تعریف تجزیه زیستی

تجزیه زیستی هضم یا تجزیه هر گونه ترکیب پیچیده به مولکول های ساده تر با کمک موجودات زنده است که به طور طبیعی اتفاق می افتد.

با توسعه فناوری‌های جدید، انسان‌ها سعی کرده‌اند ترکیبات پیچیده‌ای بسازند که دوام بیشتری داشته باشند و نسبت به ترکیبات طبیعی بادوام‌تر و مقاوم‌تر باشند. این ویژگی ها آنها را برای موجودات زنده خطرناک می کند و عملکرد صحیح زنجیره غذایی را مختل می کند و در اکوسیستم تجمع می یابد. میکروارگانیسم‌هایی مانند باکتری‌ها، مخمرها، قارچ‌ها، گیاهان خرد و غیره در تخریب مواد سمی مانند پلاستیک‌ها، آفت‌کش‌ها، بیگانه‌بیوتیک‌ها، فلزات سنگین و غیره بسیار مؤثر بوده‌اند. قابلیت‌های استثنایی آنها در سازگاری با محیط و ماشین‌های ژنتیکی به ارائه راه‌حل‌هایی برای تخریب آلاینده‌ها کمک کرده است.

تعریف زیست پالایی

زیست پالایی فرآیندی است برای تخریب آلاینده‌های محیطی توسط کنسرسیوم‌های میکروبی از طریق یک طرح اجرایی مهندسی شده برای دستیابی به محصول مورد نظر.

زیست پالایی از دو روش فرآیند تخریب استفاده می کند که تکنیک های خارج از محل (ex-situ) و درجا (in-situ) بر اساس نوع آلاینده، عمق آلودگی در خاک، شرایط محیطی، هزینه تجهیزات و نیروی انسانی است. این تکنیک ها به شدت توسط گروهی از متخصصان کنترل و تحلیل می شوند. تکنیک زیست پالایی برای به دست آوردن یک نتیجه قابل پیش بینی با تنظیم عوامل طراحی اجرا استفاده می شود.

تخریب زیستی در مقابل زیست پالایی

نمونه هایی از مواد زیست تخریب

نمونه هایی از تجزیه زیستی شامل تخریب آلاینده هایی است که پیچیده و سمی هستند از طریق رویکردهای مکانیکی مختلف. بیشتر مواد زیست تخریب پذیر هستند که در نهایت به اشکال عنصری خود تجزیه می شوند. هر ماده دارای خواص شیمیایی و فیزیکی منحصر به فرد خود است که مدت زمان و نحوه تجزیه آنها را تعیین می کند. تجزیه انجام شده توسط میکروارگانیسم ها بسته به وجود اکسیژن در اطراف محل آلوده به صورت هوازی یا بی هوازی انجام می شود.

هیدروکربن های پلی آروماتیک (PAH)

• آنها در دسته آلاینده های آلی پایدار (POPs) قرار می گیرند که به طور طبیعی در نفت خام، بنزین و زغال سنگ وجود دارند.
• با سوزاندن چوب، زباله، زغال سنگ و تنباکو و همچنین هنگام پخت و پز در شعله زیاد در محیط خارج می شوند.
• به عنوان مثال می توان به نفتالین، پیرن، فلورن، آنتراسن و غیره اشاره کرد.
• انسان به طور مداوم در معرض مواد سمی مانند PAHs قرار دارد که می تواند باعث تحریک مجرای بینی و چشم ها شود و در موارد شدید ممکن است منجر به سرطان شود.
• از این رو تخریب آنها برای تعادل کلی اکوسیستم مهم است.

پلاستیک

• پلاستیک ها در هر جنبه ای از زندگی مفید واقع شده اند که به دلیل کاربردهای گسترده آنها باعث تجمع آنها در محیط شده است.
• پلاستیک به هر پلیمر با وزن مولکولی بالا گفته می شود که توسط انسان ساخته شده است.
• به عنوان مثال می توان به پلی استایرن، پلی اتیلن، پلی وینیل کلراید و پلی پروپیلن اشاره کرد.
• میکروارگانیسم ها با استفاده از آن به عنوان بستر در ماشین آلات آنزیمی بسیار خاص خود می توانند پلاستیک ها را به شکل پایدار هضم کنند.

