The effect of biomass (Chlorella vulgaris, Scenedesmus armatus) concentrations on Zn2+, Pb2+ and Cd2+ biosorption from zinc smelting wastewater

• Autorzy: Zabochnicka-Świątek M. , Rygała A.

Identyfikatory

DOI

10.17512/ios.2017.2.6

Warianty tytułu

PL

Wpływ stężenia biomasy (Chlorella vulgaris, Scenedesmus armatus) na biosorpcję Zn2+, Pb2+ i Cd2+ ze ścieków z ocynkowni

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Non-modified and chemically modified algal biomass of Chlorella vulgaris and Scenedesmus armatus were chosen to examine their Zn²⁺, Pb²⁺ and Cd²⁺ sorption activity. The dry biomass was chemically modified with 1M HNO₃ in order to determine the influence of acid- -treatment on the heavy metal ions removal rate. The heavy metal uptake process was found to be rapid and very efficient. The sorption process of heavy metals is highly pH-dependent. It influences heavy metal forms in the solution, and functional groups located on the cell surface. The effectiveness of biosorption depends also on the biomass concentration and its modifications. The highest adsorption capacities of both, Chlorella vulgaris and Scenedesmus armatus towards zinc, lead and cadmium ions were found for the lowest sorbent concentrations. Batch experiments showed that the differences between uptake by non-modified and acid-modified biomass are relatively small. It can be due to the fact that non-modified algal biomass exhibits high sorption capacity.

PL

Celem badań była ocena wydajności biosorpcji Zn²⁺, Pb²⁺ i Cd²⁺ pochodzących z ocynkowni przez modyfikowaną i niemodyfikowaną biomasę glonów z rodzaju Chlorella vulgaris i Scenedesmus armatus. Powietrznie suchą biomasę glonów poddano chemicznej modyfikacji przy użyciu 1M HNO₃ w celu oceny wpływu kwaśnej modyfikacji na szybkość usuwania wybranych jonów metali ciężkich. Stwierdzono, że proces usuwania jonów metali ciężkich zachodził z dużą wydajnością w krótkim czasie. Wydajność sorpcji jonów metali ciężkich zależała od odczynu środowiska, który miał wpływ na dostępność grup funkcyjnych na powierzchni sorbentu. Efektywność procesu biosorpcji zależała również od stężenia biomasy i jej modyfikacji. Najwyższą pojemność sorpcyjną odnotowano po użyciu sorbentu w najniższym stężeniu. Na podstawie uzyskanych rezultatów badań stwierdzono, że zastosowanie biomasy modyfikowanej i niemodyfikowanej nie wpłynęło znacząco na różnice w wydajności sorpcji jonów metali ciężkich. Mogło to być spowodowane tym, że biomasa niemodyfikowana posiadała wyjściowo dużą pojemność sorpcyjną.

Słowa kluczowe

EN

algae; Chlorella vulgaris; Scenedesmus armatus; heavy metal ions; sorption; modified microalgal biomass

PL

Chlorella vulgaris; Scenedesmus armatus; jony metali ciężkich sorpcja; modyfikowana biomasa glonów

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 20, nr 2
• Strony: 211--220
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., wykr.

Twórcy

autor

Zabochnicka-Świątek M.

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Infrastructure and Environment, Institute of Environmental Engineering, ul. Brzeźnicka 60a, 42-200 Częstochowa

autor

Rygała A.

