Seo, Hyun-Hee;Rhee, Sung-Keun;Kim, Kang-Joo;Park, Eun-Gyu;Kim, Yeong-Kyoo;Chon, Chul-Min;Moon, Ji-Won;Roh, Yul
Economic and Environmental Geology
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v.45
no.2
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pp.105-119
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2012
Indigenous bacteria isolated from contaminated sites play important roles to remediate contaminated groundwater. Chromium has the most stable oxidation states. Cr(VI) is toxic, carcinogenic, and mobile, but Cr(III) is less toxic and immobile. In this study, indigenous microorganism (MMPH-0) was enriched from Cr(VI) contaminated groundwater, and identified by 16S rRNA gene analysis. Using MMPH-0, the effect of stimulating with e-donors (glucose, lactate, acetate, and no e-donor control), respiration conditions, biomass, tolerance, and geochemical changes on Cr(VI) reduction were investigated in batch experiments for 4 weeks. The changes of Cr(VI) concentration and geochemical conditions were monitored using UV-vis-spectrophotometer and Eh-pH meter. And the morphological and chemical characteristics of MMPH-0 and precipitates in the effluents were characterized by TEM-EDS and SEM-EDS analyses. MMPH-0 (Enterobacter aerogenes) was able to tolerate up to 2000 mg/L Cr(VI) and reduce Cr(VI) under aerobic and anaerobic conditions. MMPH-0 performed faster and higher efficiency of Cr(VI) reduction with electron donors (over 70% after 1 week with e-donor, 10-20% after 4 weeks without e-donor). The changes of Eh-pH in effluents showing the tendency from oxidizing to reducing condition and a bit of acidic change in pH due to microbial oxidation of organic matters donating electrons and protons suggested the roles of MMPH-0 on Cr(VI) in the contaminated water catalyzing to transit geochemical stable zone for more stable $Cr(OH)_3$ or Cr(III) precipitates. TEM/SEM-EDS analyses of MMPH-0 and precipitates indicate direct and indirect Cr(VI) reduction: extracellular polymers capturing Cr component outside cells. These results suggested diverse indigenous bacteria and their biogeochemical reactions might enhance more effective and feasible remediation technology of redox sensitive heavy metals in metal-contaminated in groundwater.
Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene
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v.7
no.2
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pp.223-232
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1997
The accuracy and precision of a modified method of NIOSH Method 7600 and EPA method 218.6 was determined for analyzing hexavalent chromium, Cr(VI), collected on PVC filter from workplace air. The method was designed to extract from Cr(VI) on PVC filter with a alkali solution, 2% NaOH/3% $Na_2CO_3$, and to analyze it using ion chromatography/visible absorbance detection(IC/VAD). The results and conclusion are as the following. 1. The peak of Cr(VI) was separated sharply on chromatogram and was linearly related with Cr(VI) concentration in sloution. The correlation coefficient was 0.9999 in a calibration curve. The limit of detection was 0.25 $0.25{\mu}g/sample$. 2. The accuracy(% recovery) was 93.3% in a set of sample($9-50{\mu}g$) stored for a day, and 100.1%($10-60{\mu}g$) in another set of samples stored for 2 hours. It is assumed that the difference in recovery by storage time was due to reduction of Cr(VI) to Cr(III). 3. The precision(coefficient of variation, CV) of the method was 0.015 in spiked samples with Cr(VI) standard solution, and 0.010 in spiked samples with plating solution from a chrome electroplating factory. The overall CV in all types of samples was 0.0013. 4. The Cr(VI) was stable in 2% NaOH/3% $Na_2CO_3$ at least for 10 hours. In conclusion, the IC/VAD method is appropriate for determining low-level Cr(VI) in workplace air containing various interferences.
Nitrogen-doped carbon nanosheets with a developed porous structure were prepared from polyurethane foams by hydrothermal carbonization following $ZnCl_2$ chemical activation. Scanning electron microscopy, thermogravimetric analysis, Fourier transform infrared spectroscopy, solid state $^{13}C$ nuclear magnetic resonance (NMR) spectra and X-ray photoelectron spectroscopy were used to characterize the nitrogen-doped carbon nanosheet structure and composition. The removal of Cr(VI) by the N-doped carbon nanosheets was investigated. The results showed that the maximum removal capacity for chromium of 188 mg/g was found at pH=2.0 with PHC-Z-3. pH had an important effect on Cr(VI) removal and the optimal pH was 2.0. Moreover, amino groups and carboxyl groups in the nitrogen-doped carbon nanosheet played important roles in Cr(VI) removal, and promoted the reduction of Cr(VI) to Cr(III).
