بخشی از مقاله
چکیده
بیوتکنولوژی ریز جلبک ها به علت نیاز رو به رشد برای فن آوری های محیط زیستی جدید و توسعه نوآورانه تولید انبوه محبوبیت بسیاری را به دست آورده است. نیازهای رشد ارزان - نور خورشیدی و دی اکسیدکربن - ، و استفاده به طور همزمان برای فن آوری های متعدد مورد استفاده - به عنوان مثال کاهش کربن، تولید سوخت های زیستی و زیست پالایی - ، ریز جلبک ها را به کاندیداهای مناسب برای فن آوری های متعدد دوستدار محیط زیست تبدیل کرده است. ریز جلبک ها طیف گسترده ای از مکانیزم - خارج سلولی و داخل سلولی - برای مقابله با مسمومیت به فلزات سنگین را توسعه داده اند. وقوع گسترده همراه با توانایی برای رشد و تغلیظ فلزات سنگین، مناسب بودن آنها در کاربردهای عملی زیست پالایی فاضلاب را محقق کرده است.
جذب فلزات سنگین توسط ریز جلبک ها نسبت به فرآیندهای فیزیکی رایج در حذف فلزات سنگین سمی تأیید شده است. به منظور بررسی توانایی شان و برای پر کردن نقاط ضعف، یک ارزیابی انتقادی از فن آوری ریز جلبک موجود، و درک نیاز به توسعه فن آوری های عملی تجاری شامل روش های چند رشته ای استراتژیک ضروری است. این مقاله راه های مختلف پالایش فلزات سنگین از دیدگاه ریزجلبک را خلاصه می کند و مرور کلی راه های مختلف عملی این فن آوری را فراهم می کند . این به ویژه جزییات فلزات سنگین و ریز جلبک ها را که به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته را بررسی می کند و مکانیسم های پالایش فلزات سنگین در ریز جلبک ها را فراهم می کند.
واژههای کلیدی: ریزجلبک، فلزات سنگین، زیست پالایی، مکانیسم
-1مقدمه
فلزات سنگین - HMS - ترکیبات طبیعی پوسته زمین و خاک رخ هستند. اگر چه هیچ تعریف روشنی از HMS وجود ندارد، در اغلب موارد عامل تعریف چگالی است - جینگ و همکاران، . - 2007 به طور مرسوم، HMS به عنوان عناصری با خواص فلزی با داشتن عدد اتمی بیشتر از 20 تعریف شده است. آنها به یک گروه از فلز و شبه فلز با چگالی اتمی بیشتر از 4 گرم بر سانتی مکعب، یا پنج برابر یا بیشتر، بیشتر از آب اتلاق می شود. حدود 53 عنصر شیمیایی در دسته HMS قرار می گیرند - دیورایب و همکاران، 2007؛ هرا-استرلا و گوارا-گارسیا، . - 2009 به طور کلی، اصطلاح HMS به هر عنصر شیمیایی فلزی که دارای چگالی به نسبت بالای بوده و در غلظت کم سمی است اشاره دارد.
با این حال، از دید بوم شناسی، هر فلز و یا شبه فلز که باعث آلودگی محیط زیست شود و یا از نظر بیولوژیکی تخریب نشود - و بنابراین تجمع زیستی می یابد - می تواند به عنوان HMS در نظر گرفته شود ، - هرا-استرلا و گوارا-گارسیا، . - 2009 برخی از این فلزات عناصر کم مصرف ضروری برای رشد گیاه - به عنوان نمونهروی، مس، منگنز، نیکل، و کبالت - هستند، در حالی که دیگر فلزات عملکرد بیولوژیکی ناشناخته داشته و سمی هستند - به عنوان مثال کادمیوم، سرب، و جیوه - - گاور و ادهولیا، . - 2004
هرا-استرلا و گوارا-گارسیا - 2009 - از دیدگاه اکولوزیکی بیان کردند که "یک فلز سنگین" یک فلز یا عنصر شبه فلز است که باعث آلودگی محیط زیست شده و هیچ عملکرد حیاتی نداشته و در غلظت های پایین سمی است - سرب و جیوه - و یا عملکرد حیاتی دارد اما برای موجودات در غلظت بالا مضر است - مانند مس - Cu - و مولیبدن . - - MO - وانگ و چن HMS - 2009 - را به سه دسته طبقه بندی: فلزات سمی - مانند جیوه، کروم، سرب، روی، مس، نیکل، کادمیم، آرسنیک، کبالت، قلع، و غیره - ، فلزات گرانبها - مانند پلاتین، نقره، طلا، و غیره - و رادیونوکلئیدها - مانند U، Th ، RA و غیره - رشد جمعیت، شهرنشینی، صنعتی شدن، و شیوه های کشاورزی باعث نگرانی جهانی در سراسر جهان شده است. افزایش شهرنشینی و صنعتی شدن HMS را به سطح سمی هشدار دهنده در محیط زیست رسانده اند.
