Removal of cadmium and lead from a mining effluent in Ticapampa- Recuay, Ancash using Serratia marcescens M8a-2T dry biomass

Authors

  • Antori Alegre Quijano Posgrado de la Facultad de Ingeniería Geológica, Minas, Metalúrgica y Geográfica, Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Lima, Perú.
  • Susana M. Gutiérrez Moreno Laboratorio de Microbiología y Biotecnología Microbiana, Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Lima, Perú.

DOI:

https://doi.org/10.21704/ac.v82i2.1788

Keywords:

Biosorption, heavy metals, Response Surface Methodology (RSM) , Box–Behnken design, Serratia marcescens

Abstract

The Ticapampa mining effluent was treated with Serratia marcescens M8a-2T dry biomass to remove polutants such as cadmium and lead. Response Surface Methodology (RSM) and Box–Behnken design matrix have been applied to optimizate the process. The influence of pH (2, 3 and 4), biomass concentration (1, 2 and 3 mg/mL) and contact time (15, 30 and 45 minutes) were evaluated. The maximum removal percentage for cadmium was 97.11% at pH 4, 2 mg/mL of biomass during 45 minutes; and for lead was 98.63% at pH 4, 1 mg/mL of biomass during 30 minutes. The high levels of significance (p <0.05) of the regression and ANOVA models indicated pH as the most influencer factor. The Response Surface Methodology was a very important tool to optimize bioremediation process.

Downloads

Download data is not yet available.

References

• Al-Garni, S. M. (2005). Biosorption of lead by Gramnegative capsulated and non-capsulated bacteria. Water Sa, 31(3), 345-350.

• Banerjee, A., Sarkar, P., & Banerjee, S. (2016). Application of statistical design of experiments for optimization of As (V) biosorption by immobilized bacterial biomass. Ecological Engineering, 86, 13- 23.

• Bezerra, M. A., Santelli, R. E., Oliveira, E. P., Villar, L. S., & Escaleira, L. A. (2008). Response surface methodology (RSM) as a tool for optimization in analytical chemistry. Talanta, 76(5), 965-977.

• Cañizares-Villanueva, R. O. (2000). Biosorción de metales pesados mediante el uso de biomasa microbiana. Revista Latinoamericana de Microbiologia-Mexico-, 42(3), 131-143.

• Castañé, P. M., Topalián, M. L., Cordero, R. R., & Salibián, A. (2003). Influencia de la especiación de los metales pesados en medio acuático como determinante de su toxicidad. Revista de Toxicología, 20(1), 13-18.

• Castillo, L., Satalaya, C., Paredes, U., Encalada, M., Zamora, J. & Cuadros, G. (2021). Pasivos ambientales mineros en el Perú: Resultados de la auditoría de desempeño sobre gobernanza para el manejo integral de los PAM. Documento de Política en Control Gubernamental (1ra ed.). Contraloría General de la República. Lima, Perú.

• Choińska-Pulit, A., Sobolczyk-Bednarek, J., & Łaba, W. (2018). Optimization of copper, lead and cadmium biosorption onto newly isolated bacterium using a Box-Behnken design. Ecotoxicology and environmental safety, 149, 275- 283.

• Chowdhury, S. R., & Yanful, E. K. (2013). Kinetics of cadmium (II) uptake by mixed maghemite-magnetite nanoparticles. Journal of environmental management, 129, 642-651.

• CIPER [Centro de Investigación Periodística]. 2011. Pasivos Ambientales Mineros en Perú: bombas de tiempo de las que nadie se hace responsable. Disponible en https://ciperchile.cl/2011/11/17/pasivos- ambientales-mineros-en-peru-bombas-de-tiempo- de-las-que-nadie-se-hace-responsable/.

• Decreto Supremo N° 010-2010 [Ministerio del Medio Ambiente]. Por el cual se aprueban los Limites Máximos Permisibles – LMP, para la descarga de efluentes líquidos de Actividades Minero – Metalúrgicas. 21 de agosto de 2010.

• García, R., Campos, J., Cruz, J. A., Calderón, M. E., Raynal, M. E., & Buitrón, G. (2016). Biosorption of Cd, Cr, Mn, and Pb from aqueous solutions by Bacillus sp strains isolated from industrial waste activate sludge. TIP, 19(1), 5-14.

• Glave, M., & Kuramoto, J. (2002). Minería, minerales y desarrollo sustentable en Perú. En V.

• L. Bacchetta (Ed.), Minería, minerales y desarrollo sustentable en América del Sur (1ra ed., pp. 529- 591). Centro de Investigación y Planificación del Medio Ambiente (CIPMA) & Centro Internacional de Investigaciones para el Desarrollo (IDRC) - Iniciativa de Investigación sobre Políticas Mineras (IIPM).

