We evaluated the properties of a fixed-bed column reactor for high-concentration tetrachloroethylene (PCE) removal. The anaerobic bacterium Clostridium bifermentans DPH-1 was able to dechlorinate PCE to cis-1,2-dichloroethylene (cDCE) via trichloroethylene (TCE) at high rates in the monoculture biofilm of an upflow fixed-bed column reactor. The first-order reaction rate of C. bifermentans DPH-1 was relatively high at $0.006\;mg\;protein^{-1}{\cdot}l{\cdot}h^{-1}$, and comparable to rates obtained by others. When we gradually raised the influent PCE concentration from $30\;{\mu}M$ to $905\;{\mu}M$, the degree of PCE dechlorination rose to over 99% during the operation period of 2,000 h. In order to maintain efficiency of transformation of PCE in this reactor system, more than 6 h hydraulic retention time (HRT) is required. The maximum volumetric dechlorination rate of PCE was determined to be $1,100\;{\mu}mol{\cdot}d^{-1}l$ of reactor $volume^{-1}$, which is relatively high compared to rates reported previously. The results of this study indicate that the PCE removal performance of this fixed-bed reactor immobilized mono-culture is comparable to that of a fixed-bed reactor mixture culture system. Furthermore, our system has the major advantage of a rapid (5 days) start-up time for the reactor. The flow characteristics of this reactor are intermediate between those of the plug-flow and complete-mix systems. Biotransformation of PCE into innocuous compounds is desirable; however, unfortunately cDCE, which is itself toxic, was the main product of PCE dechlorination in this reactor system. In order to establish a system for complete detoxification of PCE, co-immobilization of C. bifermentans DPH-1 with other bacteria that degrade cDCE aerobically or anaerobically to ethene or ethane may be effective.
In this study, the ion-gelation method was applied to fabricate novel Fe-carbon-bentonite-alginate beads ($Fe^0$/C-BABs). $Fe^0$/C-BABs could effectively control Fe release during persulfate (PS) activation in N-acetyl-p-aminophenol (APAP) oxidation. A novel two-stage approach that combined $Fe^0$/C-BABs and an oyster-shell-filled bed (OSFB) column was developed to address the low pH and high Fe concentration of the effluent of the traditional PS process. The application of the $Fe^0$/C-BABs and OSFB column regulated pH levels and Fe release during the advanced oxidation of APAP. The characteristics of $Fe^0$/C-BABs were also investigated through scanning electron microscopy, energy dispersive spectrometry, and Fourier transform infrared spectroscopy. The long-term operation performance of $Fe^0$/C-BABs in a continuous fixed-bed reactor under simultaneous PS and APAP feeding was also evaluated. The effects of initial PS concentration, pH, fixed-bed weight, in-flow rate, and dissolved oxygen (DO) were investigated. Under selected conditions, 86.3% efficiency was achieved during the first stage of APAP degradation (effluent pH of 3.05, Fe contents: $106.25mgL^{-1}$). Water quality improved after the effluent was passed through the OSFB column (effluent pH of 6.32, Fe contents: $21.43mgL^{-1}$). Moreover, this study analyzed the free radicals and intermediates produced during APAP degradation to identify the possible routes of APAP degradation.
본 연구에서는 혐기조 및 무산소조, 호기조로 구성된 상향류식 고정상 담체 반응장치와 호기조로 고정상 담체 대신에 유동상 담체를 사용한 Loop Reactor로 이루어진 장치에서 생활하수를 이용하여 성능실험을 수행한 후 HRT에 따른 유기물 및 T-N, T-P 등 오염물질의 제거 특성을 비교 분석하였다. 두 반응기 모두 평균 BOD 제거율과 SS 제거율은 HRT가 증가함에 따라 증가하다가 HRT 16 h 이상에서는 일정한 수치를 나타내고 있으며 HRT 16 h에서 고정상 담체 반응기와 Loop Reactor의 평균 BOD 제거율은 각각 86.6%, 90.9%이었으며 평균 SS 제거율은 각각 78.0%, 88.2%로 Loop Reactor의 경우가 각각 4.3%, 10.2%의 더 높은 BOD와 SS 제거율을 나타내었다. 또한 평균 $COD_{Cr}$, 제거율 및 평균 $COD_{Mn}$ 제거율은 BOD와 SS 제거율과 마찬가지로 HRT가 증가함에 따라 증가하다가 HRT 16 h에서 일정한 수치를 나타내고 있으며 고정상 담체 반응기와 Loop Reactor의 평균 $COD_{Cr}$, 제거율은 각각 63.5%, 75.2%이었으며 평균 $COD_{Mn}$ 제거율은 각각 60.7%, 73.6%로 Loop Reactor의 경우가 11.7%, 12.9% 더 높은 제거율을 나타내었다. 반면에 평균 T-N 제거율 및 T-P 제거율은 두 반응기 모두 HRT가 증가함에 따라 제거율은 계속 증가하는 양상을 보여주고 있으며 HRT 16 h에서 Loop Reactor의 경우 평균 T-N 제거율 및 평균 T-P 제거율은 각각 33.6%, 54.5%로 고정상 담체 반응기보다 14.1%, 10.8%의 더 높은 제거율을 나타내었다. 이상의 결과에서 Loop Reactor가 성능이 훨씬 더 우수하였으며 최적 HRT는 16 h임을 알 수 있었다.
