چکیده مقاله:

هیدروکربنهای آروماتیک گروه عمدهای ازآلودگی های محیط زیست راتشکیل می دهند که از منابع مختلف مانند صنایع پتروشیمی، فاضلابهای صنعتی، خانگی، استخراج موادنفتی، داروسازی، رنگ و پلاستیک وارد اکوسیستم می شوند. مهم ترین این منابع نفت خام می باشد که ترکیبی ازهیدروکربنهای سبک و سنگین می باشد. و سنگین است. هیدروکربن های آزاد شده به محیط زیست می توانند به وسیله ی فرآیندهایی از جمله تبخیر، اکسیداسیون شیمیایی، تجزیه زیستی و جذب سطحی حذف شوند. در این میان تجزیه زیستی تنها راه انتخابی برای حذف پایدار طیف وسیعی از آلودگیها از طبیعت است. علیرغم مطالعات زیادی که در مورد کاربرد باکتریها درتجزیه زیستی، به خصوص در ده سال گدشته انجام شده است، اما اطلاعات بسیار کمی درباره نقش استرپتومایسس ها درتجزیه زیستی بیان شده است. استرپتومایسس ها گونهای از باکتریهای خاک هستند . در این تحقیق به بررسی تجزیه بنزن به وسیله باکتری استرپتومایسس می پردازیم؛ سپس مدل سینتیکی حذف براساس دادههای تجربی به دست آمد و اثر متغیرهای زمان و غلظت در میزان تجزیه زیستی بنزن بررسی شد. برای انجام آزمایش محیط کشت حداقل استفاده شد. به یکی از محیطها علاوه بر باکتری، بنزن نیز افزوده شد. که با مقایسه ی آن با محیط کشت معدنی منحصراً بنزن (محیط شاهد) می توان به تغییرات حاصل از تاثیر باکتری پی برد. توانایی باکتریها برای تجزیه هیدروکربنها با استفاده از حداکثر طول موج توسط دستگاه اسپکتروفتومتر اندازه گیری شد.
نتایج نشان داد که رفته رفته با افزایش عملکرد باکتری استرپتومایسس غلظت بنزن کاهش یافته و درصد تخریب افزایش می یابد.

کلمات کلیدی: بنزن، تجزیه زیستی، استرپتومایسس

مقدمه:

هیدروکربنهای آروماتیک گروه عمدهای از آلودگی های محیط زیست را تشکیل می دهند که از منابع مختلف مانند صنایع پتروشیمی، فاضلابهای صنعتی، خانگی، استخراج مواد نفتی، داروسازی، رنگ و پلاستیک وارد

۱

اکوسیستم. می شوند این مواد به دلیل مقاومت ترمودینامیکی بالای حلقه ی آروماتیک درمحیط زیست پایدار
می مانند . ترکیبات آروماتیک گوناگونی به طورطبیعی و تعداد زیادی به خاطر فعالیت های انسان در
طبیعت تشکیل می شوند . اصلی ترین منبع انتشار این هیدروکربن ها، نفت خام می باشد. هیدروکربنهای
پلی سیکلیک آروماتیک اولین سرطان زاهای زیست محیطی تشخیص داده شده اند. آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا ﴿EPA﴾ ۱۶ نوع از پلی هیدروکربنهای آروماتیک (PAHRsR) را به عنوان بدترین آلوده کنندهها شناسایی کرده است. هیدروکربنهای آزادشده به محیط زیست می توانند به وسیله ی فرآیندهایی از جمله تبخیر، اکسیداسیون شیمیایی، تجزیه زیستی وجذب سطحی حذف شوند . در این میان تجزیه زیستی تنها راه انتخابی برای حذف پایدار طیف وسیعی از آلودگیها از طبیعت است . روشهای ذکر شده دیگر به طور کامل آلودگیها را حذف نمیکنند. این روشها یا از درصد آلودگی می کاهند و یا به آلودگی کم خطرتری تبدیل می کنند. اگر چه بعضی ارگانیسمها دارای مقداری توانایی جهت سم زدایی، معدنی کردن، انتقال دائم و عدم تحرک آلودگی ها هستند، اما میکروارگانیسمها خصوصاً باکتریها اغلب برای این کار انتخاب شدهاند (بالاچاندار، ۲۰۱۰ و خواجه محی الدین، .(۲۰۰۸

