Utilization of Chlorella vulgaris and sediments after N-NH4 removal containing clinoptilolite for sorption of heavy metals from wastewater

• Autorzy: Zabochnicka-Świątek M.

Warianty tytułu

PL

Wykorzystanie C. vulgaris oraz osadów zawierających klinoptylolit po usuwaniu N-NH4 do wychwytu metali ciężkich ze ścieków

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

PL

Ścieki przemysłowe zawierają wysokie stężenia zanieczyszczeń nieorganicznych. Skład ścieków przemysłowych jest uzależniony od rodzaju przemysłu. Dużą uciążliwość stanowią zanieczyszczenia azotem amonowym oraz metalami ciężkimi. Przemysł koksowniczy wytwarza ścieki o znacznych zawartościach azotu amonowego, a ścieki pochodzące z ocynkowni, hut cynku i ołowiu i przemysłu przeróbki metali zawierają duże stężenia metali ciężkich, jak np. chrom, nikiel, cynk czy ołów. Metale te zostały wyszczególnione w Rozporządzeniu Ministra Środowiska dot. substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (Dz.U. Nr 229, poz. 1538). Obecnie stosowane technologie do usuwania azotu amonowego ze ścieków wymagają znacznego zużycia energii i dużych nakładów finansowych. Najpowszechniej stosowanymi metodami usuwania jonów metali ciężkich są metody strąceniowe. Stosowanie ich, wiąże się jednak z wieloma trudnościami technologicznymi, takimi jak zagospodarowanie powstających osadów. Ekologicznym sposobem oczyszczania ścieków z tych substancji może być wykorzystanie glonów. Zastosowanie glonów do usuwania azotu amonowego nie wymaga stosowania dodatkowych substancji chemicznych, ponieważ związki te glony asymilują na potrzeby wytwarzania biomasy. Wyhodowana biomasa może następnie zostać wykorzystana do usuwania metali ciężkich w procesie bioakumulacji. Zawartość substancji powodujący zabarwienie ścieków zmniejsza przenikalność światła koniecznego do prawidłowego wzrostu glonów. Niektóre gatunki glonów charakteryzuje zdolność przestawiania sposobu odżywiania z autotroficznego na heterotroficzny. Glony, takie jak Chlorella vulgaris mają zdolność do wykorzystywania węgla organicznego w fazie ciemnej, co jest korzystne ze względu na możliwość prowadzenie hodowli w ściekach o znacznym zabarwieniu. Zatrzymywanie jonów metali ciężkich na zeolitach jest przedmiotem wielu badań. Klinoptylolit jest najpowszechniej występującym zeolitem, wykazującym zdolność do usuwania azotu amonowego oraz wychwytu kationów wielu metali ciężkich. W pracy po raz pierwszy zaproponowano wykorzystanie, po wzbogaceniu kilnoptylolitem, osadu biomasy glonów z gatunku C. vulgaris hodowanej w ściekach zawierających azot amonowy do usuwania metali ciężkich w procesie bioakumulacji. Badania prowadzono w dwóch etapach. Celem pierwszego etapu badań była ocena możliwości wykorzystania glonów z gatunku C. vulgaris do usuwania N-NH4 ze ścieków syntetycznych w procesie asymilacji azotu amonowego. Klinoptylolit był dodawany do próbek, w których nie osiągnięto założonego poziomu oczyszczenia ścieków. W drugim etapie wykorzystano glony oraz osady z pierwszego etapu badań do usuwania ze ścieków metali ciężkich w procesie bioakumulacji przez glony i sorpcji przez klinoptylolit. Proces ten pozwolił na recykling osadu pozostałego po usuwaniu azotu amonowego. Zarówno w pierwszym jak i w drugim etapie badań do połowy próbek dodawano melasę w celu stymulowania wzrostu heterotroficznego C. vulgaris. Na podstawie uzyskanych wyników badań stwierdzono, iż C. vulgaris efektywnie asymilowała N-NH4 już w pierwszym dniu badań w ściekach zanieczyszczonych N-NH4 w zakresie stężeń od 100 do 1000 mg/l. Przy stężeniu 5000 mg/l asymilacja przebiegała wolniej, lecz po dodaniu klinoptylolitu w ciągu 24h nastąpiło usunięcie N-NH4 do poziomu dopuszczalnego dla ścieków wprowadzanych do wód lub do ziemi (Dz.U. 2009 nr 27 poz. 169). W drugim etapie badań stwierdzono, iż usuwanie jonów cynku, ołowiu, niklu oraz chromu przy wykorzystaniu glonów oraz osadów z pierwszego etapu było uzależnione od rodzaju metalu, rodzaju sorbentu i czasu ekspozycji. Uzyskano następujące najwyższe usunięcia jonów metali, wyrażone w procentach: Cr(VI) – 61% dla mieszanki: osad + melasa w 4 dniu badań, Ni(II) – 77% dla osadu w 4 dniu badań, Zn(II) – 99% dla mieszanki: osad + melasa w 1 dniu badań i Pb(II) – 96% dla mieszanki: osad + melasa w 2 dniu badań.

Słowa kluczowe

PL

wykorzystanie C vulgaris; metale ciężkie

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2013
• Tom: Tom 15, cz. 1
• Strony: 324--347
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Zabochnicka-Świątek M.

