Cadmium removal by immobilized and free cell of cyanobacteria in a batch system

การกำจัดแคดเมียมโดยการใช้ไซยาโนแบคทีเรียที่ผ่านการตรึงเซลล์และเซลล์อิสระในระบบการเลี้ยงแบบกะ

Name: Sudarat Chaichalearm

LCSH: Cadmium

MeSH: Cells, Immobilized

MeSH: Cyanobacteria

Abstract: Cadmium removal from aqueous solution (1 mg/l ) was investigated using four strains of filamentous cyanobacteria, Scytonema sp., Oscillatoria agardhi, Mastigocladus sp. and Hapalosiphon hibernicus immobilized on eight types of immobilized material such as loofa sponge (LS), delicate duty scour pad (DP), synthetic fiber (SF), polyethylene terepthalate (PET), polyethylene terepthalate (PET non-woven fabric), polyethylene (PE), polypropylene (PP) and polyurethane (PU). The results showed that immobilized cells on SF and free cell of Scytonema sp. and H. hibernicus had the highest cadmium removal at 93.31%, 94.80% and 85.14%, 98.32%, respectively. Immobilized ability and dry weight per surface area (DW/SA) were highest at 96.00%, 0.0033 g cell/cm2 and 97.45%, 0.0023 g cell/cm2 for Scytonema sp. immobilized on PET and H. hibernicus immobilized on SF, respectively. Initial cell concentration influencing cadmium uptake at 0.015, 0.030, 0.045 and 0.060 g dry wt. were studied. The optimum cell at 0.015 g dry wt. was selected for extended experimentation because it had the highest uptake at 4.24, 7.64 and 3.56 mg Cd/g dry wt. for immobilized cells on SF, PET and free cell of Scytonema sp., respectively. While immobilized cells on SF, PET and free cells of H. hibernicus which were the highest at 5.51, 7.03 and 5.87 mg Cd/g dry wt., respectively. The Langmuir isotherm could explain the cadmium adsorption. Immobilzed cells on SF, PET and free cells of Scytonema sp. had the maximum adsorption capacity (qmax) at 26.74, 37.74 and 31.95 mg/g dry wt. and binding constant (kb) at 6.45, 2.14 and 2.70 l/mg, respectively when R2 >0.96 while immobilized cells on SF, PET and free cells of H. hibernicus had qmax at 57.80, 64.52 and 59.17 mg/g dry wt. and kb at 1.57, 2.07 and 1.50 l/mg, respectively when R2 >0.99. The uptake of cadmium was affected by cell ages at 5, 10, 15 and 20 days. Immobilized cells on SF, PET and free cells at age 15 days of Scytonema sp. had the highest uptake at 5.64, 5.71, 5.67 mg Cd/g dry wt., respectively. While immobilized cells on SF, PET and free cell of H. hibernicus were 9.05, 9.96 and 8.46 mg Cd/g dry wt., respectively. The ultrastructure changes of both strains exposed to 1 mg/l of cadmium were observed under transmission electron microscope. Cells were damaged and convoluted in cell surface and intracellular organelle. Electron dense particles deposited in the cell wall and internal organelle of H. hibernicus but indistinctly found in the cell of Scytonema sp. indicated that cadmium uptake was probably mechanism with adsorption in cell membrane and accumulated in the intracellular organelle. Therefore, immobilized cells on SF and PET of Scytonema sp. and H. hibernicus have the potential to remove cadmium in wide spread low cadmium contaminated natural water as in rivers or channels and can be applied in shrimp ponds.