Hybrid materials were obtained modifying the bentonite (BC) and local clay (LC) using hexadecyltrimethylammonium bromide (HDTMA) or the clay were pillared with aluminum followed by modification with HDTMA. The materials were characterized by the SEM, FT-IR and XRD analytical tools. The batch reactor data implied that the uptake of $17{\beta}$-estradiol (E2) by the hybrid materials showed very high uptake at the neutral pH region. However, at higher and lower pH conditions, slightly less uptake of E2 was occurred. The uptake of E2 was insignificantly affected changing the sorptive concentration from 1.0 to 10.0 mg/L and the background electrolyte (NaCl) concentrations from 0.0001 to 0.1 mol/L. Moreover, the sorption of E2 by these hybrid materials was fairly efficient since within 30 mins of contact time, an apparent equilibrium between solid and solution was achieved, and the data was best fitted to the PSO (pseudo-second order) and FL-PSO (Fractal-like-pseudo second order) kinetic models compared to the PFO (pseudo-first order) model. The fixed-bed column results showed that relatively high breakthrough volume was obtained for the attenuation of E2 using these hybrid materials, and the loading capacity of E2 was estimated to be 75.984, 63.757, 58.965 and 49.746 mg/g for the solids BCH, BCAH, LCH and LCAH, respectively.
Vi Truong, Nguyen Phuong;Shrestha, Rubee koju;Kim, Tae Hyun
Korean Chemical Engineering Research
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제53권6호
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pp.682-689
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2015
A two-step process was investigated for pretreatment and fractionation of rice straw. The two-step fractionation process involves first, soaking rice straw in aqueous ammonia (SAA) in a batch reactor to recover lignin-rich hydrolysate. This is followed by a second-step treatment in a fixed-bed flow-through column reactor to recover xylo-oligomer-rich hydrolysate. The remaining glucan-rich solid cake is then subjected to an enzymatic process. In the first variant, SAA treatment in the first step dissolves lignin at moderate temperature (60 and $80^{\circ}C$), while in the second step, hot-water treatment is used for xylan removal at higher temperatures ($150{\sim}210^{\circ}C$). Under optimal conditions ($190^{\circ}C$ reaction temperature, 30 min reaction time, 5.0 ml/min flow rate, and 2.3 MPa reaction pressure), the SAA-hot-water fractionation removed 79.2% of the lignin and 63.4% of the xylan. In the second variant, SAA was followed by treatment with dilute sulfuric acid. With this process, optimal treatment conditions for effective fractionation of xylo-oligomer were found to be $80^{\circ}C$, 12 h reaction time, solid-to-liquid ratio of 1:12 in the first step; and 5.0 ml $H_2SO_4/min$, $170^{\circ}C$, and 2.3 MPa in the second step. After this two-step fractionation process, 85.4% lignin removal and 78.9% xylan removal (26.8% xylan recovery) were achieved. Use of the optimized second variant of the two-step fractionation process (SAA and $H_2SO_4$) resulted in enhanced enzymatic digestibility of the treated solid (99% glucan digestibility) with 15 FPU (filter paper unit) of CTec2 (cellulase)/g-glucan of enzyme loading, which was higher than 92% in the two-step fractionation process (SAA and hot-water).
일상에서 그대로 폐기되고 있는 달걀껍질을 폐수처리에 이용하기 위하여 물성조사와 기초적인 흡착 및 중화실험을 수행하였다. 달걀껍질의 특성파악 및 온도에 따른 물성 변화를 검토하기 위하여 각각 $105^{\circ}C$와 $700^{\circ}C$에서 처리한 시료의 용도에 따른 구조변화를 FT-IR 분석법 및 X-선 회절법을 이용하여 검토하였다. FT-IR 분석결과, $700^{\circ}C$에서 달걀껍질의 주성분인 $CaCO_3$의 열분해에 따른 $CO_2$의 방출로 인해 $105^{\circ}C$의 경우와는 달리 C-O absorption band 의 감소가 관찰되었고, X-선 회절분석에서는 $700^{\circ}C$에서는 $105^{\circ}C$의 경우와 거의 유사한 $CaCO_3$ 특성 peak가 나타났으며 $CaCO_3$가 CaO로 완전히 전환되는 온도인 $850^{\circ}C$에서 처리한 시료에 대해 CaO 특성 회절스펙트럼이 관찰되었다. TGA/DTA 분석에 있어서는 약 $600^{\circ}C$에 이르기까지는 무게 감량이 서서히 진행되다가 $600{\sim}800^{\circ}C$의 온도범위에서 무게감량이 급격히 진행되었으며 그 이상의 온도에서는 무게감량이 더 이상 진행되지 않았다. 또한, 무게감량이 급격히 진행되는 온도구간에서 주된 흡열 peak가 형성되어 $CO_2$ 방출에 따른 열적 특성이 파악되었다. 달걀껍질의 고정층에 의한 연속흡착 실험 결과, 파과시간의 비, 총괄 이동 단위수, 그리고 물질전달계수 등이 column이 진행됨에 따라 그 값이 증가함이 관찰되어 연속흡착에 따른 물질전달의 분배효과를 관찰할 수 있었다. 산성폐수에 대한 중화효과의 경우에 있어서는 각 무기산의 경우 상호 유사한 경향이 나타났으나 $H_2SO_4$의 경우 중화산물인 $CaSO_4$의 형성으로 인해 중화효과가 감소되는 것으로 사료되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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