جذب زیستی یون‌های نیکل از محلول آبی به وسیله ریزجلبک Scenedesmus obliquus

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد زیست فناوری – دریا، دانشکده علوم و فنون دریایی- گروه بیولوژی دریا، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران.

2 استادیار، دانشکده علوم و فنون دریایی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران

3 استادیار، پژوهشگاه ملی اقیانوس شناسی و علوم جوی، دپارتمان اقیانوس شناسی، تهران، ایران

10.22112/jwwse.2020.229584.1205

چکیده

وجود آلودگی‌های فلزات سنگین و معایب روش‌های معمول حذف، سبب شده که مطالعات بر روی روش­های کارآمدتر جذب انجام شود. جذب زیستی به‌وسیله­ ریزجلبک یکی از روش های مناسب است که مورد توجه قرار گرفته‌است. در این میان، ریزجلبک Scenedesmus obliquus توان خوبی برای رشد در داخل پساب‌ها دارد. این پژوهش در سال 1398، کارایی ریزجلبک Scenedesmus obliquus را برای حذف نیکل از محلول‌های آبی مورد بررسی قرارداد. برای تعیین شرایط بهینه­ رشد جلبک همراه با بیشترین راندمان حذف آلودگی نیکل، ابتدا جلبک در محیط کشت BG-11 کشت داده‌شد. شرایط غلظت پایه،­ آلاینده­ نیکل ppm1 10 وpH   برابر با 1/0±7 درنظر گرفته‌شد که در این غلظت در دماهای مختلف، دمای بهینه، 30 درجه سانتی‌گراد با میزان رشد جلبک براساس جذب نوری برابر با 81/0 به‎دست‌آمد. در مرحله بعد برای تعیین غلظت بهینه، غلظت‌های 0 (شاهد)، 5/0، 1، 2، 5، 10 و 20 ppm نیکل، در زمان‌های (1، 7، 14 و 21روز) و دمای 2±30 درجه سانتی‌گراد و pH برابر با 1/0±7 مورد بررسی قرارگرفت. شرایط بهینه برای جذب فلز توسط جلبک در دمای 30 درجه سانتی‌گراد، غلظت ppm 10 بود که در آن مقدار حذف، 07/91 درصد بود. ایزوترم لانگمویر و مدل سینتیک شبه درجه دوم تطابق بهتری با داده‌ها نشان دادند. داده‌های تعادل برای نیکل به‎خوبی با روش جذب لانگمویر برازش شد و حداکثر ظرفیت جذب 76/25 میلی­گرم بر گرم در روز چهارم گزارش شد. نتایج این پژوهش نشان داد که ریزجلبک Scenedesmus obliquus به‎عنوان جاذب گیاهی از توان بالایی برای حذف فلز سنگین نیکل برخوردار است.

