Bio-adsorption process of heavy metal contaminants by the bacterium:Study of the effect of various conditions using response surface methodology

Subject Areas :

سمیه محمدیان ¹ , روح افزا اکبری ² , مونا طاهری ³ , فاطمه اکبری ⁴

1 - استادیار گروه مهندسی شیمی، دانشگاه پیام نور، تهران ، ایران
2 - دانشجوی کارشناسی ارشد شیمی، دانشگاه پیام نور ،تهران ، ایران
3 - استادیار گروه مهندسی شیمی، دانشگاه پیام نور ،تهران ، ایران
4 - کارشناسی ارشد شیمی، دانشگاه پیام نور ،تهران، ایران

Received: 2018-03-13 Accepted : 2018-07-13 Published : 2018-08-23

Keywords: Experimental design, Heavy metals, Bio-sorption, chemical contaminants, Absorben,

Abstract :

The entrance of heavy metals contaminants into the aqueous environment, due to their toxicity and the biological damages is hazardous for the human health. So the separation of them from the environment is an important subject. In this work, adsorption of heavy metals was investigated using biological method. The process of adsorption of copper and manganese using bacterium were done at different conditions (pH, temperature, and adsorbent concentration). Besides, the experimental design of Response Surface Methodology (RSM) was used to study the interactions between parameters and to draw the surface diagrams, and the estimation of the mathematical equation (absorbance versus variables) as a polynomial model. Results showed that increasing of pH up to 6 increased the bio-sorption of both Mn and Cu. Increment in temperature and adsorbent content had the same effect. Although the absorbance of Mn was a little higher than Cu, both of them showed the same changes with variables. The observed increment effects were lower at lower levels of variables and became more considerable at higher levels of variables. In each level of absorbent, with increasing of the temperature, absorbance increased which was greater at higher pH. Also, the incremental effect of pH was more remarkable at the higher bacterium concentration. The effect of each variable was influenced by another one. Using RSM, the bio-sorption amounts of both Cu and Mn were formulated versus T, pH, and adsorbent content, with a suitable accuracy and low error. In addition, the interactions between parameters were analyzed considering 3D plots and the coefficients of the achieved equations. Finally, the predicted results from the equations for the new experimental conditions were compared with the the experimental results, which showed a good agreement.

References:

[1] کمرئی، بهرام؛ فصلنامه علمی پژوهشی دانشگاه علوم پزشکی لرستان 4، 51-42، 1388.

[2] اشرفی، فریدون؛ پیک نور علم 1، 102-94، 1387. 

[3] رجائی، قاسم؛ مجله تحقیقات نظام سلامت 5، 756-748، 1391. 

[4] میران‌زاده، محمدباقر؛ مجله سلامت و بهداشت اردبیل 2، 14- 1، 1390.

[5] ستوهیان، فرزاد؛ شریفی، سعید و رنجبران، محسن؛ مجموعه مقالات اولین کنفرانس ملی راهکارهای دستیابی به توسعه پایدار در بخش کشاورزی و منابع طبیعی و محیط زیست، تهران، 1383.

[6] Odum, H.T.; “Heavy Metals in the Environment Using Wetlands for Their Removal”, 1st Edition, CRC Press Taylor & Francis Group, USA, 2000.

[7]  احمدی‌اسب‌چین، سلمان؛ جعفری، ناصر و پوربابائی، احمدعلی؛ مجله آب و فاضلاب 2، 109-103، 1392.

[8] Vijayaraghavan, K.; Yun Y.S.; J. Biotech. Adv. 3, 266-291, 2008.

[9] Volesky, B.; Holan, Z.R.; Biotechnol. Prog. 11, 235–250, 1995.

[10] Soltan, E.S.; J. Microbiology and biotechnology 11, 50-55. 2001.

[11]  خرم‌آبادی، قدرت‌الله؛ درویشی، رضا و جرفی، سهند؛ مجله آب و فاضلاب 73، 62-57، 1389.

[12] Wood, J.M; Wang, H.K.; “Microbial resistance to heavy metals, in: Environmental inorganic chemistry”, VCH Inc, USA, 1985.

[13] Geesey G.G.; Lang L.; “Interactions between metal ions and Capsular polymers, In: Metal ions and bacteria”, John Wiley and Sons, USA, 1989.

[14] Cooksey, D.A.; and Azad, H.R.; Applied and Environmental Microbiology 1, 274-278. 1992.

[15] Huang, C.P; Haung-Allen, C.P; Morehart, L.; Water Research 12, 424-433. 1990.

[16] Say, R.; Denizli, A; and Arica, M.Y.; Bioresour. Technol. 76, 67-76. 2006.

[17]  فرازمند، عباس؛ کاظمی، محمدعلی؛ قیصری، علی؛ ارومیه، حمیدرضا؛ مجله آب و فاضلاب 37، 24-16، 1380.

[18] Alaa, H. H; Catherine, N. M.; Bioresour. Technol. 28, 97-692. 2006.

[19] اسماعیلی، اکبر؛ درویش، مریم؛ ابراهیمی، محمود؛ روستائیان، عبدالحسین؛ نشریه پژوهش‌های کاربردی در شیمی 5 (1)، 15-19، 1390.

[20] عبدالملکی، عزیزه؛ مهان‌پور، کاظم؛ مرادی، رضا؛ نجفی، سعید؛ نشریه پژوهش‌های کاربردی در شیمی 7 (4)، 55-62، 1392.

[21] Ahmady-Asbchin, S; Bahrami, A.M.; Advances in Environmental Biology 7, 1656-1662. 2011.

[22] Flouty, R; Estephane, G.; J. Environmental Management 11, 106-114. 2012.

[23] Abdel-Aty, A.; Ammar, N.; Abdel ghafar, H.; Ali, R.; J. Advanced research in biotech. 4, 367-374. 2013.

[24]  خواجه‌کاظمی، رضوان؛ علیزاده، رضا؛ رضایی، محمدرضا؛ نشریه پژوهش‌های کاربردی در شیمی 7 (1)، 39-46، 1392.

[25]  تجری، الهه؛ صمدانی لنگرودی، نرگس؛ خلفی، مهناز؛ نشریه پژوهش‌های کاربردی در شیمی 11 (1)، 49-57، 1396.

[26] Montgomery, D.C.; “Design and analysis of experiments”, John Wiley & Sons, USA, 2008.