بخشی از مقاله
چكيده
آلودگي نفتي يكي از گسترده ترين نوع آلودگي هاي محيط زيستي مي باشد. وجود اين آلاينده ها در محيط زيست اثرات مخرب بر اكوسيستم منطقه اي و همچنين سلامت و بهداشت جوامع بشري دارد. به منظور رفع اين نوع آلودگي، روش هاي مختلف فيزيكي، شيميايي و زيست سالم سازي مورد استفاده قرار مي گيرد . استفاده از تجزيه كننده آلاينده هاي نفتي به منظور زيست سالم سازي خاك هاي آلوده به اين مواد يكي از مقرون به صرفه ترين و ايمن ترين روش هاي پاكسازي خاك هاي آلوده مي باشد.
در اين مقاله به مرور برخي از پژوهش هاي انجام شده در زمينه كاربرد فناوري هاي زيستي - شامل گياه پالايي و زيست پالايي - در پاك سازي خاك هاي آلوده به آلاينده هاي نفتي پرداخته شده است. نتايج حاصل از پژوهش هاي صورت گرفته نشان دهنده اين امر است كه گياه پالايي و زيست پالايي دو روش كاربردي، ارزان قيمت و موثر در پاك سازي خاك هاي آلوده به آلاينده هاي نفتي مي باشند.
مقدمه
آلودگي نفتي يك پي آمد اجتناب ناپذير از افزايش سريع جمعيت است كه بر پايه تكنولوژي نفت قرار دارد و استفاده بدون وقفه از منابع نفتي در مقياس بزرگ ، به طور عمده در حال افزايش است ]١ .[ از اواسط دهه ١٩٨٠ ميلادي آلودگي خاك ها ناشي از هيدروكربن هاي نفتي به عنوان يك بحران زيست محيطي در دنيا مطرح شد
استفاده بيش از حد از مواد نفتي در برخي موارد با بي توجهي هايي همراه بوده كه بستر را براي ايجاد آلودگي منابع طبيعي و محيط زيست فراهم آورده است . در حال حاظر جلوگيري از گسترش اين آلودگي ها و پاكسازي مناطق آلوده از مسائل مهم جامعه بشري است. براي اين منظور مي توان از روش هاي مختلفي بهره گرفت كه شامل روش هاي مستقيم مهندسي و يا پاكسازي طبيعي بدون دخالت انسان مي باشد.
خاك لايه بسيار نازكي از پوسته كره زمين را تشكيل مي دهد. وجود و تغذيه موجودات زنده به آن وابسته است . خاك از مواد متنوعي نظير مواد معدني، مواد آلي، آب، هوا و ميكرو ارگانيسم ها تشكيل شده است. در قسمت معدني آن فرسايش ها و ساير تغييرات فيزيكي دوران مختلف زمين شناسي، صخره ها را به خاك تبديل نموده است. قسمت آلي مواد موجود در خاك از بازمانده هاي گياهي و حيواني در پي عمل تخريب، حتي باكتري ها و قارچ ها و موجوداتي نظير كرم خاكي تشكيل مي شوديك. خاك نمونه حدوداً حاوي ٥ درصد مواد آلي و ٩٥ درصد مواد معدني است
در واقع خاك مخلوطي از جامدات معدني و آلي، هوا، آب و ميكرو ارگانيسم ها است . واكنش هاي مواد جامد بر كيفيت هوا و آب اثر مي گذارند و ميكرو ارگانيسم ها تعدادي از واكنش هاي خاك را تسريع مي كنند ]٣.[ درباره اهميت خاك ها مي توان گفت علاوه بر نقشي كه در تداوم حيات بر عهده دارند در تكامل و حتي پيدايش حيات نيز تأثير عمده به جاي گذاشته اند ]٤.[ خاك در تأمين عناصر ضروري گياهان نقش اساسي دارد ]٥ .[ بطوريكه گياهان خود را با ويژگي هاي فيزيكي و شيميايي خاك ها سازش داده اند
به طور كلي هر عاملي كه باعث بر هم زدن شرايط طبيعي محيط زيست شده و موجب تغييرات نامطلوب در آن شود آلودگي ناميده مي شود
به عبارت ديگر هر گونه تغيير در ويژگي هاي اجزاء محيط، به طوري كه كاربري فعلي آنها نا ممكن گردد و به طور مستقيم يا غير مستقيم منابع و حيات موجودات زنده را به مخاطره اندازد نوعي آلودگي خواهد بود