فلزات سنگین

فلزات سنگین عبارتند از آرسنیک، کبالت، کادمیوم، نیکل و بسیاری دیگر. این فلزات قابل تجزیه نیستند اما می توانند به شکل عنصری تبدیل شوند. فلزات سنگین به دلیل عدم توانایی در تجزیه، در محیط تجمع می یابند. میکروارگانیسم ها از این فلزات به عنوان گیرنده الکترون برای انجام فرآیندهای متابولیکی استفاده می کنند.

آفت کش ها

آفت کش ها برای بهبود کیفیت محصول و گیاهان مقاوم به بیماری و افزایش نرخ تولید اختراع شدند. اما سوء مدیریت استفاده زیاد از آنها منجر به تجمع آنها در محیط آبی و آبزیان شد و باعث آسیب به گونه های بومی شد. استفاده از میکروب ها روشی عالی برای تخریب به نظر می رسد. به عنوان مثال می توان به DDT، اسید بوریک، گلایفوسیت، مالاتیون و غیره اشاره کرد.

نمونه های فرآیند زیست پالایی

فرآیندهای زیست پالایی با استفاده از هر یک از کاربردها – تکنیک های خارج از محل یا در محل بر اساس محل آلودگی انجام می شود. عوامل زیادی انتخاب تکنیک های اصلاح را تعیین می کنند. عوامل غیرزیستی مانند دما، pH، محل آلودگی، در دسترس بودن اکسیژن و عوامل زیستی مانند طبیعت آلاینده و قابلیت‌های تخریب میکروب‌ها، نوع روش اجرا را تعیین می‌کنند. عوامل اضافی مانند سیاست های محیطی، نوع تجهیزات و هزینه اجرا نیز به فرآیند انتخاب تکنیک کمک می کنند.

تکنیک های EX-Situ

این تکنیک ها شامل انتقال آلاینده ها به مکان جدید برای تصفیه با حفر آلاینده ها از محل آلوده است. این مفهوم بر اساس نوع آلاینده، عمق آلودگی، موقعیت جغرافیایی و هزینه تصفیه برای سایت آلوده در نظر گرفته می شود.

مثال

1. Biopiling: به سادگی به انباشته شدن خاکهای آلوده حفاری شده در بالای زمین در مکانی متفاوت گفته می شود. مکمل های غذایی و هوادهی برای افزایش فعالیت های تخریب میکروبی ارائه می شود.
2. Windrow: این تکنیک بر چرخش منظم دوره ای خاک های آلوده انباشته حفاری شده برای سرعت بخشیدن به تصفیه زیستی متکی است. چرخش اضافه شده با آب، توزیع یکنواخت مواد مغذی، آلاینده ها و هوادهی را افزایش می دهد و تخریب میکروبی را افزایش می دهد.
3. Bioreactor: همانطور که از نام آن پیداست، بیوراکتورها ظروفی هستند که در آنها مواد خام حفاری شده به یک محصول خاص در شرایطی تبدیل می‌شوند که محیط طبیعی را برای رشد بهینه میکروبی تقلید می‌کنند.
4. Land Farming: زمانی که آلاینده ها در محل بر روی سطح زمین بر روی یک لایه ثابت تصفیه می شوند تا به میکروارگانیسم های اتوکتون اجازه دهد تا فرآیند اصلاح موثر را انجام دهند.

مزایای تکنیک های خارج از محل

• طیف گسترده ای از آلاینده ها را می توان اصلاح کرد.
• تجزیه و تحلیل و دسترسی آسان به داده های تحقیقی از سایت ex-situ.
• در تکنیک بیوراکتور، عوامل را می توان به طور منظم مدیریت و تنظیم کرد تا به محصول مورد نظر دسترسی پیدا کرد.

محدودیت‌های تکنیک‌های خارج از محل

• برای آلاینده هایی مانند فلزات سنگین (As، Co، Zn و غیره) و هیدروکربن های کلردار مانند تری کلرواتیلن مناسب نیست.
• نیاز اضافی به کار دستی، حمل و نقل و پردازش زیست پالایی.
• شستشوی آلاینده ها از خاک آلوده در طی فرآیندهایی مانند حمل و نقل یا استخراج فیزیکی.

