26818

بررسي عوامل مؤثر بر حذف زيستي كروم از خاك به روش بيوالكتروسينتيك

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي گرايش بيوتكنولوژي

1397

1400/11/25

دكتر پريسا حجازي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

روش الكتروسينتيك يك فناوري مؤثر براي پاكسازي خاك¬هاي آلوده به فلزات سنگين است. هدف از اين تحقيق طراحي يك فرايند زيست¬پالايي-الكتروسينتيك براي بهبود راندمان پاكسازي كروم بعنوان يك فلز مدل از خاك است. بدين منظور مخلوط باكتري مقاوم به فلز كروم از پساب چرم¬سازي جداسازي و توانايي آن در كاهش كروم(VI) در محيط كشت مايع تاييد شد. آزمايش¬هاي زيست¬پالايي-الكتروسينتيك خاك با سطح رطوبت 20 درصد با استفاده از محيط كشت حاوي 5/2% (w/w) گلوكز و غلظت اوليه كروم(VI) mg/kg 500 و pH اوليه 8/6 در يك محفظه پلاستيكي مكعب شكل انجام شد. در اين مطالعه طرح فاكتوريل كامل براي بهينه¬سازي عوامل مؤثر بر حذف زيستي كروم(VI) و توليد كروم(III) توسط روش-هاي الكتروسينتيك (EK)، زيست¬پالايي (Bio) و تركيب اين دو (بيوالكتروسينتيك BioEK) استفاده شد. فاكتورهاي در نظر گرفته‌شده تلقيح ميكروبي (0 و 10%)، اختلاف ولتاژ اعمالي (1 و v/cm 2) و زمان انجام آزمايش (2، 4 و 6 روز) بودند. در طول فرايند تغييرات در جريان الكتريكي، pH، مقدار كروم شش ظرفيتي خروجي از خاك و گلوگز خروجي از خاك اندازه گيري شد. نتايج نشان داد با افزايش مدت‌زمان آزمايش در تيمارهاي BioEK، EK و Bio درصد ميانگين پاكسازي كروم(VI) از 2 به 4 روز به ترتيب از 28/96، 14/87 و 93/63% به 34/99، 91/97 و 83/96% رسيد. بررسي اثر اختلاف‌ ولتاژ اعمالي نشان داد ميزان كروم(III) باقي¬مانده در خاك در پايان 2 روز در تيمار BioEK برابر mg/kg 6/191 و با افزايش ولتاژ از 1 به v/cm 2 به مقدار mg/kg 82/267 رسيده است. بدين ترتيب افزايش ولتاژ، سبب تحريك باكتري و افزايش رشد آن‌ها و درنتيجه افزايش احيا كروم(VI) در خاك شد. بازده حذف/احياي كروم(VI) در سيستم EK نشان داد كه استفاده از منابع كربني به‌تنهايي مي¬تواند باعث افزايش بازده فرايند شود، زيرا منابع كربني در pH پايين حاصل از فرايند EK مي¬توانند كروم(VI) را احيا كنند. علاوه¬براين استفاده از مخلوط باكتري در سامانه مذكور نشان داد كه اين باكتري¬ها توانايي خوبي در كاهش كروم(VI) به كروم(III) در فاز خاك دارند. هم¬چنين استفاده از گلوكز به‌عنوان اهداكننده الكترون نرخ كاهش زيستي كروم(VI) را بهبود بخشيد. تجزيه و تحليل آماري به‌صورت بررسي چند پاسخي همزمان بر مبناي حداكثر ميزان حذف/كاهش كروم(VI) از خاك، حداكثر ميزان توليد كروم(III) و حداكثر گلوكز مصرف شده، نشان داد هر سه متغير تأثير معني‌داري بر فرآيند داشتند. شرايط بهينه سالم¬سازي خاك توسط روش بيوالكتروسينتيك در ولتاژ اعمالي v/cm 1 و زمان 2 روز با بيش از 96 درصد حذف/كاهش كروم(VI) از خاك بدست آمد.

1401/05/24

An investigation on effective factors of removing chromium from soil using bioelectrokinetic method

2/14/2023 12:00:00 AM

Electrokinetic method is an effective technology for cleaning up heavy metals contaminated soil. The purpose of this research is to design a new bioremediation-electrokinetic (BioEK) remediation process to increase treatment efficiency of chromium (as a model metal) contamination in soil. Therefore, a chromium resistant bacteria consortia was isolated from tannery wastewater and its ability to reduction chromium(VI) in a liquid medium was confirmed. Bio-EK experiments of soil with 20% moisture using medium containing 2.5 (%w/w) glucose and initial concentration of Cr(VI) 500 mg/kg and initial pH of 6.8 were performed in a cubic plastic chamber. In this study, general factorial design was employed to optimize critical parameters responsible for higher Cr(VI) removal/reduction by electrokinetic (EK), bioremediation (Bio) and bioelectrokinetic (BioEK) methods. The factors considered were microbial inoculation (0 and 10%), applied voltage gradient (1 and 2 v/cm) and test time (2, 4 and 6 days). During the process, the variations in electrical gradient, pH, Cr(VI) content output from soil and glucose output from soil were measured. The results showed that in BioEK, EK and Bio, the efficiency of Cr(VI) treatment increased from 96.28, 87.14 and 63.93% to 99.34, 97.91 and 96.83%, respectively, by increasing the time from 2 to 4 days. The effect of applied voltage gradient showed that the amount of residual Cr(III) in the soil at the end of 2 days in BioEK treatment was 191.6 mg/kg and with increasing the voltage gradient from 1 to 2 v/cm reached 267.82 mg/kg. Therefore, it was observed that voltage gradient increasing resulted in the bacteria stimulation and its growth, and subsequently an increase in the bioreduction of Cr(VI) to Cr(III) in the soil. This result showed that the use of carbon source alone in the EK system can increase process efficiency, since carbon sources at low pH from the EK process can reduce chromium(VI). In addition, the use of bacterial consortium in the system themonstrated that the bacteria have a high potential to reduce chromium(VI) in the soil phase. The use of glucose as an electron donor also improved the bioreduction rate of chromium(VI). A statistical analysis of multiple responses based on maximum removal/reduction of chromium(VI) from soil, maximum production of chromium(III), and maximum glucose consumption showed the three variables were significantly effective on the process. Optimum soil remediation conditions were obtained by bioelectrokinetic method in the applied voltage gradient of 1 v/cm and a time of 2 days with more than 96% removal/reduction of chromium (VI).

Sevda Teymouri

Dr. Parisa Hejazi