در نتیجه غنی شدگی HMS در بسیاری از اکوسیستم ها به شدت مربوط به فعالیت های انسانی است - هرا-استرلا و گوارا-گارسیا، . - 2009 رایج ترین آلاینده های HMS کادمیوم، کروم، مس، جیوه، سرب، و روی هستند. به خصوص، آلودگی آب توسط یون های HMS یکی از مشکلات محیط زیستی در سراسر جهان - هنگ و همکاران، - 2011 است. فعالیت هایی که منجر به غنی شدگی HMS در محیط های آبی می شوند عبارتند از: هوازدگی طبیعی زمین شناسی و همچنین پردازش صنعتی، مانند معدن، ذوب و متالورژی، صنایع شیمیایی، گالوانیزه، پلاستیک، رنگ و تولید تایر، نیروگاه ، بنزین و سوخت های فسیلی احتراق، باتری، نفت، سیمان و تولید سرامیک، تولید فولاد، سموم گیاهی و حیوانی، ، کاغذ و خمیر کاغذ، آماده سازی آلیاژ، نخ ابریشم مصنوعی.
توسط فعالیت های انسانی گونه های مختلف فلزی متحرک شده و وارد محیط زیست می شوند و با ورود به زنجیره غذایی در نتیجه به عنوان یک تهدید جدی برای محیط زیست بوده - ولسکی و هولان، . - 1995 و آثار محیط زیستی ، بهداشت عمومی و اقتصادی دارند - براور و همکاران، . - 1995 به طور خلاصه، بر خلاف بسیاری از آلاینده های دیگر، حذف HMS از محیط زیست چالش جدی است آنها به صورت شیمیایی و یا بیولوژیکی تخریب نمی شوند و در نهایت غیر قابل تخریبند. HMS از طریق فاضلاب به بدنه های آبی تخلیه می شوند وسبب تاثیر اصلاح ناپذیر در سیستم های آبی و از بین بردن توانایی خودپالایی اکوسیستم می شوند - خان و همکاران، . - 2008
-2اثرات خطرناک فلزات سنگین
مرکز تحقیقات مواد خطرناک HMS - US - را به عنوان فلزات منفرد و ترکیبات فلزی طبقه بندی کرده که می تواند سلامت انسان را تحت تاثیر قرار دهند. HMS عناصر پایدار ی هستند - به عنوان مثال توسط بدن نمی توانند متابولیزه شوند - ، که می توانند تجمع زیستی یابند - عبور از زنجیره غذایی به انسان - . اگر چه اثرات سوء بهداشتی HMS ها مدت طولانی است که شناخته شده است، قرار گرفتن در معرض HMS ادامه دارد و حتی در برخی از مناطق - جارپ، - 2003 رو به افزایش است.HMS آلاینده های کلیدی محیط زیستی در مناطق با فشار انسانی بالا است. و حضور شان حتی در غلظت کم، ، می تواند سبب مشکلات جدی در موجودات زنده و انسان شود - اسلام و همکاران، . - 2007
دفع خودسرانه ضایعات صنعتی و خانگی - حاوی فلزات سنگین - به اکوسیستم های آبی، موجودات آبزی ساکن را تهدید می کند - فیلیپس و پالهی، . - 1994 موجودات زنده به طور فعال برای محافظت از خود در برابر مسمومیت با فلزات در سایت های آلوده پاسخ می دهند. با توجه به تحرک فلزات در اکوسیستم های آبی، و سمیت آنها برای اشکال مختلف حیات، HMS در آب های سطحی و زیرزمینی به عنوان آلاینده های معدنی اصلی در محیط اولویت بندی شده اند - خان و همکاران، . - 2008 حتی اگر آنها در حال حاضر در مقادیر کم و غیر قابل آشکار و رقیق باشند، از طریق فرآیندهای طبیعی مانند بزرگنمایی زیستی، غلظت ممکن است به حدی سمی برسد.
در این زمینه، خان و همکاران. - - 2008 اظهار داشتند که HMS فراتر از محدودیت های مجاز در محیط های آبی باعث سمیت مستقیم در انسان و اشکال دیگر زندگی می شود. آب شامل یکی از مسیرهای اصلی ورود این عناصر مضر به بدن انسان است. فن آوری های سنتی برای حذف HMS - مانند تبادل یونی و یا رسوب آهک - اغلب بی اثر و یا بسیار گران قیمت، و به طور کلی برای کاهش یون های HMS در غلظت بسیار کم استفاده می شود. بنابراین، ضرورت استفاده از فن آوری های نوظهور برای پالایش / حذف HMS که اقتصادی و مقرون به صرفه، و سازگار با محیط زیست باشند روشن است.
