Kim, Berm-Soo;Yoon, Jaekyung;Ann, Hyo-Won;Kim, Chung-Hwan
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.20
no.1
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pp.44-52
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2006
Bio-filtration processes using honeycomb tubes (process 1) and aeration and manganese-sand filtration (process 2) were evaluated for the biological manganese removal efficiency. The concentration of manganese at effluent was stabilized after 20days operation in process 1. It was estimated the required time for attaching and growing microorganisms to honeycomb tubes. In long term of operation periods, manganese removal efficiency was dropped for the excessively attached biofilm and manganese dioxide to honeycomb tubes. It took several days for normal operation in process 2, after that manganese removal efficiency was increased to 98% and stabilized for 1.5 years. Microorganisms in process 1 and 2 were isolated and cultured to characterize manganese-oxidizing bacteria. Among the four types of colony, light brown colony was turned blue color by leuco crystal violet spot test. Stenotropomonas genus, known as manganese-oxidizing bacteria, was identified by 16S rDNA partial sequencing analysis which was isolated in process 1 and 2. For the biological treatment to remove manganese, these two considerations are important. One is to choose the proper media attaching manganese oxidant, another one is to define the cultural condition of isolated manganese-oxidizing bacteria.
Typically, manganese (II) ions are incompletely removed from water as $MnO_2$ on increasing the pH of the water to 10. The water then has to be neutralized before it can be used. We propose a new and effective method for removing Mn (II) from water using a new combination of symbiotic microbes consisting of manganese-oxidizing bacteria and filamentous algae. The microbes rapidly oxidize Mn(II) to Mn (IV) at a neutral pH with no organic matter required as a nutrient and $MnO_2$is precipitated immediately. This differs from the use of heterotrophic manganese-oxidizing bacteria where organic nutrients are required. Our results suggest that this method will be useful in developing new systems for removal of manganese(II) ions from industrial and mining wastewater and drinking water. In addition, there are other possibilities such as recycling of dry batteries which are presently discarded without treatment
Lee, Kang Yu;Jang, Min;Park, In Gun;Um, Tae Young;Lim, Kyeong Ho
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.35
no.8
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pp.564-570
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2013
Domestic treatment facilities for acid mine drainage (AMD) mostly used a passive treatment process. But some passive treatment facility discharged high manganese concentrations because it is required high pH (>9) for abiotic oxidation of Mn(II) to Mn(IV). This study was focused on the feasibility of biological manganese treatment using the manganese-oxidizing bacteria (Pseudomonas sp. MN5) from AMD and economical application method of it. To investigate the various conditions of water quality the most part of the experiments were based on batch test. And result of it showed that maximum manganese oxidation rate were $10.4mg/L{\cdot}h$ at the pH7. We also performed small column tests in which MOB were attached to the functional polyurethane (FPU) media containing alkaline chemicals. Manganese concentration decreased 42 mg/L to below 6 mg/L. But anaerobic condition formed by excessive bacterial respiration in column resulted in increasing effluent manganese concentration.
It is well known that manganese is hard to oxidize under neutral pH condition in the atmosphere while iron can be easily oxidized to insoluble iron oxide. The purpose of this study is to identify removal mechanism of manganese in the D water treatment plant where is treating bank filtered water in aeration and rapid sand filtration. Average concentration of iron and manganese in bank filtered water were 5.9 mg/L and 3.6 mg/L in 2008, respectively. However, their concentration in rapid sand filtrate were only 0.11 mg/L and 0.03 mg/L, respectively. Most of the sand was coated with black colored manganese oxide except surface layer. According to EDX analysis of sand which was collected in different depth of sand filter, the content of i ron in the upper part sand was relatively higher than that in the lower part. while manganese content increased with a depth. The presence of iron and manganese oxidizing bacteria have been identified in sand of rapid sand filtration. It is supposed that these bacteria contributed some to remove iron and manganese in rapid sand filter. In conclusion, manganese has been simultaneously removed by physicochemical reaction and biological reaction. However, it is considered that the former reaction is dominant than the latter. That is, Mn(II) ion is rapidly adsorbed on ${\gamma}$-FeOOH which is intermediate iron oxidant and then adsorbed Mn(II) ion is oxidized to insoluble manganese oxide. In addition, manganese oxidation is accelerated by autocatalytic reaction of manganese oxide. The iron and manganese oxides deposited on the surface of the sand and then are aged with coating sand surface.
