بخشی از مقاله
چکیده
برای جلوگیری از آلودگی آب و محیط زیست باید راهکارهایی جهت تصفیه و استفاده ی مجدد از فاضلاب اتخاذ گردد. بیوتکنولوژی زیست محیطی سعی در ارائه و توسعه روشهای نوین تصفیه آب و فاضلاب دارد و در این راستا میتوان از موجودات تک سلولی مانند ریزجلبکها استفاده نمود. گونههای جلبکی قادرند به صورت مؤثری در انواع پسابها، به واسطهی توانایی مصرف مقادیر فراوانی از کربن آلی، نیتروژن و فسفر معدنی رشد کنند. در این پژوهش رشد ریزجلبک Chlorella vulgaris در رقت های مختلف پساب نشاسته و گلوکز کارخانه زرین ذرت شاهرود تحت شرایط یکسان نوردهی، هوادهی، دمایی و مقدار مایع تلقیح در مدت 16 روز مورد بررسی قرار گرفت. در راستای این مطالعه در طی دوره رشد 16روزه، پارامترهای مختلف از جمله وزن خشک، کدورت، نیترات، آمونیوم، فسفات،COD و pH اندازهگیری شدند.
نتایج رشد ریزجلبک در پساب واحد فراورش نشاسته با داده های وزن خشک نشان داد، کشت شاهد بدون حضور پساب در محیط کشت زایندر پس از دو روز طی کردن فاز تاخیر وارد فاز رشد شد، با افزایش در میزان پساب در محیط کشت طول زمان فاز تأخیر رشد، طولانیتر گردید. همچنین نتایج این تحقیق نشان میدهد گونه کلرلا ولگاریس قادر به کاهش مقدار قابل توجهی، نیترات و آمونیوم و فسفات و COD از پساب است به گونهای که در کشت با رقت %75 پساب در مدت زمان کشت، نیترات % 69,8 ، آمونیوم %42 و فسفات % 79,1 توسط سلول حذف شد و باعث کاهش بار آلی %14 در پساب شد. در نتیجه کشت سلولChlorella vulgaris در این پساب علاوه بر کاهش در میزان آلودگی میتواند به عنوان منبع غنی مغذی جهت کشت ارزان قیمت ریزجلبک با هدف تولید محصولات ارزشمند از قبیل بیودیزل و مکمل های دارویی استفاده شود.
کلمات کلیدی:آلودگی آب، ریزجلبک کلرلا ولگاریس، پساب فاضلاب، تصفیه، حذف نیترات و آمونیوم وفسفات، COD
.1 مقدمه
از چند دهه گذشته، سوخت های فسیلی به یک بخش اصلی از زندگی روزانه انسان تبدیل شدهاند. بویژه، سوختهای فسیلی برای تولید انرژی برای حمل ونقل و تولید برق سوزانده میشوند که در آن این دو بخش، نقش حیاتی را در بهبود استفاده از زندگی انسان و پیشرفت تکنولوژی ایفا می کنند. با این حال، سوختهای فسیلی منبع تجدید ناپذیر هستند که تولید آنها محدود است و یک روز تمام خواهد شد. بعلاوه، سوختن سوختهای فسیلی، نگرانیهای محیطی متعددی را افزایش داده است که شامل تاثیرات گازهای گلخانه ای - GHG - میباشد که به طور قابل توجهی به گرمای جهان کمک میکند. منابع انرژی قابل تجدید مثل خورشیدی، باد، آب ، ژئوترمال و انرژی از زیست توده و ضایعات یا موفقیت توسعه یافته و توسط کشور های مختلف برای محدود کردن استفاده از سوخت های فسیلی استفاده شده است .[1]
ریزجلبکها اولین میکروارگانیسمهای به وجود آمده هستند که حدود 3 میلیارد سال پیش بر روی زمین پدیدار شدند2]و.[3 میکروجلبک تک سلولی Chlorella Vulgaris، که در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفته است از دسته جلبک های سبز تک سلولی و غیر متحرک است که در سطح خاک مرطوب، درون آب های شیرین و آب شور یافت می شود و یکی از قدیمیترین، میکروارگانیسمها بر روی کره زمین است.[4] این جلبک اولین بار در سال ، به وسیله یک میکروبیولوژیست هلندی به نام Beijernickبه صورت خالص در آزمایشگاه کشت داده شد. این جلبک تک سلولی، کروی شکل بوده و دارای دیوارهنسبتاً نازک، کلروپلاست بزرگ و فنجانی شکل فاقد پیرونوئید و یا با پیرونوئید و سیتوپلاسم بی رنگ که در درون آن هستهنسبتاً درشتی در بالای کلروپلاست قرار گرفته است، می باشد.