تکنیک های IN-Situ

تصفیه خاک آلوده در محل آلودگی بدون نیاز به گودبرداری و ایجاد اختلال در ساخت و ساز خاک. این تکنیک‌ها عبارتند از انقباض زیستی، بیوسلورپینگ(bioslurping)، گیاه پالایی و تهویه زیستی. آنها منحصراً برای تصفیه فلزات سنگین، رنگ ها و ترکیبات کلردار استفاده شده اند.

مثال

1. Bioventing: این تکنیک‌ها شامل تحریک جریان هوای تنظیم‌شده به محل آلوده، افزایش توزیع یکنواخت اکسیژن موجود در جمعیت میکروبی برای تخریب هوازی در ناحیه خشکی غیراشباع است.
2. Bioslurping: این تکنیک از اصل عمل مویرگی استفاده می کند که در آن استخراج بخار خاک، پمپاژ خلاء و تهویه زیستی برای توزیع مجدد بخار و گازها بین مناطق اشباع و غیراشباع استفاده می شود.
3. Biosparging: این تکنیک همچنین از تزریق جریان هوا مانند در bioventing اما در ناحیه اشباع برای ارتقاء جریان رو به بالا ترکیبات آلی فرار به ناحیه غیر اشباع برای تجزیه زیستی استفاده می کند.
4. Phytoremediation: این تکنیک از گیاهان موجود در مکان های آلوده استفاده می کند که به کاهش اثرات سمی آلاینده ها از طریق ترکیب مکانیسم هایی مانند تجمع، استخراج، تبخیر و غیره کمک می کند.

مزایای تکنیک های درجا

• عدم نیاز به حفاری خاک آلوده و فرآیند حمل و نقل.
• آلاینده های جامد و محلول را می توان به راحتی تصفیه کرد.
• روش مقرون به صرفه به دلیل حداقل اختلال در سایت.

محدودیت‌های تکنیک‌های درجا

• تشکیل یک ترکیب میانی که به دلیل عدم توانایی در تبدیل کامل به ترکیبات بی ضرر می تواند مقاوم باشد.
• چاه های تزریق ممکن است به دلیل تکثیر جمعیت میکروبی با افزودن مواد مغذی مسدود شوند.
• مهار رشد میکروبی و فعالیت های تخریبی می تواند با افزایش غلظت بیگانه بیوتیک ها و فلزات سنگین رخ دهد.

نتیجه گیری

تجزیه زیستی یک فرآیند طبیعی است، در حالی که زیست پالایی یک فرآیند مهندسی شده توسط انسان برای تخریب ترکیبات سمی محیطی است.

هدف نهایی هر دو فرآیند یکسان است: تبدیل ترکیبات سمی پیچیده به اشکال پایدار و ساده تر که برای محیط زیست بی ضرر هستند و می توانند توسط موجودات زنده به عنوان منابع کربن و انرژی استفاده شوند. زیست پالایی از چندین تکنیک بر اساس عواملی مانند موقعیت جغرافیایی، نوع آلاینده، عمق آلاینده در خاک، هزینه اجرا و غیره استفاده می کند. عامل مشترک بین هر دو فرآیند وجود میکروارگانیسم ها و ماشین آلات متابولیکی آنها برای تجزیه آلاینده ها است. این فرآیندها به طبیعت کمک می کند تا از شر ترکیبات خطرناکی که به دلیل فعالیت های انسانی در محیط آزاد می شوند خلاص شود و توسعه پایدار را هدف قرار دهد.

“کیمیا زیست گستر نوین” در راستای ارتقاء تولیدات و سطح علمی کشور مبادرت به واردات و توزیع مواد شیمیایی و مصرفی آزمایشگاهی کرده است. هدف مجموعه ما تأمين مواد و تجهيزات مورد نياز در بخش هاى مختلف آزمايشگاهى، تحقيقاتى، بيمارستانى، صنعتى و … مي باشد.