The effects of extracellular polymeric substances (EPS) of Pseudomonas aeruginosa on adsorption and redox state alteration of dissolved As, Cr and U were investigated through batch experiments. Surfaces of bacterial cells were either vigorously washed or unwashed. Solutions of As(V), Cr(VI) and U(VI) were inoculated with the bacterial cells under no nutrient condition, and total aqueous concentrations and redox state alteration were monitored over time. No As adsorption occurred onto bacteria or EPS; however, unwashed bacteria reduced about 60% As(V) to As(III). Unwashed bacteria also led to removal of 45% total dissolved Cr and reduction of 64% Cr(VI). About 80% U(VI) was removed from solution with unwashed bacteria as well. Such electrochemical reduction of the elements was likely due to reducing capacity of EPS itself or detoxifying reduction of the bacteria which kept their viability under protection of EPS. The results indicated that bacterial biofilm may significantly control the redox state and subsequent mobility of As, Cr and U in natural geologic settings.
Not only Cr(VI) is very toxic, but also it is a major pollutant in soil and groundwater. Thus Cr(VI)-containing wastewater must be treated before being discharged into the environments. Recently, biosorption technology using abundant biomass has been considered as an innovative one for removing Cr(VI) from aqueous solution. In this review article, current research and future works on Cr(VI) biosorption were widely described. Particularly, the removal mechanism of Cr(VI) by biomass was described in detail, which has been misunderstood by many researchers until now.
Cr (Ⅵ) - containing compounds are well-established carcinogens, although the mechanism for chromium - induced carcinogenesis is still not well understood. The reduction of Cr (Ⅵ) to its lower oxidation states, par ticularly Cr (V) and Cr (IV), is an important step for the production of chromium-mediated reactive oxygen species (ROS). The persistent oxidative stress during the reduction process may play a key role in the mechanism of Cr (Ⅵ) -induced carcinogenesis. This paper summarizes recent studies on (1) the reduction of Cr (Ⅵ) to Cr (III) occur by a multiplicity of mechanisms depending on the nature of reducing agents including ascorbate, diol-and thiol-containing molecules, certain flavoenzymes, cell organelles, intact cells, and whole animals; (2) free-radical production with emphasis on hydroxy radical generation via Fenton or Haber-Weiss type reactions; and (3) free radical - induced cellular damage, such at DNA strand breaks, hydroxylation of 2'-deoxyguanosine, and activation of nuclear transcription factor kB.
Laboratory column experiment for simultaneous removal of Cd and Cr(VI) were conducted using newly developed material of Fe-loaded zeolite having both reduction ability and sorption capacity. The solution containing Cd and Cr(VI) was injected into the column and the breakthrough curves (BTCs) for the contaminants were observed at the effluent port. Cd breakthrough was not initialized until Cr(VI) breakthrough was completed. Therefore it could be concluded that overall efficiency of Fe-loaded zeolite should be determined by the reactivity for Cr(VI). The relative concentration of Cr(VI) BTC increased to the unit value while initial breakthrough was delayed and the propagation of breakthrough was slowed. In order to quantitatively describe the shape of Cr(VI) BTC, new parameters of ${\alpha}\;and\;{\beta}$ designated to be shape parameters, were defined and applied in contaminant transport concentration. These parameters were employed to represent the degree of initial breakthrough delay and the degree of breakthrough propagation, respectively. As initial contaminant concentration increased, ${\alpha}$ decreased, which indicated the delay of BTC's initiation. And as initial contaminant flow rate increased, ${\beta}$ decreased, which represented the faster propagation of the BTC. From these results, Fe-loaded zeolite was found to be an effective reactive material for PRBs against heavy metals having different ionic forms in groundwater. And it could be expected that as groundwater flows faster, the propagation of breakthrough would be faster and as contaminant concentration is higher, the initial point of breakthrough would appear earlier.
The Cr(VI) concentrations at the shallow aquifer well (MPH-0-1) of the Moonpyung groundwater monitoring station were in the range of 0.5 to 3.1 mg/L exceeding 10 to 62 times the guideline for drinking-water quality, indicating continuous contamination. However, Cr was not detected at the deep bedrock well and the other subsidiary monitoring wells except for MPH-1 and 6. Cross-correlation analyses were conducted for rainfall and groundwater level time series, resulting in the mean time of recharge after precipitation events to be 5.6 days. For rainy season, the water level was raised and the Cr(VI) concentration was several times lower than that during dry season at well MPH-0-1 well. Correlation of the Cr(VI) concentration with the groundwater-level showed that the Cr(VI) reduction was closely related with the groundwater-level rise in the well. However, the groundwater level rise during high water season induced the lateral migration of the Cr(VI)-contaminated groundwater at well MPH-4. We enriched and isolated a chromium reducing bacteria, Enterobacter aerogenes, from the Cr(VI)-contaminated groundwater in the wells MPH-0-1 and MPH-1. The bacteria may play an important role for immobilizing Cr(VI) in the Cr(VI)-contaminated groundwater. Therefore, the migration of the contaminant (Cr(VI) must has been restricted because of the natural attenuation by microbial reduction of Cr(VI) in the groundwater. This research suggests that the bioremediation of the Cr(VI)-contaminated groundwater by the indigenous bacteria may be feasible in the Cr(VI) contaminated groundwater.
