زیست پالایی
- هدف زیست پالایی
- اصل
- مقوله ها
- انواع
- روش ها
- کاربردها
پاکسازی زیستی به استفاده میکروارگانیسم هایی که به طور طبیعی وجود دارند یا عمداً معرفی شده اند برای مصرف و تجزیه آلاینده های محیطی، به منظور تمیز کردن یک مکان آلوده اشاره دارد. این فرآیندی است که عمدتاً از میکروارگانیسم‌ها، بلکه از گیاهان، یا آنزیم‌های میکروبی یا گیاهی برای سم‌زدایی آلاینده‌ها در خاک و سایر محیط‌ها استفاده می‌کند.
این مفهوم شامل تجزیه زیستی است که به تغییر جزئی و گاهی کلی، تبدیل یا سم زدایی آلاینده ها توسط میکروارگانیسم ها و گیاهان اشاره دارد.
فرآیند زیست پالایی، سرعت تخریب میکروبی طبیعی آلاینده‌ها را با تکمیل میکروارگانیسم‌های بومی (باکتری یا قارچ) با مواد مغذی، منابع کربن یا اهداکنندگان الکترون (تحریک زیستی، بازیابی زیستی) یا با افزودن کشت غنی‌شده میکروارگانیسم‌هایی که ویژگی‌های خاص دارند، افزایش می‌دهد. که به آنها اجازه می دهد تا آلاینده مورد نظر را با سرعت بیشتری تجزیه کنند (تقویت زیستی).
هدف
هدف از پاکسازی زیستی حداقل کاهش سطوح آلاینده به سطوح غیرقابل تشخیص، غیر سمی یا قابل قبول است، یعنی در محدوده تعیین شده توسط سازمان های نظارتی یا در حالت ایده آل، کانی سازی کامل آلاینده های آلی به دی اکسید کربن.
اصول bioremediation
زیست پالایی متکی بر تحریک رشد میکروب های خاصی است که از آلاینده هایی مانند روغن، حلال ها و آفت کش ها به عنوان منبع غذا و انرژی استفاده می کنند. این میکروب ها آلاینده ها را مصرف می کنند و آنها را به مقدار کمی آب و گازهای بی ضرر مانند دی اکسید کربن تبدیل می کنند.
زیست پالایی موثر به ترکیبی از دمای مناسب، مواد مغذی و غذا نیاز دارد. در غیر این صورت، پاکسازی آلاینده‌ها ممکن است بسیار بیشتر طول بکشد. اگر شرایط برای پاکسازی زیستی مساعد نباشد، می‌توان با افزودن «اصلاحات» به محیط، مانند ملاس، روغن نباتی یا صرفاً هوا، آنها را بهبود بخشید.
این اصلاحات شرایط بهینه ای را برای رشد میکروب ها و تکمیل فرآیند زیست پالایی ایجاد می کند.
فرآیند زیست پالایی می تواند از چند ماه تا چندین سال طول بکشد.
مدت زمان مورد نیاز به متغیرهایی مانند اندازه منطقه آلوده، غلظت آلاینده ها، شرایطی مانند دما و تراکم خاک، و اینکه تصفیه زیستی در محل یا خارج از محل انجام خواهد شد بستگی دارد.
انواع زیست پالایی
پاکسازی بیولوژیکی را می توان به دو نوع پاکسازی میکروبی (microbial remediation) و گیاه پالایی (phytoremediation) طبقه بندی کرد.
پاکسازی میکروبی
میکروارگانیسم ها به دلیل توانایی خود در تجزیه طیف وسیعی از ترکیبات آلی و جذب مواد معدنی به خوبی شناخته شده اند. در حال حاضر، میکروب ها برای پاکسازی تصفیه آلودگی در فرآیندهایی به نام زیست پالایی استفاده می شوند.
سیستم‌های میکروبی مختلف مانند باکتری‌ها، قارچ‌ها، مخمرها و اکتینومیست‌ها را می‌توان برای حذف آلودگی‌های سمی و سایر آلاینده‌ها از محیط استفاده کرد.
میکروارگانیسم ها به راحتی در دسترس هستند، به سرعت مشخص می شوند، بسیار متنوع هستند، همه جا حاضر هستند و می توانند از بسیاری از عناصر مضر به عنوان منبع غذایی خود استفاده کنند.
آنها را می توان در هر دو شرایط درجا و خارج از محل اعمال کرد.
علاوه بر این، بسیاری از شرایط محیطی شدید را می توان توسط چنین نهادهایی تمیز کرد.
اگرچه بسیاری از میکروارگانیسم‌ها قادر به تجزیه نفت خام موجود در خاک هستند، استفاده از روش کشت مخلوط نسبت به کشت‌های خالص در زیست پالایی مفید است زیرا فعل و انفعالات هم افزایی را نشان می‌دهد.