• Czestochowa University of Technology, Faculty of Infrastructure and Environment, Institute of Environmental Engineering, ul. Brzeźnicka 60a, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Abu Al-Rub F.A., El-Naas M.H., Benyahia F., Ashour I., Biosorption of nickel on blank alginate beads, free and immobilized algal cells, Process Biochemistry 2004, 39, 1767-1773.
• [2] Anielak A.M., Schmidt R., Sorption of lead and cadmium cations on natural and manganese- -modified zeolite, Polish J. of Environ. Stud. 2011, 20(1), 15-19.
• [3] De Abreu F.C.P., da Costa P.N.M., Brondi A.M., Pilau E.J., Gozzo F.C., Eberlin M.N., Trevisan M.G., Garcia J.S., Effects of cadmium and copper biosorption on Chlorella vulgaris, Bull Environ. Contam. Toxicol. 2014, 93, 405-409.
• [4] Edris G., Alhamed Y., Alzahrani A., Biosorption of cadmium and lead from aqueous solutions by Chlorella vulgaris biomass: equilibrium and kinetic study, Arab. J. Sci. Eng. 2014, 39, 87-93.
• [5] Bunke G., Gotz P., Buchholz R., Metal removal by biomass: physico-chemical elimination methods, Biotechnology 1999, 11A, 431-452.
• [6] Chen J.Z., Tao X.C., Xu J., Zhang T., Liu Z.L., Biosorption of lead, cadmium and mercury by immobilized Microcystis aeruginosa in a column, Process Biochem. 2005, 40, 3675-3679.
• [7] Esposito A., Pagnanelli F., Lodi A., Solisio C., Veglio F., Biosorption of heavy metals by Sphaerotilusnatans: an equilibrium study at different pH and biomass concentrations, Hydrometallurgy 2001, 60, 129-141.
• [8] Kadukova J., Vircikova E., Comparison of differences between copper bioaccumulation and biosorption, Environment International 2005, 31, 227-232.
• [9] Kumar K.S., Dahms H.-U., Won E.-J., Lee J.-S., Shin K.-H., Microalgae - a promising tool for heavy metal remediation, Ecotoxicology and Environmental Safety 2015, 113, 329-352.
• [10] Malamis S., Katsou E., A rewiev on zinc and nickel adsorption on natural and modified zeolite, bentonite and vermiculite: Examination of proces parameters, kinetics and isotherms, Journal of Hazardous Materials 2013, 252-253, 428-461.
• [11] Zabochnicka-Świątek M., Algae - feedstock of the future, Archivum Combustionis 2010, 30(3), 225-236.
• [12] Zabochnicka-Swiatek M., Ion exchange processes, [in:] Best Practice Guide on Metals Removal from Drinking Water by Treatment, eds. M. Ersoz, L. Barrott, IWA Publishing, London 2012, 70-75.
• [13] Zabochnicka-Swiatek M., Biosorbents for heavy metal-contaminated environment, Chemik- -Science-Technique-Market 2013, 67(10), 971-978.
• [14] Zabochnicka-Świątek M., Usuwanie azotu amonowego ze ścieków w procesie sorpcji i biosorpcji, Monografia Nr 324, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2017.
• [15] Zabochnicka-Świątek M., Krzywonos M., Potentials of biosorption and bioaccumulation processes for heavy metal removal, Polish J. of Environ. Stud. 2014, 23(2), 551-561.
• [16] Matheickal J.T., Yu Q., Biosorption of lead(II) and copper(II) from aqueous solutions by pre-treated biomass of Australian marine algae, Bioresource Technology 1999, 69(3), 223-229.
• [17] Zabochnicka-Świątek M., Utilization of Chlorella vulgaris and sediments after N-NH4 removal containing clinoptilolite for sorption of heavy metals from wastewater, Annual Set the Environment Protection 2013, 15(1), 324-347.
• [18] Krzywonos M., Borowski P.F., Kupczyk A., Zabochnicka-Świątek M., Abatement of CO2 emissions by using motor biofuels = Ograniczenie emisji CO2 poprzez stosowanie biopaliw motorowych, Przemysł Chemiczny 2014, 93(7), 1124-1127.
• [19] Brinza L., Dring M.J., Gavrilescu M., Marine micro and macro algal species as biosorbents for heavy metals, Environ. Eng. Manag. J. 2007, 6(3), 237-251.
• [20] Mehta S.K., Gaur J.P., Characterization and optimization of Ni and Cu sorption from aqueous solution by Chlorella vulgaris, Ecological Engineering 2001, 18, 1-13.
• [21] Chong A.M.Y., Wong Y.S., Tam N.F.Y., Performance of different microalgal species in removing nickel and zinc from industrial wastewater, Chemosphere 2000, 41, 251-257.
• [22] Sekhar K.C., Kamala C.T., Chary N.S., Anjaneyulu Y., Removal of heavy metals using a plant biomass with reference to environmental control, Int. J. Miner. Process. 2003, 68, 37-45.
• [23] Park D., Yun Y.-S., Park J.M., Studies of hexavalent chromium biosorption by chemically treated biomass of Ecklonia sp., Chemosphere 2005, 60, 1356-1364.
• [24] Chojnacka K., Biosorption and bioaccumulation - the prospects for practical applications, Environ. Inter. 2010, 36, 299-307.
• [25] Terry P.A., Stone W., Biosorption of cadmium and copper contaminated water by Scenedesmus abundans, Chemosphere 2002, 47, 249-255.
• [26] Volesky B., Holan Z.R., Biosorption of heavy metals, Biotechnol. Prog. 1995, 11, 235-250.
• [27] Wilk M., Gworek B., Metale ciężkie w osadach ściekowych, Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych 2009, 39, 40-59.
• [28] Yu J.X., Tong M., Sun X.M., Li B.H., A simple method to prepare poly(amic acid)modified biomass for enhancement of lead and cadmium adsorption, Biochem. Eng. J. 2007, 33,126-133.
• [29] Tien C.-J., Biosorption of metal ions by freshwater algae with different surface characteristics, Process Biochem. 2002, 38, 605-613.
• [30] Zabochnicka-Świątek M., Adsorption processes, [in:] Best Practice Guide on Metals Removal from Drinking Water by Treatment, eds. M. Ersoz, L. Barrott, IWA Publishing, London 2012, 61-69.
• [31] Monteiro C.M., Castro P.M.I., Malcata F.X., Metal uptake by microalgae: underlying mechanisms and practical applications, Biotechnol. Prog. 2012, 28(2), 299-311.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).