نوع مقاله : پژوهشی- فارسی
نویسندگان
1 دانشجوی دکتری میکروبیولوژی- گروه میکروبیولوژی- دانشکده علوم- دانشاه آزاد اسلامی واحد کرمان- کرمان- ایران
2 استادیار میکروبیولوژی- گروه میکروبیولوژی ، دانشکده پزشکی ، دانشگاه ازاد اسلامی ، کرمان ، ایران
3 استاد میکروبیولوژی- گروه زیست شناسی- دانشکده علوم- دانشگاه شهید باهنر کرمان- کرمان- ایران
4 استادیار میکروبیولوژی، گروه میکروبیولوژی، دانشکده علوم، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمان، ایران.
5 استادیار زیست گیاهی، گروه میکروبیولوژی، دانشکده علوم، دانشگاه آزاد واحد کرمان، کرمان، ایران
چکیده
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Introduction: Crude oil pollution in the Persian Gulf is a major problem in this important marine environment. Today, the use of biological degradation methods to remove these pollutants is considered. The purpose of the present study is to compare the two methods of biological stimulation and biological enhancement for the degradation of sediments contaminated with crude oil in the Persian Gulf.
Materials and Methods: In this research, six types of microcosms were designed to understand the effectiveness of biostimulation and bioaugmentation on the microbial population of Khark Island sediments. Indicators such as the quantity of degrader, heterotrophs, and the rate of crude oil degradation were investigated at different times and finally, the degradation over time was measured by the Gas Chromatography method.
Results: The results of this study showed that the combined microcosm of biostimulation and bio-augmentation (SB) with the amount of heterotrophic bacteria (equal to 3.9 x 106) and degrader (equal to 1 x 106) had the highest quantity. Population dynamics in microcosms were also studied and the lowest quantity of heterotrophic bacteria with a numerical value of 1x104 was related to natural sediments. The statistical results of this research proved that there is a significant relationship between the type of method chosen for biodegradation with the sampling time and the quantity of the dynamic population, and finally, with the increase of incubation time, the biodegradation of oil in all microcosms increased significantly (95%), but the best biodegradation of oil was related to the integrated microcosm of biostimulation and bio-augmentation.
Discussion and Conclusion: By using the type of biological remediation method according to the nature of the contaminated sediments, oil-contaminated sediments can be rehabilitated with the help of biological methods and contribute to the stability of marine ecosystems.
کلیدواژهها [English]
مقدمه.
جامعه پیشرفته امروز همچنان به استفاده از هیدروکربنهای نفت خام برای تولید انرژی مورد نیاز تکیه دارد. ترکیبات نفتی ازجمله مهمترین آلایندههای آلی محیط زیست بهویژه خاک هستند که به سبب سمیبودن و خصوصیات سرطانزایی برای موجودات زنده بهویژه انسان و ورود آنها به طبیعت به یکی از مهمترین نگرانیهای آلودگی محیط زیست تبدیل شدهاند. آلودگی نفتی دارای اثرات اکولوژیکی بر رسوبات است؛ بهطوریکه ترکیب و تنوع جامعه میکروبی را بر هم زده است و اثراتی نیز بر فعالیت ریزجانداران و آنزیمهای رسوبات دارد. آلودگی مزمن محیط با نفت موجب بههمریختگی اکولوژیکی شده است (1).
بهطور کلی تجمع آلایندهها در رسوبات میتواند اثرات مخربی بر محیط زیست و سلامت انسان داشته باشد. آلایندههای موجود در رسوب میتوانند وارد زنجیره غذایی شوند و سلامت حیوان و انسان را با خطر جدی مواجه کنند. همچنین این دسته از آلایندههای آلی پایداری زیادی در رسوب دارند و انباشتهشدن تدریجی آنها در طول زمان موجب اختلال در کارکرد طبیعی رسوب مانند کاهش عملکرد محصولات کشاورزی و تغییر در ویژگی رسوبات آلوده میشود که امروزه بهدلیل هزینه کم و آثار جانبی ناچیز بر محیط زیست بسیار درخور توجه قرار گرفتهاند؛ بنابراین، آلودگی محیط زیست و سواحل، توسط نفت خام و مشتقات نفتی و پتروشیمی، مشکل جدی در سراسر جهان است (2).