در طول قرن ٢٠ آلودگي خاك با نفت و محصولات جانبي آن به علت ريزش هاي نفتي، افزودن ضايعات نفتي به خاك و ريزش هاي ناشي از تصادفات تانكرها و سوانح در مسيرهاي حمل و نقل نفت، افزايش يافت ]١٠ .[ امروزه خطر آلودگي نفتي در كليه نقاط دنيا ، حتي در قطب شمال رو به افزايش گذاشته، كه به دليل اكتشاف روزافزون گاز و نفت در مناطق دور از كرانه قطب شمال مي باشد . در ساير نقاط دنيا نيز به علت تصادفات تانكرهاي نفت، ريزش ضايعات و فعاليت هاي غير اصولي، نفت به يكي از آلاينده هاي رايج و خطرناك براي اكوسيستم آبي و خاكي تبديل شده است
به. طوري كه مي توان اين گونه بيان كرد كه آلودگي نفتي تقريباً يك پي آمد اجتناب ناپذير از افزايش سريع جمعيت است كه بر پايه تكنولوژي نفت قرار دارد و استفاده از منابع نفتي بدون وقفه در مقياس بزرگ، به طور عمده در حال افزايش است و يكي از بزرگترين دلايل آلودگي مي باشد
گياه پالايي عبارت است از استفاده از گياهان براي اصلاح درجا خاك هاي آلوده، رسوبات و يا آب هاي سطحي مي باشد ]٧ و ١٢.[ گياه پالايي بر روي تركيبات متنوعي از آلاينده ها عمل مي كند و داراي سهولت انجام و تداوم مي باشد. اين فناوري در مكان هاي آلوده به آلاينده هاي آلي و غير آلي با عمقي در محدوده گسترش ريشه مورد بهره برداري قرار مي گيرد. فلزاتي كه به سهولت توسط گياهان جذب مي شوند شامل كادميم، نيكل، سرب، روي، آرسنيك، سلنيم و مس مي باشند. البته فلزاتي مانند كبالت، منگنز و آهن نيز با نسبت كمتري جذب مي شوند. در حاليكه سرب، كرم و اورانيوم جذب بيولوژيك زيادي ندارند. در گياه پالايي يا استخراج گياهي، گياهان براي از بين بردن، تجزيه كردن و يا غيرفعال كردن آلاينده ها در خاك مورد استفاده قرار مي گيرند
زيست پالايي عبارت است از روش كنترل، كاهش يا حذف آلودگي از محيط زيست با استفاده از افزايش فعاليت بيولوژيكي محيط ]٧ .[ در واقع زيست پالايي روش بهره برداري از توانايي ميكرو ارگانيسم هاي طبيعي براي تجزيه كردن آلودگي هاي نفتي محيط ]١٤[ يا استفاده از توانايي ارگانيسم هاي زنده جهت افزايش ميزان و سرعت تخريب آلاينده ها است و يك ابزار مهم جهت قابل استفاده كردن خاك هاي آلوده ]١٥[ و روشي مفيد و اقتصادي بوده و براي محيط زيست كم خطر و پرفايده مي باشد
در اين روش موجودات زنده ذره بيني از مواد هيدروكربني به عنوان منبع غذا و انرژي استفاده مي كنند و آنها را به مواد ساده تر و غير سمي - آب و دي اكسيد كربن - تبديل كرده و باعث كاهش كل هيدروكربن هاي نفتي خاك مي شوند
تركيب نتايج
هيكي و اسميت - ١٩٩٦ - عنوان كردند كه حلال هاي آلي، هيدروكربن هاي آلي چند حلقه اي - PAH - ، هيدروكربن هاي آروماتيك هالوژنه و آفت كش ها به روش زيست سالم سازي قابل تجزيه اند. مطالعات محدود انجام گرفته در اين مورد در كشور بر روي برخي از هيدروكربن هاي آروماتيك چند حلقه اي و در سطح آزمايشگاهي موفقيت آميز بوده است
فرو و همكارانش - ١٩٩٤ - با استفاده از كربن ١٤، معدني شدن پنتا كلرو فنول - PCP - و فنانترن را در خاك ريزوسفري مطالعه كردند ] ١٧.[ گياه مورد استفاده آنها علف گندمي تاجي بود. آنها گزارش كردند كه در حضور اين گياه، ٢٢ درصد مواد اوليه بعد از ١٥٥ روز به دي اكسيد كربن تبديل مي شوند، در حاليكه اين مقدار براي خاك بدون پوشش گياهي فقط ٥ درصد بود.
