Eliminacja metali ciężkich z popiołów z użyciem roztworów ługujących zawierających bakterie utleniające siarkę lub bakterie produkujące biologiczne substancje powierzchniowo czynne

• Autorzy: Karwowska E. , Łebkowska M. , Tabernacka A. , Andrzejewska D.

Warianty tytułu

EN

Elimination of heavy metals from fly ash using leaching solutions containing sulphur-oxidizing bacteria or bacteria producing biological surfactants

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Efektem ubocznym wytwarzania energii elektrycznej na drodze spalania węgla kamiennego lub brunatnego jest powstawanie znacznych ilości odpadów paleniskowych. Dodatkowym ich źródłem są procesy termicznego unieszkodliwiania różnego rodzaju odpadów, w tym zawierających metale ciężkie. Po spaleniu jednej tony węgla pozostaje około 250 kg popiołów i żużli. Jak podają Rosik-Dulewska i wsp. [24], w 2004 roku, w krajach Unii Europejskiej wytworzono około 43 mln ton lotnych popiołów. Szacuje się, że obecnie aż do około 40% popiołów lotnych jest gromadzonych na składowiskach, skąd obecne w nich zanieczyszczenia, w tym metale ciężkie, mogą ulegać wymywaniu do środowiska, powodując zagrożenie dla gleb i wód. Metoda zagospodarowania odpadów pospaleniowych polega na ich wykorzystaniu jako surowców do produkcji betonów i materiałów budowlanych, spoiw, uszczelnień, wypełnień wyrobisk górniczych oraz w budownictwie hydrotechnicznym [25]. Podejmowane są próby zastosowania popiołów do wytwarzania kompozytów mineralno-organicznych [26] oraz materiałów zeolitowych mogących posłużyć jako adsorbenty zanieczyszczeń gazowych [4]. Przeszkodą w powszechnym wykorzystaniu gospodarczym popiołów jest konieczność spełniania przez nie standardów odnośnie między innymi poziomu promieniotwórczości oraz zawartości metali ciężkich. Przedmiotem niniejszej pracy było porównanie skuteczności bioługowania metali ciężkich z popiołów z wykorzystaniem hodowli bakterii utleniających siarkę oraz bakterii produkujących biologiczne substancje powierzchniowo czynne.

EN

One of the effective methods of heavy metals elimination from ashes is their microbial leaching. Bacteria capable of oxidizing sulphur compounds and producing sulpuric acid are the most commonly used in bioleaching process as well as microorganisms producing organic acids or complexing agents. Another group of microbes, that may be useful in heavy metals bioleaching from wastes are biosurfactant-producing bacteria, supporting the remediation process of soils contaminated with petroleum products and heavy metals. The aim of this research was to compare the effectiveness of bioleaching of zinc, copper, nickel, lead, chromium and cadmium from three samples of ashes obtained from the municipal and industrial wastes incineration plants and a power plant, using sulphur oxidizing bacteria or biosurfactant producing bacteria. Acidifying microorganisms were obtained from the activated sludge from the municipal wastewater treatment plant, adapter to the growth in presence of 1% sulphur. As anionic biosurfactant producers the strains of Bacillus cereus and Bacillus subtilis, were used. The highest effectiveness of zinc and copper elimination from ashes was achieved applying sulphur oxidizing bacteria and a short bioleaching period (up to 48 h). The other metals were bioleached more effectively in biosurfactant containing culture and the process was accomplished in neutral or alkaline environment. The best results of bioleaching was obtained in case of the ash obtained from the municipal wastes incineration plant. It was stated, that bioemulsan producing microorganisms are active as the stimulating factor of the heavy metal release from ashes so they may be applied in practice to the metals elimination from incineration wastes. Further investigation is necessary to determine the optimum bioleaching time in dynamic conditions due to the re-adsorption of metals on microbial cells and ash particles.

Słowa kluczowe

PL

metale ciężkie; roztwór ługujący; bakterie; substancje powierzchniowo czynne

EN

heavy metals; leaching solution; bacteria; surfactants

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2011
• Tom: Tom 13
• Strony: 1133--1154
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Karwowska E.

autor

Łebkowska M.

autor

Tabernacka A.

autor

Andrzejewska D.

