher in hydrogen peroxide solution than in high pH solution, indicating addition of hydrogen peroxide is better promoter to produce the hydroxyl radical in ozonation. These results could be applied to AOPs to remediate the contaminated wastewater and groundwater.
Endosulfan-${\alpha}$ endosulfan-${\beta}$ and endosulfan-sulfate, which are classified as pesticides, were degraded by use of UV energy and ultrasonic irradiation. The degradation residuals were analysed by gas chromatography with an electron capture detector and TOC (total oragnic carbon) analysis. The reactions were conducted in a quartz annular reactor equipped with a low pressure mercury multilamp (8Wx2) and a sonic generator. All the aqueous solutions were concentrated as 10 mg/L initially. Endosulfans were degraded each to result in 48.2% (${\alpha}$), 50.0% (${\beta}$) and 76.5% (sulfate) of removal efficiency by UV energy, and 66.9% (${\alpha}$), 55.8% (${\beta}$) and 72.7% (sulfate) by ultrasonic irradiation, respectively. In contrast to the results of the single-component solutions, degradation of the endosulfan-sulfate was greatly suppressed to result in the lowest degradation rate and removal efficiency in the three-component solutions. This finding suggests that there should be a reversible reaction with a substantially low equilibrium constant between endosulfan-${\alpha}$ or -${\beta}$ and -sulfate in the coexistence of the three endosulfans. TOC data showed the endosulfans were decomposed by 20%~40% toward complete mineralization, producing a quantity of intermediates induced by the radical reactions. We found that all the decay reactions considered in this study nicely fell into pseudo first-order rate.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.35
no.9
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pp.654-659
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2013
This study was conducted to identify an optimal ratio of carbon to nitrogen (C/N ratio) for denitrification of nitrate using molasses as an external carbon source. A series of batch and column tests was conducted using an indigenous bacterium Pseudomonas sp. KY1 isolated from a nitrate-contaminated soil. For the initial nitrate-nitrogen concentration of 100 mg-N/L, batch test results indicated that C/N ratio of 3/1 was the optimal ratio with a relatively high pseudo-first-order reaction constant of $0.0263hr^{-1}$. At C/N ratio of 3/1, more than 80% of nitrate-nitrogen concentration of 100 mg-N/L was removed in 100 hrs. Results of column tests with a flow velocity of 0.3 mL/min also indicated that the C/N ratio of 3/1 was optimal for denitrification with minimizing remaining molasses concentrations. After 172 hrs of column operation (35 pore volumes) with an influent nitrate-nitrogen concentration of 100 mg-N/L, the effluent met the drinking water standard (i.e., 10 mg $NO_3$-N/L).
Reductive dechlorination of chlorophenols by nickel coated iron was investigated to understand the feasibility of using Ni/Fe for the in situ remediation of contaminated groundwater. Zero valent iron (ZVI) was amended with Ni(II) ions to form bimetal (Ni/Fe). Dechlorination of 4-chlorophenol and formation of intermediates was studied using Ni/Fe. Effects of initial contaminant concentration, bimetal loading, presence of humic acid, and solution chemistry were also evaluated. Experimental results showed that Ni/Fe bimetal was so effective that more than 95% of 4-CP degradation was achieved within 240 minutes. Pseudo first-order rate constant for the dechlorination reaction was well correlated with bimetal loading. Humic acid competed for the reactive sites on the nickel coated iron with chlorophenols, lowering the dechlorination efficiency. No significant changes in solution pH were observed in the dechlorination of chlorophenols with Ni/Fe in the absence of buffer, indicating that reactivity of bimetal (Ni/Fe) could be prolonged. Phenol was found as a dechlorination intermediate of the conversion of 4-chlorophenol compound by Ni/Fe.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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