• Czestochowa University of Technology

Bibliografia

• 1. Afkar E., Ababna H. Fathi A. A.: Toxicological reponse of the green alga Chlorella vulgaris, to some heavy metals. American Journal of Environmental Sciences, Vol. 6, No 3, 230–237 (2010).
• 2. Alvarez P. J. J., Illman W.A.: Bioremediation and natural attenuation: process fundamentals and mathematical models, John Wiley&Sons, New Jersey, 2006.
• 3. Anielak A., Piaskowski K.: Badania laboratoryjne oczyszczania ścieków osadem czynnym z zastosowaniem zeolitu i PIX-u. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set the Environment Protection), 2, 281–295 (2000).
• 4. Becker E.W.: Microalgae: biotechnology and microbiology, Cambridge Studies in Biotechnology 10, Cambridge University Press, Cambridge, 2008.
• 5. Bhantnagar A., Chinnasamy S., Singh M., Das K.C.: Renewable biomass production by mixotrophic algae in the presence of various sources and wastewaters, Applied Energy, 88, 3425–3431 (2011).
• 6. Björkman O.: The effect of oxygen concentration on photosynthesis in higher plants, Physiologia Plantarum, Vol. 19, No 3, 618–633 (1966).
• 7. Cervantes C., Campos-García J., Devars S. et al.: Interactions of chromium with microorganisms and plants, FEMS Microbiol. Rev., Vol. 25, No 3, 335–47 (2001).
• 8. Chang I.S., Jang J.K., Gil G.C., Kim M., Kim H.J., Cho B.W., Kim B.H.: Continuous determination of biochemical oxygen demand using microbial fuel cell type biosensor, Biosensors and Bioelectronics, Vol. 19, No 6, 607–613 (2004).
• 9. Das N., Vimala R., Karthika P.: Biosorption of heavy metals – an overview, Indian Journal of Biotechnology, Vol 7, 159–169 (2008).
• 10. Deng L., Su Y., Su H.: Sorption and desorption of lead (II) from wastewater by green algae Cladophora fascicularis, Journal of Hazardous Materials Vol. 143, 220–225 (2007).
• 11. Dz.U. 2008 nr 229 poz. 1538. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 15 grudnia 2008 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego, których wprowadzanie w ściekach przemysłowych do urządzeń kanalizacyjnych wymaga uzyskania pozwolenia wodno prawnego.
• 12. Dz.U. 2009 nr 27 poz. 169. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 28 stycznia 2009 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzeniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego.
• 13. Gupta V. K., Shrivastava A. K., Jain N.: Biosorption of chromium(VI) from aqueous solutions by green algae Spirogyra species, Wat. Res. Vol. 35, No. 17, 4079–4085 (2001).
• 14. Inthorn D., Sidtitoon N., Silapanuntaku S.: Sorption of mercury, cadmium and lead by microalgae, Science Asia Vol. 28, 253–261 (2002).
• 15. Kalyani, S., Rao P. S., Krishnaiah A.: Removal of nickel (II) from aqueous solutions using marine macroalgae as the sorbing biomass, Chemosphere Vol. 57, 1225–1229 (2004).
• 16. Kotrba P., Mackova M., Macek T.: Microbial biosorption of metals, Springer Science and Business Media B.V, 2011.
• 17. Liang Z., Wang Y., Zhou Y., Liu H.: Coagulation removal of mealnoidins from biologically treated molasses wastewater using ferric chloride, Chemical Engineering Journal Vol. 152, 88–94 (2009).
• 18. Piecuch T., Piekarski J., Knut E.: Badania zależności między wydajnością a jakością podczyszczania ścieków w procesie sorpcji. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set the Environment Protection), 4, 439–454 (2002).
• 19. PN-72/C-04550.09. Determination of the effectiveness of biochemical oxidation of anionic and synthetic non-ionic surfactants by the activated sludge method during the kinetic conditions (in Polish).
• 20. PN-EN ISO 11885:2001. Determination of 33 elements by atomic emission spectrometry with inductively coupled plasma (in Polish).
• 21. Sprynskyy M., Buszewski B., Terzyk A. P., Namiesnik J.: Study of the selection mechanism of heavy metal (Pb2+, Cu2+, Ni2+, and Cd2+) adsorption on clinoptilolite, Journal of Colloid and Interface Science Vol. 304, 21–28 (2006).
• 22. Szymański K.: Związki ołowiu i chromu w środowisku naturalnym i odpadach, Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set the Environment Protection), 11, 173–182 (2009).
• 23. Whitton B.A., Potts M.: The ecology of cyanobacteria. Their diversity in time and space, Kluwer Academic Publishers, The Netherlands, 2000.
• 24. Zabochnicka-Świątek M.: Algae – feedstock of the future, Archivum Combustionis, vol. 30 nr 3, 225–236 (2010).
• 25. Zabochnicka-Świątek M., Malińska K.: Removal of ammonia by clinoptilolite, Global NEST Journal, Vol. 12, No 3, 256–261 (2010).
• 26. Zabochnicka-Świątek M., Stańczyk-Mazanek E., Bień J.B.: Immobilization of Cu2+ and Zn2+ in the presence of Ba2+ and Sr2+ by clinoptilolite, Polish J. of Environ. Stud., Vol. 17, No 3A, 605–610