A new Korean standard for the determination of Cr(VI) in soils has been officially published as ES 07408.1 in 2009. This analytical method is based on the hot alkaline digestion and colorimetric detection prescribed by U.S. EPA method 3060A and 7196A. The hot alkaline digestion accomplished using 0.28 M $Na_2CO_3$ and 0.5 M NaOH solution (pH 13.4) at $90{\sim}95^{\circ}C$ determines total Cr(VI) in soils extracting all forms of Cr(VI), including water-soluble, adsorbed, precipitated, and mineral-bound chromates. This aggressive alkaline digestion, however, proved to be problematic for certain soils which contain large amounts of soluble humic substances or active manganese oxides. Cr(III) could be oxidized to Cr(VI) by manganese oxides during the strong alkaline extraction, resulting in overestimation (positive error) of Cr(VI). In contrast, Cr(VI) reduction by dissolved humic matter or Fe(II) could occur during the neutralization and acidic colorimetric detection procedure, resulting in underestimation (negative error) of Cr(VI). Futhermore, dissolved humic matter hampered the colorimetric detection of Cr(VI) using UV/Vis spectrophotometer due to the strong coloration of the filtrate, resulting in overestimation (positive error) of Cr(VI). Without understanding the mechanisms of Cr(VI) and Cr(III) transformation during the analysis it could be difficult to operate the experiment in laboratory and to evaluate the Cr(VI) results. For this reason, in this paper we described the theoretical principles and limitations of Cr(VI) analysis and provided useful guidelines for laboratory work and Cr(VI) data analysis.
Oxidation of Cr(III) to Cr(VI) can increase availability and toxicity of chromium. In this study, possible mechanisms by which pH and organic matter can control the chromium oxidation and reduction in soil system were examined using four soils of different pHs and organic matter contents. Reduction of Mn-oxides occurred in the soils of higher organic matter content (4.0%), but Mn-oxide was quite stable during the incubation in the soil of pH 7.0 and 0.5% organic matter content. Manganese oxides can be reductively dissolved at lower pH and higher organic matter conditions. The soil of pH 7.0 and 4.0% organic matter content showed the highest Cr-oxidation potential. Reduction of soluble Cr(VI) was observed in all the soils examined. The most rapid reduction was found in soil of pH 5.5 and 4.0% organic matter content, but the reduction was slow in soil of pH 7.0 and 0.5% organic matter content. Thus, the reductive capacity of organic matter added soils was much higher as compared to other two soils of lower organic matter content. In all the soils examined, the reductive capacity of soluble chromium was much higher than the oxidative capacity. Organic matter was found to be the most important controlling factor in the chromium oxidation and reduction. Reduction of Cr(VI) to Cr(III) could be a potentially useful remediation or detoxification process, and availability and toxicity of chromium in soil would be controlled by controlling organic matter content and pH of the soils.
Chemically activated carbons were prepared from maize cobs, using phosphoric acid of variable concentration. The textural parameters of the activated carbons were determined from the nitrogen adsorption isotherms measured at 77 K. The chemistry of the carbon surface was determined by measuring the surface pH, the pHPZC and the concentration of the carbon - oxygen groups of the acid type on the carbon surface. Kinetics of Cr(VI) sorption/reduction was investigated at 303 K. Two processes were investigated in terms of kinetics and equilibrium namely; Cr(VI) removal and chromium sorption were studied at various initial pH (1-7). Removal of Cr(VI) shows a maximum at pH 2.5. At pH<2.5, sorption decreases because of the proton competition with evolved Cr(III) for ion exchange sites. The decrease of sorption at pH>2.5 is due to proton insufficiency and to the decrease of the extent of Cr(VI) reduction. The chemistry of the surface of activated carbon is an important factor in determining its adsorption capacity from aqueous solutions particularly when the sorption process involves ion exchange.
The ROS-producing potency of chromium compounds of several oxidation states were determined in the H4 cells. $K_2Cr_2O_7$ as Cr (VI), synthetic Cr (V) compounds and Cr (III) as TPP produced high level of ROS. However, ROS values of Cr-picolinate as Cr (III), CrCl$_2$, CrCI$_2$, were almost equal to the control. The effects of physiological antioxidants compounds which react with free radicals were examined for their effects on chromate-induced production of reactive oxygen species (ROS) in A549 cells after the addition of $K_2Cr_2O_7$. The compounds used were vitamin C (ascorbate), vitamin E ($\alpha$-tocopherol), superoxide dismutase (SOD) and catalase. The preincubation of ascorbate (200uM) with A549 cells for 20hr resulted in a significant reduction of hexavalent chromate(100uM) induced ROS. However, there is no effects of preincubation of the cells with vitamin E succinate (10 and 20uM, 20hr) on the ROS production. Also, the effects of Cr (VI) on the cell cycle of A549 cells was measured by adding the DNA intercalating agent, propidium iodide. S phase of the cell cycle was increased by the chromium (VI) compounds up to 20uM indicating toxicity or possible mitogenic action of the cell. The shoulder in Go/G1 phase at 20uM Cr (VI) with 24 hr treatment indicates apoptosis.
Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene
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v.25
no.1
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pp.89-94
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2015
Objectives: The objective of this study was to determine characteristics of workers' exposures to airborne total and hexavalent chromium by job title in electroplating processes. Methods: Total Cr was determined through a modified method based on NIOSH Method 7024. Airborne hexavalent Cr, Cr(VI), was sampled and extracted according to NIOSH Method 7600 and analyzed at 520 nm using an ion chromatograph/visible detector. Results: The geometric mean(GM) of total Cr concentrations from all factories was $11.2{\mu}g/m^3$(GSD=4.9). The GM of Cr(VI) concentrations from all factories was $2.84{\mu}g/m$ (GSD=5.2), and the concentrations among factories were significantly different (p<0.05). The Cr(VI) levels were lower than total Cr levels. Total Cr exposure levels were highest among buffing workers ($21.6{\mu}g/m^3$), but Cr(VI) levels were highest among plating workers($4.15{\mu}g/m^3$). The concentrations of Cr(VI) and total Cr from plating tasks was highly correlated(r=0.91). Conclusions: In the electroplating industry, plating workers were mainly exposed to Cr(VI), but others were not. Oxidation-reduction states of Cr and job titles should be considered in the exposure or risk assessments of chrome electroplating factories.
Gonsalvesh, Lenia;Gryglewicz, Grazyna;Carleer, Robert;Yperman, Jan
Advances in environmental research
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v.6
no.2
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pp.95-111
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2017
The valorization of swine manure samples, i.e., de-watered cake (SMc) and solid digestate (SMd), in products with beneficial value, i.e., low cost activated carbons (ACs), is studied. For this purpose slow pyrolysis and steam activation at three different duration times are applied. Additionally, the obtained ACs are characterized and tested towards removal of Cr(VI) from aqueous solutions. It is revealed that BET surface area varies in the range of $236-267m^2/g$ for ACs prepared from SMc sample and in the range of $411-432m^2/g$ for ACs prepared from SMd sample. Despite the low determined surface area of prepared ACs, a high total Cr removal capacity is observed occurring through a "coupled adsorption-reduction" mechanism. Higher Cr(VI) removal capacity is demonstrated for ACs having higher surface area ($q_m$ is 140.9 mg/g according Langmuir modelling). Cr(VI) removal is found to be pH dependent with a maximum at pH 1. However at that pH significant amounts of Cr remain in the solution as Cr(III). At pH 2 lower amount of Cr(VI) is removed compensated by a higher removal of Cr(III) resulting in a higher amount of adsorbed $Cr_{tot}$. Therefore adsorption at pH 2 is found to be appropriate. The removal capacity of the studied ACs towards Cr(VI) is almost independent of activation time.
Cr-B2, a Gram-negative hexavalent chromium [Cr(VI)] reducing bacteria, was isolated from the aerator water of an activated sludge process in the wastewater treatment facility of a dye and pigment based chemical industry. Cr-B2 exhibited a resistance for 1,100 mg/l Cr(VI) and, similarly, resistance against other heavy metal ions such as $Ni^{2+}$ (800 mg/l), $Cu^{2+}$ (600 mg/l), $Pb^{2+}$ (1,100 mg/l), $Cd^{2+}$ (350 mg/l), $ZN^{2+}$ (700 mg/l), and $Fe^{3+}$ (1,000 mg/l), and against selected antibiotics. Cr-B2 was observed to efficiently reduce 200 mg/l Cr(VI) completely in both nutrient and LB media, and could convert Cr(VI) to Cr(III) aerobically. Cr(VI) reduction kinetics followed allosteric enzyme kinetics. The $K_m$ values were found to be 43.11 mg/l for nutrient media and 38.05 mg/l for LB media. $V_{max}$ values of 13.17 mg/l/h and 12.53 mg/l/h were obtained for nutrient media and LB media, respectively, and the cooperativity coefficients (n) were found to be 8.47 and 3.49, respectively, indicating positive cooperativity in both cases. SEM analysis showed the formation of wrinkles and depressions in the cells when exposed to 800 mg/l Cr(VI) concentration. The organism was seen to exhibit pleomorphic behavior. Cr-B2 was identified on the basis of morphological, biochemical, and partial 16S rRNA gene sequencing chracterizations and found to be Acinetobacter sp.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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