Khanal, Anamika;Hur, Hor-Gil;Fredrickson, James K.;Lee, Ji-Hoon
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.31
no.11
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pp.1519-1525
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2021
Hexavalent chromium (Cr(VI)) is recognized to be carcinogenic and toxic and registered as a contaminant in many drinking water regulations. It occurs naturally and is also produced by industrial processes. The reduction of Cr(VI) to Cr(III) has been a central topic for chromium remediation since Cr(III) is less toxic and less mobile. In this study, fermentative Fe(III)-reducing bacterial strains (Cellu-2a, Cellu-5a, and Cellu-5b) were isolated from a groundwater sample and were phylogenetically related to species of Cellulomonas by 16S rRNA gene analysis. One selected strain, Cellu-2a showed its capacity of reduction of both soluble iron (ferric citrate) and solid iron (hydrous ferric oxide, HFO), as well as aqueous Cr(VI). The strain Cellu-2a was able to reduce 15 μM Cr(VI) directly with glucose or sucrose as a sole carbon source under the anaerobic condition and indirectly with one of the substrates and HFO in the same incubations. The heterogeneous reduction of Cr(VI) by the surface-associated reduced iron from HFO by Cellu-2a likely assisted the Cr(VI) reduction. Fermentative features such as large-scale cell growth may impose advantages on the application of bacterial Cr(VI) reduction over anaerobic respiratory reduction.
Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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1999.10a
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pp.81-84
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1999
The aqueous geochemical characteristics of Cr(III) and Cr(Ⅵ) in environmental systems are very different from one another: Cr(Ⅵ) is highly soluble, mobile and toxic relative to Cr(III) Reduction of Cr(Ⅵ) to Cr(III) are beneficial in aquatic systems because of the transformation of a highly mobile and toxic species to one having a low solubility in water, thus simultaneously decreasing chromium mobility and toxicity. Fe(II) species are excellent reductants for transforming Cr(Ⅵ) to Cr(III), and in addition, keeping Cr(III) concentrations below the drinking water standard of 52 ppb at pH values between 5 and 11. Investigations of the effects of NOM on Cr(Ⅵ) reduction are for examining the feasibility of using ferrous iron to reduce hexavalent chromium in subsurface environments. Experiments in the presence of soils, however, showed that the solid phase consumes some of the reducing capacity of Fe(II) and makes the overall reduction kinetics slower. The soil components bring about consumption of the ferrous iron reductant. Particular attention is devoted to the complexation of Fe(II) by NOM and the subsequent effect on Cr(Ⅵ) reduction. Cr(Ⅵ) reduction rate by Fe(II) was affected by the presence of NOM (humic acid), The effects of humic acid was different from the solution pH values and the concentration of humic acid. It was probably due to the reactions between humic acid and Cr(Ⅵ), humic acid and Fe(II), and between Cr(Ⅵ) and Fe(II), at each pH.
The purpose of this study was to evaluate a new sampling and analytical method for the determination of airborne hexavalent chromium, Cr(Ⅵ), in a field plating operation. The procedures of this new method (Shin & Paik's Method) are as the following: Airborne hexavalent chromium is collected on polyvinyl chloride (PVC) filter according to the National Institute iota Occupational Safety and Health (NIOSH) Method 7600, and the filler sample is placed in a screw-capped vial and soaked with 2% NaOH/3% Na₂CO₃ solution immediately after sampling. The Cr(Ⅵ) sample is analyzed by ion chromatography/visible spectrophotometry (IC/VS) according to the U.S. Environmental Protection Agency (EPA) Method 218.6. The airborne Cr(Ⅵ) concentrations measured by this method were compared with those determined by three reference methods: One (NIOSH/EPA Method) consisted of sampling airborne Cr(Ⅵ) on PVC filters and storing the sample filters in strew-capped vials according to the NIOSH method, and analyzing Cr(Ⅵ) in samples using IC/VS according to the EPA method. The second method (Impinger Method/NaHCO₃) consisted of absorbing airborne Cr(Ⅵ) into 0.02 M NaHCO₃ solution in midget impinger, and analyzing the Cr(Ⅵ) in samples using IC/VS. The third method was the OSHA Method ID-215. Using these four different methods, lour replicates of air samples were collected at an electroplating process and analyzed simultaneously. Two-way ANOVA and paired t-test were used to test difference among values determined by the methods. There was no significant difference and a strong correlation (r²:0.99) between Cr(Ⅵ) concentrations measured by the Shin & Paik's Method and an impinger method (p>0.05). However, Cr(Ⅵ) concentrations determined by Shin & Paik's Method were significant1y different from those by the NIOSH/EPA Method (p<0.05) or the OSHA method (p<0.05). The Cr(Ⅵ) concentrations of Shin & Paik's Method were significantly higher than those of the NIOSH/EPA Method or the OSHA method. This result indicated that the Shin & Paik's Method may prevent Cr(Ⅵ) losses caused by reduction and give more reliable results of airborne Cr(Ⅵ) concentrations in work environments.