شواب و بانكس - ١٩٩٤ - ، تجزيه و تخريب هيدروكربن هاي آروماتيك چندحلقه اي را در ريزوسفر تعدادي از گياهان پرورش يافته در خاك هاي آلوده به نفت بررسي كردند. ميزان تجزيه در خاك هاي آلوده بسته به نوع تركيب هيدروكربن آروماتيك چند حلقه اي و نوع گياه متفاوت بود. گياهان مورد استفاده در اين تحقيق عبارت بودند از يونجه، فسكيو و سودان گراس.
پيرن يكي از تركيبات هيدروكربن آروماتيك چند حلقه اي بود كه در اين مطالعه بررسي شد. بعد از ٤ هفته رشد گياه در خاك آلوده، غلطت پيرن از ١٠٠ به ٦/١٢ ميلي گرم به كيلوگرم خاك رسيد و بعد از ٢٤ هفته اين غلظت به كمتر از ٤/ ٢ ميلي گرم به كيلوگرم كاهش يافت. تجزيه و تخريب پيرن در حضور گياهان نسبت به تيمار شاهد - بدون گياه - به طور معني داري بيشتر بود. جذب گياهي، آب شويي، تجزيه غير بيولوژيك توسط ميكروب ها در ريزوسفر مهمترين دليل از بين رفتن پيرن در خاك گزارش شد
سليماني با مطالعه تجزيه نفتالن و كريزن در حضور گياهان مرغ و فسيكو در خاك هاي آلوده به نفت منطقه شادگان در استان خوزستان نشان داد كه حضور گياه در خاك باعث افزايش معني دار تجزيه اين تركيبات در خاك مي گردد. چنانچه تجزيه كريزن در حضور گياه تا ٧ برابر نسبت به تيمار شاهد - بدون گياه - افزايش نشان داد ]٢.[ متني و همكاران، پتانسيل گياه پالايي نفت خام را در ژنوتيپ هاي مختلف گياه يونجه مورد بررسي قرار دادند. آن ها گزارش كردند، بذرهاي گياه يونجه قادرند پس از جوانه زني و رشد ٦ ماه در خاك هاي آلوده، غلظت كل هيدروكربن هاي نفتي را به كمتر از ٧٢ درصد حجم اوليه كاهش دهند
در سال - ١٩٨١ - ، ٤ جنس باكتري مصرف كننده هيدروكربن شناسايي شدند كه شامل سودوموناس، سراتيا، اسينتوباكتر و فلاووباكتريوم بودند ] ١٩.[ كه به عبارتي قادر به اكسيد كردن هيدروكربن هاي نفتي با اكسيژن و استفاده از محصولات اكسيداسيون در متابوليسم خود به عنوان منبع كربن هستند. لايل و همكاران - ١٩٩٧ - مطالعه اي را تحت عنوان ارزيابي بازدهي تجزيه بيولوژيكي هيدروكربن هاي نفتي توسط گونه هاي سايكروتروفيك سودوموناس انجام دادند.
در اين پژوهش سه نوع باكتري سايكروتروفيك سودوموناس تجزيه كننده هيدروكربن هاي نفتي، از خاك هاي آلوده به تركيبات نفتي، جداسازي و تخليص شد. يكي از گونه ها به نام pseudomonas spp تجزيه كننده آلكان هاي نرمال ٥ تا ١٢ كربنه ي تولوئن و نفتالين در دماي ٥ تا ٢٥ درجه سانتيگراد شناخته شد كه قادر است از طريق كاتابوليكي عمل نموده و آلكان ها و هيدروكربن هاي آروماتيكي چندحلقه اي را تجزيه كند
برادوك و همكاران - ١٩٩٧ - گزارش دادند هنگامي كه مقادير آلاينده هاي هيدروكربني در خاك بيشتر از ٥٠ ميلي گرم در كيلوگرم خاك باشد نيازي به اعمال تيمار كودي فسفر و نيتروژن وجود دارد، كه البته مقادير كوددهي بايد در حد مناسب و بدون اثرات سميت باشد. در پايان به اين نتيجه دست يافتند كه اصلاح بيولوژيكي يك تيمار مناسبي براي خيلي از مكان هاي آلوده به هيدروكربن است.
ميشرا و همكاران - ١٩٩٩ - مطالعه اي بر روي تصفيه زيستي درجا در زمين هاي آلوده به لجن هاي نفتي انجام دادند. در اين مطالعه با بكارگيري ميكروارگانيسم هاي بومي و كاهش انواع لجن هاي نفتي، تصفيه زيستي ثابت در محل، خصوصيات خاك، مواد مغذي و اكسيژن قابل دسترسي براي كليه ميكروارگانيسم ها، روش هاي افزايش ميكرو ارگانيسم ها و تأثير مخلوط خاك كشاورزي و خاك آلوده به لجن هاي نفتي بر تحريك فعاليت ميكروارگانيسم ها بررسي شدند. هدف از اين مطالعه يافتن پتانسيل تلقيح ميكروبي براي تصفيه زيستي و قابليت كاهش دهندگي آن در منطقه نسبت به ديگر روش ها مي باشد.