کاربردیترین روش برای از بین بردن آلایندهها زیست پالایی است. زیستپالایی یا پاکسازی زیست، یک تکنیک مدیریت زباله است و به فرایندهایی در راستای پاکسازی و پالایش زیستبوم و برگرداندن آن به شرایط نخستین گفته میشود که در آن قارچها یا باکتریها و آنزیم آنها به کار گرفته میشود؛ مانند پالایش هیدروکربنها و آلودگیهای نفتی با کمک میکروارگانیسمها. بهطور کلی زیست پالایی میتواند به دو بخش درجا[1] و برونجا[2] تقسیمبندی شود. زیستپالایی درجا، شامل عملیات روی مواد آلوده در همان محل است (3)؛ درحالیکه عملیات برونجا شامل عملیات حذف مواد آلوده در جایی دیگر است. استفاده از میکروارگانیسمهای زنده بومی یا درونزا با خاصیت تخریب آلایندهها یا بهبود شرایط مختلف فیزیکی - شیمیایی رسوبات برای تحریک رشد میکروارگانیسمهای کارآمد است و روش درجا نامیده میشود (4).
آلودگیهای نفتی به روشهای مختلف فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی و زیستی پاکسازی میشوند. روشهای فیزیکی مانند سوزاندن در کوره و روشهای شیمیایی مانند درمان اکسیداتیو حرارتی، تثبیتکنندة آهکی و استخراج با حلال هستند. روشهای شیمیایی و فیزیکی نامبردهشده به تجهیزات و ماشینآلات صنعتی گرانقیمت و انرژی زیادی نیاز دارند؛ ازاینرو درمانهای بیولوژیک روشهای امیدوارکننده و بیضرر با طیف گسترده برای حذف هیدروکربنهای نفتی بهدلیل مقرونبهصرفه بودن و کارایی بیشتر در اولویتاند. پاکسازی زیستی استفاده از موجودات زنده و اجزای آنها برای حذف آلاینده است. میزان تجزیه هیدروکربنها با باکتریها بهدلیل فراوانی زیاد، سرعت رشد بالا و همچنین توانایی استفاده از طیف وسیعی از هیدروکربنها به مراتب بیشتر است. دو روش عمده برای تسهیل پاکسازی زیستی وجود دارد؛ تحریک زیستی و تقویت زیستی (5).
تحریک زیستی[3] اضافهکردن مواد مغذی نظیر ترکیبات نیتروژندار و فسفردار و مواد آلی برای تحریک فعالیت میکروبی و تجزیهکنندههای بومی نفت خام و افزایش سرعت تجزیه زیستی است. تحریک زیستی را نوعی پاکسازی طبیعی تعریف کردند که با بهینهسازی شرایطی مانند هوادهی، افزودن مواد مغذی، کنترل pH و دما موجب تخریب آلایندههای نفتی در رسوبات شوند (6). از مزیتهای تحریک زیستی میتوان به پاکسازی آلایندههای نفتی توسط میکروارگانیسمهای بومی سازگار با محیط اشاره کرد که به خوبی توزیع شدهاند. چالش اصلی تحریک زیستی در انتقال و توزیع یکنواخت مواد مغذی به میکروارگانیسمهای زیرسطحی و در عمق رسوبات است. مسئله دیگر، افزودن مواد مغذی منجر به رشد میکروارگانیسمهای هتروتروف میشود که تجزیهکنندة نفت نیستند و سبب رقابت با میکروارگانیسمهای بومی و تجزیهکننده میشود (7).
تقویت زیستی[4] بهمنظور شناسایی میکروبهای مفید و افزایش آنها در رسوبات انجام میشود. در این فرایند تغییر ژنتیکی مدنظر نیست و فقط افزایش تعداد باکتری انجام میشود. جمعیتهای میکروبی بومی به تنهایی قادر به تجزیه طیف گستردهای از مخلوطهای پیچیده مانند نفت خام نیستند یا اینکه در نتیجة تغییرات شرایط محیطی در وضعیت تنش قرار دارند. مطالعه میکروبها در سیستمهای زیست پالایی، امکان انتخاب میکروارگانیسمهایی با پتانسیل تجزیه و تولید ترکیبات با کاربردهای بیوتکنولوژیکی در صنعت نفت و پتروشیمی را ممکن میکند (8). بهکارگیری تیمارهای تقویت زیستی مناسب با استفاده از سویهها یا جمعیتهای میکروبی مفید سازگار با محیط میتواند در حذف آلودگیهای نفتی مؤثر باشد. استفاده از میکروارگانیسمهای غیربومی ممکن است مناسب باشند؛ اما کارایی آنها به توانایی رقابت با میکروارگانیسمهای بومی و تنشهای محیطی بستگی دارد (9).