برای حذف آلاینده های هیدروکربنی نفتی از خاک می توان از باکتری های مختلف استفاده کرد.
باکتری هایی که می توانند آلاینده های اصلی را تجزیه کنند عبارتند از سودوموناس، آئروموناس، موراکسلا، بیجرینکیا، فلاووباکتریا، کروباکتریا، نوکاردیا، کورینه باکتریا، اسینتوباکتر، مایکوباکتنا، مودوکوک، استرپتومایسس، باسیل، آرتروباکتر، سیانو باکتریا،
گیاه پالایی
گیاه پالایی یک فرآیند زیست پالایی است که از انواع مختلف گیاهان برای حذف، انتقال، تثبیت و/ یا از بین بردن آلاینده ها در خاک و آب های زیرزمینی استفاده می کند.
انواع مختلفی از مکانیسم های گیاه پالایی وجود دارد:
تجزیه زیستی ریزوسفر (Rhizosphere biodegradation):
در این فرآیند، گیاه مواد طبیعی را از طریق ریشه آزاد می کند و مواد مغذی را برای میکروارگانیسم های موجود در خاک تامین می کند.
میکروارگانیسم ها تخریب بیولوژیکی را افزایش می دهند.
تثبیت گیاهی (Phyto-stabilization):
در این فرآیند، ترکیبات شیمیایی تولید شده توسط گیاه، آلاینده ها را بی حرکت می کنند، نه تجزیه آنها.
انباشتگی گیاهی (Phyto-accumulation)
که به آن استخراج گیاهی (phytoextraction) نیز گفته می شود.
در این فرآیند، ریشه های گیاه به همراه سایر مواد مغذی و آب، آلاینده ها را جذب می کنند. توده آلاینده از بین نمی رود بلکه به شاخه و برگ گیاه می رسد.
این روش عمدتاً برای زباله های حاوی فلزات استفاده می شود.
ریزوفیلتراسیون (Rhizofiltration)
سیستم های هیدروپونیک برای تصفیه جریان های آب (Hydroponic Systems for Treating Water Streams)
ریزوفیلتراسیون شبیه به انباشتگی گیاهی است، اما گیاهانی که برای پاکسازی استفاده می‌شوند در گلخانه‌ها با ریشه‌هایشان در آب پرورش داده می‌شوند. از این روش رشد می توان برای تصفیه آب های زیرزمینی در محل استفاده کرد. یعنی آب زیرزمینی برای آبیاری این گیاهان به سطح پمپاژ می شود. به طور معمول سیستم های هیدروپونیک از یک محیط خاک مصنوعی، مانند ماسه مخلوط با پرلیت یا ورمیکولیت استفاده می کنند.
با اشباع شدن ریشه ها از آلاینده ها، برداشت و دفع می شوند.
تبخیر گیاهی (Phyto-volatilization)
در این فرآیند، گیاهان آب حاوی آلاینده‌های آلی را جذب می‌کنند و آلاینده‌ها را از طریق برگ‌های خود وارد هوا می‌کنند.
تخریب گیاهی(Phyto-degradation):
در این فرآیند، گیاهان در واقع آلاینده‌های درون بافت‌های گیاهی را متابولیزه کرده و از بین می‌برند.
کنترل هیدرولیک (Hydraulic Control):
در این فرآیند درختان به طور غیرمستقیم با کنترل حرکت آب های زیرزمینی اصلاح می کنند.
درختان زمانی که ریشه‌هایشان به سمت سطح آب می‌رسد، به‌عنوان پمپ‌های طبیعی عمل می‌کنند و یک توده ریشه متراکم ایجاد می‌کنند که مقدار زیادی آب می‌گیرد. برای مثال یک درخت صنوبر روزانه 30 گالن آب از زمین بیرون می کشد و چوب پنبه می تواند تا 350 گالن آب را در روز جذب کند.
انواع روش های زیست پالایی
تضعیف طبیعی یا زیست پالایی ذاتی: پاکسازی زیستی به خودی خود بدون افزودن چیزی اتفاق می افتد.
تحریک زیستی (Biostimulation): زیست پالایی از طریق افزودن کودها برای افزایش فراهمی زیستی در محیط تحریک می شود.
تکنولوژی ها را می توان به طور کلی به صورت درجا یا خارج از محل طبقه بندی کرد.
زیست پالایی درجا (In situ): شامل تصفیه مواد آلوده در محل است.
زیست پالایی خارج از محل (Ex situ): شامل حذف مواد آلوده برای درمان در جای دیگر است.
