Development of hematite-coated sand was evaluated for the application of the PRB (permeable reactive barrier) in the arsenic-contaminated subsurface of the metal mining areas. The removal efficiency of As(III) and As(V), the effect of anion competition and the capability of arsenic removal in the flow system were investigated through the experiments of adsorption isotherm, arsenic removal kinetics against anion competition and column removal. Hematite-coated sand followed a linear adsorption isotherm with high adsorption capacity at low level concentrations of arsenic (< 1.0 mg/l). When As(III) and As(V) underwent adsorption reactions in the presence of anions (sulfate, nitrate and bicarbonate), sulfate caused strong inhibition of arsenic removal, and bicarbonate and nitrate caused weak inhibition due to specific and nonspecific adsorption onto hematite, respectively. In the column experiments, high content of hematite-coated sand enhance the arsenic removal, but the amount of the arsenic removal decreased due to the higher affinity of As(V) than As(III) and reduced adsorption kinetics in the flow system, Therefore, the amount of hematite-coated sand, the adsorption affinity of arsenic species and removal kinetics determined the removal efficiency of arsenic in the flow system. arsenic, hematite-coated sand, permeable reactive barrier, anion competition, adsorption.
The present study investigates treatment methods for removal of arsenic from wastewater. The granular activated carbon (GAC) with the coating of iron chloride ($FeCl_3$) was used for the treatment of a low concentration of arsenic from wastewater. Batch experiments were performed to investigate the synthesis of Fe-GAC (Iron coated granular activated carbon), effects of pH, adsorption kinetics and the Langmuir model. The synthesized Fe-GAC with 0.1 M $FeCl_3$ shows best removal efficiency. Adsorption studies were carried out in the optimum pH range of 4-6 for arsenic removal. The Fe-GAC showed promising results by removing 99.4% of arsenic. In the adsorption isotherm studies, the observed data fitted well with the Langmuir models. In continuous column study showed that As(V) could be removed to below 0.25 mg/L within 1,020 pore volume. Our results suggest that the surface modified granular activated carbon treated with $FeCl_3$ for effective removal of arsenic from wastewater.
Iron oxide (ferrihydrite, hematite, and magnetite) coated silica gels were prepared using a low-cost, easily-scalable and straightforward method as the adsorbent material for arsenic removal application. Adsorption of the anionic form of arsenic oxyacids, arsenite ($AsO^{2-}$) and arsenate ($AsO{_4}^{3-}$), onto hematite coated silica gel was fitted against non-linear 3-parameter-model Sips isotherm and 2-parameter-model Langmuir and Freundlich isotherm. Adsorption kinetics of arsenic could be well described by pseudo-second-order kinetic model and value of adsorption energy derived from non-linear Dubinin-Radushkevich isotherm suggests chemical adsorption. Although arsenic adsorption process was not affected by the presence of sulfate, chloride, and nitrate anions, as expected, bicarbonate and silicate gave moderate negative effects while the presence of phosphate anions significantly inhibited adsorption process of both arsenite and arsenate. When the actual efficiency to remove arsenic was tested against 1 L of artificial arsenic-contaminated groundwater (0.6 mg/L) in the presence competing anions, the reasonable amount (20 g) of hematite coated silica gel could reduce arsenic concentration to below the WHO permissible safety limit of drinking water of $10{\mu}g/L$ without adjusting pH and temperature, which would be highly advantageous for practical field application.
Shafiquzzam, Md.;Hasan, Md. Mahmudul;Nakajima, Jun
Environmental Engineering Research
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제18권3호
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pp.163-168
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2013
In this study, an innovative media, iron mixed ceramic pellet (IMCP) has been developed for arsenic (As) removal from groundwater. A porous, solid-phase IMCP (2-3 mm) was manufactured by combining clay soil, rice bran, and Fe(0) powder at $600^{\circ}C$. Both the As(III) and As(V) adsorption characteristics of IMCP were studied in several batch experiments. Structural analysis of the IMCP was conducted using X-ray absorption fine structure (XAFS) analysis to understand the mechanism of As removal. The adsorption of As was found to be dependent on pH, and exhibited strong adsorption of both As(III) and As(V) at pH 5-7. The adsorption process was described to follow a pseudo-second-order reaction, and the adsorption rate of As(V) was greater than that of As(III). The adsorption data were fit well with both Freundlich and Langmuir isotherm models. The maximum adsorption capacities of As(III) and As(V) from the Langmuir isotherm were found to be 4.0 and 4.5 mg/g, respectively. Phosphorus in the water had an adverse effect on both As(III) and As(V) adsorption. Scanning electron microscopy results revealed that iron(III) oxides/hydroxides are aggregated on the surface of IMCP. XAFS analysis showed a partial oxidation of As(III) and adsorption of As(V) onto the iron oxide in the IMCP.
