مشخصات پژوهش

صفحه نخست /حذف بیولوژیکی کروم و کادمیوم ...
عنوان حذف بیولوژیکی کروم و کادمیوم با استفاده از باکتریهای مقاوم جداسازی شده از خاک های پذیرنده پساب مناطق صنعتی شهر همدان
نوع پژوهش پایان نامه
کلیدواژه‌ها حذف بیولوژیکی، فلزات سنگین، باکتری های مقاوم، مناطق صنعتی، همدان
چکیده با توجه به نظریه توسعه پایدار، حفاظت از محیط زیست برای نسل های کنونی و آتی ضرورتی اجتناب ناپذیر محسوب می .( شود و از این روست که بحران آلودگی های محیط زیستی به چالش و موضوع جهانی تبدیل شده است( 1 توسعه تکنولوژی و رشد روز افزون فعالیت های صنعتی از یک سو و رعایت نکردن الزامات زیست محیطی از سوی دیگر سبب شده است تا طی چند دهه اخیر مقادیر هنگفتی از آلاینده ها وارد محیط زیست شوند.یکی از مهم ترین آلاینده های پایدار و 3). فلزات , غیر قابل تجزیه بیولوژیکی، فلزات سنگین هستند که از سمی ترین آلاینده ها در محیط زیست می باشند ( 2 و غیره) فلزات Hg ، Pb ، Zn ، Cr ، Cd ، As ، Co ، Sn : سنگین در عرصه زیستی در سه دسته فلزات سمی (مانند و غیره) که معمولا وزن مخصوص شان U، Ra ، Am : و غیره) و رادیونوکلئوتیدها (مانند Pd ، Ag ، Au : قیمتی (مانند 5 است، طبقه بندی می شوند( 4).اگرچه برخی فلزات برای فرآیندهای بیولوژیکی لازم هستند ولی همه آنها gr/cm بالاتر از 3 در غلظت های بالا سمی هستند، این امر به علت ظرفیت اکسیداتیو رادیکالهای آزادشان می باشدکه موجب جایگزینی فلزات ضروری در آنزیم ها و مختل نمودن فعالیت های طبیعی آنها می گردد( 5). سایر اثرات سمی فلزات شامل بلوکه کردن گروه های عملکردی زیستی مهم (آنزیم ها یا سیستم های انتقال یون هاو مواد غذایی)، تغییر شکل فضایی، واسرشتی و غیرفعال سازی آنزیم ها و اختلال در غشای اندامک ها و سلول می باشد( 6) و این امر موجب آسیب رساندن به محیط زیست آبی و به مخاطره افتادن سلامت انسانها، حیوانات و گیاهان می شود( 7). از جمله فلزات سمی با اولویت بالا کروم و کادمیوم می باشند . ( جزء آلاینده های اولیه منابع آب تعیین گردیده اند( 8 US EPA که از طرف کادمیوم به طور گسترده ای در باتری های قابل شارژ نیکل – کادمیوم، رنگدانه ها، تثبیت کننده ها، پوشش ها، آلیاژها و ترکیبات الکترونیکی از قبیل کادمیوم تلوراید استفاده می شود و به عنوان یک ناخالصی علاوه بر حضور در فلزات آهنی (روی، سرب، مس)، درآهن و فولاد، سوخت های فسیلی (زغال سنگ، نفت و گاز، زغال سنگ نارس یا چوب )، سیمان و کودهای فسفاته وجود دارد( 9). ورود کادمیوم به بدن انسان ها و حیوانات از طریق زنجیره غذایی است که باعث بیماریهای مختلفی از .( قبیل: نرمی استخوان، سرطان ریه و کلیه، آسیب به سیستم قلبی و عروقی وکبد، اختلالات سیستم تناسلی می گردد ( 10 می شود که باعث تخریب (ROS) تجمع این عنصر در ارگانیسم ها باعث افزایش تشکیل گونه های اکسیژن فعا ل 1 US EPA 12 ).بر طبق رهنمود اتحادیه اروپا و , و لیپید، مهار آنزیم، تغییرات در تنطیم ژن می شود( 11 DNA، پروتئین .