کلیدواژه‌ها


 
Ahluwalia, S.S., and Goyal, D., (2007), "Microbial and plant derived biomass for removal of heavy metals from wastewater", Bioresource Technology, 98(12), 2243-2257.
Aksu, Z., Sag, Y., and Kutsal, T., (1992), "The biosorpnon of copperod by C. vulgaris and Z. ramigera", Environmental Technology, 13(6), 579-586.
Alkorta, I., Hernández-Allica, J., Becerril, J., Amezaga, I., Albizu, I., and Garbisu, C., (2004), "Recent findings on the phytoremediation of soils contaminated with environmentally toxic heavy metals and metalloids such as zinc, cadmium, lead, and arsenic", Reviews in Environmental Science and Biotechnology, 3(1), 71-90.
Apiratikul, R., and Pavasant, P., (2008), "Batch and column studies of biosorption of heavy metals by Caulerpa lentillifera", Bioresource Technology, 99(8), 2766-2777.
Awasthi, M., and Rai, L., (2004), "Adsorption of nickel, zinc and cadmium by immobilized green algae and cyanobacteria: a comparative study", Annals of Microbiology, 54, 257-268.
Baldrian, P., (2003), "Interactions of heavy metals with white-rot fungi", Enzyme and Microbial Technology, 32(1), 78-91.
Bayramoğlu, G., and Arica, M.Y., (2008), "Adsorption of Cr (VI) onto PEI immobilized acrylate-based magnetic beads: isotherms, kinetics and thermodynamics study", Chemical Engineering Journal, 139(1), 20-28.
Blewett, T.A., and Leonard, E.M., (2017), "Mechanisms of nickel toxicity to fish and invertebrates in marine and estuarine waters", Environmental Pollution, 223, 311-322.
Brinza, L., Dring, M.J., and Gavrilescu, M., (2007), "Marine micro and macro algal species as biosorbents for heavy metals", Environmental Engineering and Management Journal (EEMJ), 6(3), 237-251.
Brzóska, M., and Moniuszko-Jakoniuk, J., (2001), "Interactions between cadmium and zinc in the organism", Food and Chemical Toxicology, 39(10), 967-980.
Çelekli, A., Balcı, M., and Bozkurt, H., (2008) "Modelling of Scenedesmus obliquus; function of nutrients with modified Gompertz model", Bioresource Technology, 99(18), 8742-8747.
Çeribasi, I.H., and Yetis, U., (2001), "Biosorption of Ni (II) and Pb (II) by Phanerochaete chrysosporium from a binary metal system–kinetics", Water SA, 27(1), 15-20.
Chong, A., Wong, Y., and Tam, N., (2000), "Performance of different microalgal species in removing nickel and zinc from industrial wastewater", Chemosphere, 41(1-2), 251-257.
Edris, G., Alhamed, Y., and Alzahrani, A., (2014), "Biosorption of cadmium and lead from aqueous solutions by Chlorella vulgaris biomass: Equilibrium and kinetic study", Arabian Journal for Science and Engineering, 39(1), 87-93.
Fourest, E., and Volesky, B., (1997), "Alginate properties and heavy metal biosorption by marine algae", Applied Biochemistry and Biotechnology, 67(3), 215-226.
Fu, F., and Wang, Q., (2011), "Removal of heavy metal ions from wastewaters: a review", Journal of Environmental Management, 92(3), 407-418.
Gris, B., Morosinotto, T., Giacometti, G.M., Bertucco, A., and Sforza, E., (2014), "Cultivation of Scenedesmus obliquus in photobioreactors: effects of light intensities and light–dark cycles on growth, productivity, and biochemical composition", Applied Biochemistry and Biotechnology, 172(5), 2377-2389.
Guibal, E., Roulph, C., and Le Cloirec, P., (1992), "Uranium biosorption by a filamentous fungus Mucor miehei pH effect on mechanisms and performances of uptake", Water Research, 26(8), 1139-1145.
Gupta, V., and Rastogi, A., (2008), "Biosorption of lead from aqueous solutions by green algae Spirogyra species: kinetics and equilibrium studies", Journal of Hazardous Materials, 152(1), 407-414.
Hodaifa, G., Martínez, M.E., and Sánchez, S., (2010), "Influence of temperature on growth of Scenedesmus obliquus in diluted olive mill wastewater as culture medium", Engineering in Life Sciences, 10(3), 257-264.
Incharoensakdi, A., and Kitjaharn, P., (2002), "Zinc biosorption from aqueous solution by a halotolerant cyanobacterium Aphanothece halophytica", Current Microbiology, 45(4), 261-264.
Jaishankar, M., Tseten, T., Anbalagan, N., Mathew, B.B., and Beeregowda, K.N., (2014), "Toxicity, mechanism and health effects of some heavy metals", Interdisciplinary Toxicology, 7(2), 60-72.
Järup, L., (2003), "Hazards of heavy metal contamination", British Medical Bulletin, 68(1), 167-182.
Khummongkol, D., Canterford, G., and Fryer, C., (1982), "Accumulation of heavy metals in unicellular algae", Biotechnology and Bioengineering, 24(12), 2643-2660.
Kumar, S., and Trivedi, A., (2016), "A review on role of nickel in the biological system", International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences, 5(3), 719-727.
Langmuir, I., (1918), "The adsorption of gases on plane surfaces of glass, mica and platinum", Journal of the American Chemical society, 40(9), 1361-1403.
Malakootian, M., Toolabi, A., Moussavi, S.G., and Ahmadian, M., (2011), "Equilibrium and kinetic modeling of heavy metals biosorption from three different real industrial wastewaters onto Ulothrix Zonata algae", Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 5(12), 1030-1037.
Monteiro, C.M., Castro, P.M., and Malcata, F.X., (2009), "Use of the microalga Scenedesmus obliquus to remove cadmium cations from aqueous solutions", World Journal of Microbiology and Biotechnology, 25(9), 1573-1578.
Monteiro, C.M., Castro, P.M., and Malcata, F.X., (2011), "Biosorption of zinc ions from aqueous solution by the microalga Scenedesmus obliquus", Environmental Chemistry Letters, 9(2), 169-176.
Monteiro, C.M., Castro, P.M., and Malcata, F.X., (2012), "Metal uptake by microalgae: underlying mechanisms and practical applications", Biotechnology Progress, 28(2), 299-311.
Pena-Castro, J., Martınez-Jerónimo, F., Esparza-Garcıa, F., and Canizares-Villanueva, R., (2004), "Heavy metals removal by the microalga Scenedesmus incrassatulus in continuous cultures", Bioresource Technology, 94(2), 219-222.
Perales-Vela, H.V., Pena-Castro, J.M., and Canizares-Villanueva, R.O., (2006), "Heavy metal detoxification in eukaryotic microalgae", Chemosphere, 64(1), 1-10.
Radway, J.C., Wilde, E.W., Whitaker, M.J., and Weissman, J.C., (2001), "Screening of algal strains for metal removal capabilities", Journal of Applied Phycology, 13(5), 451-455.
Roy, D., Greenlaw, P.N., and Shane, B.S., (1993), "Adsorption of heavy metals by green algae and ground rice hulls", Journal of Environmental Science and Health, Part A, 28(1), 37-50.
Selatnia, A., Madani, A., Bakhti, M., Kertous, L., Mansouri, Y., and Yous, R., (2004), "Biosorption of Ni2+ from aqueous solution by a NaOH-treated bacterial dead Streptomyces rimosus biomass", Minerals Engineering, 17(7-8), 903-911.
Terry, P.A., and Stone, W., (2002), "Biosorption of cadmium and copper contaminated water by Scenedesmus abundans", Chemosphere, 47(3), 249-255.
Wang, J., and Chen, C., (2006), "Biosorption of heavy metals by Saccharomyces cerevisiae: A review", Biotechnology Advances, 24(5), 427-451.
Wilde, E.W., and Benemann, J.R., (1993), "Bioremoval of heavy metals by the use of microalgae", Biotechnology Advances, 11(4), 781-812.
Yan, H., and Pan, G., (2002), "Toxicity and bioaccumulation of copper in three green microalgal species", Chemosphere, 49(5), 471-476.
Zdrojewicz, Z., Popowicz, E., and Winiarski, J., (2016), "Nickel-role in human organism and toxic effects", Polski Merkuriusz Lekarski: Organ Polskiego Towarzystwa Lekarskiego, 41(242), 115-118.
Zhou, W., Chen, P., Min, M., Ma, X., Wang, J., Griffith, R., Hussain, F., Peng, P., Xie, Q., and Li, Y., (2014), "Environment-enhancing algal biofuel production using wastewaters", Renewable and Sustainable Energy Reviews, 36, 256-269.