• Politechnika Warszawska

Bibliografia

• 1. Banat I.M., Makkar R.S., Cameotra S.S.: Potential commercial applications of microbial surfactants. Applied Microbiology and Biotechnology, 53, pp 495÷508, 2003.
• 2. Bednarski W., Adamczak M.: Biotechnologiczne metody otrzymywania związków powierzchniowo aktywnych. Część II. Synteza związków powierzchniowo aktywnych przez mikroorganizmy. Biotechnologia, 4, 47, str. 24÷41, 1999.
• 3. Brombacher C., Bachofen R., Brandl H.: Biohydrometallurgical processing of solids: a patent review. Applied Microbiology and Biotechnology, 48, pp 577÷587, 1997.
• 4. Bukaluk D., Majchrzak-Kucęba, I., Nowak W.: Wpływ zawartości Si i Al. w popiele lotnym na tworzenie się frakcji zeolitowych typu NA-P1. W: Polska Inżynieria Środowiska pięć lat po wstąpieniu do Unii Europejskiej ( Ozonek J. i Pawłowska M. red.), str. 35÷47, Lublin 2009.
• 5. Busscher H.J., Neu T.R., van der Mei H.C.: Biosurfactant production by thermophilic dairy streptococci. Applied Microbiology and Biotechnology, 41, 1, pp 4÷7, 1994.
• 6. Christofi N., Ivshina I.B.: Microbial surfactants and their use in field studies of soil remediation. Journal of Applied Microbiology, 93, 6, pp 915÷929, 2002.
• 7. Desai J.D., Banat I.M.: Microbial Production of Surfactants and Their Commercial Potential. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 61, 1, pp 47÷64, 1997.
• 8. Groudeva V., Krumova K., Groudev S.: Bioleaching of a rich-in-carbonates copper ore at alkaline pH. Advanced Materials Research, 20÷21,pp 103÷106, 2007.
• 9. Ishigaki T., Nakanishi A., Tateda M., Ike M., Fujita M.: Bioleaching of metal from municipal waste incineration fly ash using a mixed culture of sulfur-oxidizing and iron-oxidizing bacteria. Chemosphere, 60, pp 1087÷1094, 2005.
• 10. Krebs W., Bachofen R., Brandl H.: Growth stimulation of sulfur oxidiz-ing bacteria for optimization of metal leaching efficiency of fly ash from municipal solid waste incineration. Hydrometallurgy, 59, 2÷3, pp 283÷290, 2001.
• 11. Krebs W., Brombacher C., Bosshard P.P., Bachofen R., Brandl H.: Microbial recovery of metals from solids. FEMS Microbiology Reviews, 20, 3÷4, pp 605÷617, 1997.
• 12. Lang S.: Biological amphiphiles (microbial biosurfactants). Current Opinion in Colloid and Interface Science, 7, pp 20÷21, 2002.
• 13. Łebkowska M.: Biologiczne związki powierzchniowo czynne i ich zastosowanie do oczyszczania gruntów z produktów naftowych. Biotechnologia, 1, 64, pp 43÷53, 2004.
• 14. Mulligan C.: Environmental applications for biosurfactants. Environmental Pollution, 133, pp 183÷198, 2005.
• 15. Mulligan C.N.: Recent advances in the environmental applications of biosurfactants. Current Opinion in Colloid and Interface Science, 14, pp 372÷378, 2009.
• 16. Mulligan C., Yong R.N., Gibbs B.F.: Heavy metal removal from sediments by biosurfactants. Journal of Hazardous Materials, 85, pp 111÷125, 2001.
• 17. Mulligan C., Yong R.N., Gibbs B.F., James S., Bennett H.P.J.: Metal Removal from Contaminated Soil and Sediments by the Biosurfactant Surfactin. Environmental Science and Technology, 33, 21, pp 3812÷3820, 1999.
• 18. Paul M., Sandström A, Paul J.: Prospects for cleaning ash in the acidic effluent from bioleaching of sulfidic concentrates. Journal of Hazardous Materials, 106b, pp 39÷54, 2004.
• 19. Philp J.C.,Kuyukina M.S., Ivshina I.B., Dunbar S.A., Christofi N., Lang S., Wray V.: Alkanotrophic Rhodococcus ruber as a biosurfactant producer. Applied Microbiology and Biotechnology, 59, pp 318÷324, 2002.
• 20. Rahman P.K.S.M., Gakpe E.: Production, Characterisation and Applications of Biosurfactants-Review. Biotechnology, 7, 2, pp 360÷370, 2008.
• 21. Rejinders L.: Disposal, uses and treatments of combustion ashes: a review. Resources, Conservation and Recycling, 43, pp 313÷336, 2005.
• 22. Ron E.Z., Rosenberg E.: Biosurfactants and oil bioremediation. Current Opinion in Biotechnology, 13, 3, pp 249÷252, 2002.
• 23. Rosenberg E., Ron E.Z.: Bioemulsans: microbial polymeric emulsifiers. Current Opinion in Biotechnology, 8, pp 313÷316, 1997.
• 24. Rosik-Dulewska C., Karwaczyńska U., Ciesielczyk T., Głowala K.: Możliwości nieprzemysłowego wykorzystania odpadów z uwzględnieniem zasad obowiązujących w ochronie środowiska. Rocznik Ochrona Środowiska, 11, str. 863÷874, 2009.
• 25. Rosik-Dulewska C., Karwaczyńska U.: Metody ługowania zanieczyszczeń z odpadów mineralnych w aspekcie możliwości ich zastosowania w budownictwie hydrotechnicznym. Rocznik Ochrona Środowiska, 10, str. 205÷219, 2008.
• 26. Sobczyk R.: Wykorzystanie popiołów lotnych do produkcji kompozytów mineralno-organicznych na bazie ubocznych produktów spalania węgla i osadów ściekowych. Materiały IX Międzynarodowej Konferencji : Popioły z Energetyki. Ustroń, 8÷11 października, 2002.
• 27. Williams P.T.: Pollutants from Incineration: An Overview. In: Waste Incineration and the Environment. Hester R.E., Harrison R.M. (ed), Royal Society of Chemistry, Cambridge, 1994.