In this study, hexavalent chromium (Cr(VI)) plating wastewater in strong acidic condition was treated by reduction and alkalization. Ferrous sulfate ($FeSO_4$), known to reduce Cr(VI) to Cr(III) rapidly at acidic pH, was used as a reductant of Cr(VI). The optimum reduction condition of Cr(VI) was observed at iron to chromium dose ratio of 3:1 by mole concentration. The precipitation of Cr(III) as $Cr(OH)_3$, was achieved by the pH adjustment in the limestone aeration bed. The precipitates were removed less than the upper limit of chromium for effluent at pH over 5.0. The continuous removal of Cr(VI) was performed using the process consisting of reduction vessel, limestone aeration bed, and sedimentation tank coupled with metal screen membrane. As pH was maintained around 5.0 in the limestone aeration bed, insoluble chromic hydroxide flocs was formed continuously. Most chromic hydroxide flocs were filtered by the metal screen membrane with 1450 mesh size, and the treated water to meet the upper limits of chromium for effluent (Cr Conc. 0.25~0.90 mg/l) was obtained in 30 minutes. Periodic backwashing decreased the fouling on the membrane rapidly.
Awad, Yasser M.;Abdelhafez, Ahmed A.;Ahmad, Mahtab;Lee, Sang-Soo;Kim, Rog-Young;Sung, Jwa-Kyung;Ok, Yong-Sik
Korean Journal of Environmental Agriculture
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v.29
no.4
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pp.402-407
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2010
Zerovalent iron (ZVI) is one of the most commonly used metallic reducing agents for the treatment of toxic contaminants in wastewater. Traditional ZVIs are less effective than nanoscale ZVI (nZVI) due to prolonged reaction time. However, the reactivity can be significantly increased by reducing the size of ZVI particles to nanoscale. In this study, nZVI particles were synthesized under laboratory condition and their efficiency in removing hexavalent chromium (Cr(VI)) from aqueous solutions were compared with commercially available ZVI particles. The results showed that the synthesized nZVI particles (SnZVI) reduced >99% of Cr(VI) at the application rate of 0.2% (w/v), while commercial nZVI (CnZVI) particles resulted in 59.6% removal of Cr(VI) at the same application rate. Scanning electron micrographs (SEM) and energy dispersive spectra (EDS) of the nZVI particles revealed the formation of Fe-Cr hydroxide complex after reaction. Overall, the SnZVI particles can be used in treating chromium contaminated wastewater.
A column experiment was carried out to study the reaction of Cr(VI) with organic carbon. Chemical analysis for the effluent collected at different times after the reaction of Cr(VI) with organic carbon in compost and SEM observation for the solid samples remaining after the reaction were conducted. Cr(VI) supplied to the column was not detected in the effluent from column at initial stage, but the concentration of Cr(VI) increased abruptly and maintained the initial supplied concentration (20 mg/kg), indicating that Cr(VI) was effectively removed from the solution at the first state. In general, the concentrations of cations and anions with the exception of $PO_4$ increased and decreased again. Considering that most of these ions were not detected or showed very low concentration, these ions are considered to originate from the organic carbon in the column. SEM observation showed that Cr was coprecipitated with Fe on the surface of organic carbon with small amount of other metals such as Mn, No, and Co. This indicated that on the reduction condition on the organic carbon, Cr(VI) was reduced to $Cr(OH)_3$ and coprecipitated with $Fe(OH)_3$, and that Fe is very important in the precipitation of Cr. After the soluble Fe and Mn are not dissolved any more, $Cr(OH)_3$ is not precipitated. Different from other ions, the concentrations of $PO_4$ decreased and increased, which was thought to be the result of the release of $PO_4$ from organic carbon and sorption on the precipitates. After the maximum sorption on the precipitates and no further release of Fe, the concentration of $PO_4$ returns to its original value measured for the ones released from the organic carbon.
Trichloroethylene(TCE), Cr(VI), and nitrate removal efficiency of a novel reactive barrier were experimented, and the types of corrosion species that form on the surface of the iron and bentonite as a result of reaction were investigated with Raman spectrophotometer. The reactive barrier is composed of bentonite and zero valent iron(ZVI), and this can substitute conventional geosynthetic clay liners for landfill leachate. Tests were performed in batch reactors for various ZVI content (0, 3, 6, 10, 13, 16, 20, 30, 100 w/w %) and pH. The reduction rates and removal efficiencies of TCE, Cr(VI) and nitrate increase at pH 7 buffered solution. As ZVI content increases, TCE, Cr(VI) and nitrate removal efficiencies increase. From the result of analysis with Raman spectrophotometer, Fe-oxides were observed, which are strong adsorbers of cantaminants. Magnetite can be also beneficial to the long term performance of the iron metal.
A soluble Cr(VI) reductase was purified from the cytoplasm of Escherichia coli ATCC 33456. The molecular mass was estimated to be 84 and 42 kDa by gel filtration and SDS-polyacrylamide gel electrophoresis, respectively, indicating a dimeric structure. The pI was 4.66, and optimal enzyme activity was obtained at pH 6.5 and $37^{\circ}C$. The most stable condition existed at pH 7.0. The purified enzyme used both NADPH and NADH as electron donors for Cr(VI) reduction, while NADPH was the better, conferring 61% higher activity than NADH. The $K_m$ values for NADPH and NADH were determined to be 47.5 and 17.2 umol, and the $V_max$ values 322.2 and 130.7 umol Cr(VI) $min^{-1}mg^{-1}$ protein, respectively. The activity was strongly inhibited by N-ethylmalemide, $Ag^{2+},\;Cd^{2+},\;Hg^{2+}$, and $Zn^{2+}$. The antibody against the enzyme showed no immunological cross reaction with those of other Cr(VI) reducing strains.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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