جذب بیولوژیکی فلز سنگین سرب ازمحلول‌های آبی با ریزجلبک spirulina

پیشینه و اهداف: امروزه حذف فلزات سنگین از پساب صنایع به طور قابل توجهی رو به افزایش است که می‌تواند در راستای حفاظت محیط زیست و سلامت انسان ها نقش به سزایی داشته باشد. در سال های اخیر محققین به روش های بیولوژیکی و به خصوص روش های زیستی و میکروبی جهت حذف فلزات سنگین سمی متوسل شده اند. جذب زیستی فلزات سنگین، یک تکنولکوژی نسبتا جدید برای تصفیه پساب های صنعتی است و هدف از آن، حذف فلزات سمی و پاکسازی محیط زیست و همچنین بازیافت فلزات با ارزش است. این فرآیند، یک واکنش سریع بین فلز و سطح سلول (اتصال خارج از سلولی) است که  فلز به سطح ملکول ها مانند پروتئین سطحی می چسبد. فرآیند های بیولوژیکی مرسوم در پاکسازی زیستی فلزات شامل جذب بیولوژیکی، تجمع زیستیو ته نشینی زیستی است. در پژوهش حاضر تلاش بر این است که با بهینه سازی شرایط جذب برای ریزجلبک اسپیرولینا به صورت زنده توانایی آن در جذب فلز سنگین سرب از محلول های آبی مورد بررسی قرار گیرد. هدف از این پروژه ارائه ی راهکاری جهت حذف زیستی فلز سنگین سرب با استفاده از روش جذب بیولوژیکی به کمک ریزجلبک اسپیرولینا است. روش ها :  سه پارامتر غلظت جلبک (0.5، 1، 1.5 و 2 گرم بر لیتر)، غلظت سرب (20، 40 و 60 میلی گرم بر لیتر) و زمان تماس (30، 60، 90، 180 و 360 دقیقه) به عنوان پارامترهای آزمایش نهایی در نظر گرفته شد. به منظور انجام تست ها، 12 نمونه کشت گذاشته شد. با بررسی میزان رشد و بعد از رسیدن کشت ها به غلظت مورد نظر سه غلظت سرب به نمونه ها اضافه شده و پس از مدت زمان های معین از کشت نمونه برداری شده و میزان جذب اندازه گیری شد. در ادامه ایزوترم جذب برای تعیین ظرفیت تئوریکی جذب آلاینده رسم شد. یافته ها:بهینه ی رشد در شرایط نور 3000 لوکس و پی اچ 10 رخ داده و ماکزیمم چگالی نوری رشد در این شرایط 1.421 است. نتایج جذب بیولوژیکی نشان داد که غلظت های بالاتر جلبک میزان جذب بیولوژیکی بالاتری داشته و ماکزیمم راندمان جذب در غلظت 2 گرم بر لیتر اسپیرولینا به دست آمد. بررسی اثر زمان تماس نشان می دهد که با افزایش زمان تماس میزان جذب بیولوژیکی افزایش یافته و از حدود 180 دقیقه به بعد این میزان کاهش می یابد که احتمالا به دلیل اثر سمیت فلز سنگین باقیمانده بر سلول های ریزجلبک اسپیرولینا است. حداکثر حذف فلز سنگین سرب در غلظت 2 گرم بر لیتر اسپیرولینا و دوز سرب 20 میلی گرم بر لیتر در مدت زمان تماس 180 دقیقه به میزان 81.33 درصد بوده است. نتایج نشان داد که ایزوترم لانگمویر برای فلز سرب، بهتر از سایر مدل‌ها می‌تواند داده‌های آزمایشی را برازش کند. نتیجه گیری: فرایند جذب بیولوژیکی توسط اسپیرولینا شامل دو مرحله ی سریع جذب (20 دقیقه اول) و جذب آهسته در ادامه آن است. راندمان جذب تا حدود دقیقه ی 60 صعودی بوده و پس از آن به تدریج از شیب آن کاسته می شود. همچنین میزان جذب بالا در 30 دقیقه ی اول (بیش از 50 درصد جذب بیولوژیکی کل در همه ی نمونه ها) نشان دهنده ی وجود یک مرحله جذب سریع در دقایق اولیه است. دلیل جذب سریع در 30 دقیقه ی اول به دلیل جذب فیزیکی سریع در سایت های فعال سلول جلبک بوده که به سایت های منفی مشهور است و جذب با نیروی الکترو استاتیکی رخ می دهد. 

biosorption of lead heavy metal from aqueous solutions using spirulina microalgae

background and objectives:today, the removal of heavy metals from industrial effluents is significantly increasing, which can play an important role in protecting the environment and human health. in recent years, researchers have resorted to biological methods, especially biological and microbial methods to remove toxic heavy metals. biosorption of heavy metals is a relatively new technology for the treatment of industrial effluents, and its purpose is to remove toxic metals and clean the environment, as well as recycle precious metals. this process is a rapid reaction between the metal and the cell surface (extracellular bonding) in which the metal adheres to the surface of molecules like a surface protein. conventional biological processes in the biological purification of metals are biosorption, bioaccumulation and bio-sedimentation. in the present study, sprulina platensis ability to absorb heavy metal lead from aqueous solutions was investigated by optimizing the absorption conditions for live spirulina microalgae. the aim of the present study is to provide a solution for biological removal of lead heavy metal using biosorption method using spirulina microalgae.methods:three parameters of algae concentration (0.5, 1, 1.5 and 2 g/l), lead concentration (20, 40 and 60 mg/l) and contact time (30, 60, 90, 180 and 360 minutes) was considered.as experimental parameters. in order to perform the tests, 12 culture samples were placed. by examining the growth rate and after the cultures reached the desired concentration, three concentrations of lead were added to the samples and after certain periods of time, the culture was sampled and the adsorption rate was measured. the adsorption isotherm was then plotted to determine the theoretical capacity of the contaminant absorption.findings:the results showed that the optimum growth occurred in light conditions of 3000 lux and ph 10 and the maximum optical density was 1.421. the results showed that higher concentrations of algae had a higher rate of biosorption and the maximum absorption efficiency was obtained at a concentration of 2 g/l spirulina. examination of contact time effect shows that by increasing contact time up to 180 minutes, the amount of biosorption increases and then decreases, which is probably due to the toxicity of the remaining heavy metal on spirulina microalgae cells. the maximum removal of heavy metal was 81.33% and occurred at a concentration of 2 g/l spirulina and a dose of 20 mg/l lead in a contact time of 180 minutes. the results showed that the langmuir isotherm could fit the experimental data better than other models.conclusion:the process of biological adsorption by spirulina consists of two stages of rapid absorption (first 20 minutes) and slow absorption thereafter. the absorption efficiency is upward for about 60 minutes and then gradually decreases. also, the high absorption rate in the first 30 minutes (more than 50% of the total biological absorption in all samples) indicates the existence of a rapid absorption phase in the first minutes. the reason for the rapid absorption in the first 30 minutes is due to the rapid physical adsorption at the active sites of the algal cell, known as the negative sites, and the adsorption occurs by electrostatic force.