( 5 است( 9 μg/l در منابع آبی (II) برای کادمیوم (MCL) حداکثر سطح آلاینده 2 از جمله دیگر عناصر، کروم است که ازاهمیت اقتصادی زیادی در صنایع برخودار است ودر عین حال آلودگی زیادی را در محیط زیست ایجاد می کند( 13 ). کروم از پساب صنایعی همچون تولید رنگ و رنگدانه ، تولید کرومات ، چرم و دباغی ، آبکاری، حفاظت چوب، ساخت آلیاژها، فیلم و مواد پاک کننده، عکاسی، عملیات استخراج از معادن به محیط رها می شود و).کروم حالت های اکسایش مختلفی از - همچنین به عنوان مهارکننده خوردندگی در نیروگاههای هسته ای بکار میرود( 14 6+ در محیط مائی وجود دارند ( 18 ) .کروم سه ظرفیتی در مقادیر ، + -2 تا 6+ را داراست ولی فقط حالت های اکسایش 3 جزئی در مواد غذایی وجود دارد و برای متابولیسم انسان، حیوان و گیاهان ضروری است ول ی نوع شش ظرفیتی آن خیلی CrO سمی بوده و به همراه اکسیژن به عنوان یون کرومات( 4 Cr2O 2- )یا دی کرومات( 7 2- ) می باشد و یک عامل سرطانزا، 22 ). که باعث سرطان ریه، زخم معده، ا ستفراغ، اسهال شدید و خونریزی، سوراخ شدن - جهش زا و تراتوژنزای قوی است( 19 24 ). غیر قابل تجزیه بیولوژیکی بوده، دارای خاصیت تجمع زیستی در , تیغه بینی و آسیب به کلیه ها در انسان می شود( 23 محیط است از این رو به میزان زیادی در دسترس موجودات زنده می باشد( 25 ).به علت سمیت بالای کروم ، اتحادیه اروپا و .( 50 تعیین کرده اند( 9 μg/L برای منابع آبی را (MCL) حداکثر غلظت آلاینده US EPA روش های مختلفی برای حذف فلزات سنگین وجود دارد که به دو دسته کلی طبقه بندی می شوند : روش های آبیوتیک و 27 ) ، تصفیه ) 26 )، تبادل یونی 2 ) روش های بیوتیک (زیستی). روش های آبیوتیک که شامل رسوب شیمیایی 1 33 )و غیره می باشد . ) 32 )، اکسیداسون و احیاء 6 ,31) 30 )، جذب سطحی 5 ,29) 28 )، تکنولوژی غشایی 4 ) الکتروشیمیایی 3 روشهای ذکر شده به دلایلی از قبیل: عدم کارآئی مناسب برای فلزات خاص و یا عدم کارآئی در غلظت های خاص ، تولید مقادیر بالای لجن سمی، حساسیت به شرایط خاص از قبیل حضور ترکیبات مداخله گر، حساس به حضور ذرات وگران ب ودن 9).بنابراین روشهای بیوتیک(زیستی) به عنوان یک روش ایمن و با , نمی توانند در مقیاس بزرگ مورد استفاده قرار گیرند( 4 35 ). از تکنیک های بیوتیک متداول در پاکسازی , هزینه پایین جایگزین مناسبی برای روشهای متداول مصوب می گردد( 34 زیستی فلزات، جذب زیستی 7 و تجمع زیستی 8 می باشد. جذب زیستی در جذب غیرفعال مواد سمی از جمله فلزات توسط مواد بیولوژیکی غیر فعال(مرده)و یا مواد نشات گرفته از منابع بیولوژیکی مورد استفاده قرار می گیرد ، در حالی که تجمع 36 ).جاذب های , زیستی به عنوان جذب مواد سمی از جمله فلزات سنگین به وسیله سلول های زنده تعریف می شود ( 10 .( کاهش دهند( 4 ppt تا ppb زیستی مذکور می توانند غلظت یون های فلزی سنگین موجود در محلول را از میزان در سال های اخیر، انواع جاذب های زیستی حذف کننده فلزات سنگین که عمدتا شامل باکتریها، قارچ ها، جلبک ها، الک ها 38 ). در این میان باکتریها به دلیل داشتن نسبت سطح به حجم بالا که , و غیره می باشند مورد استفاده قرار گرفته اند( 37 زمینه ساز تماس زیاد فلزات با سطوح جاذب است و همچنین فراوانی حضور در محیط های مختلف، توانایی رشد تحت شرایط کنترل شده و تطابق با شرایط محیطی، به عنوان یک جاذب بیولوژیکی کارآمد بکار گرفته شده اند ( 39 ). دلیل اصلیجذب فلزات توسط باکتریها، ذخیره فلز برای سنتز مواد ساختاری می باشد .