Classical methods which used for removal of heavy metals from contaminated water are adsorption, precipitation, coagulation, ion exchange resin, evaporation, and membrane processes. Microbial biosorption can be used for the removal of contaminated waters with pollutants such as heavy metals and dyes which are not easily biodegradable. Microbial biosorbents are inexpensive, eco friendly and more effective for the removal of toxic metals from aqueous solution. In this review, the bacterial and fungal abilities for heavy metals ions removal are emphasized. Environmental factors which affect biosorption process are also discussed. A detailed description for the most common isotherm and kinetic models are presented. This article reviews the achievements and the current status of bacterial and fungal biosorption technology for heavy metals removal and provides insights for further researches.
The cesium (Cs) removal from the contaminated water system has been considered to be difficult because the cesium likes to exist as soluble phases such as ion and complexes than the solid in water system. Many researches have focused on developing the breakthrough adsorbent to increase the cesium removal efficiency in water. In this study, the laboratory scale experiments were performed to investigate the feasibility of the adsorption process using the bamboo charcoal for the Cs contaminated water system. The Cs removal efficiency of the bamboo charcoal were measured and the optimal adsorption conditions were determined by the adsorption batch experiments. Total 5 types of commercialized bamboo charcoals in Korea were used to identify their surface properties from SEM-EDS and XRD analyses and 3 types of bamboo charcoals having large specific surface areas were used for the adsorption batch experiment. The batch experiments to calculate the Cs removal efficiency were performed at conditions of various Cs concentration (0.01 - 10 mg/L), pH (3 - 11), temperature ($5-30^{\circ}C$), and adsorption time (10 - 120 min.). Experimental results were fitted to the Langmuir adsorption isotherm curve and their adsorption constants were determined to understand the adsorption properties of bamboo charcoal for Cs contaminated water system. From results of SEM-EDS analyses, the surfaces of bamboo charcoal particles were composed of typical fiber structures having various pores and dense lamella structures in supporting major adsorption spaces for Cs. From results of adsorption batch experiments, the Cs-133 removal efficiency of C type bamboo charcoal was the highest among those of 3 bamboo charcoal types and it was higher than 75 % (maximum of 82 %) even when the initial Cs concentration in water was lower than 1.0 mg/L, suggesting that the adsorption process using the bamboo charcoal has a great potential to remove Cs from the genuine Cs contaminated water, of which Cs concentration is low (< 1.0 mg/L) in general. The high Cs removal efficiency of bamboo charcoal was maintained in a relatively wide range of temperatures and pHs, supporting that the usage of the bamboo charcoal is feasible for various types of water. Experimental results were similar to the Langmuir adsorption model and the maximum amount of Cs adsorption (qm:mg/g) was 63.4 mg/g, which was higher than those of commercialized adsorbents used in previous studies. The surface coverage (${\theta}$) of bamboo charcoal was also maintained in low when the Cs concentration in water was < 1.0 mg/L, investigating that the Cs contaminated water can be remediated up with a small amount of bamboo charcoal.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.23
no.3
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pp.60-67
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2015
Objective of this study was to investigate adsorption characteristics of $PO_4-P$ to biochar produced from oak tree in respective to reduce eutrophication from runoff water in the cropland. For adsorption experiment, input amount of biochar was varied from 4 to 20 g/L with 30 mg/L $PO_4-P$ solution. Adsorption amounts and removal rates of $PO_4-P$ was increased at 3 times in 4~14 g/L, and increased at 28.6% in 4~16 g/L, respectively. The maximum adsorption amount ($q_m$) and binding strength constant(b) were calculated as 0.10 mg/g and 0.06 L/mg, respectively. The sorption of $PO_4-P$ to biochar was fitted well by Langmuir model because it was observed that dimensionless constant($R_L$) was 0.37. It was indicated that biochar is favorably adsorbed $PO_4-P$ because this value lie within 0 < $R_L$ < 1. Therefore, biochar produced from oak tree could be used as adsorbent for reduce eutrophication from runoff water in the cropland.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.33
no.3
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pp.162-166
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2011
Phosphorous contaminated in the effluent from sewage treatment plants can cause the eutrophication in surface water bodies. In this study, a powder of titanium oxysulfate-sulfuric acid made of ion-exchange materials was immobilized in an alginate gel and this material was examined to evaluate its phosphorous removal efficiency. Equilibrium and kinetic studies were carried out to quantify the adsorption capacity and time dependent removal rate of phosphorous. Adsorption isotherms and kinetic parameters were obtained for the entrapped titanium beads with three different methods. Equilibrium data were analyzed using Langmuir adsorption isotherm model and found to be well fitted to the model. The maximum adsorption capacity for phosphorous by the titanium bead synthesized with the solution method was 92.26 mg/g. Kinetic data followed a pseudo-second-order kinetic model. Due to the low production cost and high adsorption capacity, the titanium bead synthesized by the solution method has a potential to be utilized for the cost-effective removal of phosphorous from wastewater.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.29
no.8
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pp.930-937
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2007
Korean pine(Pinus densiflora) bark was evaluated for its adsorption capacity of Cu(II) ions from aqueous solution by running a series of batch experiments. Prior to the tests, the milled barks were treated with 1 N NaOH or 1 N HCl to examine the effect of surface modification. For comparison, untreated bark was tested under same condition. Within the tested pH range between 3 and 6, NaOH treatment increased Cu(II) adsorption capacity by $139\sim184%$, while HCl treatment decreased it by $37\sim42%$. Maximum copper ion uptake by bark was observed at pH $5\sim6$, but pH of solution was not a potent influence. A pseudo second-order kinetic model fitted well for the sorption of copper ion onto bark. For NaOH-treated bark, the calculated sorption capacity$(q_e)$ increased from 6.58 to 12.77 mg/g, while the equilibrium rate constant$(k_2)$ decreased from 0.284 to 0.014 g/mg/min as initial Cu(II) concentration doubled from 100 mg/L. A batch isotherm test using NaOH-treated bark showed that equilibrium sorption data were represented by both the Langmuir model and the Freundlich model. It was confirmed that carboxylic acid of bark was involved in the Cu(II) adsorption. For NaOH-treated bark, in particular, carboxylate ion produced by hydrolysis or saponification appeared to be a major functional roup responsible for the enhanced Cu(II) sorption.