خلیج فارس از متنوعترین اکوسیستمهای جهان است و بهدلیل داشتن وضعیت استراتژیک، محل عبور بیش از ۶۰ درصد نفت خام مورد نیاز جهان است (10). هیدروکربنهای نفتی آلایندههای اصلی محیطهای دریایی هستند. ترکیبات آروماتیک نفت مهمترین آلایندههای موجود در نفت خام هستند و آثار مخرب آنها در سلامت انسان و محیط زیست چشمگیر است. آلایندهها در رسوبات نفوذ میکنند؛ چنانچه پاکسازی نشوند سبب آلودگی آبهای زیرزمینی میشوند (11).
در سالهای اخیر، یک گروه جدید از باکتریهای تجزیهکنندة هیدروکربن دریایی، باکتریهای اجباری هیدروکربنوکلاستیک[5] شناخته شده است که نقش مهمی در حذف بیولوژیکی هیدروکربنهای نفتی از آبهای دریایی آلوده دارند. از جنسهای باکتریایی دریایی بومی آلکانیوراکس[6]، مارینوباکتر[7]، تالاسولیتوس[8]، سیکلوکلاستیکوس[9] و اولسپیرا[10] را میتوان نام برد. مطالعه تجزیه بیولوژیکی نفت خام توسط میکروارگانیسمهای بومی از اهمیت اکولوژیکی فوقالعادهای برخوردار است (12و13).
هدف از این پژوهش مقایسهای اثر تحریک زیستی و تقویت زیستی برای رفع آلودگی رسوبات آلودهشده به نفت خام در خلیج فارس است.
مواد و روشها.
نمونهبرداری: برای انجام این تحقیق رسوبات جزیره خارک انتخاب شدند و برای نمونهبرداری 5 سانتیمتر از سطح رسوبات کنار زده شد و میزان 500 گرم رسوب از مناطق جغرافیایی مختلف برداشت شد و نمونهها روی یخ و در شرایط استریل به آزمایشگاه برای طراحی میکروکازم منتقل شدند. موقعیت جغرافیایی محل نمونهبرداری به شرح N 69°52 و E49°27 است.
طراحی میکروکازمها: میکروکازم به محیط کوچک آزمایشگاهی گفته میشود که شرایط مورد آزمایش در آن طراحی میشود. شش میکروکازم برای هر نوع رسوبات، در ظروف شیشهای با ابعاد 30 طول × 20 عرض × 10 عمق سانتیمتر برای مطالعه تغییرات در جوامع میکروبی طراحی شدند. هر میکروکازم حاوی ۶۰۰ گرم رسوب سواحل خلیج فارس بود و مشخصات آنها در جدول 1 آورده شده است (14).
میکروکازمها در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد به مدت ۱۲۰ روز در تاریکی انکوبه و در فواصل زمانی هر سه روز یکبار رسوبات هم زده شدند تا شرایط بیهوازی ایجاد نشود و مقدار رطوبت رسوبات بهازای هر ۱۰۰ گرم رسوب، با یک میلیلیتر آب مقطر استریل حفظ شد. در زمانهای 0، 20، 40، 60، 80، 100 و 120 برحسب روز، نمونهگیری برای اندازهگیری مقدار سریال رقت و بیشترین تعداد احتمالی[11] و تجزیه نفت خام از میکروکازمها انجام شد (15).
