Published March 4, 2020 | Version v1
Publication Open

Aerobic and anaerobic removal of lead and mercury via calcium carbonate precipitation mediated by statistically optimized nitrate reductases

Creators

  • 1. City of Scientific Research and Technological Applications

Description

Abstract The nonbiodegradability nature of heavy metals renders them resident in food chain and subsequently, destructing the entire ecosystem. Therefore, this study aimed to employ nitrate reduction-driven calcium carbonate precipitation in remediation of lead and mercury aerobically and anaerobically by Proteus mirabilis 10B, for the first time. Initially, Plackett-Burman design was employed to screen of 16 independent variables for their significances on periplasmic (NAP) and membrane-bound (NAR) nitrate reductases. The levels for five significant variables and their interaction effects were further optimized by central composite design. The maximum activities of NAP and NAR recorded 2450 and 3050 U/mL by 2-fold enhancement, comparing with non-optimized medium. Under aerobic and anaerobic optimized remediation conditions, the changes in media chemistry revealed positive correlation among bacterial growth, nitrate reductase activity, pH, NO 3 − and NO 2 − consumption and removal of Ca 2+ , Pb 2+ and Hg 2+ . Subsequently, the remediated precipitates were subjected to mineralogical analysis; energy dispersive X-ray patterns exhibited characteristic peaks of C, O and Ca in addition to Pb and Hg. Scanning electron microscope depicted the presence of bacterial imprints and protrusions on rough and smooth surface bioliths. However, X-ray diffraction indicated entrapment of PbCO 3 , Pb 2 O, CaPbO 3 , Hg and Hg 2 O in calcite lattice. Interestingly, such approach is feasible, efficient, cost-effective and ecofriendly for heavy metals remediation.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الطبيعة غير القابلة للتحلل البيولوجي للمعادن الثقيلة تجعلها مقيمة في السلسلة الغذائية وبالتالي تدمر النظام البيئي بأكمله. لذلك، تهدف هذه الدراسة إلى استخدام ترسيب كربونات الكالسيوم المدفوع بتقليل النترات في معالجة الرصاص والزئبق هوائيًا ولاهوائيًا بواسطة Proteus mirabilis 10B، لأول مرة. في البداية، تم استخدام تصميم Plackett - Burman لفحص 16 متغيرًا مستقلًا لأهميتها على مختزلات النترات المحيطة بالبلازما (NAP) والمرتبطة بالغشاء (NAR). تم تحسين مستويات خمسة متغيرات مهمة وتأثيرات تفاعلها من خلال التصميم المركب المركزي. سجل الحد الأقصى لأنشطة NAP و NAR 2450 و 3050 وحدة/مل من التحسين مرتين، مقارنة بالوسط غير الأمثل. في ظل ظروف العلاج الأمثل الهوائية واللاهوائية، كشفت التغيرات في كيمياء الوسائط عن وجود علاقة إيجابية بين نمو البكتيريا ونشاط مختزل النترات ودرجة الحموضة واستهلاك NO 3 - و NO 2 - وإزالة Ca 2+ و Pb 2+ و Hg 2+ . بعد ذلك، خضعت الرواسب المعالجة للتحليل المعدني ؛ أظهرت أنماط الأشعة السينية المشتتة للطاقة قمم مميزة من C و O و Ca بالإضافة إلى الرصاص والزئبق. يصور المجهر الإلكتروني الماسح وجود بصمات بكتيرية ونتوءات على حصوات حيوية سطحية خشنة وسلسة. ومع ذلك، أشار حيود الأشعة السينية إلى انحباس PbCO 3 و Pb 2 O و CaPbO 3 و Hg و Hg 2 O في شبكة الكالسيت. ومن المثير للاهتمام أن هذا النهج عملي وفعال وفعال من حيث التكلفة وصديق للبيئة لمعالجة المعادن الثقيلة.

Translated Description (French)

Résumé La nature non biodégradable des métaux lourds les rend résidents dans la chaîne alimentaire et, par la suite, détruit l'ensemble de l'écosystème. Par conséquent, cette étude visait à utiliser la précipitation de carbonate de calcium induite par la réduction des nitrates dans l'assainissement du plomb et du mercure en aérobiose et en anaérobiose par Proteus mirabilis 10B, pour la première fois. Initialement, la conception de Plackett-Burman a été utilisée pour cribler 16 variables indépendantes pour leurs significations sur les nitrates réductases périplasmiques (NAP) et membranaires (NAR). Les niveaux pour cinq variables significatives et leurs effets d'interaction ont été optimisés davantage par la conception composite centrale. Les activités maximales de la NAP et de la NAR ont enregistré 2450 et 3050 U/mL par augmentation de 2 fois, en comparaison avec le milieu non optimisé. Dans des conditions d'assainissement optimisées aérobies et anaérobies, les changements dans la chimie des milieux ont révélé une corrélation positive entre la croissance bactérienne, l'activité de la nitrate réductase, le pH, la consommation de NO 3 − et NO 2 − et l'élimination de Ca 2+ , Pb 2+ et Hg 2+ . Par la suite, les précipités remédiés ont été soumis à une analyse minéralogique ; les modèles de rayons X à dispersion d'énergie présentaient des pics caractéristiques de C, O et Ca en plus du Pb et du Hg. Le microscope électronique à balayage a représenté la présence d'empreintes et de protubérances bactériennes sur des biolithes de surface rugueux et lisses. Cependant, la diffraction des rayons X a indiqué le piégeage de PbCO 3 , Pb 2 O, CaPbO 3 , Hg et Hg 2 O dans le réseau de calcite. Il est intéressant de noter qu'une telle approche est réalisable, efficace, rentable et respectueuse de l'environnement pour l'assainissement des métaux lourds.

