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

جدول ۲.۱ میکروب های درگیر در اصلاح زیستی آلاینده‌ها

​​​​​​​​"۲.۳.۱ Bioaugmentation" تشدید زیستی زیست فزونی

زیست فزونی فرآیند افزایش / تحریک نرخ زیست پالایی با اضافه کردن یک سویه یا consortia از میکروارگانیسم‌ها به عنوان تقلید رقابت بین میکروفلور بومی و همچنین حذف / کاهش زمان سازگاری / سازگاری است (‏بیریه و زاخندر ۱۹۹۳؛ لیو و سوفلیتا ۱۹۹۳؛ سینگلتون ۱۹۹۴)‏. این تکنیک ممکن است شامل یک نژاد یا کنسرسیوم از میکرو ارگانیسم‌ها باشد اما همچنین شامل میکرو ارگانیسم‌های مهندسی ژنتیک شده (‏GEMs)‏در قوانین و مقررات دقیق بین‌المللی است. اگرچه GEM ها یا میکروارگانیسم های مهندسی ژنتیک شده در چنین فرایندهایی بسیار کارآمد هستند، انتشار تصادفی آن‌ها در محیط ممکن است تهدیدی جدی برای بشریت باشد. با در نظر گرفتن چنین اثرات منفی، استفاده از GEMs به کاربردهای بیوراکتور آزمایشگاهی محدود شده‌است. ​

استراتژی افزایش زیستی مورد استفاده به عنوان هر مدل ارائه‌شده توسط فورسیث و همکاران (‏۱۹۹۵)‏برای خاک به شرح زیر است:

۱. جایی که تعداد میکرو ارگانیسم‌های تجزیه‌کننده کم یا کم‌تر قابل‌تشخیص است. ۲. تماس آلاینده‌ها که به فرآیندهای متعددی برای تجزیه آلاینده‌ها نیاز دارند. ​

۳. محل آلوده در مقیاس کوچک که در آن فرایندهای تصفیه غیر بیولوژیکی مقرون‌به‌صرفه نیستند. ​

۱. ۱ عوامل موثر بر زیست فزونی

اگرچه bioaugmentation تعدادی از مسائل مربوط به اصلاح زیستی آلاینده‌ها را حل کرده‌است که اساسا آروماتیک هستند، اما هنوز تعدادی از محدودیت‌های اکولوژیکی وجود دارند که کارایی آن را مختل می‌کنند و آن را در سطح حداقل نگه می‌دارند. یکی از مشکلات عمده‌ای که در طول فرآیند ایجاد می‌شود، بقای گونه‌های میکروبی غیر بومی است که به محل آلوده معرفی می‌شوند. مطالعات نشان داده‌اند که تعداد میکرو ارگانیسم‌های بیرونی به زودی پس از تلقیح خاک کاهش‌یافته است. از این رو نشان‌داده شده‌است که هر دو عامل زنده و غیر زنده باعث چنین کاهشی می‌شوند (‏چو و همکاران ۲۰۰۰؛ بنتو و همکاران ۲۰۰۵؛ ولسکی و همکاران ۲۰۰۶)‏. عوامل غیرزنده مختلف شامل دما، رطوبت، pH و مواد آلی خاک و عوامل زیستی شامل هوادهی، مقدار مواد مغذی و نوع خاک هستند. ​

مطالعات و مثال‌های مختلفی وجود دارند که ممکن است نکات ذکر شده در بالا را اثبات کنند. ​

اثر محتوای رطوبت در خاک بر بقای Achromobacter piechaudii BBPZ و تجزیه تری بروموفنول (‏TBP)‏نشان می‌دهد که حداقل ۲۵ % محتوای آب برای تجزیه سریع مورد نیاز است، در حالی که خاک‌های با محتوای رطوبت ۱۰ % فعالیت محدودی را نشان می‌دهند (‏رونن و همکاران ۲۰۰۰)‏. رطوبت کم در خاک راندمان تجزیه آلاینده‌ها توسط میکروارگانیسم‌ها را کاهش می‌دهد، چنین اثری را می توان به این واقعیت نسبت داد که فعالیت باکتریایی کاهش‌یافته به دلیل محدودیت انتشار منبع سوبسترا و اثرات فیزیولوژیکی نامطلوب مرتبط با کم‌آبی سلول است (‏ماشگی و پروسر ۲۰۰۶)‏.​

دیگر عوامل حیاتی موثر بر کارایی افزایش زیستی، محتوای آلی خاک است. این ماده نقش مهمی در زیست فراهمی آلاینده‌ها ایفا می‌کند و از این رو بقای سویه‌های تلقیح شده و در نهایت در دسترس بودن آن‌ها برای تجزیه آلاینده‌ها را مختل می‌کند، به عنوان مثال، نرخ تجزیه ۲ و ۴ - D در خاک با محتوای آلی بالا کم‌تر بود اما به طور قابل‌توجهی در خاک‌های با محتوای آلی پایین‌تر بالاتر بود (‏Greer and پناه‌گاه ton ۱۹۹۲)‏. در مقابل، زمانی که خاک برای حذف مواد آلی تجزیه شد، میکروب‌ها به طور کامل فعالیت تجزیه کنندگی خود را از دست دادند. این نشان داد که برخی از اجزای ماده آلی نامحلول وجود دارند که برای میکرو ارگانیزم‌های درگیر در تجزیه BTEX مفید هستند (‏کیم و همکاران ۲۰۰۸)‏.​