این جلبک از نمونه جلبک هایی است که در بسیاری از آزمایشات فتوسنتز، بیوشیمیایی و حتی ژنتیک مورد استفاده قرار می گیرد .[5 ] بسیاری از گونه های جلبکی، به آلودگیهای موجود در پسابها مقاوماند وسریعاً در محیط غنی از نیتروژن و فسفر مستقر میشوند و با استفاده از این مواد جهت رشد میتوانند موجب حذف نیتروژن و فسفر پساب گردند و این نشان می دهد که سیستم پرورش میکروجلبک ها می تواند به عنوان جایگزین فرایند تصفیه ثانویه پساب، به کار گرفته شود.[6 ] تصفیه فاضلاب با استفاده از ریز جلبکها از نظر زیست محیطی دیدگاهی بی خطر در راستای حذف نیتروژن و فسفر محسوب شده و نسبت به سایر روشهای موجود کم هزینهتر است.سیستمهایی که از ترکیبی از باکتری و جلبک استفاده میکنند، محتوای نیتروژنی موجود در فاضلاب را به ترکیبات نیتروژندار مفید در زی توده جلبکی تبدیل کرد و همچنین فاکتورهایی چون کدورت و رنگ آب را بهبود می بخشند.[ 7 ]
بیش از پنجاه سال است که از ریز جلبک ها در تصفیه فاضلاب استفاده می شود. سیستمهای ابتدایی نظیر استخرهای بزرگ و استخرهایی با جریان سریع آب، سلولهای جلبکی را به صورت غوطه ور در ستون آب قرارمیدادند.مشکل بزرگ این سیستمها هزینه زیاد جداسازی سلولهای جلبکی از آب تصفیه شده بود8]و.[9آقای Meng Wang و همکارانش در سال 2013 بر روی دو گونه ریز جلبک سبز کلرلا و میکروتینیوم که در پساب دارای غلظت بالای نیتروژن رشد خوبی داشته است و فسفر به میزان سه برابر بیشتر از نیترات حذف شده است. این نتایج نشان می دهد که انواع مختلف فاضلاب می تواند باعث سینتیک حذف ماده ی مغذی مختلف توسط جلبکها شود . [10]
Geetha و همکاران در سال 1994 نشان دادند که جلبک سبز کلرلا باعث کاهش آمونیاک بطور عمده ای بیشتر از 90% می شود Yalcin .[11 ] و همکاران در سال 2006 به این نتیجه رسیدند که ریزجلبک ها میتوانند به عنوان حذف کنندگان مؤثر مواد غذایی آب درنظر گرفته شوند و می تواند به منظور حذف ترکیبات نیتروژن دار و تولید زیست توده جلبکی زیاد مفید باشدRuiz -Marin. [12] و همکارانش در سال 2010 سرعت رشد دو گونه ریزجلبک با نامهای S. obLquusو Chlorella vulgaris را در فاضلاب شهری بررسی کردند. . ریزجلبک % 80 C. vulgaris حذف نیتروژن و%53حذف فسفات را در تصفیه فاضلاب شهری از خود نشان میدهد، درحالیکه S. obLquus در همین شرایط 96% حذف نیتروژن و% 55 حذف فسفات را نشان میدهد .[13 ]
