The composites of alginate, carbon nanotube, and iron(III) oxide were prepared for the removal of heavy metal in aqueous pollutant. Both alginate and carbon nanotube were used as an adsorbent material and iron oxide was introduced for the easy recovery after removal of heavy metal to eliminate the secondary pollution. The morphology of composites was investigated by FE-SEM showing the carbon nanotubes coated with alginate and the iron oxide dispersed in the alginate matrix. The ferromagnetic properties of composites were shown by including iron(III) oxide additive. The copper ion removal was investigated with ICP AES. The copper ion removal efficiency increased greatly over 60% by using alginate-carbon nanotube composites.
Polyvinyl alcohol/alginate hydrogel beads containing Mg-Al layered double hydroxide (LDH-PVA/alginate beads) were synthesized for phosphate removal. Results showed that blending PVA with the LDH-alginate beads significantly improved their stability in a phosphate solution. The kinetic reaction in LDH-PVA/alginate beads reached equilibrium at 12 hr-post reaction with 99.2% removal. The amount of phosphate removed at equilibrium ($q_e$) was determined to be 0.389 mgP/g. The equilibrium data were described well by the Freundlich isotherm with the distribution coefficient ($K_F$, 0.638) and the constant (n, 0.396). Phosphate removal in LDH-PVA/alginate beads was not sensitive to solution pH. Also, the removal capacity of LDH-PVA/alginate beads ($q_e$, 1.543 mgP/g) was two orders of magnitude greater than that of PVA/alginate beads ($q_e$, 0.016 mgP/g) in column experiments. This study demonstrates that LDH-PVA/alginate beads with a higher chemical stability against phosphate compared to LDH-alginate beads have the potential for phosphate removal as adsorptive media.
In this study, the characteristics of lead removal by PVA and alginate bead which used widely as immobilizing agents were investigated, and the difference of removal amounts between pure PVA/alginate bead and Sargassum thunbergii immobilized bead was studied. All PVA beads, pure and S. thunbergii immobilized, reached an equilibrium state in about 1 hour, and S. thunbergii immobilized bead adsorbed more lead than pure one. But in the case of alginate beads, they needed much time, about 5 hours, to reach an equilibrium state, and adsorbed lead four times higher than PVA beads. Therefore, it was considered that alginate beads had more mass transfer resistance and function groups which adsorb lead such as hydroxyl, carboxyl and etc. than PVA bead. To examine the continuous usage of alginate beads, the process of adsorption/desorption of lead was conducted repeatedly. As the process proceeded, the amounts of lead adsorption decrease, so it was indicated that the non-desorbed lead from alginate bead at first adsorption/desorption process remained constantly.
Recently, an autotrophic single-stage nitrogen removal (ASSNR) process based on the anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX) reaction has been proven as an economical ammonia treatment. It is highly evident that double-layered gel beads are a promising alternative to the natural biofilm for ASSNR because of the high mechanical strength of poly(vinyl alcohol) (PVA)/alginate structure and efficient protection of ANAMMOX bacteria from dissolved oxygen (DO) due to the thick outer layer. However, the thick outer layer results in severe mass transport limitation and consequent lowered bacterial activity. Therefore, the effects of the thickness of the outer layer on the overall reaction rate were tested in the biofilm model using AQUASIM for ammonia-oxidizing bacteria (AOB), nitrite-oxidizing bacteria (NOB) and ANAMMOX bacteria. A thickness of 0.5~1.0 mm is preferred for the maximum total nitrogen (TN) removal. In addition, a DO of 0.5 mg/L resulted in the best total nitrogen removal. A higher DO induces NOB activity and consequent lower TN removal efficiency. The optimal density of AO B and NO B density was 1~10% for a 10% ANAMMOX bacterial in the double-layered PVA/alginate gel beads. The real effects of operating parameters of the thickness of the outer layer, DO and concentrations of biomass balance should be intensively investigated in the controlled experiments in batch and continuous modes.
본 연구에서는 수직 원통형 충전반응기(packed-bed column reactor)내에 균체가 고정화된 Ca-alginate bead를 넣어 카드뮴이온을 제거하는데 있어 반응기내로 유입되는 유속, 초기농도 등에서 카드뮴 이온($Cd^{2+}$) 제거하는데 최적 조건을 찾고자 하였다. 사용된 균주(Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853)는 한국과학기술원 유전공학센터 유전자은행(KCTC)으로부터 구입하였고, Bead로 사용된 Ca-alginate bead는 Sodium Alginate에 균체와 $CaCl_2$를 섞어 제조한 것을 사용하였다. 실험 결과 동일조건일 때 유속이 30 mL/hr > 45 mL/hr > 60 mL/hr의 순서로 제거율이 좋았고 유입속도의 변화에도 불구하고 각 유속에서 50 ppm > 100 ppm > 200 ppm > 300 ppm의 순으로 좋은 제거율을 보였다.