عوامل دیگر شامل رقابت در درجه اول بین میکروارگانیسم‌های بومی و خارجی برای منابع C محدود و همچنین تعامل و شکار توسط تک‌یاخته و باکتریوفاژها نیز نقش اساسی در نتایج نهایی افزایش زیستی ایفا می‌کنند. همه این میانکنش ها تا حد زیادی تعداد سلول‌های تلقیح شده را کاهش می‌دهند (‏انگلستان و همکاران ۱۹۹۳؛ سورنسن و همکاران ۱۹۹۹)‏.​

2.3.1.2 microbes در زیست فزونی

قبل از انجام تقویت در خاک به منظور تجزیه بیولوژیکی پیشرفته، فرد باید به طور کامل نوع و سطح آلاینده‌ها و در مورد سویه‌های میکروارگانیسم‌ها و کنسرسیوم‌های آن‌ها که نقش فعالی در فرآیند ایفا می‌کنند را بداند. ویژگی‌های زیر را باید پیش از تقویت کردن خاک در نظر داشت:

۱. ارگانیسم باید به راحتی قابل کشت باشد.

۲. ارگانیسم مورد استفاده برای این هدف باید قادر به رشد سریع تحت شرایط محیطی و تغذیه‌ای مشخص باشد. ​

۳. ارگانیسم باید قادر به مقاومت در برابر غلظت بالای آلاینده‌ها باشد و همچنین باید قادر به بقا در شرایط محیطی مختلف باشد.

در مورد آلودگی ¬ هایی مانند PAH ها، استفاده از ارگانیسم‌هایی که قادر به تولید سورفکتانت هستند ضروری است، به طوری که این آلودگی ¬ ها بیشتر در دسترس باشند و این فرآیند امکان ¬ پذیرتر شود.

روش‌های متعددی را می توان برای انتخاب میکرو ارگانیزم‌های مفید در تقویت زیستی دنبال کرد. ابتدا میکرو ارگانیزم‌ها را از یک محل آلوده مورد نظر جدا کنید و سپس آن را در شرایط آزمایشگاهی رشد دهید. در نهایت، این کشت خالص از پیش تطبیق یافته به محل آلوده بازگردانده می‌شود. این فرآیند احیای مجدد نامیده می‌شود و شامل استفاده از میکروفلور بومی است. رویکرد دوم شامل استفاده از میکرو ارگانیزم‌های محل آلوده است که آلودگی مشابهی دارند. مطالعات مختلف نشان داده‌اند که کنسرسیوم‌های میکروبی برای تجزیه آلاینده‌های آروماتیک در مقایسه با تک سویه انتخابی موثر هستند (‏گوکس و همکاران ۲۰۰۳، غزالی و همکاران ۲۰۰۴)‏.​

هر دو باکتری گرم مثبت و گرم منفی نقش مهمی در افزایش زیستی ایفا می‌کنند. آزمایش‌ها مربوط به افزایش زیستی با استفاده از هر دو ارگانیزم‌های متعلق به جنس‌های سودوموناس، آلکالیژنز، فلاووباکتریوم، آکروموباکتر و سیفینگوبیم (‏باکتری‌های گرم منفی)‏و مایکو باکتریوم، باسیلوس و رودوکوکوس (‏گرم مثبت)‏انجام شد. به طور بالقوه قارچ‌های مفید در افزایش زیستی توسط جنس‌های Aspergillus، Penicillium، Absidia، Mucor، Acremonum و Verticillium نشان داده می‌شوند. ​

آزمایش‌ها مربوط به افزایش زیستی با استفاده از هر دو ارگانیزم‌های متعلق به جنس‌های سودوموناس، آلکالیژنز، فلاووباکتریوم، آکروموباکتر و Sphingobium (‏باکتری‌های گرم منفی)‏و مایکو باکتریوم، باسیلوس و رودوکوکوس (‏گرم مثبت)‏انجام شد. به طور بالقوه قارچ‌های مفید در افزایش زیستی توسط جنس‌های Aspergillus، Penicillium، Absidia، Mucor، Acremonum و Verticillium نشان داده می‌شوند. ​