Many microbes, including both bacteria and fungi, produce manganese (Mn) oxides by oxidizing soluble Mn(II) to form insoluble Mn(IV) oxide minerals, a kinetically much faster process than abiotic oxidation. These biogenic Mn oxides drive the Mn cycle, coupling it with diverse biogeochemical cycles and determining the bioavailability of environmental contaminants, mainly through strong adsorption and redox reactions. This mini review introduces recent findings based on quantum mechanical density functional theory that reveal the detailed mechanisms of toxic metal adsorption at Mn oxide surfaces and the remarkable role of Mn vacancies in the photochemistry of these minerals.
A superoxide dismutase was purified 62-fold in seven steps to homogeneity from Methylobacillus sp. strain SK1, an obligate methanol-oxidizing bacterium, with a yield of 9.6%. The final specific activity was 4,831 units per milligram protein as determined by an assay based on a 50% decrease in the rate of cytochrome c reduction. The molecular weight of the native enzyme was estimated to be 44,000. Sodium dodecyl sulfate gel electrophoresis revealed two identical subunits of molecular weight 23,100. The isoelectric point of the purified enzyme was found to be 4.4. Maximum activity of the enzyme was measured at pH 8. The enzyme was stable at pH range from 6 to 8 and at high temperature. The enzyme showed an absorption peak at 280 nm with a shoulder at 292 nm. Hydrogen peroxide and sodium azide, but not sodium cyanide, was found to inhibit the purified enzyme. The enzyme activity in cell-free extracts prepared from cells grown in manganese-rich medium, however, was not inhibited by hydrogen peroxide but inhibited by sodium azide. The activity in cell extracts from cells grown in iron-rich medium was found to be highly sensitive to hydrogen peroxide and sodium azide. One mol of native enzyme was found to contain 1.1 g-atom of iron and 0.7 g-atom of manganese. The N-terminal amino acid sequence of the purified enzyme was Ala-Tyr-Thr-Leu-Pro-Pro-Leu-Asn-Tyr-Ala-Tyr. The superoxide dismutase of Methylobacillus sp. strain SK1 was found to have antigenic sites identical to those of Methylobacillus glycogenes enzyme. The enzyme, however, shared no antigenic sites with Mycobacterium sp. strain JC1, Methylovorus sp. strain SS1, Methylobacterium sp. strain SY1, and Methylosinus trichosproium enzymes.
These studies were carried out to investigate the effects of rice straw on microflora in relation to the decomposition of organic matter, and the rate of rice straw decomposition. The number of total bacteria was increased in the first stage, and the number of microorganisms in upper layer was generally larger than lower layer. The number of fungi tended to decline as rice plant grew. Aerobacter among cellulose decomposition bacteria decreased with time, and the number of microorganisms in lower layer was higher than upper layer. The number of glucose decomposition bacteria and sulfate reducing bacteria increased in the submerged soil to which rice straw was applied, but decreased by percolation. the change of manganese oxidizing bacteria seemed not to be affected by rice straw application while they tend to increase as the rice plant grew. The aspect of microorganisms in the percolated water was same that of lower layer, but the number was low as much $10^{-1}$ during the whole stages. The decomposition rate of rice straw applied to submerged soil was about 40 per cent during the rice grew. The decomposition rate of cellulose contained rice straw was about 30 per cent, and lignin was about 60 per cent. The 70-80 per cent of nitrogen remained in the rice straw applied to soil.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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