• Gutiérrez S.M. 2015. Estudio de la Bioadsorción de Cadmio y Plomo con Biomasa de Serratia marcescens M8a-2T, a Nivel de Laboratorio. Tesis doctoral, Universidad Nacional Mayor De San Marcos, Lima. Perú. 29 p.

• Hasan, S. H., Srivastava, P., & Talat, M. (2009). Biosorption of Pb (II) from water using biomass of Aeromonas hydrophila: central composite design for optimization of process variables. Journal of Hazardous Materials, 168(2-3), 1155-1162.

• Khan, Z., Rehman, A., Hussain, S. Z., Nisar, M. A., Zulfiqar, S., & Shakoori, A. R. (2016). Cadmium resistance and uptake by bacterium, Salmonella enterica 43C, isolated from industrial effluent. AMB Express, 6(1), 54.

• Kumar, R., Singh, R., Kumar, N., Bishnoi, K., & Bishnoi, N. R. (2009). Response surface methodology approach for optimization of biosorption process for removal of Cr (VI), Ni (II) and Zn (II) ions by immobilized bacterial biomass sp. Bacillus brevis. Chemical Engineering Journal, 146(3), 401-407.

• Lopez, A., Lazaro, N., Priego, J. M., & Marques, A. M. (2000). Effect of pH on the biosorption of nickel and other heavy metals by Pseudomonas fluorescens 4F39. Journal of Industrial Microbiology and biotechnology, 24(2), 146-151.

• Parmar, P., Shukla, A., Goswami, D., Patel, B., & Saraf, M. (2020). Optimization of cadmium and lead biosorption onto marine Vibrio alginolyticus PBR1 employing a Box-Behnken design. Chemical Engineering Journal Advances, 4, 100043.

• Pons, M. P., & Fuste, M. C. (1993). Uranium uptake by immobilized cells of Pseudomonas strain EPS 5028. Applied Microbiology and Biotechnology, 39(4-5), 661-665.

• Rani, M. J., Hemambika, B., Hemapriya, J., & Kannan, V. R. (2010). Comparative assessment of heavy metal removal by immobilized and dead bacterial cells: a biosorption approach. African Journal of Environmental Science and Technology, 4(2).

• Rubio, D. I., Calderón, R. A., Gualtero, A. P., Acosta, D. R., & Rojas, I. J. (2015). Tratamientos para la remoción de metales pesados comúnmente presentes en aguas residuales industriales. Una revisión. Ingeniería y Región, 13, 73-90.

• Sandoval, G. M. (2006). Aproximación teórica a la biosorción de metales pesados por medio de microorganismos. Revista CES Medicina Veterinaria y Zootecnia, 1(1), 77-99.

• Sheng, X., Ting, Y. P., & Pehkonen, S. O. (2008). The influence of ionic strength, nutrients and pH on bacterial adhesion to metals. Journal of Colloid and Interface Science, 321(2), 256-264.

• Tur-Naranjo, E., de los Milagros Orberá-Ratón, T., Romagosa-Álvarez, Y., & Pérez-Silva, R. M. (2013). Bioadsorción de plomo (II) por biomasa microbiana seca: Efecto del pH. Revista Cubana de Química, 25(1), 75-81.

• Vilela-Pincay, W., Espinosa-Encarnación, M., & Bravo-González, A. (2020). La contaminación ambiental ocasionada por la minería en la provincia de El Oro. Estudios de la Gestión: revista internacional de administración, (8), 210-228.

• Witek-Krowiak, A., Chojnacka, K., Podstawczyk, D., Dawiec, A., & Pokomeda, K. (2014). Application of response surface methodology and artificial neural network methods in modelling and optimization of biosorption process. Bioresource technology, 160, 150-160.

• Yuan, W., Cheng, J., Huang, H., Xiong, S., Gao, J., Zhang, J., & Feng, S. (2019). Optimization of cadmium biosorption by Shewanella putrefaciens using a Box-Behnken design. Ecotoxicology and environmental safety, 175, 138-147.

Downloads

Published

2021-12-30

Issue

Section

Original articles / Environmental Science

How to Cite

Alegre Quijano, A. ., & Gutiérrez Moreno, S. M. . (2021). Removal of cadmium and lead from a mining effluent in Ticapampa- Recuay, Ancash using Serratia marcescens M8a-2T dry biomass. Anales Científicos, 82(2), 336-345. https://doi.org/10.21704/ac.v82i2.1788