بخشی از مقاله
چکیده
حذف پیوسته مخلوطی از ترکیبات مونو- ، دي-، و تري- کلروفنل در راکتور بیوفیلمی با بستر ثابت انجام شد. تلقیح میکربی بمنظور تشکیل بیوفیلم بر بستر ثابت راکتورها بصورت مخلوط میکربی بوده که به مدت طولانی با آلاینده ها سازگار شده بود. عملکرد راکتور و راندمان حذف کل ترکیبات کلروفنل در مقادیر مختلف زمان ماند هیدرولیکی - در محدوده 14.4 تا - 1.86 h، شدت بار آلی ورودي - در محدوده 7 تا - 81 mg l-1 h-1، و شدت هوادهی بررسی شد. عملکرد راکتور بصورت درصد حذف و غلظت خروجی ترکیبات کلروفنل بررسی شد. همچنین، غلظت اکسیژن در راکتور و نرخ مصرف اکسیژن در راکتور در شرایط پایا بررسی شد. بهترین راندمان حذف و عملکرد راکتور در شدت بار آلودگی ورودي 11 mg l-1 h-1 و زمان ماند هیدرولیکی 8.7 h و غلظت کل آلودگی ورودي 100 mg l-1 بدست آمد به صورتی که بیش از %99 حذف براي تمام آلاینده هاي کلروفنل در خروجی بدست آمد. از طرفی بیشترین نرخ حذف آلاینده برابر 60.6 mg l-1 h-1 در شدت بار آلودگی ورودي 81 mg l-1 h-1 و غلظت کل آلودگی ورودي 150 mg l-1 بدست آمد. عملکرد راکتور بیوفیلم مورد مطالعه براي مدت طولانی پایدار بود.
کلمات کلیدي: زیست تصفیه، کلروفنل، مخلوط میکربی، راکتور بیوفیلمی
مقدمه
ترکیبات مختلف کلروفنل - CPs - آلاینده هاي زنوبیوتیک1 محیط زیست بوده که خطر بسیاري متوجه سلامت انسان میکنند. ترکیبات CPs بواسطه اثر سمیت، سرطانزایی و پایداري در محیط زیست، در بسیاري از کشورها داراي اولویت می باشند .[1] مشتقات مختلف CPs در اثر نشت و نفوذ از منابع و کارخانه ها به سفره آبهاي زیرزمینی نفوذ کرده و یا در اثر واکنشهاي فتوشیمیایی و بیولوژیکی موجود در طبیعت از آلاینده هاي آلی بزرگتر مانند DDT ایجاد می شوند .[2] تخریب و تجزیه این ترکیبات توسط میکروارگانیسم هاي موجود در طبیعت بصورت هوازي و بیهوازي قابل انجام بوده که با توجه به مکانیسم بیهوازي موجود در طبیعت، انباشتگی کلروفنل هاي سبکتر در طبیعت اتفاق می افتد .[3]
ترکیبات کلروفنل سمی بوده و داراي اثر بازدارندگی براي فعالیت باکتري ها حتی در علظت هاي کم می باشند. بعنوان مثال، مقدار 4.2 دي کلروفنل سبب کاهش %50 فعالیت باکتري خالص مورد مطالعه داشته است .[4] این بازدارندگی ، بخصوص در دماهاي پائین و سایر شرایط غیربهینه عملیاتی تشدید شده و مشکلات فرایندي زیادي ایجاد می کند.[5] در عمل، حذف ترکیبات CPs در راکتورهاي بیوفیلمی بسترسیالی و هوا بالابر انجام شده و توانایی استفاده از فرایندهاي بیولوژیکی در حذف این آلاینده ها نشان داده شده است.[6]تثبیت باکتري ها بصورت بیوفیلم براي استفاده در فرایند بیولوژیکی محیط زیستی بسیار مناسب و کارآمد بوده است. راکتورهاي بیوفیلمی غلظت بالایی از باکتري ها را در سیستم حفظ کرده که این امر سبب افزایش راندمان حذف و عملکرد راکتور بیوفیلمی درشرایط نامناسب عملیاتی می شود .[7]
راکتورهاي بستر سیالی بواسطه حرکت بستر و افزایش سطح ویژه بستر سبب بهبود انتقال جرم براي آلاینده واکسیژن شده، ضخامت نازکتر بیوفیلم و در عین حال پایدارتري ایجاد کرده که راندمان فرایند به مراتب بهبود می یابد، ولی در عین حال کنترل فرایند و اجراي آن سخت تر می باشد .[8] اجراي راکتورهاي با بسترثابت و کنترل فرایند به مراتب ساده تر بوده و نتایج مناسب و موفقی براي آلاینده هاي آلی مختلف داشته است. راکتورهاي بابسترثابت بواسطه چگال بودن و غلظت بالاي جمعیت میکربی فعال، نسبت به تغییرات ناگهانی در شرایط عملیاتی مانند دما، شدت جریان و بار آلاینده ورودي بسیار مقاوم می باشند.
