زیست‌پالایی کادمیم با روش رسوب‌گذاری زیستی کربنات کلسیم در خاک شنی

آب و خاک

مقاله 6، دوره 32، شماره 2 - شماره پیاپی 58، تیر 1397، صفحه 343-357   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v32i2.68373

نویسندگان

سمیرا عبدالرحیمی¹؛ نسرین قربان زاده^{* 1}؛ اکبر فرقانی¹؛ محمدباقر فرهنگی²

¹دانشگاه گیلان

²گروه علوم خاک، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران.

چکیده

آلودگی زیستگاه‌های طبیعی به فلزهای سنگین به سبب سمیت بالا سلامت موجودات زنده و محیط زیست را تحت تأثیر قرار می‌دهد. معدنی شدن زیستی بر اساس تشکیل رسوب کربنات کلسیم زیستی روشی نویدبخش برای پالایش فلزهای سمی در خاک‌های آلوده می‌باشد. این پژوهش به منظور بررسی حذف کادمیم به روش رسوب‌گذاری زیستی کربنات کلسیم از مسیر هیدرولیز اوره با باکتری اسپورسارسینا پاستئوری انجام شد. آزمایش ابتدا در محلول دارای کادمیم (در سه سطح 5/0، 1 و ۲ میلی‌مولار کادمیم) و سپس در یک خاک شنی آلوده شده با کادمیم (در پنج سطح صفر، 10، 20، 40 و 50 میلی‌گرم بر کیلوگرم) در قالب طرح کاملا تصادفی و در 3 تکرار اجرا شد. آزمایش‌ها در دو سطح با باکتری و بدون باکتری بودند. رسوب کادمیم در محلول آلوده در سه غلظت 5/0، 1 و ۲ میلی‌مولار کادمیم در حضور باکتری به ترتیب 6/99، 8/99 و 8/99 درصد بود. نتایج این پژوهش نشان داد که در تیمارهای دارای باکتری در مقایسه با تیمارهای بدون باکتری مقدار کادمیم در بخش محلول+ تبادلی کاهش یافته و در بخش کربناتی افزایش آماری چشم‌گیری (P≤0.05) پیدا کرد. به طوری‌که مقدار کادمیم در بخش محلول+ تبادلی خاک در 4 غلظت 10، 20، 40 و 50 میلی‌گرم بر کیلوگرم کادمیم در حضور باکتری به ترتیب 9/85، 1/61، 3/74 و 3/80 درصد کاهش نشان داد. بنابراین، نتایج این پژوهش حاکی از آن است که جداسازی فلزهای سنگین بر مبنای روش رسوب‌گذاری زیستی کربنات کلسیم از طریق رسوب همزمان با کلسیت می‌تواند برای پالایش زیستی فلزهای سنگین سودمند باشد.

کلیدواژه‌ها

اسپورسارسینا پاستئوری؛ اوره‌آز؛ معدنی شدن زیستی؛ کلسیت؛ کادمیم

مراجع

1- Achal V., Mukherjee A., Basu P.C., and Reddy M.S. 2009. Strain improvement of Sporosarcina pasteurii for enhanced urease and calcite production. Journal of Indian Microbiology and Biotechnology. 36: 981–988.

2- Abdel-Sabour M.F. 2007. Remediation and bioremediation of uranium contaminated soils. Electronic Journal of Environmental, Agriculture and Food Chemistry. 6: 2009-2023.

3- Achal V., Pan .X., and Zhang D. 2011. Remediation of copper contaminated soil by Kocuria flava CR1, based on microbially induced calcite precipitation. Ecological Engineering. 37: 1601–1605.

4- Achal V., Pan X., and Zhang D. 2012. Bioremediation strontium (Sr) contaminated aquifer quartz sand based on carbonate precipitation induced by Sr resistant Halomonas sp. Chemosphere. 89: 764-768.

5- Achal V., Pan X., Zhang D., and Fu Q. 2012. Bioremediation of Pb-contaminated soil based on microbially induced calcite precipitation. Journal of Microbiology and Biotechnology. 22(2): 244–247.

6- Achal V., Pan X., Fu Q., and Zhang D. 2012. Biomineralization based remediation of As(III) contaminated soil by Sporosarcina ginsengisoli. Journal of Hazardous Materials. 201-202: 178-184.

7- Achal V., Pan X., Lee D. J., Kumari D., and Zhang D. 2013. Remediation of Cr(VI) from chromium slag by biocementation. Chemosphere. 93: 1352-1358.

8- Amoozegar M.A., Ghazanfari N., and Didari M. 2012. Lead and cadmium bioremoval by Halomonas sp., an exopolysaccharide-producing halophilic bacterium. Progress in Biological Sciences. 2 (1): 1–11.

9- Anderson J.P.E. 1982. Soil respiration. In: Methods of Soil Analysis, Part 2: Chemical and Microbiological Propertiese, Page A.L. and Miller, R.H. (Eds.), American Society of Agronomy, Madison .831-871.

10- Brookes P. C. 1995. The use of microbial parameters in monitoring soil pollution by heavy metals. Biology and Fertility of Soils. 19: 269–275.

11- Burbank M. B., Weaver T. J., Williams B.C., and Crawford R.L. 2012. Urease activity of ureolytic bacteria isolated from six soils in which calcite was precipitated by indigenous bacteria. Geomicrobiology Journal. 29(4): 389-395.

12- Bouyoucos G.J. 1936. Direction for making mechanical analysis of soils by the hydrometer method. Soil Science. 42: 225–228.

