• Environmental Engineering Research
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• 제18권1호
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• pp.45-53
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• 2013

Biocarrier beads with dead biomass, Bacillus drentensis, immobilized in polymer polysulfone were synthesized to remove heavy metals from wastewater. To identify the sorption mechanisms and theoretical nature of underlying processes, a series of batch experiments were carried out to quantify the biosorption of Pb(II) and Cu(II) by the biocarrier beads. The parameters obtained from the thermodynamic analysis revealed that the biosorption of Pb(II) and Cu(II) by biomass immobilized in biocarrier beads was a spontaneous, irreversible, and physically-occurring adsorption phenomenon. Comparing batch experimental data to various adsorption isotherms confirmed that Koble-Corrigan and Langmuir isotherms well represented the biosorption equilibrium and the system likely occurred through monolayer sorption onto a homogeneous surface. The maximum adsorption capacities of the biocarrier beads for Pb(II) and Cu(II) were calculated as 0.3332 and 0.5598 mg/g, respectively. For the entire biosorption process, pseudo-second-order and Ritchie second-order kinetic models were observed to provide better descriptions for the biosorption kinetic data. Application of the intra-particle diffusion model showed that the intraparticle diffusion was not the rate-limiting step for the biosorption phenomena. Overall, the dead biomass immobilized in polysulfone biocarrier beads effectively removed metal ions and could be applied as a biosorbent in wastewater treatment.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제18권4호
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• pp.8-18
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• 2013

Biocarrier beads with dead biomass, Bacillus drentensis, immobilized in polymer polysulfone were synthesized to remove heavy metals from wastewater. To identify the sorption mechanisms and theoretical nature of underlying processes, a series of batch experiments were carried out and a mathematical model was developed to quantify the biosorption of Pb(II) by the biocarrier beads. A series of mass balance equations for representing mass transfer of metal sorbents in biocarrier beads and surrounding solution were established. Major model parameters such as external mass transfer coefficient and maximum sorption capacity, etc. were determined from pseudo-first-order kinetic models and Langmuir isotherm model based on kinetic and equilibrium experimental measurements. The model simulation displays reasonable representations of experimental data and implied that the proposed model can be applied to quantitative analysis on biosorption mechanisms by porous granular beads. The simulation results also confirms that the biosorption of heavy metal by the biocarrier beads largely depended on surface adsorption.

• 자원환경지질
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• 제43권6호
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• pp.555-564
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• 2010

유류 및 중금속 오염 토양으로부터 분리한 토착 미생물인 Bacillus sp, B1 사균(dead biomass)과 polysulfone + DMF(N,N-dimethylformamide) 용액을 혼합하여 제조한 비드(지름 2mm 이하)형 미생물 담체를 이용하여 중급속 오염 지하수를 정화하는 배치실험을 실시하였으며, 담체에 흡착된 중금속의 특성과 구조를 분석하여 미생물 담체에 의한 중금속 제거 기작을 규명하였다. 담체 내 Bacillus sp. B1 사균 비율을 달리하여 제조한 담체들을 이용하여 오염수로부터 납 제거효율을 규명함으로써 미생물 담체 제조에 사용되는 최적의 사균 농도(%)를 결정하였으며, 오염수에 대하여 첨가하는 미생물 담체의 농도변화에 따른 중금속 제거효율을 규명하는 실험을 실시하여 최적의 중금속 제거효율을 가지는 오염수 내 담체 첨가량(농도; g/L)을 결정하였다. 담체 내 사균 농도가 0%(유기중합체로만 형성)와 1%인 경우 제조된 담체의 납 제거효율이 3% 미만으로 polysulfone + DMF 만으로 이루어진 담체는 중금속 제거효과가 거의 없으며, 담체 내 미생물 기질 부분에 의해 대부분의 중금속이 제거되는 것으로 나타났다. 실험 결과 미생물 담체 비용과 제거효율을 고려하면 사균 5%를 혼합하여 제조한 미생물 담체를 2g/50mL 농도로 오염수에 주입하는 것이 가장 효과적인 것으로 밝혀졌다. 담체와 오염수의 반응(흡착)시간에 따른 납과 구리의 제거 반응 실험 결과 두 시간 이내에 평형상태에 도달하여, 현장에서 다량의 중금속 오염 지하수를 짧은 시간(수 시간 이내)에 처리할 수 있을 것으로 판단되었다. 미생물 담체의 중금속 제거효율은 넓은 pH 범위에서 높게 나타났으며, 특히 pH 2-3인 경우 제거효율이 최대로 나타나 pH가 낮은 침출수, 산성폐수의 중금속 처리에도 효과가 있는 것으로 밝혀졌다. 오염수의 중금속(Pb, Cu, Cd) 초기 농도변화에 따른 미생물 담체의 제거율 실험 결과 납, 구리, 카드뮴의 경우 10mg/L 이하의 농도를 가지는 오염수에서 80% 이상의 제거 효율을 나타내어, 대부분의 국내 오염 지하수의 중금속 농도가 이보다 낮은 것을 감안할 때 본 실험에서 사용된 조건을 적용하여 미생물 담체를 이용하는 경우 다량의 중금속 오염 지하수를 효과적으로 제거할 수 있을 것으로 판단되었다. 미생물 담체를 이용한 납 제거 배치 실험 전/후 미생물 담체(bead)의 내/외부 구조를 SEM/EDS 및 TEM으로 분석한 결과 담체 내/외부 모두 다양한 크기의 다공질로 형성되어 있었으며, 외부 표면뿐 아니라 내부 면까지 납이 다량 흡착되어있는 것으로 나타나 본 실험에서 제조한 미생물 담체가 외부 표면 흡착에만 제한되었던 기존의 polysulfone 담체보다 중금속 제거 능력이 뛰어난 것으로 밝혀졌다. 미생물 담체에 형성된 납의 구조를 분석한 결과 담체의 주된 중금속 제거기작은 담체 내/외부 표면(특히 사균 기질과 polysulfone 물질 경계부)에 의한 다양한 형태의 흡착이었다.