جدول 1- مشخصات میکروکازمهای طراحیشده
|
ردیف |
نام میکروکازم |
اسم اختصاری |
ویژگی |
|
1 |
میکروکازم اول |
S |
رسوب طبیعی ساحل جزیره خارک |
|
2 |
میکروکازم دوم |
SP |
رسوب + نفت (5/2 میلیلیتر) |
|
3 |
میکروکازم سوم (تحریک زیستی) |
BM |
رسوب + نفت + ماده معدنی به نسبت C100:N10:P1 به مقدار کلرید آمونیوم و نیترات سدیم 25/0 گرم برای منبع نیتروژن، فسفات دیهیدروژن پتاسیم 025/0 گرم برای منبع فسفر |
|
4 |
میکروکازم چهارم (تقویت زیستی) |
AM |
رسوب + نفت + یک باکتری شوانلا آلگا[12] به مقدار 108×3 واحد تشکیل کلونی در گرم[13] |
|
5 |
میکروکازم پنجم (تقویت زیستی) |
MM |
رسوب + نفت + دو باکتری شوانلا آلگا و باسیلوس پومیلوس[14] (2) |
|
6 |
میکروکازم ششم (تلفیق تحریک زیستی و تقویت زیستی) |
SB |
رسوب + نفت + ماده معدنی + یک باکتری شوانلا آلگا |
محیط کشتهای استفادهشده: محیط کشتONR [15]: برای تهیه این محیط کشت محلول شماره یک با ترکیبات کلرید سدیم 40 گرم، سولفات سدیم 8/3 گرم، کربنات هیدروژن سدیم 31 میلیگرم، کلرید پتاسیم 72/0 گرم، برمید سدیم 83 میلیگرم، فلورید سدیم 6/2 میلیگرم، فسفات هیدروژن سدیم 89 میلیگرم، اسید بوریک 27 میلیگرم و کلرید آمونیوم 27/0 گرم جداگانه تهیه شدند و با محلول شماره دو با ترکیبات کلرید کلسیم 46/1 گرم، کلرید منیزیم 18/11 گرم، کلرید استرانسیوم 24 میلیگرم، کلرید آهن 2 میلیگرم و تریس بازی 3/1 گرم تنظیمشده با pH متر مدل AZ 85502 در pH 7، پس از استریلکردن در اتوکلاو ایرانیان طب زعیم مدل Strilizer 25lit vertical و سردشدن با هم مخلوط شدند (16).
محیط مارین براث[16]: ترکیبات این محیط مشابه محیط ONR است؛ با این تفاوت که منبع کربن در این محیط پپتون 5/0 گرم در لیتر و عصاره مخمر 1 گرم در لیتر است (17).
.تعیین کمیت تعداد کل باکتریهای تجزیهکنندة .نفت خام و هتروتروف در نمونهها با روش بیشترین تعداد احتمالی (MPN): روش MPN برای شمارش باکتریهای تجزیهکنندة نفت خام در میکروپلیتهای استریل 24 خانه با استفاده از مقدار نمونه با رقتها و محیط کشت ONR انجام شد (18). ابتدا 1700 میکرولیتر محیط ONR در هر چاهک از میکروپلیتها ریخته و سپس سری رقت نمونهها (رقت ده برابر 4-10 و 3-10 - 2-10) در محیط ONR تهیه شد. چاهکها با 100 میکرولیتر از نمونه تلقیح شدند. به دنبال تلقیح نمونه، 100 میکرولیتر نفت خام سبک استریل ایرانی در مرکز هر چاهک اضافه شد. MPN برای شمارش باکتریهای هتروتروف در محیط کشت مارین براث بدون نفت انجام شد. هر رقت دارای 3 تکرار بود و MPN بهصورت سهتایی انجام شد. میکروپلیتها برای شمارش هتروتروفها به مدت 7 روز و میکروپلیتها برای شمارش تجزیهکنندهها به مدت 21 روز در دمای 30 درجه سانتیگراد گرمخانهگذاری شدند و پس از گذشت دوره گرمخانهگذاری ایجاد کدورت در مقایسه با شاهد بهعنوان شاخص مثبت برای آزمایش MPN انجام شد (19). شمارش MPN باکتریها با استفاده از نرمافزار محاسبه MPN[17] نسخه 2/4 انجام شد.
تعیین کمیت تعداد کل باکتریهای تجزیهکنندة .نفت خام و هتروتروف با روش سریال رقت(CFU) [18]: برای شمارش تعداد کل باکتریهای تجزیهکنندة موجود در رسوب، 3 گرم از نمونه رسوب مدنظر در 100 میلیلیتر فسفات بافر سالین[19] 1 گرم بر لیتر از نسبت مساوی فسفات دیهیدروژن پتاسیم و فسفات هیدروژن دیپتاسیم حل و به مدت 30 دقیقه در دمای 30 درجه سانتیگراد تکان داده شد و سپس سری رقت نمونهها (4-10 و 3-10 - 2-10) در لولههای آزمایش تهیه و 100 میکرولیتر از این رقتها روی محیط کشت ONR آگار حاوی (v/v) 1 درصد نفت بهعنوان تنها منبع کربن و انرژی کشت چمنی داده شد. برای شمارش تعداد کل باکتریهای هتروتروف رسوب، سری رقت نمونهها (5-10 و 4-10 - 3-10) در لولههای آزمایش تهیه و 100 میکرولیتر از این رقتها روی محیط کشت مارین آگار کشت چمنی داده شد. پس از گرمخانهگذاری در دمای 30 درجه سانتیگراد به مدت 3 روز برای هتروتروفها و 7 روز برای تجزیهکنندهها شمارش کلنیها برآورد و نتایج کمیسازی باکتریها بهصورت CFU · g-1 (تعداد باکتری در هر گرم رسوب = میانگین تعداد کلنیهای شمارش شده × عکس ضریب رقت × عکس حجم انتقالی) بیان شد (20).