13- Dhami N., Sudhakarareddy M., and Mukherjee A. 2013. Biomineralization of calcium carbonates and their engineered applications: a review. Frontiers in Microbiology.4: 314.

14- Fujita Y., Taylor J., Gresham T., Delwiche M., Colwell F., Mcling T., Petzke L., and Smith R. 2008. Stimulation of microbial urea hydrolysis in groundwater to enhance calcite precipitation. Environment Science Technology. 42: 3025–3032.

15-Hassen A., Saidi N., Cherif M., and Boudabous A. 1998. Effects of heavy metals on Pseudomonas aeruginosa and Bacillus thuringiensis. Bioresource Technology. 65: 73–82.

16-Jain S., and Arnepalli D. N. 2016. Biomineralization as a remediation technique: a critical review. Indian Geotechnical Conference. 1-4.

17- Jenkinson, D.S., and Ladd J.N. 1981. Microbial biomass in soil: Measurement and turnover. In Soil Biochemistry (Vol. 5). (Eds E.A. Paul & J.N. Ladd) New York, USA. Dekker. Page, A.

18- Kang C.H., Han S.H., Shin Y., Oh S.J., and So J.S. 2014. Bioremediation of Cd by microbially induced calcite precipitation. Application of Biochemical and biotechnology. 172: 2907-2915.

19- Kang C.H., Oh S.J., Shin Y.J., Han S.H., Nam I.H., and So J.S. 2015. Bioremediation of lead by ureolytic biocteria isolated from soil at abandoned metal mines in South Korea. Ecological Engineering. 24: 402-407.

20- Khodaverdiloo H., Ghorbani Dashtaki S.H., and Rezapour S. 2011. Lead and cadmium accumulation potential and toxicity threshold determined for land cress and spinach. Internation Journal of Plant Production. 5 (3): 275-282.

21-Luo S., Xiao X., Xi Q., Wan Y., Chen L., Zeng G., Liu C., Guo H., and Chen J. 2011. Enhancement of cadmium bioremediation by endophytic bacterium Bacillus sp. L14 using industrially used metabolic inhibitors (DCC or DNP). Journal of Hazardous Materials. 190: 1079–1082.

22-Li Z., Yuan H., and. Hu X. 2008. Cadmium-resistance in growing Rhodotorula sp. Y11. Bioresource Technology. 99: 1339–1344.

23- Li M., Cheng X., and Guo H. 2013. Heavy metal removal by biomineralization of urease producing bacteria isolated from soil. International Biodeterioration and Biodegradation. 76: 81-85.

24- Mulvaney R.L. 1996. Methods in Soil Analysis. Part 3.Chemical analysis. SSSA Book Ser. 5. SSSA, Madison, WI. Nitrogen-Inorganic forms. P: 1123–1184.

25- Mahanty B., Kim S., and Kim C.H.G. 2013. Assesment of biostimulated or bioaugmented calcification system with Bacillus pasteurii in a simulated soil environment. Microbial Ecology. 65: 679-688.

26- Mitchell A.C., Dideriksen K., Spangler L.H., Cunningham A.B., and Gerlach R. 2010. Microbially enhanced carbon capture and storage by mineral-trapping and solubility-trapping. Environment Science Technology. 44: 5270-5276.

27- Nagvenkar G.S., and Ramaiah N. 2010. Arsenite tolerance and biotransformation potential in estuarine bacteria. Ecotoxicology. 19: 604-613.

28- Raoul T.D., Angwafor N.G., Christian N.S., Theophile K., Manga N.H., Gabche A.S., and Mbadcam K.J. 2016. Optimization of cadmium (II) adsorption onto modified and unmodified lignocellulosics (rice husk and egussi peeling). International Journal of Basic and Applied Sciences. 5(1): 45-51.

29- Sparks D. L., Page A., Helmke P., Loeppert R., Soltanpour P., Tabatabai M., Johnston C., and Sumner M. 1996. Methods of Soil Analysis. Part 3-Chemical methods. Soil Science Society of America. Inc.

30- Shuman L.M., Dudka S., and Das K. 2002. Cadmium forms and plant availability in compost-amended soil. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 33:737-748.

31- Tessier A., Campbell P. G. C., and Bisson M. 1979. Sequential extraction procedures for the speciation of particulate trace metals. Analytical Chemistry. 51: 844-851.

32-Tabatabai M.A. 1982. Soil enzymes Methods of soil analysis. Part 2. Am. Soc. Agron., Madison, WI, USA, PP: 539–579.

33- Wuana R.A., and Okieimen F.E. 2011. Heavy metals in contaminated soils: A review of sources, chemistry, risks and best available strategies for remediation. International Scholarly Research Network.1-20.

34- Warren L.A., Maurice P.A., Parmar N., and Ferris F.G. 2001. Microbially mediated calcium carbonate precipitation: implications for interpreting calcite precipitation and for solid-phase capture of inorganic contaminants. Geomicrobiology Journal. 18: 93-115.

35- Walkley A., and Black A.I. 1934. Examination of the degtjareff method for determining soil organic matter and a proposed modification of the chromic and titration method. Soil Science. 34: 29–38.

36- Yang J., Pan X., Zhao C., Mou S., Achal V., Mortuza M.G., and Gadd G.M. 2016. Bioimmobilization of heavy metals in acidic copper mine tailings soil. Geomicrobiology Journal. 33:3-4, 261-266.

37- Zhao Y., Yao J., Yuan Z., Wang T., Zhang Y., and Wang F. 2017. Bioremediation of Cd by strain GZ-22 isolated from mine soil based on biosorption and microbially induced carbonate precipitation. Environment Scienece and Pollutant Research. 24:1, 372-380.