بخشی از مقاله
چکیده
فنول و مشتقات آن آلاینده های خطرناکی هستند که حتی در غلظت های پایین هم بسیار سمی می باشند. مدیریت پساب هایی که شامل غلظت بالایی از ترکیبات فنولی می باشند چالشی عمده در بحث های زیست محیطی و اقتصادی برای مجموعه های صنعتی است. در این زمینه، بیوتکنولوژی با استفاده از تخریب، تصفیه و جذب بیولوژیکی، مقدار وسیعی از این آلاینده ها را حذف می کند و به طور کلی تصفیه بیولوژیکی، عملکرد موثر و اقتصادی در زمینه حذف ترکیبات آلی ایفا می کند. در این پژوهش، مطالعات زیادی که در مورد تصفیه بیولوژیکی به سه شیوه کلی هوازی، بی هوازی و آنزیمی بوده است، مطرح شده تا دیدگاه کلی در مورد انتخاب روش های حذف و تصفیه پساب ها با ویژگی های مختلف ایجاد کند.
1 -مقدمه
فنول آلاینده ای است که معمولا در جریان های برون ریز بسیاری از صنایع از جمله پساب حاصل از فرآیند های مربوط به زغال سنگ، پالایشگاه های نفت، واحد های تولید کاغذ و خمیر کاغذ، تولید کک و رزین، صنایع فولاد، صنایع دارویی، صنایع پلاستیکی و لعاب، واحدهای نساجی، واحدهای تولیدی آفت کش ها، دباغ خانه ها و عملیات های مربوط به گداختن در واحدهای متالوژی، وجود دارد. بنابراین جهت حفظ کردن اکوسیستم خاک و محیط آبی، دستور جهانی برای صنایع در نظر گرفته می شود که قبل از تخلیه جریان های برون ریز آن ها به محیط زیست، پساب خود را تصفیه کنند.
روش های تصفیه ای موثری جهت حذف فنول موجود هستند، همچون جذب توسط کربن فعال، تبادل یونی، استخراج مایع- مایع و اکسیداسیون شیمیائی. اگر چه هر کدام از این روش ها نقطه ضعف خاص خود را دارند، مانند هزینه بالای هرکدام از آن ها. همچنین بیشتر این تکنولوژی ها قدرت تخریب فنول را ندارند بلکه آن را از فازی به فاز دیگر انتقال می دهند. در نتیجه منجر به شکل گیری محصولات جانبی خطرناک - آلاینده های ثانویه - می شوند.
از سویی دیگر زیست تخریب کردن، روش سازگارتر با محیط زیست بوده و از لحاظ هزینه بسیار بهتر از دیگر روش ها می باشد. از این رو تصفیه بیولوژیکی فنول، یک فرآیند بسیار مهم در کنترل آلودگی است. به علاوه اینکه در قیاس با روش های فیزیکی شیمیائی تصفیه فاضلاب، زیست تخریب کردن فنول به طور عمومی بیشتر ترجیح داده می شود. چون این روش منجر شده تا فنول به مواد معدنی تبدیل شده که ریشه در واکنش صد در صد تبدیلی در این روش دارد که منجر می شود این ترکیبات به اجزاء سازنده معدنی غیر آلی تبدیل شوند 1]و.[2
2 -میکروارگانیسم ها و زیست تخریب شوندگی فنول
تعداد زیادی از میکروارگانیسم ها شامل باکتری ها، قارچ ها و جلبک ها توانایی تخریب فنول را دارند. زیست تخریب شوندگی فنول و مشتقات آن ها توسط باکتری ها به طور گسترده و در تعداد بسیار بالا بررسی شده است و خصوصیات و عملکرد بیولوژیکی و ژنتیکی آن ها مفصلا شرح داده شده است. محیط کشت خالص و مخلوط باکتری از نوع Pseudomonas در تخریب بیولوژیکی فنول و تولید زیست توده ها بسیار رایج است و همچنین پتانسیل بسیار خوبی برای کاربرد های متفاوت زیست تجزیه شدن مواد دارند.
مخصوصا Pseudomonas putida در سطح وسیعی جهت زیست تخریب کردن فنول به علت قدرت بالای آن در حذف فنول و مشتقات آن، مورد استفاده قرار می گیرند. پاسخ های P. putida به تنش های شیمیایی نشان می دهد که سلول های آن می توانند مکانیزم های حفاظتی گوناگونی را جهت زنده ماندن در شرایط مختلف و حاد در محیط زیست به کار گیرند .[3] قارچ ها سهم چشمگیری در بازیافت ترکیبات آروماتیک در بیوسفر دارند و چندین مطالعه نشان داده اند که قارچ های متنوعی توانایی تبدیل فنول به مواد معدنی را دارند.