-3رویکردهای سنتی در مقابل روش های جدید در پالایش فلزات سنگین
روش های مرسوم برای حذف HMS شامل رسوب شیمیایی - رسوب هیدروکسید، رسوب کربنات و رسوب سولفید - ، اکسیداسیون شیمیایی یا کاهش، انعقاد آهک، تبادل یونی - با استفاده از رزین، نشاسته و غیره - ، اسمز، استخراج با حلال ، اسمز معکوس ، جذب - شامل استفاده از کربن فعال - ، آبکاری، اسمز و الکترو دیالیز معکوس - آهلووالیا و گویل، - 2007 هستند. با این حال، این روش های مرسوم اغلب بی اثر و یا گران قیمت بوده به ویژه هنگامی که فلزات در محلول در محدوده 100-1 میلی گرم بر لیتر هستند. فن آوری های دیگر از جاذب های غیر آلی - مانند مواد معدنی طبیعی، سنگ معدن، خاک رس و مواد زائد صنایع مختلف مانند زباله متالورژی مانند لجن بوکسیت قرمز، سرباره، خاکستر، لجن تصفیه آب - یا جاذب های آلی - مانند مواد زائد آلی مشتق شده از گیاهان یا حیوانات - استفاده می کنند - خان و همکاران، 2008؛ ژو و هاینز، . - 2010
با این حال، بسیاری از روش های معمول که در پالایش HMS کاربرد دارند فلزات را کامل حذف نمی کنند، نیاز به مقدار زیادی از معرف ها و انرژی - اهالیا و همکاران، - 2003، تحمل به تغییرات pH محدود است - آهلووالیا و گویل، - 2007 ، برای فلزات انتخابی عمل نمی کنند، تولید لجن سمی یا دیگر مواد زائد - اهالیا و همکاران، 2003؛ آهلووالیا و گویل، - - 2007، سرمایه گذاری بالا و هزینه های بالا نیز از معایب این روش ها است - ابوه و همکاران، . - 2009 بنابراین، جامعه علمی تحت فشار فوق العاده ای به منظور توسعه، نوآوری، روش های جدید مقرون به صرفه، کارآمد و پایدار برای حذف مواد سمی از بدنه های آبزی و همچنین فاضلاب. است فن آوری زیست پالایی یک روش بالقوه امیدوار کننده در دستیابی به این هدف به صورت سازگار با محیط زیست است.
به طور کلی، فن آوری زیست پالایی می تواند شامل: الف - جذب زیستی که شامل یک فرایند سوخت و ساز منفعل - که در آن مقدار از آلاینده ای که یک جاذب می تواند حذف کند وابسته به تعادل جنبشی و ترکیب سطح سلولی جاذب است - باشد که در اینجا آلاینده می تواند بر روی ساختار سلولی جذب شود و دوم - تجمع زیستی است که یک فرایند متابولیک فعال است و ازانرژِی موجود زنده به دست می آید و نیاز به تنفس دارد که در آن آلودگی جذب می شوند که روی سطح سلولی منتقل می شود. این ها فن آوری زیستی را تشکیل می دهند که کم هزینه بوده و تکنیک های موثر برای حذف فلزات از محلول های رقی هستند و نیز ممکن است سبب بازیافت فلز شود.
تجمع و غلظت آلاینده ها از محلول های آبی با استفاده از مواد بیولوژیکی - مانند زیست توده گیاهی، پلیمرهای حیوانی - به عنوان مثال کیتوزان، تانن - ، و یا زیست توده میکروبی - ، بازیافت را تسهیل می کند و از نظر محیط زیستی قابل قبول است. با این حال، ظرفیت حذف تحت تاثیر عومل مختلف است: الف - ویژگی های یون فلزی - وزن اتمی، و ظرفیت - ، ب - شرایط محیطی - دما، pH، قدرت یونی، زمان تماس، غلظت زیست توده - ، و ج - ماهیت جاذب، که ممکن است تفاوت در انتخاب و میل به یون های فلزی را تعیین کند. در اینجا نوع و گونه موجودات، شرایط رشد، حالت فیزیولوژیکی و سن سلول، ممکن است مکانیسم اتصال به HMS را تحت تاثیر قرار دهد - پرپتچو و همکاران، . - 2011
