بخشی از مقاله
بررسی تاثیر بیوچار بر زیست پالایی فنانترن توسط قارچ فانروکت کریزوسپوریوم
چکیده:
روشهاي پالایش آلودگیها به طور مداوم در حال گسترش هستند. یکی از جدیدترین روشهاي ارائه شده براي افزایش کارایی فرآیند زیست پالایی آلودگیهاي نفتی استفاده از بیوچار یا کربن سیاه براي افزایش میزان کارایی فرآیند زیست پالایی است. بیوچار به دلیل داشتن سطح ویژهي زیاد از طریق افزایش دسترسی زیستی آلایندههاي هیدروکربنهاي نفتی براي ریزموجودات تجزیه کنندهي این هیدروکربنها باعث پاكسازي محیط از آلایندههاي نفتی میگردد. به منظور بررسی تأثیر این فنآوري بر زیست پالایی هیدروکربن آروماتیک حلقوي فنانترن آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب یک طرح کاملا تصادفی با سه تکرار انجام شد که تیمارهاي آزمایش عبارت بودند از: فاکتور تلقیح در دو سطح داراي قارچ فانروکت کریزوسپوریوم و عدم فانروکت کریزوسپوریوم و فاکتور بیوچار در دو سطح داراي بیوچار و فاقد بیوچار. در پایان آزمایش مقدار فنانترن باقیمانده در هر واحد آزمایشی توسط دستگاه GC-MS قرائت شده و میزان تجزیه محاسبه گردید. نتایج نشان داد که قارچ فانروکت کریزوسپوریوم به تنهایی قادر به تجزیه %89 از آلایندهي فنانترن است و تیمار توأم این قارچ به همراه بیوچار %96 آلایندهي فنانترن را حذف مینماید.
واژههاي کلیدي: بیوچار، زیست پالایی، هیدروکربنهاي آروماتیک حلقوي و قارچ فانروکت کریزوسپوریوم.
مقدمه و هدف
هیدروکربنهاي آروماتیک حلقوي ( PAHها) در بین شایعترین آلایندههاي خاك قرار داشته (Kannan, et al 2005) و در اثر احتراق ناقص مواد آلی از قبیل نفت خام ایجاد میگردند .(Young and Cerniglia, 1995) روشهاي شیمیایی و فیزیکی براي پاكسازي خاكهاي آلوده به مواد نفتی از قبیل اکسید کردن، سوزاندن و دفن کردن وجود دارد این روشها نه تنها باعث تخریب ساختمان خاك می-شوند بلکه مشکل انتقال خاك آلوده به محل مورد نظر جهت دفن مطرح بوده و هزینهي زیادي نیز در بردارند .(Megharaj, et al. 2011) در حالی که روش زیست پالایی در عین حال که هزینهي کمتري دارد و مقرون به صرفه است، میزان آلودگی را نیز به صورت موثر، کاهش میدهد. از بین روشهاي پالایش آلودگی، روش تجزیهي زیستی به دلیل بهرهگیري از توان طبیعی موجودات زنده، بیشتر مورد توجه بوده است .( Onifadeand Abubakar 2007) توانایی ریزموجودات مختلف براي تجزیهي آلایندهي فنانترن مورد بررسی قرار گرفته است. قارچهاي لیگنینی از قبیل قارچهاي پوسیدگی سفید فانروکت کریزوسپوریوم توانایی تجزیهي محدودهي گسترده از آلایندههاي محیطی را دارند. .(US EPA, 1997)
یکی از راهکارهاي ارائه شده براي افزایش کارایی زیست پالایی، استفاده از بیوچار است. زیرا بیوچار میتواند هم سبب ترسیب کربن شده و هم به عنوان یک مادهي جاذب آلایندههاي محیطی عمل نماید یا به عنوان یک اصلاح کننده به کار رود .(Beesley, 2010) بیوچار از سوختن زیست تودهي گیاهی و ضایعات کشاورزي در حضور اکسیژن کم یا عدم حضور اکسیژن ایجاد میشود ( Lehmann, et al. .(2011 موارد استفادهي بیوچار شامل پاكسازي خاك از آلایندهها، بهبود حاصلخیزي خاك، کاهش تغییرات آب و هوایی و کاهش خروج گازهاي گلخانهاي میباشد. بیوچار میتواند آلایندههاي آلی و غیر آلی را در سطح خود جذب کند. این توانایی به دلیل سطح ویژهي زیاد بیوچار است. افزودن بیوچار به خاك سبب افزایش حاصلخیزي خاك میشود که این امر به دلیل افزایش ظرفیت تبادل کاتیونی و کاهش آبشویی مواد غذایی میباشد .(Rutigliano, et al. 2013) این ماده به علت سرعت تجزیهي بسیار کم نسبت به سایر مواد آلی، ظرفیت