روش های زیست پالایی
چند نمونه از فناوری های مرتبط با زیست پالایی عبارتند از:
- گیاه پالایی (Phytoremediation)
- تهویه زیستی (Bioventing)
- بیولیچینگ (Bioleaching)
- زمین کشاورزی (Land-farming)
- بیوراکتور (Bioreactor)
- کمپوست سازی (Composting)
- افزایش زیستی (Bioaugmentation)
- ریزوفیلتراسیون (Rhizo-filtration)
- تحریک زیستی (Biostimulation)
کاربردهای زیست پالایی
- زیست پالایی برای اصلاح فلزات، رادیونوکلئیدها، آفت کش ها، مواد منفجره، سوخت ها، ترکیبات آلی فرار (VOCs) و ترکیبات آلی نیمه فرار (SVOCs) استفاده می شود.
- تحقیقات برای درک نقش گیاه پالایی برای اصلاح پرکلرات، آلاینده ای که ثابت شده است در سیستم های آب های سطحی و زیرزمینی پایدار است، در حال انجام است.
- ممکن است برای پاکسازی آلاینده های موجود در خاک و آب های زیرزمینی استفاده شود.
- برای مواد رادیواکتیو، گاهی اوقات از عوامل کیلیت برای ایجاد آلاینده ها برای جذب گیاه استفاده می شود.
مزایای زیست پالایی
زیست پالایی نسبت به سایر روش های پاکسازی مزایای زیادی دارد.
- از آنجایی که فقط از فرآیندهای طبیعی استفاده می کند، روشی نسبتاً سبز است که آسیب کمتری به اکوسیستم وارد می کند.
- اغلب در زیر زمین اتفاق می افتد، زیرا مواد اصلاحی و میکروب ها را می توان به زیر زمین پمپ کرد تا آلاینده های موجود در آب های زیرزمینی و خاک را پاک کند. بنابراین، اختلال زیادی در جوامع مجاور ایجاد نمی کند.
- فرآیند زیست پالایی محصولات جانبی مضر کمی ایجاد می کند زیرا آلاینده ها به آب و گازهای بی ضرر مانند دی اکسید کربن تبدیل می شوند.
- پاکسازی زیستی ارزان‌تر از بسیاری از روش‌های پاکسازی است، زیرا به تجهیزات یا نیروی کار زیادی نیاز ندارد.
- زیست پالایی را می توان با نیازهای محل آلوده مورد نظر تنظیم کرد و میکروب های خاص مورد نیاز برای تجزیه آلاینده با انتخاب عامل محدود کننده مورد نیاز برای ارتقاء رشد آنها تشویق می شوند.
محدودیت ها و نگرانی های زیست پالایی
- سمیت و فراهمی زیستی محصولات تجزیه زیستی همیشه مشخص نیست.
- محصولات فرعی تخریب ممکن است در آب های زیرزمینی بسیج شوند یا در حیوانات انباشته شوند.
- تحقیقات بیشتری برای تعیین سرنوشت ترکیبات مختلف در چرخه متابولیک گیاه مورد نیاز است تا اطمینان حاصل شود که فضولات و محصولات گیاهی به مواد شیمیایی سمی یا مضر وارد زنجیره غذایی نمی شوند.
- دانشمندان باید تعیین کنند که آیا آلاینده هایی که در برگ ها و چوب درختان جمع می شوند، هنگام ریزش برگ ها در پاییز یا زمانی که هیزم یا مالچ درختان استفاده می شود، آزاد می شوند.
- اگر گیاهان برداشت شده حاوی مقادیر بالایی از فلزات سنگین باشند، دفع آنها می تواند مشکل ساز باشد.
- عمق آلاینده ها درمان را محدود می کند. در بیشتر موارد، به خاک های کم عمق، نهرها و آب های زیرزمینی محدود می شود.
همچنین باید نکات زیر را در نظر گرفت:
- به طور کلی، استفاده از گیاه پالایی محدود به مکان هایی با غلظت آلاینده کمتر و آلودگی در خاک های کم عمق، نهرها و آب های زیرزمینی است.
- موفقیت گیاه پالایی بسته به مکان ممکن است فصلی باشد. سایر عوامل اقلیمی نیز بر اثربخشی آن تأثیر خواهند گذاشت.
- موفقیت اصلاح به ایجاد یک جامعه گیاهی منتخب بستگی دارد. معرفی گونه های گیاهی جدید می تواند پیامدهای اکولوژیکی گسترده ای داشته باشد. باید از قبل مطالعه و نظارت شود
- اگر غلظت آلاینده خیلی زیاد باشد، گیاهان ممکن است بمیرند.
- برخی از گیاهان پالایی آلودگی را در سراسر محیط ها (به عنوان مثال، از خاک به هوا) منتقل می کند.
- گیاه پالایی برای آلاینده های به شدت جذب شده مانند بی فنیل های پلی کلره (PCB) موثر نیست.
- گیاه پالایی به سطح وسیعی از زمین برای اصلاح نیاز دارد.
“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.