سنجش میزان نفت باقیمانده در رسوبات: ابتدا ۵ گرم نمونه رسوب هر میکروکازم در ۵۰ میلیلیتر دیکلرومتان حل و با فویل آلومینیوم به مدت ۱۵ دقیقه در دمای ۳۰ درجه سانتیگراد گرمخانهگذاری شد و سپس کدورت نفت استخراجشده در مقابل شاهد دیکلرومتان در طول موج 420 نانومتر تعیین و از رابطه زیر برای محاسبه درصد حذف نفت خام استفاده شد (21).
100× =درصد حذف نفت خام
روش گاز کروماتوگرافی (GC - FID[20]): میزان تجزیه نفت خام توسط گاز کروماتوگرافی تخمین زده شد. در این روش سویهها در محیط کشت ONR حاوی 1 درصد نفت خام به مدت 10 روز در دمای 30 درجه سانتیگراد گرمخانهگذاری شدند. پس از دوره انکوباسیون به محیط کشت 50 میلیلیتر دیکلرومتان افزوده و به قیف جداکننده برای جداسازی فاز آلی از فاز آبی منتقل شد. سپس فاز آلی که حاوی نفت حلشده در دیکلرومتان بود، درون ارلن ریخته شد و 3 گرم سدیم سولفات برای جذب آب باقیمانده به ارلن اضافه و به مدت 1 شب در دمای اتاق گرمخانهگذاری شد. سپس محتویات ارلن از کاغذ صافی عبور داده شد و در دمای محیط برای تبخیر دیکلرومتان قرار گرفت. پس از تبخیر دیکلرومتان، مجدداً 3 میکرولیتر دیکلرومتان به 1 میکرولیتر نفت باقیمانده اضافه و با دستگاه GC، Agilent Technology مدل A7890 آنالیز شد.
ستون: Hewlett Packard Rona Fused با 25/0 میلیمتر قطر داخلی، 30 میلیمتر طول و 32/0 میلیمتر = عرض Silica Capillary، دتکتور: MS، گاز حامل: هلیوم. برنامه دمایی دستگاه به شرح زیر اجرا شد: دمای اولیه: 100 درجه سانتیگراد برای 3 دقیقه، دمای انتقال: 300 درجه سانتیگراد، دمای تزریق: 330 درجه سانتیگراد، دمای نگهداری ستون: 240 درجه سانتیگراد برای 50 دقیقه، دمای نهایی: 320 درجه سانتیگراد و جریان عبوری 7/0 میلیلیتر بر دقیقه بود. پیکهای حاصل از GC با استاندارد درونی مقایسه شدند و نوع ترکیب براساس اطلاعات کتابخانه wily به دست آمد (10و22).
نتایج.
.خصوصیات فیزیکوشیمیایی رسوبات مطالعهشده: نتایج بهدستآمده از آنالیز فیزیکوشیمیایی رسوبات مطالعهشده در جدول 2 آمدهاند. همانطور که در این جدول دیده میشود بافت رسوبات بیشتر شنی است.
.دینامیک جمعیتی در میکروکازمهای مطالعهشده: نتایج حاصل از شمارش و تعیین کمیت باکتریهای هتروتروف و تجزیهکنندة نفت خام در همه میکروکازمهای مطالعهشده به دو روش CFU و MPNدر جدول 3 و شکل 1 آمدهاند. همچنین تحلیل آماری نیز در شکل و جدول مذکور لحاظ شده است. با توجه به نتایج بهدستآمده، بیشترین دینامیک و کمیت جمعیتی در میکروکازمهای بررسیشده مربوط به میکروکازم ششم (SB) است که درواقع ترکیب دو روش تقویت زیستی و تحریک زیستی است و رتبه بعد مربوط به میکروکازم سوم (BM) است که همان تحریک زیستی است. کمترین کمیت باکتریها از لحاظ دینامیک جمعیتی مربوط به میکروکازم اول (S) است که درواقع رسوب طبیعی سواحل خلیج فارس است (جدول 3 و شکل 1).