کاربرد ریزجلبک ها برای تصفیه پساب ها دارای مزایای متعددی است که از مهمترین آن می توان به عدم ایجاد خطرات زیست محیطی با تکیه براصول اکوسیستمهای طبیعی، عدم ایجاد آلودگی ثانویه در صورت استفاده از بیوماس تولیدی و توانایی ریز جلبکها در بازچرخش موثر مواد مغذی موجود در پساب های ثانویه اشاره کرد. رشد چشمگیر جلبک ها در آبهای غنی از مواد غذایی یک پدیده عمومی است که نقش مهمی در حذف انواع مواد معدنی و مواد حاصل از فعالیتهای متابولیکی موجودات زنده دارد. فرایند در سیستم توام پساب و جلبک بدین صورت است که پساب غنی از نیتروژن و فسفر به همراه دی اکسیدکربن و انرژی خورشیدی، فراهم کننده شرایط مناسب برای رشد و تکثیر میکروآلگها است که سرانجام منتج به تولید زیست توده مفید جلبکی و کاهش نیتروژن و فسفر پساب خواهد شد.
زیست توده تولیدشده به نوبه خود موجب افزایش تولیدات زیستی و سوخت زیستی می شود که از این نظر یکی از کاراترین جذب کنندگان دی اکسیدکربن اتمسفری که در نتیجه به حفاظت از محیط زیست نیز کمک می کند و همچنین ابزار تولید انرژی از طریق سوخت گیاهی است. هدف از انجام این تحقیق، بررسی و توانایی نقش تراکم های مختلف ریزجلبک کلرلا ولگاریس در کاهش بار آلودگی پساب صنعتی مورد بررسی قرار گرفت. در این مطالعه اثر گونه کلرلا ولگاریستقریباُ دو روز یک بار در کاهش نیترات و آمونیوم وفسفات و آنالیز روغن و COD در پساب فراورش شده نشاسته و همجنین تغیرات pH و وزن خشک در طی دوره 16روزه پرورش مورد بررسی قرار گرفت.
.2 مواد و روش ها
-1-2گونه سلولی و محیط کشت
میکروجلبک کلرلا ولگاریس در این مطالعه از پژوهشکده آبزی پروری شهرستان بندرانزلی تهیه گردید. این میکروجلبک بومی ایران تقریبا در هر آب وهوایی قابل کشت است و به راحتی و با سرعت زیاد رشد می کند. پساب صنعتی مورد استفاده در این تحقیق از کارخانه نشاسته شاهرود از قسمت تصفیهی بیولوژیکی آن جمع آوری شد. پساب مورد نیاز را با استفاده از کاغذ صافی فیلترکرده و بعد برای اطمینان از عدم وجود هر گونه آلودگی نظیر آلودگیهای قارچی و میکروبی در اتوکلاو در دمای 121°C قرار گرفت و سپس پساب استریل شده از طریق مجاورت با هوای محیط خنک گردید.محیطکشت زایندر - Z-8+N - مورد استفاده برای کشت، از طریق سازمان پژوهشهای علمی صنعتی ایران تهیه شد.
محیط کشت مناسب برای پرورش این میکروجلبک از پنج محلول تشکیل شده است. محلولها به خوبی به هم زده شده تا یک محیط کشت یکنواخت حاصل شود. مقدار 100میلیلیتر ریزجلبک و محیط کشت زایندر را پس از اتمام اتو کلاو و همدما شدن با دمای آزمایشگاه در ارلن مایرهای شیشه ای 2 لیتری تحتشرایط کاملاٌ استریل در کنار شعله کشت داده شد و سپس به هم زده شد و آنگاه برای تولید انبوه از ظرف پلاستیکی شفاف شکل با گنجایش 8 لیتر استفاده گردید.