میکروب ها از هیدروکربنها به عنوان منبع کربن و انرژی استفاده می کنند. تعدادی از گونههای باکتریایی که اغلب از خاکهای آلوده و یا از رسوبات جدا شدهاند و توانایی تجزیه زیستی PAH ها را دارند عبارتند از: سودوموناس آئروژینوزا، سودوموناس فلوئورسنس، مایکوباکتریوم، هموفیلوس، رودوکوکوس و هالوموناس. تخریب زیستی در هر دو شرایط هوازی و بی هوازی مشاهده شده است. علیرغم مطالعات زیادی که در مورد کاربرد باکتریها در تجزیه زیستی، به خصوص در ده سال گذشته انجام شده است، اما اطلاعات بسیار کمی درباره نقش استرپتومایسسها در تجزیه زیستی بیان شده است. استرپتومایسسها گونهای از باکتریهای خاک هستند که به طور وسیعی در محیطهای طبیعی و خاک پخش شدهاند (جان فنگ، .(۲۰۱۰

با توجه به وسعت فعالیت های نفتی در کشور نیاز به روشهای پاکسازی کارآمد، اقتصاد ی و سازگار با محیط زیست برای رفع آلودگی از خاکها ی آغشته به نفت احساس میشود. پالایش زیستی با صرف کمترین هزینه، توانایی حذف دائم آلایندهها یا تبدیل آنها به مواد بیخطر را دارد (جیل کرست، .(۱۹۹۸

هدف ما در این تحقیق به کارگیری باکتری استرپتومایسس جدا شده از خاک آذربایجانشرقی برای تجزیه بنزن موجود درخاک و ارائه مدل سینتیکی مناسب برای واکنش تجزیه توسط باکتری می باشد. تخریب هیدروکربنهای آروماتیک با استفاده از میکرو ارگانیسمها در مطالعات زیادی مورد بررسی قرار گرفته است که برخی از آنها در ذیل ارائه می گردد: ابوحامد و همکاران ( (۲۰۰۳ اثر باکتری سودوموناس پیوپتیدا FP1P را در تجزیه زیستی بنزن، و مخلوط بنزن و فنول بررسی کردند و نتایج نشان داد که زمان تجزیه زیستی بنزن و تولوئن از ۲۴ ساعت به ۶ ساعت در غلظت ۹۰ میلی گرم بر لیتر و زمان تجزیه فنول از ۹۹ ساعت به ۱۸ ساعت در غلظت ۵۰ میلی گرم بر لیترکاهش یافت.

یویینگ و همکاران (۲۰۰۶) درتحقیقات خود ازخاکهای آلوده شهر لینزی چین موفق به جداسازی ۶ سوش باکتریایی تجزیه کننده سوخت موتور گردیدند که از طریق بیوسورفکتانت هایی مثل رامنولیپید قادر به محلول کردن و تجزیه هیدروکربنها هم در خاک و هم در آب می باشند.

صفاهیه و همکاران (۱۳۹۰) در تحقیق خود با هدف جدا سازی و شناسایی باکتریهای تجزیه کننده نفتالین از رسوبات آلوده نفتی و مقایسه توانایی آن ها در حذف این ماده از ۸ گونه باکتری، ۲ گونه باکتری سودوموناس آئروژینوزا و سودوموناس پوتیدا را مورد مطالعه قرار دادند و به وسیله دستگاه HPLC نشان داندکه میزان تجزیه نفتالین پس از ۱۲۰ ساعت به وسیله باکتریهای فوق به ترتیب %۹۶ و %۹۱ بودکه این مقادیر با مقایسه %۱۴/۵ که در شرایط مشابه ولی در عدم حضور این باکتری صورت گرفته بود نتیجه چشم گیری داشت.