In the environment, chromium often exists in a highly mobile and toxic form of Cr(VI). Therefore, the reduction of Cr(VI) to less toxic Cr(III) is considered an effective remediation strategy for Cr(VI)-contamination. In this study, the biological reduction of hexavalent chromium was examined at the concentrations of 0.01 mM, 0.1 mM, and 1 mM Cr(VI) by the dissimilatory metal-reducing bacterium, Shewanella sp. HN-41 in the presence of ferric-citrate. With the relatively condensed cell densities, the aqueous phase Cr(VI) was reduced at the proportions of 42%, 23%, and 31%, respectively for the 0.01 mM, 0.1 mM, and 1 mM Cr(VI) incubations, while Fe(III)-citrate was reduced at 95%, 88%, and 73%, respectively. Although the strain HN-41 was not considered to reduce Cr(VI) as the sole electron acceptor for anaerobic metabolism in the preliminary experiment, it has been presumed that outer-membrane c-type cytochromes such as MtrC and OmcA reduced Cr(VI) in the presence of ferric-citrate as the electron acceptor. Since this study indicated the potential of relatively high cell density for Cr(VI) reduction, it might propose a bioremediation strategy for Cr(VI) removal from contaminated waters using engineered systems such as bioreactors employing high cell growths.
In this study, flat-type photocatalytic reaction system is applied to reduce toxic hexavalent chromium (Cr(VI)) to trivalent chromium (Cr(III)) in aqueous solution under UV irradiation. To overcome the limitation of conventional photocatalysis, a novel approach toward photocatalytic system for reduction of hexavalent chromium including nanotubular $TiO_2$ (NTT) on two kinds of titanium substrates (foil and mesh) were established. In addition, modified Ti substrates were prepared by bending treatment to increase reaction efficiency of Cr(VI) in the flat-type photocatalytic reactor. For the fabrication of NTT on Ti substrates, Ti foil and mesh was anodized with mixed electrolytes ($NH_4F-H_2O-C_2H_6O_2$) and then annealed in ambient oxygen. The prepared NTT arrays were uniformly grown on two Ti substrates and surface property measurements were performed through SEM and XRD. Hydraulic retention time(HRT) and substrate type were significantly affected the Cr(VI) reduction. Hence, the photocatalytic Cr(VI) reduction was observed to be highest up to 95% at bended(modified) Ti mesh and lowest HRT. Especially, Ti mesh was more effective as NTT substrate in this research.
In order to study the effects of green juice of Angelica keiskei Koidz on the toxicity of several selected elements, experiments were conducted with mice for a period of six weeks. The results obtained from the experiment are summarized as follows ; 1) Mice fed with 50 ppm of cadmium showed no adverse effects on the growth rate and mortality , but cadmium accumulation into the internal organs. 2) mice fed with 500ppm of lead showed no reduced effect on the growth rate and mortality, but lead accumulation was increased in the internal organs. The administration of green juice slightly reduced lead accumulation in the internal organs. 3) Mice fed with 50 ppm of selenium also showed no serious adverse effect of the growth rate and mortality , but selenium accumulation occurred in the internal organs. The administration of green juice slightly reduced selenium accumulation in the internal organs, but the modes and degrees of reduction in selenium accumulation were not consistent with the internal organs, liver, kidney and pancreas. 4) Mice fed with 500 ppm of chromium showed, numerically , an adverse effect on the growth rate, but showed no statistically significant difference. The administration of green juice rather increased the accumulation of chromium instead of reduction of chromium accumulation in the internal organs.
Chemically activated carbons were prepared from maize cobs, using phosphoric acid of variable concentration. The textural parameters of the activated carbons were determined from the nitrogen adsorption isotherms measured at 77 K. The chemistry of the carbon surface was determined by measuring the surface pH, the pHPZC and the concentration of the carbon - oxygen groups of the acid type on the carbon surface. Kinetics of Cr(VI) sorption/reduction was investigated at 303 K. Two processes were investigated in terms of kinetics and equilibrium namely; Cr(VI) removal and chromium sorption were studied at various initial pH (1-7). Removal of Cr(VI) shows a maximum at pH 2.5. At pH<2.5, sorption decreases because of the proton competition with evolved Cr(III) for ion exchange sites. The decrease of sorption at pH>2.5 is due to proton insufficiency and to the decrease of the extent of Cr(VI) reduction. The chemistry of the surface of activated carbon is an important factor in determining its adsorption capacity from aqueous solutions particularly when the sorption process involves ion exchange.
