بخشی از مقاله
چکیده
مشتقات فنلی یکی از مهمترین آلایندههاي سمی در محیط زیست بشمار میآیند که در میان آنها کلروفنلها از مهمترین مواد زنوبیوتیک سمی آلاینده آبها و پسابها میباشد. -4کلروفنل حلالیت زیادي در آب دارد که منجر به فراوانی آن در پساب ها میشود. بدلیل هزینههاي بالا، مصرف زیاد انرژي و در بعضی موارد ناسازگاري با محیط زیست در روشهاي حذف فیزیکی و شیمیایی، تجزیه زیستی -4کلروفنل از اهمیت خاصی برخوردار است. در تحقیق حاضر ابتدا تعدادي از میکروارگانیسمهاي تجزیه کننده -4کلروفنل از لجن فعال واحد تصفیه پساب پتروشیمی فجر طی یک دوره عملیات غنیسازي، خالص و جداسازي شدند.
سپس توانایی هرکدام از میکروارگانیسمهاي جداشده در حضور 100 ppm از -4کلروفنل بررسی و دو گونه میکروبی مناسب S1 و S2 جهت تجزیه زیستی -4کلروفنل انتخاب گردیدند. آزمایشات نشان داد که هرکدام از گونههاي S1 و S2 به ترتیب در مدت زمان 45 و 21 ساعت قادر به تجزیه 100 ppm از-4کلروفنل هستند که نشان دهنده کارایی بالاي گونههاي جداشده از لجن فعال غنیشده میباشد. از بین دوگونه جداشده گونه S2 گونه برتر جهت حذف -4کلروفنل در مدت زمان 21 ساعت انتخاب گردید.
کلمات کلیدي: حذف زیستی، -4کلروفنل، لجن فعال، غنیسازي، میکروارگانیسم جداشده
مقدمه
امروزه حفاظت از محیط زیست و پاکسازي آن از انواع عوامل آلاینده از مهمترین وظایف بشري بشمار میرود. کلروفنلها از ترکیبات آروماتیکی و یکی از مهمترین گروههاي مواد شیمیایی زنوبیوتیک1 مقاوم به حمله میکروبی میباشند. سرسختی این ترکیبات نتیجه پیوند هالوژن-کربن موجود در کلروفنلهاست که به سختی شکسته میشود و پایداري ساختار آروماتیکی آنها موجب تجمع این مواد در طبیعت است 1 - و . - 2 این ترکیبات داراي بو و طعم بسیار شدید هستند و مقدار بسیار اندك از آنها - غلظت در حدود ppb تا - ppm میتواند بر طعم و بوي آب موثر باشد . - 3 - بدلیل سمیت بسیار زیاد، سرسختی در محیط و مظنون بودن به خواص سرطانزایی و ایجاد جهش ژنتیکی براي موجودات زنده، کلروفنلها در فهرست مواد پرخطر میباشند . - 4 -
برخی از منابع اصلی کلروفنلها صنایع خمیر و کاغذ، کارخانههاي کک، کارخانه مواد شیمیایی، صنایع پتروشیمی، تولید پلاستیک و پساب خروجی از واحدهاي تصفیه پسابهاي شهري است. یکی از مهمترین اعضاي گروه کلروفنلها، پاراکلروفنل است. کلروفنلها بهویژه -4کلروفنل به عنوان گندزدا بکار میروند. همچنین این ترکیب یکی از محصولات تجزیه بیهوازي فنلهاي با تعداد کلر بالاتر میباشد. سطوح گزارش شده از وجود کلروفنلها در محیطزیست از 150 µg/L تا 100-200 mg/L است . - 5 - بدلیل سمیت بسیار بالاي کلروفنلها، اغلب میتوان با در معرض قرار دادن آلاینده مورد نظر با جمعیتی از میکروارگانیسمهاي برگرفته شده از محیطهاي آلوده و با تطابق و سازگار کردن آنها در طی مدت زمان طولانی با آلاینده، کشت میکروبی مناسب را انتخاب نمود.
به این ترتیب اغلب میکروارگانیسمهاي مورد استفاده در تجزیه زیستی این نوع از آلایندهها از منابع آلوده به این ترکیبات یا ترکیبات سمی مشابه جداسازي و بکار گرفته میشوند.در کشور ما ایران نیز بدلیل وجود فراوان پالایشگاههاي نفت و صنایع پتروشیمی مکانهاي آلوده به کلروفنلها بسیار زیاد است و لذا، تصفیه و تجزیه این ترکیبات بهویژه از آبها و پسابها ضروري و بسیار مهم میباشد. در تحقیق حاضر، تجزیه زیستی -4کلروفنل با استفاده از دو گونه میکروبی بومی مورد بررسی قرار گرفته است.