۲

نیکولسون و همکاران در تحقیقی تحت عنوان تجزیه بیولـوژییکی بنـزن توسـط بـاکتری هـای نمـک دوسـت و هالوتورلانت تحت شرایط هوازی، به بررسی فعالیت تخریبی این باکتری هابـر روی هیـدروکربنهـای نفتـی پرداختنـد . تجزیـه و تحلیل جامعه باکتریایی نشان داد، Marinobacter SPP اعضای غالب غنیسازی بودند (نیکولسون، .(۲۰۰۴

مهدی پور و همکاران (۱۳۸۹) اثر باکتری استرپتومایسس را بر روی تجزیـه زیسـتی تولـوئن بررسـی کردنـد. در ایـن تحقیق با اندازه گیری جذب نوری نمونه هایی که با اسپکتروفتومتر انجام شد، مشاهده گردید که رفته رفته بـا افـزایش عملکرد باکتری استرپتومایسس غلظت بنزن کاهش یافته و درصد تخریب افزایش می یابد.

مسگری (۲۰۱۳) و همکاران تحقیقی برای ارزیابی تجزیه زیستی بنزن و مخلوط بنزن و زایلن توسط باکتریهای جدا شده از مکانهای آلوده هیدروکربنی انجام دادند. پنج باکتری برای تجزیه زیستی بنزن، تولوئن و زایلن (BTX) انتخاب شدند. تمام این باکتریها قادر بودند تا BTX را با بازده متفاوتی تجزیه کنند. بیشترین بازده تجزیه زیستی برای بنزن بود که توسط باکتری گرم مثبت کوکوباسیلوس، گرم مثبت کوکوس و گرم منفی باسیلوس بیش از %۷۰ به دست آمد. درصد تجزیه برای بنزن %۶۰ و زایلن %۷۰ توسط باکتری گرم مثبت کوکوباسیلوس وگرم منفی کوکوباسیلوس به دست آمد. نتایج نشان داد که حضور زایلن در مخلوط باعث کاهش در بازده تجزیه بنزن می شود.

مواد و روش ها:

مواد مورد استفاده در این تحقیق از جمله بنزن، سدیم کلرید، آمونیوم کلرید، منیزیم سولفات، سدیم کلرید، دی هیدروژن سدیم سولفات، باریم کلرید، سولفوریک اسید و اتانول از محصولات شرکت مرک تهیه گردیدند.

تجهیزات مورد استفاده در این تحقیق عبارتاند از: اسپکتروفتومتر دو شعاعی مدل Shimadzu UV1700 ساخت ژاپن، انکوباتور شیکردار مدل پارس آزما، ترازوی الکتریکی مدل Sartorius ساخت آلمان، دستگاه سانتریفیوژ مدل Hettich
.EBA20

در این پژوهش متغیرهای مورد مطالعه غلظت بنزن و زمان می باشند. روش طراحی آزمایش و نمونه گیری براساس روش ترکیب مرکزی می باشد. جهت دستیابی به مدل سینتیکی مناسب و جهت به دست آوردن داده های مورد نیاز جهت تحلیل دادهها مراحل آزمایشگاهی را انجام می دهیم. برای شروع ایزولههای باکتری را بر روی محیط کشت منا سب، کشت خواهیم داد. به یکی از محیطاهعلاوه بر بنزن، باکتری نیز افزوده شد که با مقایسه آن با محیط کشت معدنی منحصراً بنزن (محیط شاهد) می توان به تغییرات حاصل از تاثیر باکتری پی برد.

پس از سپری شدن مدت زمان تیمار، برای مشخص کردن اثر باکتری بر روی هیدروکربن ها، بنزن باقیمانده از محیط به روش استخراج جدا شد و محلول جهت تعین λRmaxR و تعیین درصد تجزیه با اسپکتروفتومتر آنالیز گردید. از روی مقایسه روند تجزیه با معادلات سینتیکی واکنش ها، مدل مناسب برای عملکرد باکتری به دست می آید.