Pistachio shell (Pistacia vera) (PS), a low-cost material, has been utilized for the removal of the Cr(VI) ions after treatment with citric acid. Batch experimental steps were applied to obtain Cr(VI) ion adsorption details for the equilibrium between Cr(VI) and modified pistachio shell (MPS). The influences of contact time, pH, adsorbent dose and initial chromium concentration on the adsorption performance of MPS was investigated in detail. The results displayed that adsorption of Cr(VI) by MPS reached to equilibrium after 2 h and after that a little change of Cr(VI) removal efficiency was observed. The sorption percent is higher at lower pH and lower chromium concentration. Two possible mechanisms for reduction of Cr(VI) to Cr(III) can be suggested in Cr(VI) removal. In the first mechanism, Cr(VI) is reduced to Cr(III) by surface electron-donor groups of the adsorbent and the reduced Cr(III) forms complexes with adsorbent or remains in the solution. This Cr(III) is not adsorbed by adsorbent at pH 1.8. But in second mechanism, the adsorption-coupled reduction of Cr(VI) to Cr(III) occurred on the adsorbent sites. The equilibrium sorption capacity of Cr(VI) ion after 2 h was 64.35 mg/g for MPS.
Hexavalent chromium may reduce on polyvinyl chloride (PVC) filter during sampling and storage of sample. Recently, new or modified filters for preventing Cr(VI) from the reduction has been introduced. Thus, this study was performed to compare the reduction behaviors of Cr(VI) on several sampling filters and to find the most appropriate filter for airborne Cr(VI) sampling in plating operation. The results were as follows. 1. There were statistically significant differences among PVC, polytetrafluoroethylene (PTFE). glass fiber (GF) and polyvinylidene fluoride (PVDF) filters in recovery rates of spiked Cr(VI) samples by storage time(p<0.05). There was no significant difference between PVC and PTFE filters(p>0.05). The PVC and PTFE filters showed higher recoveries than GF and PVDF filters(p<0.05). 2. The quartz fiber(QF) filter treated with an alkali solution(2% NaOH/3% Na$_2$CO$_3$, 1% NaOH) showed a significantly higher recovery of Cr(VI) by storage time than other filters(GF and QF filter)(p<0.05). There was no difference in recovery of Cr(VI) between alkali-treated and untreated GF it filters(p>0.05). But the QF filters treated with two alkali solution showed a significantly higher recovery than the untreated QF filter(p<0.05). There was no significant difference in recovery of Cr(VI) between QF filters treated with 1% NaOH and 2% NaOH/3% Na$_2$CO$_3$(p>0.05). In conclusion, treatment of QF fillers with alkali solution was most effective in protecting from the reduction of Cr(VI).
Kim, Joo-Young;Choi, Min-Zoo;Kim, Jung-Hoon;Choi, Sang-Il
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.15
no.1
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pp.57-65
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2010
Currently, the pursuit of industrialization for rapid economic growth has led to serious environmental damage and related problems because of comtamination with chemicals. Over time, this contaminaion is getting worse and worse. Most developing countries have tried to pursue their economic development and growth, however without preparation for the control and disposal of hazardous wastes. Permitting hazardous waste to be abandoned and disposed in appropriately causes soil pollution, groundwater contamination, and surface water contamination, which are all extremely serious. In particular, when hazardous wastes which include toxic chemicals are distributed around the living environment even in small amounts, concentration can occur in the food chain through ecological systems, which can therefore affect human. Chromium(VI) has contaminated soil in China. We experimented to test the immobilization, chemical reduction, and soil washing methods in order to make our experiment efficient in the purification of soil contaminated with Chromium(VI), and to prove the theoretical models by experiments testing the field applications. The field experiment showed that result of experiment satisfied with the standards of China. The result of multi-stage continuous remediation reduce the Chromium(VI) concentration to 11.95 mg/kg and 14.83 mg/kg that were equivalent to 98% and 97% removal rates. This result implied we could apply multi-stage process of Chromium(VI) contaminated soil to meet the regulatory limit of Chromium(VI).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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