١
دانشگاه محقق اردبیلی
بالایی براي کاهش گازهاي گلخانهاي از قبیل دي اکسید کربن و متان آزاد شده از سوختن ضایعات را دارد و میتواند کربن را براي دوره-هاي طولانی ذخیره کند .(Lehmann, 2009) با توجه به اینکه از بین آلایندههاي نفتی خاك هیدروکربنهاي آروماتیک حلقوي جزء خطرناكترین آلایندههاي خاك میباشند، لذا پاكسازي خاكهاي آلوده به این ترکیبات ضروري میباشد. از بین روشهاي موجود براي حذف هیدروکربنهاي آروماتیک حلقوي، زیست پالایی پتانسیل بالایی در حذف این هیدروکربنها از محیط زیست دارد. با وجود محاسنی که این روش دارد استفاده از ریزموجودات در زیست پالایی همیشه کارایی مطلوب را ندارد؛ به بیان دیگر در برخی شرایط ریزموجودات قادر به حذف هیدروکربنهاي آروماتیک حلقوي از خاك نمیباشند و یا به دلیل شرایط نامناسب خاك، ریزموجودات توانایی بقا و رشد در خاك را ندارند. از روشهاي افزایش کارایی زیست پالایی بهبود شرایط رشد ریزموجودات میباشد؛ بیوچار اثرات مناسب بر زیست بوم خاك بر جا میگذارد و همچنین بر بهبود شرایط فیزیکی شیمیایی و حاصلخیزي خاك نیز اثرات مساعدي دارد .(EPA, 1997) لذا میتوان گفت که بیوچار تأثیر مثبت بر کارایی فرآیند زیست پالایی دارد. زیرا باعث بهبود شرایط رشد ریزموجودات شده و تجزیهي هیدروکربنهاي حلقوي توسط آنها را تشدید میکند. هدف این تحقیق توسعهي یک فنآوري جدید و کارامد توانمند براي افزایش کارایی فرآیند زیست پالایی است که این فنآوري از ترکیب فرآیند زیست پالایی توسط قارچ فانروکت کریزوسپوریوم و کاربرد بیوچار حاصل میشود.
مواد و روشها
براي انجام این بررسی چهار نمونهي خاك پس از برداشت از عمق 0 - 30 cm یک خاك غیر آلوده به نفت و از چندین منطقهي دشت اردبیل، به آزمایشگاه گروه علوم خاك دانشگاه محقق اردبیلی منتقل شدند. برخی از خواص شیمیایی و خواص فیزیکی نمونههاي خاك از قبیل بافت، pH، مقدار عناصر نیتروژن، پتاسیم و فسفر و قابلیت هدایت الکتریکی با استفاده از روشهاي استاندارد تعیین شدند. از بین خاكها خاك شمارهي چهار به عنوان خاك مطلوب انتخاب و پس از آلوده شدن با آلایندهي فنانترن در غلظت 500 میلیگرم بر کیلوگرم آلوده به مدت سه ماه ماندگار (Aged) گردید. سپس بیوچار پودر شده، شستشو داده شده و عبور داده شده از الک دو میلیمتري به میزان 15 گرم در کیلوگرم به همراه قارچ فانروکت کریزوسپوریوم به شش واحد سه کیلویی خاك اضافه گردید. این خاك به مدت چهار ماه در آزمایشگاه در دماي 25±5 درجهي سانتیگراد نگهداري و رطوبت خاك با روش وزنی در حد ظرفیت زراعی حفظ و بهمنظور هوادهی به طور کامل هم زده شد. در پایان دوره خوابانیدن براي اندازهگیري میزان فنانترن باقیمانده از سیستم عصارهگیر سوکسیله استفاده گردید. آنالیز مقدار فنانترن باقیمانده در عصارههاي حاصل از دستگاه سوکسیله توسط دستگاه GC-MASS انجام پذیرفت. بهمنظور تبدیل دادههاي کروماتوگرامها به غلظت فنانترن موجود در نمونهها از غلظت 1، 25، 50 و 75 میلیگرم درلیتر فنانترن براي رسم منحنی استاندارد استفاده شد. با استفاده از منحنی استاندارد، فرمول رگرسیون براي غلظت و سطح زیر کروماتوگرام به دست آمد که از روي این فرمول، دادهها به غلظت تبدیل شدند. جهت تهیهي تصویر میکروسکوپی از نمونههاي بیوچار، این نمونهها پس از قرارگیري در داخل دستگاه فریزدراي به مدت دو ساعت در دماي -70 درجهي سیلسیوس، با لایه بسیار نازکی از آلیاژ طلا پوشش دهی فلزي شده به داخل میکروسکوپ الکترونی منتقل و از قسمتهاي مختلف نمونه با بزرگنماییهاي مختلف تصویربرداري شد.