.رابطه بین دینامیک جمعیت میکروبی و زمان نمونهبرداری با روش احیای زیستی: نتایج حاصل از شمارش با روش آماری تجزیه و تحلیل شدند. همانطور که در جدول تجزیه واریانس دو طرفه، جدول 3 و شکل 1 آمده است، بین نوع روشی که برای تجزیه زیستی (تحریک زیستی و تقویت زیستی و ترکیب آنها) انتخاب شده است با زمان نمونهبرداری و کمیت و دینامیک جمعیتی رابطه معنیداری وجود دارد (در سطح 01/0 > Pدرصد)؛ بهطوریکه هم در زمانهای مختلف نمونهبرداری و هم بین میکروکازم بهکاررفته رابطه معنیدار است که بهصورت علامتهای اختصار در شکل 1 و بهصورت ستارهدار در جدول 3 نشان داده شدهاند.
جدول 2- خصوصیات فیزیکوشیمیایی رسوبات مطالعهشده
|
هدایت الکتریکی (دسیزیمنس بر متر) |
اسیدیته کل اشباع pH |
آهک (درصد) |
کربن آلی |
فسفر قابل جذب (میلیگرم بر کیلوگرم) |
پتاسیم قابل جذب (میلیگرم بر کیلوگرم) |
شن (درصد) |
لای (درصد) |
رس (درصد) |
|
3/25 |
9/7 |
47 |
0 |
4 |
120 |
88 |
4 |
6 |
جدول 3- تجزیه واریانس دو طرفه صفات بررسیشده در روز و میکروکازم
|
P |
تجزیه نفت |
CFU تجزیهکنندهها |
MPN تجزیهکنندهها |
CFU هتروتروفها |
MPN هتروتروفها |
درجه آزادی |
منابع تغییرات |
|
01/0 |
** 103×8 |
** 1010×35 |
** 108×9 |
** 1010×35 |
** 1012×11 |
6 |
روز |
|
05/0 |
** 103×9 |
** 1010×8 |
** 108×12 |
** 1011×16 |
** 1012×42 |
5 |
میکروکازم |
|
02/0 |
** 102×4 |
** 109×18 |
** 108×13 |
** 1010×20 |
** 1011×51 |
30 |
روز×میکروکازم |
|
01/0 |
**20 |
** 107×7 |
** 105×10 |
** 108×8 |
** 108×36 |
84 |
خطا |
.
شکل 1- نتایج حاصل از شمارش کل هتروتروفها و تجزیهکنندهها در میکروکازمهای بررسیشده به روش CFU و MPN
.تجزیه زیستی نفت خام در میکروکازمهای مطالعهشده در زمان گرمخانهگذاری: میزان نفت باقیمانده در هریک از میکروکازمها و روشهای احیای زیستی بهکاررفته با دو روش اسپکتروفتومتری و گاز کروماتوگرافی تعیین شد. نتایج حاصل از میزان تجزیه نفت خام در زمان گرمخانهگذاری در شکل 2 آمدهاند. همانطور که در این شکل دیده میشود، با افزایش زمان گرمخانهگذاری میزان 90 درصد نفت خام در رسوبات تجزیه شده است. میزان تجزیه نهایی در هر میکروکازم به لحاظ آماری تجزیه و تحلیل شد و نتایج حاصل در شکل 2 آورده شدند. با توجه به این شکل، بیشترین تجزیه نفت خام مربوط به میکروکازم SB است که در آن ماده معدنی و باکتری علاوه بر باکتریهای رسوب قرار دارد. در مرتبه بعد، تجزیه نفت خام میکروکازمهای AM و BM و در آخر، میکروکازمهای MM، SP و S تجزیه کمتری را نشان دادند. میکروکازم BM تحریک زیستی و میکروکازمهای AM و MM تقویت زیستی را نشان میدهند و میکروکازم SB شامل تلفیق تحریک زیستی و تقویت زیستی است.