اما، محدودیتهاي انتقال اکسیژن و آلاینده براي تمام بیوفیلم فعال، و مسدودشدن بیوفیلم بواسطه انباشتگی زیاد از حد جمعیت میکربی ازمعایب این سیستم بوده که در عمل باید در نظر گرفته شود.[9]بیوفیلم میکربی قادر به تامین و نگهداري مخلوط میکربی با تنوع گسترده تر می باشد. تنوع بالاي مخلوط میکربی سبب افزایش پتانسیل کاتابولیکی فرایند و در نتیجه بهبود راندمان حذف آلاینده هاي مقاوم تر می شود .[10]هدف این تحقیق مطالعه حذف زیستی مخلوط ترکیبات کلروفنل در راکتور بیوفیلمی تحت تاثیر دما، شدت بار آلاینده ورودي، زمان ماند هیدرولیکی و شدت هوادهی متفاوت می باشد.
مواد و روشها
محیط کشت
ورودي راکتور از یک محیط پایه معدنی حاوي علظتهاي مختلف ترکیبات CPs بعنوان منبع کربن و انرژي بوده که در آزمایش هاي مرتبط مقادیر عددي آن می آید. محیط پایه معدنی با جزئیات در مقاله شماره 8 آمده است. کلروفنل موردنیاز از محلول ذخیره 5 g l -1 فیلتر استریل در محیط کشت تامین می شد.
تهیه تلقیح براي راکتور
نمونه خاك آلوده به کلروفنل و لجن تصفیه خانه فاضلاب شهري به 100 میلی لیتر محیط پایه معدنی اضافه و در ارلن 250 میلی لیتري گرماگذاري شد. به این نمونه، بصورت متناوب، ترکیبات مونو، دي، و تري کلروفنل در غلظت 50 ازهر کدام اضافه شد. با کاهش غلظت CPs در نمونه، دوباره خوراك دهی انجام می شد. گرماگذاري به مدت 4 ماه در دماي محیط انجام شد.
مشخصات بیوراکتور
راکتور بصورت ستون شیشهاي با ارتفاع 22.5 cm و قطر داخلی 4/5 cm مطابق شکل1 استفاده شد. راکتور با 150 دانه هاي شیشه اسفنجی با قطر 7-5 mm پر شد . حجم عملیاتی مایع داخل راکتور برابر 130 ml و تخلخل بستر برابر %40 بود. جریان برگشتی از بالاي راکتور به ورودي آن توسط پمپ پریستالتیک انجام شد. جریان خوراك مایع ورودي به راکتور با استفاده از پمپ پریستالتیک دیگري به جریان برگشتی ورودي به راکتور تزریق شده و سبب ایجاد جریان از پایین به بالا در راکتور شد. داخل راکتور و بالاي بستر به اندازه 4 cm مایع وجود داشت که هوادهی راکتور بصورت خیلی آرام در این قسمت صورت گرفته و در نتیجه جریان برگشتی به راکتور حاوي علظت مناسبی از اکسیژن بود. دماي راکتور بوسیلع عبور آب از ژاکت راکتور کنترل شد.
آنالیز
با توجه به نقاط مشخص شده در شکل 1، از ورودي و خروجی راکتور نمونه گیري شده و نمونه ها به مدت 10 دقیقه در دور ×g 11000 سانتریفوژ شدند. از مایع روئی براي آنالیز غلظت مشتقات CPs و نیز یون کلرید استفاده شد. آنالیز CPs با دستگاه HPLC-UV مدل Varian 9010 انجام شد. ستون Supelcosil LC8 ، فاز متحرك مخلوط اتانل/آب/استیک اسید به نسبت 1/59/40 ، و طول موج آشکار سازي 280 نانومتر استفاده شد. غلظت یون کلرید با روش رنگ سنجی با دستگاه آنالیز Fiastar 5000 بر اساس دستورالعمل شرکت سازنده اندازه گیري شد. بمنظور مشاهده بیوفیلم و رشد آنها بر روي بستر، تعدادي از حامل ها از بالاي راکتور برداشته شده و پس از آماده سازي اولیه بر اساس دستورالعمل هاي موجود، با میکروسکوپ الکترونی - SEM - مطالعه شدند.
نتایج و بحث
شکل 2 تاثیر میزان شدت بار آلاینده ورودي را بر عملکرد راکتور به صورت درصد حذف کلروفنل هاي مختلف نشان می دهد. افزایش شدت بار آلاینده ورودي تا 40 mg l-1 h-1 سبب کاهش درصد حذف بعضی کلروفنل ها از خروجی راکتور و به عبارتی نشت آلاینده به بیرون می شود. این نشتی بیشتر براي مونوکلروفنل بوده که سمیت بیشتر و تخریب پذیري سخت تر کلروفنل هاي سبک تر را نشان می دهد.افزایش شدت هوادهی در راکتور سبب بهبود درصد حذف ترکیبات آلاینده بخصوصآلایندهشد.ورودیدرمقداربرجدیدمیزانشدت هوادهیحذف ، امکان