اکثر فلزات سنگین عناصر واسطه ای هستند که کاتیون های فلزی سنگین را تشکیل می دهند و به همین دلیل در اثرخاصیت آنیونی پوشش باکتری جذب می شوند( 40 ).مهم ترین عوامل جذب کننده یا مکان های اتصال فلز در باکتری ها شامل کپسول و لایه چسبناک هستند که به عنوان یک بافر بین باکتری و محیط بیرون عمل می کنند و جنس اکثرآنها پلی ساکارید است و دارای گروههای فعال می باشند که در اتصال به فلز نقش اساسی دارند .نقش این ترکیبات در جذب زیستی -OH، -SH ، -COOH، -NH2 میکروبی توسط ولسکی 1 اثبات شده است.نقش دیواره سلولی، غشاء سلولی، لیپیدها، پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک باکتری 42 ). البته فرآیند جذب در باکتریهای گرم مثبت و گرم منفی متفاوت است چرا , ها در اتصال به فلز نیز تایید شده است( 41 که دیواره سلولی باکتریهای گرم منفی از دیواره سلولی گرم مثبت ها نازک تر بوده و لذا اتصالات عرضی محکمی ندارند اما فسفولیپید و پروتئین می باشند.در حالیکه دیواره سلولی باکتریهای ،(LPS) دارای غشاء بیرونی متشکل از لیپوپلی ساکارید گرم مثبت با داشتن گلیکوپروتئین بیشتر در سطح خارجی خود نسبت به باکتریهای گرم منفی پتانسیل جذب بیشتری برای .( داشته که این مسئله باعث بروز اختلاف در ظرفیت جدید آنها شده است ( 43 Cd جذب بیولوژیکی فلزات سنگین از جمله+ 2 تجمع زیستی فلزات اغلب شامل دو فاز است فاز اول، سریع و غیر وابسته به متابولیسم است و مستلزم اتصال به سطح دیواره .(45 , سلولی است و فاز دوم، جذب آهسته تر و وابسته به متابولیسم جهت انتقال فلزات به سلول های باکتری می باشد( 44 فرآیند تجمع زیستی شامل مراحل: 1- پخش فلز در سطح باکتری 2- جذب (شامل:جذب الکتریکی، جذب فیزیکی یا جذب با - 3- باند شدن با گروههای فعال در سطح سلول 4- انتقال به داخل سلول 5 (( دخالت نیروی واندروالس، جذب شیمیایی( 40 تشکیل باند ترکیب آلی- فلزمی باشد و نهایتا فلز از پروسه متابولیک خارج می شود( 46 ) و به این ترتیب باکتری ها آنها را به شکل بی خطر و غیرسمی درآورده، سپس ذخیره یا مجددا به محیط خارج دفع می کنند، برای این منظور از مکانیسم های متفاوتی استفاده می کنند از جمله: متیله کردن فلز، سولفوره کردن، رسوب فلزات سمی به صورت غیرمستقیم .محل انجام واکنش در داخل سلول بر حسب نوع فلز متغیر است.فلزاتی مانند: کروم، کادمیوم، مس و نقره در پلاسمید موجود در .( سلول تغییر شکل می یابند( 40 با توجه به وجود صنایع ایجاد کننده آلاینده هایی از قبیل کروم و کادمیوم در سطح استان همدان و فراوانی این دو عنصر و ضرورت استفاده از روشهایی کم هزینه ، موثر بومی و با قابلیت کاربرد آسان این تحقیق صورت می گیرد. در این تحقیق با توجه به مطالب فوق الذکر از باکتریهای مقاوم موجود در خاک پذیرنده پساب مناطق صنعتی شهر همدان جهت بررسی امکان حذف زیستی کروم و کادمیوم استفاده خواهد گردید . همچنین پارامتر های اساسی موثر در حذف فلزات مذکور مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
پژوهشگران علیرضا رحمانی (مشاور علمی)، محمد یوسف علیخانی (مشاور علمی)، محمدتقی صمدی (مجری اصلی)