Abstract: ศึกษาการกำจัดแคดเมียม 1 มิลลิกรัมต่อลิตร ในไซยาโนแบคทีเรีย 4 สายพันธุ์คือ Scytonema sp., Oscillatoria agardhi, Mastigocladus sp. และ Hapalosiphon hibernicus โดยการตรึงเซลล์ด้วยวัสดุตรึง 8 ชนิด คือ ใยบวบ, สก๊อตไบรท์, ตัวกรองอาหารในตู้ ปลา, โพลีเอธิลีนเทอเรฟธาเรต, โพลีเอธิลีนเทอเรฟธาเรต (ชนิดไม่มีการจัดเรียงเส้นใย), โพลีเอธิลีน, โพลีโพรพีรีนและโพลียูรีเทน พบว่า เซลล์ตรึงบนตัวกรองอาหารในตู้ปลาและเซลล์อิสระของ Scytonema sp. และ H. hibernicus มีค่าการกำจัดแคดเมียมได้สูงสุดที่ 93.31%, 94.80% และ 85.14%, 98.32% ตามลำดับ โดย Scytonema sp. ตรึงบนโพลีเอธิลีนเทอเรฟธาเรตมีความสามารถในการตรึงเซลล์และสัดส่วน ของน้ำหนักแห้งต่อพื้นที่ผิววัสดุตรึงสูงสุดเท่ากับ 96.00% และ 0.0033 กรัมเซลล์ต่อตารางเซนติเมตร และH. hibernicus ที่ตรึงบนตัวกรอง อาหารในตู้ปลามีความสามารถในการตรึงเซลล์และสัดส่วนของน้ำหนักแห้งต่อพื้นที่ผิววัสดุตรึงสูงสุดเท่ากับ 97.45% และ 0.0023 กรัม เซลล์ต่อตารางเซนติเมตร ตามลำดับ จากการศึกษาความเข้มข้นของเซลล์เริ่มต้นที่ 0.015, 0.030, 0.045 และ 0.060 กรัมน้ำหนักแห้ง พบว่า ความเข้มข้นของเซลล์เริ่มต้นที่ 0.015 กรัมน้ำหนักแห้งมีความเหมาะสมในการนำมาใช้ในการทดลองเนื่องจาก Scytonema sp. ตรึงบนตัว กรองอาหารในตู้ปลา, โพลีเอธิลีนเทอเรฟธาเรต และเซลล์อิสระมีความสามารถในการดูดซับแคดเมียมสูงสุดเท่ากับ 4.24, 7.64 และ 3.56 มิลลิกรัมแคดเมียมต่อกรัมน้ำหนักแห้ง ตามลำดับ ในขณะที่ H. hibernicus ตรึงบนตัวกรองอาหารในตู้ปลา, โพลีเอธิลีนเทอเรฟธาเรต และ เซลล์อิสระมีความสามารถในการดูดซับแคดเมียมสูงสุดเท่ากับ 5.51, 7.03 และ 5.87 มิลลิกรัมแคดเมียมต่อกรัมน้ำหนักแห้ง ตามลำดับ การใช้แลงเมอร์ไอโซเทอมสามารถอธิบายถึงการดูดซับสารละลายแคดเมียม โดยค่าการดูดซับสูงสุด (qmax) ของ Scytonema sp. ตรึงบนตัวกรองอาหารในตู้ปลา โพลีเอธิลีนเทอเรฟธาเรต และเซลล์อิสระเท่ากับ 26.74, 37.74 และ 31.95 มิลลิกรัมแคดเมียมต่อกรัม น้ำหนักแห้ง และมีค่าสัมประสิทธิ์ของการดูดซับ (kb) เท่ากับ 6.45, 2.14 และ 2.70ลิตรต่อมิลลิกรัม ตามลำดับเมื่อ R2 >0.96 ในขณะที่ H. hibernicus ตรึงบนตัวกรองอาหารในตู้ปลา โพลีเอธิลีนเทอเรฟธาเรต และเซลล์อิสระมีค่า qmaxเท่ากับ 57.80, 64.52 และ 59.17 มิลลิกรัม แคดเมียมต่อกรัมน้ำหนักแห้ง และมีค่า kb เท่ากับ 1.57, 2.07 และ 1.50 ลิตรต่อมิลลิกรัม ตามลำดับ เมื่อ R2 >0.99 จากการศึกษาอายุของ เซลล์ที่ 5, 10, 15 และ 20 วันมีผลต่อการดูดซับแคดเมียม พบว่า Scytonema sp. ตรึงบนตัวกรองอาหารในตู้ปลา โพลีเอธิลีนเทอเรฟธาเรต และเซลล์อิสระที่อายุเซลล์ 15 วันมีความสามารถในการดูดซับแคดเมียมสูงสุดเท่ากับ 5.64, 5.71 และ 5.67 มิลลิกรัมแคดเมียมต่อกรัม น้ำหนักแห้ง ตามลำดับ ในขณะที่ H. hibernicus ตรึงบนตัวกรองอาหารในตู้ปลา โพลีเอธิลีนเทอเรฟธาเรต และเซลล์อิสระมีความสามารถ ในการดูดซับแคดเมียมสูงสุดเท่ากับ 9.05, 9.96 และ8.46 มิลลิกรัมแคดเมียมต่อกรัมน้ำหนักแห้ง ตามลำดับ จากการศึกษาภายใต้กล้อง จุลทรรศน์อิเล็กตรอนถึงผลของแคดเมียมต่อเซลล์พบว่าเซลล์มีความผิดปกติเกิดขึ้นที่บริเวณผนังเซลล์และภายในเซลล์ของ H. hibernicus นอกจากนี้พบการทึบแสงของอิเล็กตรอนที่บริเวณผนังเซลล์และภายในเซลล์ของ H. hibernicus ส่วนเซลล์ของ Scytonema sp. ไม่สามารถ เห็นได้ชัดเจน ดังนั้นในการศึกษาครั้งนี้จึงมีความเป็นไปได้ว่ากลไกการดูดซับแคดเมียมจะเกิดขึ้นที่บริเวณผิวเซลล์และสามารถเข้าไปสู่ ภายในเซลล์ของไซยาโนแบคทีเรีย การตรึงเซลล์บนตัวกรองอาหารในตู้ปลาและโพลีเอธิลีนเทอเรฟธาเรต ของ Scytonema sp. และ H. hibernicus จึงเป็นทางเลือกที่น่าสนใจในการนำไซยาโนแบคทีเรียมาประยุกต์ใช้จริงในแหล่งน้ำที่มีการปนเปื้อนของแคดเมียมปริมาณต่ำ เช่นในแหล่งน้ำตามธรรมชาติและในบ่อกุ้ง เนื่องจากสามารถแยกไซยาโนแบคทีเรียออกจากระบบได้ง่ายหลังจากการบำบัดน้ำเสีย

Mahidol University

Address: NAKHON PATHOM

Email: liwww@mahidol.ac.th

Name: Pisit Vatanasomboon

Role: Thesis Advisors

Created: 2006

Modified: 2553-06-15

Issued: 2010-06-01

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

ISBN: 9740469957

CallNumber: TH S943c 2006

eng

DegreeName: Master of Science

Level: Master's Degree

Descipline: Environmental Sanitation

Grantor: Mahidol University

©copyrights Mahidol University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	4636089.pdf	4.74 MB	101	2020-08-12 14:20:54

ใช้เวลา

0.290716 วินาที