Kim, Min-Su;Ham, Kwang-Joon;Ok, Yong-Sik;Gang, Seon-Hong
Korean Journal of Environmental Agriculture
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v.29
no.2
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pp.152-158
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2010
Biosorption is considered to be an alternative method to replace the present adsorbent systems for the treatment of metal contaminated wastewater. In this study, by-product which was abandoned from brewing factory was used to remove metal component in aqueous solution. The experimental results showed that the range of the removal efficiency is 60~91% and adsorption equilibrium was reached in about 3 hr. FT-IR and stereo microscope has been used to observe the surface conditions and changes in functional groups by calcination. At the end of elution, the amount of nitrogen and phosphorus in water was increased 11 and 7 times compare raw sample to calcinated samples. The Langmuir isotherm adequately described the adsorption of waste materials and the maximum adsorption capacity was 28.17 mg/g for Cd. The overall results suggested that waste material might can be used for biosorption of Cd.
This study was carried out to investigate the adsorption and the movement of herbicide fenoxaprop-P-ethyl in the silty clay soil(SiC) and the sandy loam soil(SL). Fifteen percent of the added herbicide was adsorbed within 30 min after shaking, and a quasi-equilibrium was reached after 8 to 14 h. The time required for 50% adsorption was 15.8 h in the SiC and 19.3 h in the SL. The equilibrium adsorption isotherm was followed by the Freundlich equation and the Kd was 3.86 in the SiC and 2.32 in the SL. The herbicide in the soil columns flooded with 3 cm water depth and eluted at 0.8 cm/day was leached to 6 cm and 8 cm depth at 7 and 21 days after the treatment, respectively. However, the movement was widened with increased amount of leaching water. The herbicide in the field soils was moved up to 6 cm and 8 cm depth at 14 and 56 days after the treatment, respectively. However, the large amount of the applied herbicide was distributed in 0~2 cm profile in all of the soils examined. Half-life of the chemical in soils was shorter than 7 days and the time to 90% degradation was about 4 weeks. The results indicate that the herbicide has relatively small mobility and short persistence.
Objective of this research was to evaluate optimal conditions of arsenic adsorption in water by zero-valent iron (ZVI). Batch experiment showed that adsorption of arsenic by ZVI followed a Langmuir isotherm model. The masses of As(V) adsorbed onto ZVI were increased as decreasing pH of the reacting solution (pH 3: 2.05, pH 5: 1.82, pH 7: 1.24, pH 9: 1.03 mg As/g $Fe^0$) and as increasing the temperature ($15^{\circ}C$ : 1.59, $25^{\circ}C$ : 1.81, 35 : $1.93^{\circ}C$ mg As/g $Fe^0$). The SEM and EDS (energy dispersive X-ray spectrometer) analysis of morphology and structure of ZVI before and after reacting with arsenic in water revealed that a relatively smooth and large surface of ZVI was transformed into a coarse and small surface particle after the reaction. The EDS spectra on the chemical composition of ZVI demonstrated that arsenic was incorporated into ZVI by adsorption mechanism. The XRD analysis also identified that the only peak for $Fe^0$ in the ZVI before the reaction and confirmed that $Fe^0$ was transformed into $Fe_2O_3$ and FeOOH, and As into $FeAsO_4{\cdot}2H_2O$.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.3
no.2
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pp.87-95
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1983
Trihalomethane removal efficiency by a fixed bed carbon adsorber was a subject of this study. Along with laboratory scale column operations, a simple adsorption model was developed to predict removal efficiency. The adsorption model includes an overall mass transfer coefficient, K and Freundlich adsorption constants, $K_F$ and n. Simulation results showed that increasing K and $K_F$ or decreasing n would take more loading and prolong run time of the adsorption bed. Typical S-shaped breakthrough curves were obtained from the experiments. The operational results at $20^{\circ}C$ and $25^{\circ}C$ indicated that a moderate difference in water temperature would not affect the treatment efficiency significantly. The adsorption constants determined from the column operation and the model simulation were reasonably close to those obtained from the isotherm test. It may be concluded that trihalomethane can be removed successfully by a fixed bed carbon adsorber.
A dynamic biofilter model was suggested to integrate the effect of biofilter-medium adsorption capacity on the removal efficiency of volatile organic compound (VOC) contained in waste air. In particular, the suggested biofilter model is composed of four components such as biofilm, gas phase, sorption volume and adsorption phase and is capable of predicting the unsteady behavior of biofilter-operation. The process-lumping model previously suggested was limited in the application for the treatment of waste air since it was derived under the assumption that the adsorbed amount of VOC equilibrated with biofilter-media would be proportional to the concentration of dissolved VOC in the sorption volume of biofilter-media. Therefore a Freundlich adsorption isotherm was integrated into a robust biofilter process-lumping model applicable to a wide range of VOC concentration. The values of model parameters related to biofilter-medium adsorption were obtained from the dynamic adsorption column experiments in the preceding article and literature survey. Furthermore a separate biofilter experiment was conducted to treat waste air containing ethanol and the experimental result was compared with the model predictions with various values of Thiele modulus (${\phi}$). The obtained value of Thiele modulus (${\phi}$) was close to 0.03.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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