چون آن ها قادرند که منابع وسیعی از کربن را به خاطر مکانیزم آنزیمیشان مصرف کنند. بنابراین یک پتانسیل خوب برای مصرف کردن فنول و دیگر ترکیبات آروماتیک و مشتقاتشان جهت سوخت و ساز سلولی یا همان متابولسیم خود دارند .[3] فراوان ترین قارچی که در محیط زیست آلوده شده وجود دارد، مخمر ها می باشند. برخی از مخمر ها مانند Candid Tropicalis، Fusarium flocciferium و Trichosporon cutaneum قادرند از فنول به عنوان منبع اصلی کربن و انرژی بهره برداری کنند.
به علاوه، مطالعات و پژوهش هایی بر روی نژاد هایی از Penicillium، Aspergillus، Graphium و Phanerochaete در حال انجام شدن است که قادرند ترکیبات آروماتیک را تخریب کرده و باغث فروپاشی آن ها شوند. زیست تخریب شوندگی فنول توسط میکرو جلبک ها فقط تحت شرایط هوازی رخ می دهد. این مطلب بسیار قابل توجه است که میکرو جلبک های اندکی چه از خانواده Cyanobacteria و Eukaryotes تنها در شرایط بسیار حاد در مقابل ترکیبات فنولی کم تحمل بوده و مقاوم نیستند 4]و.[5 برخی از آن ها عبارتند از: Chlorella sp.، Scenedesmus sp.، Tetraselmis marina، Ochromonas danica، Lyngbya gracilis، Nostoc punctiforme، Oscillatoria animalis، Phormidium . foveolamm
1- 2 -مکانیزم تخریب بیولوژیکی فنول
فرآیند تخریب شوندگی فنول در ابتدا به حضور مولکول اکسیژن نیاز دارد تا بتواند حمله آنزیمی به حلقه ها و ترکیبات آروماتیک را آغاز کند. یک راه حمله رایج برای تخریب فنول و استفاده از آن به عنوان منبع انرژی و کربن برای متابولیسم میکروبی، هیدروکسیله کردن حلقه می باشد1 که آن هم توسط آنزیم فنول هیدروکسیلاز صورت می گیرد و فنول را به Catechol تبدیل می کند و سپس حلقه در دو حالت اورتو2 یا متا3 اکسید می شوند. فنول هیدروکسیلاز خود را به عنوان اولین آنزیم در فرآیند متابولیکی حذف فنول نشان می دهد. در هر دو حالت o- و m- حلقه آروماتیک توسط آنزیم شکافته شده و سپس تخریب آغاز می گردد .[6]
3 -تخریب هوازی
سیستم های تصفیه بیولوژیکی هوازی شامل هوادهی ، لجن فعال و صافی های بیولوژیکی استخرهای اکسیداسیون و سیستم های چرخان می باشند. در این روش میکروارگانیسم ها عامل اصلی واکنش های تجزیه مواد آلی هستند و انرژی حاصل از این سوخت و ساز برای ادامه حیات اعمال زیستی آنها به کار می رود. و محصولات حاصل از این سوخت و ساز مواد پایداری نظیر CO2، آب و آمونیاک می باشند. قسمتی از مواد آلی نیز برای ساخت و سنتز سلول های جدید مورد استفاده قرار میگیرند.
پسابی که وارد مخزن می شود ، دارای مواد آلی است که منبع تغذیه باکتری ها می باشد. باکتری ها ، مواد آلی و اکسیژن موجود در پساب را مصرف کرده و CO2 تولید می کنند . سایر میکروارگانیسم ها نیز از باکتری ها تغذیه می کنند. بنابراین بعد از مرگ باکتری ها مقداری از مواد مصرف شده به سیستم برگردانده می شود ولی میکروب ها برای سنتز از مواد آلی استفاده می کنند و به رشد خود ادامه می دهند.
بنابراین وارد کردن مقدار زیادی از میکروارگانیسم ها به یک مخزن پساب و دمیدن هوا در آن برای چند ساعت مواد آلی موجود در آب را به مصرف میکروارگانیسم ها می رساند. سپس همین موجودات ذره بینی به صورت لخته هایی ته نشین می شوند و آب خروجی که مواد آلی خود را از دست داده به صورت شفاف از مخزن خارج می شود و لخته های ته نشین شده به مخزن هوادهی بازگشت داده می شوند تا فرایند تکرار شود. باکتری ها و ذرات معلق را که قابلیت ته نشینی دارند به مخزن هوادهی وارد می سازند که به آن لجن فعال گفته می شود. مهمترین بیو راکتور در صنعت تصفیه بیولوژیکی، بیوراکتور فیلم ثابت4 می باشد .[7]