نتایج گاز کروماتوگرافی: در هر میکروکازم مطالعهشده طی زمانهای 0، 20، 60 و 120 پیکهای گاز کروماتوگرافی نیز به دست آمدند. نتایج حاصل در شکلهای 3، 4 و 5 آمدهاند. با توجه به این شکلها میتوان نتیجه گرفت میزان ترکیبات نفتی از شروع زمان گرمخانهگذاری به انتهای زمان گرمخانهگذاری کاهش داشتهاند؛ بهطوریکه تجزیه نفت خام با گذشت زمان از 10 درصد به 90 درصد رسیده است که تأییدکنندة نتایج کار است.
شکل 2- مقایسه میزان تجزیه نفت خام در میکروکازمهای بررسیشده
شکل 3- مقایسه تجزیه زیستی در میکروکازمها در زمانهای شروع آزمایش (زمان صفر) تا روز 20
شکل 4- مقایسه تجزیه زیستی در میکروکازمها در زمانهای شروع آزمایش (زمان صفر) تا روز 60
شکل 5- مقایسه تجزیه زیستی در میکروکازمها در زمانهای شروع آزمایش (زمان صفر) تا روز 120
بحث و نتیجهگیری.
مطالعات متعددی روی تجزیه زیستی نفت خام صورت گرفته است و محققان با استفاده از روشهای احیای زیستی سعی در حذف نفت از اکوسیستمهای دریایی آلوده داشتهاند و در این میان روش تحریک زیستی و تقویت زیستی در سالهای اخیر شایان توجه قرار گرفته است (23). در تحقیق حاضر برای درک اثر روشهای مختلف احیای زیستی بر جمعیت میکروبی دریایی رسوبات خلیج فارس از روشهای تحریک زیستی - تقویت زیستی و تلفیق این دو روش استفاده شد. نتایج بهدستآمده از این پژوهش تأیید میکنند تلفیق دو روش تحریک و تقویت زیستی روش مؤثرتری برای احیای زیستی رسوبات دریایی آلوده به نفت خام است؛ بهطوریکه در میکروکازم SB با تلفیق دو روش مقدار CFU و MPNباکتریهای تجزیهکننده و هتروتروف 106×9/3 بوده و افزایش 100 درصد نسبت به شاهد به سایر میکروکازمها بوده است و تأیید میکند بالابودن مقدار باکتریهای تجزیهکننده در تجزیه نفت خام نقش بسزایی دارد. در میکروکازم SB اضافهکردن باکتری شوانلا آلگا (علاوه بر باکتریهای موجود در رسوبات) در کنار تحریک زیستی بهصورت همزمان به کار رفت. نتیجه بهدستآمده بدین صورت بود که بهترین درصد تجزیه نفت در این میکروکازم دیده شد. این نتیجه تأیید میکند باکتری اضافهشده به اکوسیستم یک اثر همزیستی و همیاری مناسبی با جامعه میکروبی دریایی درونی رسوبات دارد؛ بهطوریکه افزودن این باکتری همراه با حمایت مواد معدنی اثر افزایندهای روی حذف نفت خام گذاشته است؛ زیرا هنگام واردشدن استرس آلودگی نفتی به اکوسیستم دریایی، منابع نیتروژن و فسفر اولین مسئلهای هستند که در محیط دریایی کاهش مییابند که یک محیط استرسزا و تنشزا است. در روش تلفیقی با تأمین منبع نیتروژن و فسفر و رعایت نسبت C100:N10:P1، این عامل تنشزا از جمعیت میکروبی درونی کاهش یافت و مواد معدنی به مقدار کافی وارد جمعیت میکروبی شد؛ همچنین این امر باعث میشود هم جمعیت میکروبی درونی دریایی تقویت شود و هم باکتری شوانلا که یک باکتری بومی دریایی تجزیهکنندة نفت خام است (15) یک اثر سینرژی (همافزایی) با جمعیت درونی میکروبی داشته باشد. از آنجایی که غلظت باکتری افزودهشده نسبت به جمعیت درونی بیشتر بود، احتمال میرود این باکتری بهعنوان فلور غالب تجزیهکننده در جمعیت تثبیت شده باشد. تحلیل آماری، تفسیرها و استدلالهای ذکرشده را تأیید میکند؛ زیرا ارتباط معنیداری بین میزان تجزیه نفت خام و تجزیه میکروکازم دیده شد.
