بانک جزوات و مقالات تخصصی و کاربردی ترجمه ® ویژه دروس پزشکی ®

چکیده: آلودگی محیط‌زیست از آغاز قرن بیست و یکم با نرخ هشدار دهنده‌ای در حال افزایش بوده‌است. افزایش زیادی در تولید و استفاده از ترکیبات xenobiotic وجود دارد که مکان‌های جدیدی از آلودگی محیطی را ایجاد کرده‌اند و مشکل بدتر می‌شود چون بسیاری از این ترکیبات زنوبیوتیک یا پایدار هستند و یا نسبت به تجزیه میکروبی مقاوم هستند. حضور ترکیبات / مواد شیمیایی آلی انسانی در محیط‌زیست به دلیل سمیت بالقوه، جهش پذیری و غلظت زیستی (‏biomagnification)‏در ارگانیسم‌های بالاتر، موضوع مهمی است. این یک نگرانی عظیم است و از این رو انگیزه‌ای برای توسعه تکنیک‌های ترمیم خاص فراهم می‌کند. میکروارگانیسم‌های مختلف نقش کلیدی در زیست پالایی خاک دارند و ممکن است از باکتری‌ها به طور عمده تا تعداد کمی از اکتینومایست ها و قارچ‌ها متفاوت باشند. Bioremediation را می توان از طریق دو روش اصلی انجام داد: در محل و خارج از محل، و انتخاب روش تا حد زیادی به ویژگی‌های سایت، غلظت و نوع آلاینده‌های موجود بستگی دارد. برای بهبود فرآیند اصلاح، یک روش جدیدتر به نام bioaugmentation نیز انجام می‌شود. آزمایش‌ها Bioaugmentation درجات مختلفی از موفقیت را تجربه کرده‌اند. این فصل تا حد زیادی بر میکروارگانیسم‌های مختلفی تمرکز می‌کند که biomediators قوی و همچنین فرآیندهای درگیر در آن هستند. ​

کلمات کلیدی: اصلاح زیستی، ترکیبات Xenobiotic، Bioconcentration، Bioaugmentation

۲.۱ مقدمه

​​​​​​​​

افزایش استاندارد زندگی و شهرنشینی، تهدید بسیار مخربی را برای محیط‌زیست و اکوسیستم به وجود آورده‌است.

یک مثال معمول، توده‌های عظیم زباله است که روزانه در حیاط‌های تخلیه زباله شهرها ریخته می‌شوند.

همچنین، پیشرفت در علم، تکنولوژی و بخش صنعتی منجر به تولید ضایعات از فاضلاب شهری گرفته تا زباله‌های هسته‌ای شده‌است و همچنین این باعث شده‌است که اکوسیستم ما برای بقای اشکال زندگی روی زمین نامناسب شود (‏لین و همکاران ۲۰۱۸؛ آنتانون و همکاران ۲۰۱۸؛ پاروا و همکاران ۲۰۱۸)‏. پیش از این، استفاده از تکنیک‌های مرسوم مانند دفع زباله با landfilling، تخلیه زباله در زمین‌های باز و غیره مورد استفاده قرار می‌گرفت. روش‌های جدیدی مانند سوزاندن و تجزیه شیمیایی در حال توسعه هستند، اما استفاده از چنین روش‌هایی یا غیر اقتصادی است و یا سازگار با محیط‌زیست نیست. چنین مشکلاتی منجر به توسعه فن‌آوری‌های جدیدتر و بهتر می‌شود که ممکن است هدف را بهتر حل کنند. bioremediation امروزی یکی از این روش‌ها است (‏کاراگار و رائو ۲۰۱۱)‏.​

معنای واقعی bioremediation "زیست پالایی"، "تصفیه بیولوژیکی" است. بنابراین، زیست پالایی به معنای استفاده از عوامل بیولوژیکی مانند میکروارگانیسم‌ها (‏به طور عمده باکتری‌ها و قارچ‌ها)‏و / یا گیاهان (‏در صورت گیاه پالایی)‏برای تصفیه خاک و آب آلوده است، به طوری که آن را برای استفاده مجدد توسط همه موجودات بیولوژیکی مناسب کند. برخی از فرآیندهای اصلاح مورد استفاده برای تصفیه مناطق آلوده عبارتند از: تضعیف طبیعی، کمپوست، بیوپلینگ، bioventing، landfarming، دفع حرارتی، دفن زباله، شستن خاک و سوزاندن (‏USEPA ۲۰۱۴)‏. تا کنون، موفقیت زیست پالایی و تجزیه زیستی به طور عمده توسط میکروب‌های بومی پر رونق در آن محیط فراهم شده‌است، و این به شدت وابسته به ویژگی‌های رشد و نیازهای غذایی میکروب‌های مورد استفاده برای این منظور است (‏ورما و جیسووال ۲۰۱۶)‏. عوامل متعددی وجود دارند که انتخاب روش‌های زیست پالایی را تعریف می‌کنند، به عنوان مثال، ماهیت آلودگی، درجه آلودگی، موقعیت جغرافیایی، هزینه درگیر در این فرآیند و غیره. تصفیه بیولوژیکی خاک با استفاده از عوامل بیولوژیکی مختلف در درجه اول گیاهان و میکروارگانیسم‌ها به عنوان یکی از ارزان‌ترین و امن‌ترین روش‌ها برای حذف آلاینده‌های خطرناک از خاک در نظر گرفته می‌شود. گیاهان توانایی خنثی کردن انواع مختلف مواد شیمیایی مضر در خاک با استفاده مستقیم را دارند و به دنبال آن تبدیل زیستی چنین ترکیباتی به محصولات غیر سمی که نه برای محیط‌زیست و نه برای هر شکل دیگری از زندگی مضر هستند، قرار دارند (‏Macek et al. ۲۰۰۸)‏.​