본 연구는 응집제로 calcium alginate를 이용한 질산성 질소 처리에 관한 연구이다. 질산성 질소를 제거하기 위한 방법으로는 역삼투법, 이온교환수지법, 전기투석법, 생물학적 방법 등이 있지만 본 연구에서는 응집 침전시키는 방법으로서 질산성 질소를 처리하고자 하였다. 응집제로 이용한 calcium alginate가 킬레이트 결합을 형성하여 질산성 질소를 응집 침전시킬 것으로 예상하고, 응집제의 성분, 응집 반응시간, 응집제의 몰비, 응집제의 주입율에 따라 질산성 질소가 제거되는 경향을 보았다. 또한 FE-SEM과 EDS(Energy Dispersive X-Ray Spectrometer)를 통하여 응집반응 후 침전물의 구조 및 구성성분비를 분석함으로써 질산성 질소가 Calcium-nitro-alginate 형태로 제거되는지를 확인하였다. 그 결과 반응시간은 60분, 응집제의 몰비는 1:1일 때, 응집제의 주입율은 합성폐수의 2 %일 때 질산성 질소의 제거율이 최대 56.7 %로 나타났다.
양어장 순환수 속의 암모니아성 질소의 제거를 위한 Ba-alginate 와 Ca-alginate 반응기는 0.6시간의 수력학적 체류시간에서 51.0, 52.6 g $NH_3-N/m^3/day$의 거의 유사한 암모니아성 집소의 제거속도릎 나타내었다. Ca-alginate를 이용한 합성양어장수 속의 암모니아성 짖소의 제거 실험에서 본 반응기의 암모니아성 짐소의 제거속도는 수력학적 체류시간이 0.3시간인 지점에서 82.0 g $NH_3-N/m^3/day$로 서 최고의 재거속도릎 나타냈으며 이때 암모니아 제거율은 48% 이었다. 수중의 암모니아의 농도가 2mg/L 정도의 범위에서는 반응기 내에 주입되는 공가량을 0.1 vvm 으로 공급하더라도 용존산소 농도를 7.0 - 5.6 g/m3로 유지 할 수 있었으므로 질화에 필요한 용존산소량을 충분히 유지할 수가 있는 것으로 나타났으며 pH 는 7.2 - 7.9의 범위플 유지할 수가 있어서 pH 변화에 따른 위 해 요소는 없는 것으로 나타났다.
Kim, Deok-Won;Park, Ji-Su;Oh, Eun-Ji;Yoo, Jin;Kim, Deok-Hyeon;Chung, Keun-Yook
공업화학
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제33권6호
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pp.666-674
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2022
The removal efficiencies of nutrients (N and P) and heavy metals (Cu and Ni) by Rhodobacter blasticus and R. blasticus attached to polysulfone carriers, alginate carriers, PVA carriers, and PVA + zeolite carriers in synthetic wastewater were compared. In the comparison of the nutrient removal efficiency based on varying concentrations (100, 200, 500, and 1000 mg/L), R. blasticus + polysulfone carrier treatment showed removal efficiencies of 98.9~99.84% for N and 96.92~99.21% for P. The R. blasticus + alginate carrier treatment showed removal efficiencies of 88.04~97.1% for N and 90.33~97.13% for P. The R. blasticus + PVA carrier treatment showed removal efficiencies of 18.53~44.25% for N and 14.93~43.63% for P. The R. blasticus + PVA + zeolite carrier treatment showed removal efficiencies of 26.65~64.33% for N and 23.44~64.05% for P. In addition, at the minimum inhibitory concentration of heavy metals, R. blasticus (dead cells) + polysulfone carrier treatment showed removal efficiencies of 7.77% for Cu and 12.19% for Ni. Rhodobacter blasticus (dead cells) + alginate carrier treatment showed removal efficiencies of 25.83% for Cu and 31.12% for Ni.
Nitrifier consortium entrapped in Ca-alginate bead were packed into aerated packed bed bioreactor and non aerated packed bed bioreactor and the performances of two bioreactors were evaluated for the removal of ammonia nitrogen from synthetic aquaculture water. Total ammonia nitrogen(TAN) removal rate was decrease in aerated packed bed bioreactor below 0.3hr of hydraulic residence time(HRT), but increased in non aerated packed bed bioreactor until 0.5hr of HRT. At HRT of 0.05hr, TAN removal rate of non aerated packed bed bioreactor was about 335g TAN/㎥/day and the optimum ratio of packing height and inside diameter of reactor (H/D) was 4. The performance of two bioreactors indicated that non aerated packed bed bioreactor was better than aerated packed bed bioreactor in ammonia removal from synthetic aquaculture water.
The adsorption of uranium (VI) by calcium alginate beads was examined by batch experiments. The effects of environmental conditions on U (VI) adsorption were studied, including contact time, pH, initial concentration of U (VI), and temperature. The alginate beads were characterized by using scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and Fourier transform infrared spectroscopy. Fourier transform infrared spectra indicated that hydroxyl and alkoxy groups are present at the surface of the beads. The experimental results showed that the adsorption of U (VI) by alginate beads was strongly dependent on pH, the adsorption increased at pH 3~7, then decreased at pH 7~9. The adsorption reached equilibrium within 2 minutes. The adsorption kinetics of U (VI) onto alginate beads can be described by a pseudo first-order kinetic model. The adsorption isotherm can be described by the Redlich-Peterson model, and the maximum adsorption capacity was 237.15 mg/g. The sorption process is spontaneous and has an exothermic reaction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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