Magnetic multi-granule nanoclusters (MGNCs) were investigated as an inexpensive means to effectively remove arsenic from aqueous environment, particularly groundwater sources consumed by humans. Various size MGNCs were examined to determine both their capacity and efficiency for arsenic adsorption for different initial arsenic concentrations. The MGNCs showed highly efficient arsenic adsorption characteristics, thereby meeting the allowable safety limit of $10{\mu}g/L$ (ppb), prescribed by the World Health Organization (WHO), and confirming that 0.4 g and 0.6 g of MGNCs were sufficient to remove 0.5 mg/L and 1.0 mg/L of arsenate ($AsO_4{^{3-}}$) from water, respectively. Adsorption isotherm models for the MGNCs were used to estimate the adsorption parameters. They showed similar parameters for both the Langmuir and Sips models, confirming that the adsorption process in this work was active at a region of low arsenic concentration. The actual efficiency of arsenate removal was then tested against 1 L of artificial arsenic-contaminated groundwater with an arsenic concentration of 0.6 mg/L in the presence of competing ions. In this case, only 1.0 g of 100 nm MGNCs was sufficient to reduce the arsenic concentrations to below the WHO permissible safety limit for drinking water, without adjusting the pH or temperature, which is highly advantageous for practical field applications.
The objective of this study was to evaluate the removal efficiency of arsenite and arsenate using composite adsorbents with various mixing ratio of recycled aluminum oxides and $TiO_2$. From batch adsorption experiments, while the removal of As(III) was almost same with 4 different composite samples in the entire pH range, the removal of As(V) was substantially increased as the weight ratio of $TiO_2$ in composite samples reduced and showed anionic adsorption characteristics. Both adsorption of As (III) and As(V) on composite samples followed pseudo-second-order adsorption equation and C-3 showed faster reaction rate for the removal of arsenic. From the adsorption isotherm experiments, Langmuir isotherm explained well and the maximum adsorption capacities of arsenic were obtained with C-1.
Tile development of a porous iron-oxide coated sand filter system can be modelled with the analytical solution of tile transport equation in order to obtain the operating parameters and investigate the mechanism of arsenic removal. The adsorbed amount from the model simulation showed the limitation of adsorption removal during arsenic transport. A loss reaction term in the transport equation plays a role in the mass loss in column conditions, and then resulted into the better model fitting, particularly, for arsenate. Further, the competitive oxyanions delayed the breakthrough near MCL (10 $\mu$g/L) due to the competitive adsorption. This is the reason why arsenate can be strongly attracted in tile interface of an iron-oxide coated sand, and competing oxyanions can occupy the adsorption sites. Therefore, arsenic retention was regulated by non-equilibrium of arsenic adsorption in a porous iron-oxide coated sand media. The transport-limited process seemed to be affect the arsenic adsorption by coated sand.
The overall objective of the adsorption study of arsenic was to elucidate the ability of iron coated sand(ICS), synthesized in the laboratory, to remove arsenic from polluted waters. Batch tests were conducted to provide a relation between arsenic removal and iron content of ICSs. The ICS, developed in the laboratory by coating iron onto the surface of ordinary sand by a simple and easy process has proved as an effective medium for use in removal of arsenic from waters over a wide range of particle sizes of ICS. The composite media is inexpensive to prepare and could serve as the basis of a useful arsenic removal process in variety settings.
전 세계적으로 수많은 나라의 지하수에 용존 되어있는 비소는 매우 독성이 강한 오염물질이다. 이로 인해서 지하수에 있는 비소를 제거하기 위한 수많은 처리기술들이 개발되고 있다. 미국 환경청에서는 비소를 처리하기 위한 가장 적합한 기술로써 여러 가지의 기술들을 추천하고 있다. 미국 환경청의 분류를 기준으로 비소처리기술은 침전, 멤브레인, 이온교환 및 흡착의 네 가지 처리기술로 나눌 수 있다. 미국에서 최근 $50{\mu}g/L$에서 $10{\mu}g/L$로의 비소 음용수 기준의 개정은 비소오염지하수에 있는 비소를 제거하기 위한 기술의 선택과 적용에 많은 영향을 주고 있다. 침전기술은 비소처리를 위해서 가장 많이 이용되는 기술로 대규모 수처리 설비로 비소를 처리하는데 적용할 수 있는 있지만, 멤브레인, 이온교환 및 흡착기술은 소규모 수처리 시설에 사용된다 최근에 미국과 유럽에서는 설치비와 유지비가 적고 운전이 간편한 흡착기술을 이용한 소규모 비소처리 시설에 많은 관심을 가지고 있는 추세이다 비소로 오염된 지하수를 처리하기 위한 처리기술들의 원리와 비소제거에 영향을 미치는 인자 및 실제 처리시설들의 비소처리효율을 본 논문에서 소개하고자 한다.
As(V) adsorption on aluminum oxide powder which was recycled from industrial wastes containing aluminum hydroxide was evaluated. Aluminum oxide powder in this study was prepared by calcinating aluminum hydroxide wastes at$550^{\circ}C$. Spectroscopic analysis indicated that the aluminum hydroxide wastes were changed to aluminum oxide by calcination. Arsenic adsorption isotherm was conducted with variation of ionic strength and multiple-ion systems using Ca(II) and Cu(II). As(V) removal showed typical anionic adsorption characteristics that the removal efficiency decreased with increasing pH in single As(V) system as well as in binary and ternary system. More than 80% of As(V) at an initial concentration of $5{\times}10^{-5}$ M was removed from aluminum oxide powder in As(V) single system. The effect of ionic strength on As(V) adsorption was negligible, which indicated the strong bonding between aluminum oxide powder and As(V). The removal efficiency of As(V) was higher in a binary system with Cu(II) than in a binary system with Ca(II).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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