تمرکز اصلی این فصل، میکروب‌هایی هستند که نقش حیاتی در اصلاح زیستی موثر خاک و همچنین فرآیندهای دخیل در تجزیه زیستی ایفا می‌کنند. میکرو ارگانیزم‌ها این قابلیت ذاتی را دارند که تجزیه و معدنی شدن ترکیبات زنوبیوتیک مختلف آلوده‌کننده را کاتالیز کنند، در نتیجه آن‌ها را به محصولات جانبی غیر سمی تبدیل می‌کنند (‏اسپاردری و هایدلبرگ ۲۰۰۵؛ هد و همکاران ۲۰۰۶؛ گومز و همکاران ۲۰۱۷)‏. چنین فرآیند تبدیل اغلب نتیجه مشارکت میکروارگانیسم‌ها است. اخیرا، تجزیه زیستی کل هیدروکربن‌های نفتی در بیوراکتور فاز slurry با استفاده از زباله کهنه شده مورد بررسی قرار گرفته‌است (‏فو چن و همکاران ۲۰۱۹)‏.Bioremediation تنها زمانی می‌تواند موثر باشد که شرایط محیطی اجازه رشد و فعالیت میکروبی را بدهد، یا برعکس، نیاز به دستکاری پارامترهای محیطی خاص برای اجازه رشد میکروب‌ها وجود دارد به طوری که تجزیه می‌تواند با سرعت بیشتری ادامه یابد (‏ویدالی ۲۰۰۱)‏. اکثر روش‌های bioremediation تحت محیط هوازی کامل اجرا می‌شوند، اما برای درمان مولکول‌های متمرد خاص، سیستم ممکن است تحت محیط بی‌هوازی اجرا شود (‏Colberg and یانگ ۱۹۹۵)‏.​

۲. ۲ رویکرد اصلی برای Bioremediation

​​​​​​​​

بیشتر زیست پالایی از طریق فرآیند واکنش‌های اکسیداسیون - احیا صورت می‌گیرد، که در آن یک گونه شیمیایی یک الکترون را به گونه دیگری که یک الکترون را می‌پذیرد، می‌بخشد. روش‌های مداخله‌ای زیستی را می توان به طور گسترده به عنوان زیست پالایی هوازی و بی‌هوازی طبقه‌بندی کرد. ​

Bioremediation هوازی

​​​​​​​​

زیست پالایی هوازی رایج‌ترین و عملی‌ترین شکل زیست پالایی اکسیداتیو است. همان طور که از نام آن پیداست، اکسیژن به عنوان پذیرنده نهایی الکترون برای اکسیداسیون آلاینده‌های مختلف مانند هیدروکرابن‌های پلی آروماتیک (‏PAH ها)‏، فنول ها، نفت و غیره عمل می‌کند. اولویت اکسیژن به سمت پتانسیل اکسیداتیو بالاتر اکسیژن و نیاز آن توسط برخی از سیستم‌های آنزیمی برای آغاز فرآیند تجزیه است. تحت شرایط ایده‌آل، سرعت تجزیه زیستی ترکیبات آلیفاتیک، الیسیلیک و آروماتیک (‏وزن مولکولی کم تا متوسط)‏می‌تواند بسیار بالا باشد. با افزایش وزن مولکولی ترکیب، مقاومت آن در برابر تجزیه بیولوژیکی افزایش می‌یابد (‏نوریس ۱۹۹۳)‏.​

چندین روش فیزیکی برای هوادهی خاک در بالای سطح آب وجود دارد، به عنوان مثال، زمین کشاورزی، کمپوست و تهویه زیستی. روش‌های هوادهی خاک زیر سطح آب شامل فلاشینگ آب هوادهی شده از طریق منطقه تصفیه، هوادهی هوا و افزودن اکسیژن یا پروکسید مولکولی است. ​

"Anaerobic Bioremediation"

​​​​​​​​

این تکنیک را می توان برای تصفیه طیف وسیعی از آلاینده‌های آلوده‌کننده از قبل اکسید شده شامل اتان (‏PCE، TCE، DCE، VC)‏، اتانول کلرینه شده (‏TCA، DCA)‏، کلرومتان ها (‏CT، CF)‏، هیدروکربن‌های حلقوی کلرینه شده، انرژی‌های مختلف (‏به عنوان مثال پرکلرات، RDX، TNT)‏و نیترات به کار برد. زیست پالایی بی‌هوازی در دو مرحله رخ می‌دهد:

۱. تجزیه پذیرنده‌های الکترونی پس‌زمینه مانند اکسیژن (‏O)‏، نیترات (‏NO۳)‏، یون فریک (‏Fe۳ +)‏، و غیره. ​

۲. تحریک کاهش بیوشیمیایی آلاینده‌های اکسید شده. ​

​