Translated Description (Spanish)

Resumen La naturaleza no biodegradable de los metales pesados los hace residentes en la cadena alimentaria y, posteriormente, destruyen todo el ecosistema. Por lo tanto, este estudio tuvo como objetivo emplear la precipitación de carbonato de calcio impulsada por la reducción de nitratos en la remediación del plomo y el mercurio aeróbica y anaeróbicamente por Proteus mirabilis 10B, por primera vez. Inicialmente, el diseño de Plackett-Burman se empleó para cribar 16 variables independientes por sus significados en nitrato reductasas periplásmicas (NAP) y unidas a membrana (NAR). Los niveles de cinco variables significativas y sus efectos de interacción se optimizaron aún más mediante el diseño compuesto central. Las actividades máximas de NAP y NAR registraron 2450 y 3050 U/mL por mejora de 2 veces, en comparación con el medio no optimizado. En condiciones de remediación aeróbicas y anaeróbicas optimizadas, los cambios en la química de los medios revelaron una correlación positiva entre el crecimiento bacteriano, la actividad nitrato reductasa, el pH, el consumo de NO 3 − y NO 2 − y la eliminación de Ca 2+ , Pb 2+ y Hg 2+ . Posteriormente, los precipitados remediados se sometieron a análisis mineralógico; los patrones de rayos X dispersivos de energía exhibieron picos característicos de C, O y Ca además de Pb y Hg. El microscopio electrónico de barrido mostró la presencia de huellas bacterianas y protuberancias en biolitos de superficie rugosa y lisa. Sin embargo, la difracción de rayos X indicó atrapamiento de PbCO 3 , Pb 2 O, CaPbO 3 , Hg y Hg 2 O en la red de calcita. Curiosamente, este enfoque es factible, eficiente, rentable y ecológico para la remediación de metales pesados.

Files

s41598-020-60951-1.pdf.pdf

Files (3.8 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:69ae54e5458692c6eb405ca72e9905c1
3.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الإزالة الهوائية واللاهوائية للرصاص والزئبق عن طريق ترسيب كربونات الكالسيوم بوساطة مختزلات النترات المحسنة إحصائيًا
Translated title (French)
Élimination aérobie et anaérobie du plomb et du mercure par précipitation de carbonate de calcium médiée par des nitrates réductases statistiquement optimisées
Translated title (Spanish)
Eliminación aeróbica y anaeróbica de plomo y mercurio a través de la precipitación de carbonato de calcio mediada por nitrato reductasas estadísticamente optimizadas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3009051837
DOI
10.1038/s41598-020-60951-1

Is supplement to
https://openalex.org/W4237237683 (Other)
https://openalex.org/W3146623608 (Other)
https://openalex.org/W2473666014 (Other)
https://openalex.org/W2387912620 (Other)
https://openalex.org/W2267458162 (Other)
https://openalex.org/W2183232762 (Other)
https://openalex.org/W2122294929 (Other)
https://openalex.org/W2057502126 (Other)
https://openalex.org/W2033446982 (Other)
https://openalex.org/W2033278188 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1550495137
  • https://openalex.org/W1573781339
  • https://openalex.org/W1604368790
  • https://openalex.org/W1889431171
  • https://openalex.org/W1964536618
  • https://openalex.org/W1965905945
  • https://openalex.org/W1971873475
  • https://openalex.org/W1982079070
  • https://openalex.org/W1983899470
  • https://openalex.org/W1994908073
  • https://openalex.org/W1996471769
  • https://openalex.org/W2004079702
  • https://openalex.org/W2008676981
  • https://openalex.org/W2012987890
  • https://openalex.org/W2024154838
  • https://openalex.org/W2028654303
  • https://openalex.org/W2036584280
  • https://openalex.org/W2048336899
  • https://openalex.org/W2054428479
  • https://openalex.org/W2061483945
  • https://openalex.org/W2061780708
  • https://openalex.org/W2074836042
  • https://openalex.org/W2076176154
  • https://openalex.org/W2081759199
  • https://openalex.org/W2081880156
  • https://openalex.org/W2088092704
  • https://openalex.org/W2095151397
  • https://openalex.org/W2097075672
  • https://openalex.org/W2107610608
  • https://openalex.org/W2117447208
  • https://openalex.org/W2117780865
  • https://openalex.org/W2118747165
  • https://openalex.org/W2124944530
  • https://openalex.org/W2128966476
  • https://openalex.org/W2131604683
  • https://openalex.org/W2142470417
  • https://openalex.org/W2167196479
  • https://openalex.org/W2167621691
  • https://openalex.org/W2216191844
  • https://openalex.org/W2217761704
  • https://openalex.org/W2281620344
  • https://openalex.org/W2290592891
  • https://openalex.org/W2294033738
  • https://openalex.org/W2301824874
  • https://openalex.org/W2334986925
  • https://openalex.org/W2340534883
  • https://openalex.org/W2545704393
  • https://openalex.org/W2547019339
  • https://openalex.org/W2562206427
  • https://openalex.org/W2577413819
  • https://openalex.org/W2612008707
  • https://openalex.org/W2691538684
  • https://openalex.org/W2741503461
  • https://openalex.org/W2756956088
  • https://openalex.org/W2765752666
  • https://openalex.org/W2765918980
  • https://openalex.org/W2768407588
  • https://openalex.org/W2776046277
  • https://openalex.org/W2790257864
  • https://openalex.org/W2793005581
  • https://openalex.org/W2799492176
  • https://openalex.org/W2805361726
  • https://openalex.org/W2805538648
  • https://openalex.org/W2811328531
  • https://openalex.org/W2889480947
  • https://openalex.org/W2898812143
  • https://openalex.org/W2905002265
  • https://openalex.org/W2924898802
  • https://openalex.org/W2950588310