تصفيه زيستي در محل خود، ميكرواركانيسم هايي را كه توان كاهش دهندگي تركيبات هيدروكربن هاي سمي در لجن ها را دارند، به كار مي گيرد و اين پتانسيل به معناي اصلاح اين مناطق مي باشد. مخلوط كردن پسماندهاي مختلف كشاورزي با پسماندهاي نفتي خاك هاي آلوده، فعاليت ميكروبي را در نمونه كنترل و نمونه مورد عمل واقع شده را تحريك مي كند. محصولات طبيعي نتيجه متوسطي را براي مواد مغذي، رطوبت و حمايت فيزيكي جهت افزايش تهويه مورد نياز براي فعاليت ميكروارگانيسم ها ايجاد مي كنند.
مطالعات تصفيه زيستي در مقياس آزمايشگاهي براي تسريع تجزيه پذيري هيدروكربن ها، كود گياهي - پوست درختان - به عنوان مواد مغذي اساسي براي ميكرو ارگانيسم ها و دوازده نوع از مواد شبيه ذرات سيليس و بسيار ريز شيشه، نارگيل، زغال چوب و مخلوط مواد تجزيه پذير و غني هشت نوع از مواد فعال سطحي، آزمايش شده بود. آنها به اين نتيجه رسيدند كه حدود ٣٣ – ١٥ درصد آلودگي نفتي خاك با كاربرد اين مواد اصلاح گرديد و جوامع بومي از ميكروارگانيسم هاي كاهش دهنده نفت، و قتي شرايط تحريك و افزايش مواد مغذي در طول تصفيه زيستي فراهم باشد، سرعت تصفيه هيدروكربن ها را افزايش مي دهند
فاسند و همكاران - ٢٠٠٠ - در مطالعه زيست پالايي آلاينده گازوئيل در خاك بوسيله تلقيح ميكروبي دريافتند كه در خاك هاي آلوده به گازوئيل ١٣ روز پس از تلقيح باكتري و كاربرد كود نيترات آمونيوم، ٩٠ درصد آلاينده تجزيه شد. اين نتيجه بوسيله ي مقايسه سطح زير منحني پيك هاي گاز كروماتوگرافي - GC - بدست آمد كه نشان دهنده مصرف گازوئيل بوسيله جمعيت باكتري و افزايش فعاليت ميكروبي در خاك آلوده با تيمار مرحله اي خاك و كاربرد كود بود
درون و سالانتيرو - ٢٠٠٠ - در مطالعه آلودگي نفتي خاك قبل و بعد از زيست پالايي مشاهده كردند مقدار اوليه آلودگي نفتي رنجي بين ٣٥٧٠٠ تا ١٢٢٢٠٠ ميلي گرم در كيلوگرم خاك بود كه پس از اعمال زيست پالايي و گذشت ١٠ ماه، مقدار آلودگي به ٢٠٠٠٠ ميلي گرم در كيلوگرم خاك رسيد و بيشترين سرعت كاهش نفت ٨١ – ١٣ درصد به ازاي هر ماه بود
محمد غزالي و همكاران - ٢٠٠٤ - در ارزيابي زيست پالايي خاك آلوده به نفت كه مورد دو تيمار تلقيح ٣ و ٦ گونه باكتري قرار گرفته بودند به اين نتيجه رسيدند كه تيمار تلقيح ٦ گونه باكتري پس از ٣٠ روز باعث نتيجه مطلوبتري در از بين بردن آلكان هاي متوسط و بلند زنجيره شد و گونه هاي باكتري در اين تيمار باسيلوس و سودوموناس ها بودند
كلون و همكاران - ٢٠٠٥ - در مطالعه اثرات مواد غذايي و حرارت روي تجزيه هيدروكربن هاي نفتي در خاك هاي زير سطحي آلوده به نفت در قطب جنوب، به اين نتيجه رسيدند كه با افزايش دما از ٤ به ٢٠ درجه سانتيگراد و كاربرد كودهاي تجاري داراي نيتروژن و فسفر در خاك آلوده، تجزيه بيولوژيكي هيدروكربن ها افزايش مي يابد و هر دو تيمار باعث افزايش جمعيت ميكروب هاي تجزيه كننده هيدروكربن ها و تسريع تجزيه كل هيدروكربن هاي نفتي شدند