مواد و روشها مواد شیمیایی و محیط کشت
تمامی مواد شیمیایی به کار رفته در تحقیق انجام شده از محصولات با خلوص بالا خریداري شد. براي تهیه محلول آلاینده -4کلروفنل، محلول غلیظی با غلظت 10000ppm ساخته شد. محیط کشتهاي استفاده شده در این تحقیق شامل محیطهاي مایع مغذيLB، آگار مغذي NA و محیط کشت نمکهاي معدنی MSM میباشند . - 6 - در جدول1 مشخصات نمکهاي معدنی بکار برده شده در تمام آزمایشهاي غنیسازي و حذف آلاینده نشان داده شده است. در جدول2 نیز مشخصات محلول نمک فلزات کم مقدار نشان داده شده است که به میزان 10 میلیلیتر بر 1 لیتر محیط کشت معدنی اضافه میگردد. بدلیل عدم توانایی لجن و میکروارگانیسمهاي آن در مصرف -4کلروفنل به عنوان تنها منبع انرژي و کربنی - 7 - در تمام آزمایشات از گلوکز با غلظت 5 گرم بر لیتر به عنوان سوبستراي مکمل استفاده شد.
غنیسازي لجن فعال
عملیات غنیسازي بر روي لجن فعال واحد تصفیه پساب پتروشیمی فجر در 5 مرحله و به مدت 15 روز انجام گردید. در هر مرحله 10 درصد از محیط کشت قبلی به محیط کشت معدنی تازه حاوي آلاینده منتقل شد و در نهایت لجن غنی شده مورد نظر از کشت مرحله آخر غنیسازي بدست آمد. آزمایشها در ارلنهاي 250 میلیلیتري حاوي 45 میلیلیتر محیط کشت معدنی و 10 درصد مایه تلقیح انجام شد. غلظت آلاینده بکاربرده شده در هر مرحله از غنیسازي ثابت و 100ppm بود. ارلنهاي مورد آزمایش در شیکر انکوباتور با دور 120 دور بر دقیقه و دماي 30 درجه سانتی گراد قرار گرفتند.
جداسازي میکروارگانیزم هاي بدست آمده از مرحله غنی سازي
پس از انجام عملیات غنی سازي بر روي لجن فعال و اطمینان از حذف -4کلروفنل توسط آن در محدوده غلظتی بکار برده شده، خالصسازي کشت میکروبی با کشت دادن میکروارگانیسمهاي بدست آمده از آخرین مرحله غنیسازي بر روي پلیتهاي حاوي NA و PDA و با استفاده از تکنیک کشت خطی انجام شد.
روشهاي آنالیز
نمونهها به طور متناوب جهت اندازهگیري توده زیستی، pH و غلظت -4کلروفنل گرفته شد . - 8 - براي نمونههاي با جذب نوري بالاي 1 رقیقسازي انجام گردید. جهت اندازه گیري غلظت -4کلروفنل، ابتدا نمونه ها در 4000 دور بر دقیقه و به مدت 15 دقیقه سانتریفوژ شد. سپس نمونههاي حاوي کلروفنل از مایع شفاف رویی تهیه و غلظت کلروفنل موجود در آن با روش رنگ سنجی -4آمینوآنتی پیرین اندازهگیري گردید . - 9 -
نتایج و بحث جداسازي میکروارگانیسمها
در شکل2، شکل ظاهري گونههاي میکروبی جدا شده S1 و S2 با استفاده از مشاهده میکروسکوپی نشان داده شده است.
تجزیه -4کلروفنل با استفاده از میکروارگانیسم جداشده S1
پس از بررسی شرایط رشد و انتخاب انتهاي فاز لگاریتمی رشد به عنوان سن مناسب مایه تلقیح میکروبی، تجزیه ppm 100 از -4کلروفنل توسط گونه میکروبی S1 انجام شد. در شکل3 روند تجزیه زیستی -4کلروفنل،رشد توده زیستی و pH بر حسب زمان توسط میکروارگانیسم جداشده S1 نشان داده شده است. میکروارگانیسم S1 قادر به تجزیه کامل -4کلروفنل در غلظت 100 ppm در مدت تقریبا 45 ساعت میباشد.
تجزیه -4کلروفنل با استفاده از میکروارگانیسم جداشده S2
تجزیه 100 ppm از -4کلروفنل توسط گونه میکروبی S2 نیزانجام گردید. در شکل4 روند تجزیه زیستی -4کلروفنل، رشد توده زیستی و pH بر حسب زمان توسط میکروارگانیسم جداشده S2 نشان داده شده است. میکروارگانیسم S2 قادر به تجزیه کامل -4کلروفنل در غلظت 100 ppm در مدت تقریبا 21 ساعت میباشد.
