Enhanced Cometabolic Transformation of 4-Chlorophenol in the Presence of Phenol by Granular Activated Carbon Adsorption

Authors

  • Kai-Chee Loh,

    Corresponding author
    1. Department of Chemical and Biomolecular Engineering, National University of Singapore, 4 Engineering Dr. 4, Singapore 117576, Singapore
    • Department of Chemical and Biomolecular Engineering, National University of Singapore, 4 Engineering Dr. 4, Singapore 117576, Singapore
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  • Ye Wang

    1. Department of Chemical and Biomolecular Engineering, National University of Singapore, 4 Engineering Dr. 4, Singapore 117576, Singapore
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Abstract

Substrate inhibitions that manifest within the cometabolism system of 4-chlorophenol (4-cp) and phenol were alleviated through the application of granular activated carbon (GAC) in batch biodegradation. It was found that 4-cp was preferentially adsorbed over phenol by the GAC and that 50% to 70% of the adsorption was achieved within the first two hours of contact. The kinetics of 4-cp adsorption was also much faster than that of phenol, even when the co-existing phenol was of a significantly higher initial concentration. As a result, competitive inhibition between the two compounds was minimized. Adsorption also caused a lowering of the phenol concentration in solution with a concomitant reduction in the substrate inhibition effect on cell growth. The addition of GAC benefited the biotransformation process through shortening the total degradation time for 600 mg L−1 phenol and 100 mg L−1 4-cp from 42 h to 12 h; and it also made it possible for cells to survive and transform 600 mg L−1 phenol and as high as 400 mg L−1 4-cp in free suspension cultures. Repeated operations in which GAC was reused showed that GAC could be regenerated by the cells, thus rendering the GAC incorporated process amenable to long term operations.

Abstract

Les inhibitions de substrat qui se manifestent dans le système de cométabolisme du chlorophénol-4 (cp-4) et du phénol ont été réduites par l'application de charbon actif granulaire (GAC) lors d'une biodégradation discontinue. On a trouvé que le cp-4 était le premier à être adsorbé sur le phénol par le GAC et que de 50 à 70 % de l'adsorption avait lieu dans les deux premières heures du contact. La cinétique d'adsorption du cp-4 est également beaucoup plus rapide que celle du phénol, même lorsque le phénol coexistant est d'une concentration initiale substantiellement plus élevée. En conséquence, l'inhibition compétitive entre les deux composés est minimisée. L'adsorption cause également une baisse de la concentration de phénol dans la solution avec une réduction concomitante de l'effet d'inhibition du substrat sur la croissance des cellules. L'ajout de GAC a un effet bénéfique sur le processus de biotransformation en raccourcissant le temps de dégradation total pour 600 mg L−1 de phénol et 100 mg L−1 de cp-4 de 42 h à 12 h; et cela permet également aux cellules de survivre et de transformer 600 mg L−1 de phénol et jusqu'à 400 mg L−1 de cp-4 en cultures de suspensions libres. Des opérations répétées dans lesquelles le GAC est réutilisé montrent que le GAC pourrait être régénérées par les cellules, rendant ainsi le procédé d'incorporation du GAS propice pour des opérations à long terme.

Ancillary