حمیدی و همکاران با مطالعه تخریب کل هیدروکربنهای نفتی[xxi] با استفاده از تقویت زیستی به افزایش درصد تجزیه زیستی برای نمونهها در طول زمان پی بردند که بالاترین میزان تخریب هیدروکربنها 1/75 درصد با استفاده از مخلوط تلقیح سویههای میکروبی به روش تقویت زیستی است و در پژوهش حاضر تقویت زیستی در میکروکازم MM منجر به تجزیه بالای نفت خام و تلفیق تقویت زیستی و تحریک زیستی در میکروکازم SB منجر به تجزیه بالای 95 درصدی نفت خام شد (24).
گروسین[xxii] و همکاران به ناکارآمدی روش تحریک زیستی در زیست پالایی اشاره کردند و با طراحی میکروکازم (SM) تحریک زیستی و میکروکازم NA بهصورت شاهد آزمایشی طراحی کردند. برای تحریک زیستی (SM) با اضافهکردن مواد معدنی به این نتیجه رسیدند که فرایند زیست پالایی، استراتژی تحریک زیستی به تنهایی ناکافی بود و توصیه نمیشود؛ با این حال، تفاوت معنیداری در کاهش نفت خام بین تیمارهای SM و NA در پایان آزمایش مشاهده نشد. با توجه به تفاوت چشمگیر در کاهش کل هیدروکربنهای نفتی بین تیمارهای تلقیحشده با باکتری و تیمار با تحریک زیستی به تنهایی، نتیجهگیری میشود استفاده از میکروارگانیسمهای مناسب برای کاهش آلودگی در چنین رسوباتهایی ضروری است. در پژوهش حاضر اضافهکردن مواد معدنی به میکروکازم دارای باکتریهای تجزیهکنندة مفید و تلفیق تقویت زیستی و تحریک زیستی منجر به تجزیه بالای نفت خام تا 95 درصد شد (25).
وو مانلی[xxiii] و همکاران میکروکازمهایی طراحی کردند که در آنها دو میکروکازم BA افزایش زیستی با افزودن فلور تجزیهکنندة هیدروکربن و میکروکازم BS تحریک زیستی با افزودن نیترات آمونیوم و فسفات دیهیدروژن پتاسیم با نسبت C100:N10:P1 به رسوبات بود و اعلام داشتند راندمان تخریب کل هیدروکربنهای نفتی در رسوبات تیمارشده با BS و BA بهترتیب 3/28 درصد و 9/13 درصد بود. تحریک زیستی برای تخریب هیدروکربنهای نفتی مؤثرتر از تقویت زیستی بود. در پژوهش حاضر تلفیق تقویت زیستی و تحریک زیستی در میکروکازم SB منجر به تجزیه بالای 95 درصدی نفت خام شد (26).
بنیاهیا و همکاران میکروکازمهایی طراحی کردند که در آنها باکتریهای بومی تحریکشده (BS)، سیستم تقویت زیستی (BA) و بهعنوان کنترل (BC) (فقط نفت خام) به رسوبات اضافه شده بود. ازنظر کاهش کل هیدروکربنهای نفتی پس از یک دوره 155 روز، مشاهده کردند بهترین نتایج با تقویت زیستی (BA) با کاهش کمی بیش از 77 درصد به دست آمد؛ درحالیکه سیستم BS کمی بیش از 23 درصد کاهش داد و BC فقط کمی بیش از 4 درصد کل هیدروکربنهای نفتی را کاهش داد. در پژوهش حاضر تلفیق تقویت زیستی و تحریک زیستی در میکروکازم SB منجر به تجزیه بالای 95 درصدی نفت خام شد (27).
[1]- in situ
[2]- ex situ
[3]- Bio stimulation
[4]- Bio augmentation
[5]- Obligate Hydro Carbonoclasticus Bacteria (OHCB)
[6]- Alcanivorax
[7]- Marinobacter
[8]- Thallassolituus
[9]- Cycloclasticus
[10]- Oleispira
[11]- Most Probable Number (MPN)
[12]- Shewanella alga
[13]- Cfu/g
[14]- Bacillus pumillus
[15]- Oil Nutration Remidiation
[16]- Marin Broth
[17]- MPN calculator
[18]- Colony forming unit
[19]- Phosphate Buffer Saline
[20]- Gas Chromatography- Flame Ionization Detector
[xxi]- Total Petroleum Hydrocarbon (TPH)
[xxii]- Garousin
[xxiii]- Manli Wu
)