Removal of inorganic and organic toxic substances from aqueous solutions by microbial processes

Abstract

Biosorption of As(III), As(V), Cr(III), Cr(VI), Fe(III), Cu(II) and phosphate from aqueous solutions was studied. The results indicated that phosphate, Fe(III), Cr(III) and Cr(VI) sorption followed pseudo-second order kinetics. Elovich kinetic model equation was also found to be in good agreement with Fe(III) experimental kinetic data. Equilibrium data were fitted using different isotherm models and found that Langmuir isotherm model was better for As(III), As(V), Cr(III), Cr(VI), Fe(III), Cu(II) and phosphate sorption data, whereas Temkin isotherm model for Fe(III) sorption on Arthrobacter strain Sphe3, Pseudomonas sp., and Cr(III) on Mycobacterium sp. biomass, Freundlich isotherm model for Cu(II) sorption on Arthrobacter sp. Sphe3, and Hill-der Boer model for Cr(VI) sorption on Mycobacterium sp. biomass were also followed the isotherm data closely. Potentiometric titration and FTIR studies were used to confirm the presence of functional groups on biomass surface that may interact with the metal ions. In addition, desorption of metal/non-metal species and regeneration of biomass was also studied. The maximum biosorption capacity was found to be at 69 mg-Fe(III)/g-Staphylococus xylosus, 54.35 mg-As(III)/g-Fe(III)-treated Staphylococus xylosus, 61.34 mg-As(VI)/g-Fe(III)-treated Staphylococus xylosus, 43.48 mg-Cr(VI)/g-Fe(III)-treated Staphylococus xylosus, 70.92 mg-phosphate/g-Fe(III)-treated Staphylococus xylosus, 98.03 mg-Fe(III)/g-Arthrobacter strain Sphe3, 86.20 mg-Fe(III)/g-Pseudomonas sp., 54.94 mg-Cu(II)/g-Arthrobacter strain Sphe3, 51.54 mg-Cu(II)/g-Bacillus sphaericus, 87.09 mg-Cr(III)/g-Mycobacterium sp. and 61.51 mg-Cr(VI)/g-Mycobacterium sp. biomass respectively. Surfactants enhanced solubilization and subsequent biodegradation of phenanthrene and pyrene from aqueous solutions by Arthrobacter strain Sphe3 was investigated. Solubilization of phenanthrene and pyrene was found to be linearly proportional to the surfactant concentrations above the critical micelle concentration. Phenanthrene and pyrene were well degraded in the presence of Tween-20 and Tween-80, whereas no significant degradation was observed in the presence of Triton-X-100. Biodegradation kinetics of both phenanthrene and pyrene in the presence of Tween-20 and Tween-80 followed first-order kinetic equation model.

Mελετήθηκε η απομάκρυνση αρσενικού As(V) (III), As(V), Cr(III), Cr(VI), Fe(III), Cu(II) και φωσφορικών από υδατικά διαλύματα χρησιμοποιώντας τους μικροοργανισμούς Staphylococcus xylosus, Arthrobacter strain Sphe3, Pseudomonas sp., Mycobacterium sp. και Bacillus sphaericus. Σε όλες τις περιπτώσεις έγινε κινητική και θερμοδυναμική μελέτη της βιορόφησης και εφαρμόσθηκαν οι αντίστοιχες εξισώσεις. Στα πλαίσια της διατριβής, μελετήθηκε, επίσης, η βιοαποικοδόμηση οργανικών τοξικών ενώσεων και συγκεκριμένα του φαινανθρενίου και πυρενίου. Η διαλυτοποίηση των φαινανθρενίου και πυρενίου πραγματοποιήθηκε με Tween-20, Tween-80 και Triton-X-100 σε διάφορες συγκεντρώσεις. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η διαλυτότητα των δύο υδρογονανθράκων αυξάνεται γραμμικά με την αύξηση της συγκέντρωσης των επιφανειοδραστικών ουσιών. Στο φαινανθρένιο και πυρένιο η αποικοδόμηση παρουσία του Tween-20 και Tween-80 ήταν σημαντική, σε σχέση με την παρουσία του Triton X-100.