۳. ۳ تحویل اینوکولوم

بازده bioaugmentation به طور کامل به تعداد میکرو ارگانیسم‌ها و کل زیست توده معرفی‌شده در خاک بستگی دارد. انتقال میکروب‌ها نیز عامل مهم دیگری است که مسئول تقویت زیستی کارآمد است. مکانیسم‌های انتقال متداول از کشت مایع برای معرفی میکروارگانیسم‌ها در محل آلوده استفاده می‌کنند. اما امروزه اصلاحات مختلفی در این سیستم‌ها انجام شده‌است. ایده اصلی چنین اصلاحاتی با هدف حفظ فعالیت بهینه مایه تلقیح در یک دوره طولانی از رهاسازی بود که به طور قابل‌توجهی در روش‌های معرفی کشت مایع مختل شد. اصلاحات مختلف شامل استفاده از مواد حامل خاص است که فعالیت میکروب‌ها را افزایش می‌دهد و همچنین مواد مغذی را برای جمعیت میکروبی در حال رشد فراهم می‌کند (‏ون وین و همکاران ۱۹۹۷)‏. مثال مواد حامل شامل خاک اصلاح‌شده با زغال (‏بک ۱۹۹۱)‏، کیتین یا کیتوزان (‏جنتیلی و همکاران ۲۰۰۶؛ چن و همکاران ۲۰۰۷)‏، نایلون (‏هیتکامپ و استوارد ۱۹۹۵)‏، زئولیت (‏لیانگ و همکاران ۲۰۰۹)‏، و خاک رس (‏عمر و همکاران ۱۹۹۰)‏است. مطالعه بر روی کربن فعال و زئولیت در تصفیه محل آلوده به نفت خام نشان داد که این مواد رشد میکروبی را افزایش داده و تجزیه هیدروکربن را افزایش می‌دهند (‏Liang et al. ۲۰۰۹)‏. این امر نشان داد که فعالیت دهیدروژناز در کربن فعال سه برابر بیشتر از زئولیت است. چنین افزایشی در فعالیت کلی را می توان به بیومارکرها نسبت داد زیرا انتشار اکسیژن، جذب مواد مغذی و ظرفیت نگهداری آب را بهبود می‌بخشند. ​

دیگر روش‌های کاملا متفاوت که در درجه اول برای تجزیه بیولوژیکی ترکیب آروماتیک استفاده می‌شوند، از سلول‌های تثبیت‌شده استفاده می‌کنند. این روش یک محیط حفاظتی برای میکروارگانیسم‌های تلقیح شده ارائه می‌دهد و از شرایط محیطی که برای رشد آن‌ها مناسب نیست (‏pH نامناسب و حضور آلاینده‌های سمی)‏محافظت می‌کند و همچنین رقابت با میکروفلور بومی را حذف می‌کند (‏لین و وانگ ۱۹۹۱)‏. علاوه بر این، تثبیت برای افزایش پایداری سلول‌ها (‏DNA، پلاسمیدها)‏شناخته شده‌است (‏کسیدی و همکاران ۱۹۹۲)‏. امموبیلیزاسیون معمولا با استفاده از مواد مصنوعی (‏پلی (‏کارباموئیل)‏سولفات، پلی آکریل آمید و پلی‌وینیل الکل)‏و مواد طبیعی (‏دافرازان، آگار، آگاروز، کاراگینان، آلژینات)‏انجام می‌شود (‏کسیدی و همکاران ۱۹۹۲؛ جن و همکاران ۱۹۹۶؛ گاردین و پائوس ۲۰۰۱)‏.​

۲.۴ فرآیندهای درگیر در Bioremediation

ایدئولوژی اصلی زیست پالایی، تصفیه یا غیر فعال کردن آلاینده‌های سمی به محصولات با سمیت کم‌تر یا کاملا غیر سمی است که هیچ اثر مخربی بر محیط‌زیست ندارد اما به نوبه خود ممکن است اثر مثبتی داشته باشد. Bioremediation طور کلی با مشارکت میکروارگانیسم‌ها انجام می‌شود که به طور کلی در همان زیستگاهی که نیاز به درمان دارد، قرار دارند. این مثالی از زیست پالایی در محل است. این امر میکروارگانیسم‌ها را قادر می‌سازد که به طور موثر کار کنند زیرا محیط محلی که در آن میکروارگانیسم‌ها در حال حاضر در حال رشد هستند برای رشد آن‌ها مفید است و همچنین هیچ فاز سازگاری مورد نیاز نیست. از سوی دیگر، تکنیک‌های bioremediation در situ قبلی، در درجه اول مبتنی بر دستکاری فیزیکی آلاینده‌ها هستند، و در این مورد، هیچ دخالت مستقیمی از میکروارگانیسم‌ها برای روش‌های پاک‌سازی وجود ندارد. ​

۲. ۴۱ رویکردهای زیست فزونی درجا

در طول چند دهه گذشته، حوزه اصلی در زمینه bioremediation، درک نیازهای غذایی مختلف میکرو ارگانیسم‌ها، مسیرهای بیوسنتزی و تخریبی آن‌ها، و ماشین‌آلات آنزیمی آن‌ها است. این امر منجر به افزایش علاقه بسیاری از دانشمندان شده‌است، و در حال حاضر بسیاری از مردم در حال کار بر روی چگونگی افزایش نرخ bioremediation هستند. این به این دلیل است که زباله به صورت روزانه در سراسر جهان با سرعت هشدار دهنده‌ای تولید می‌شود. بنابراین استراتژی‌های مختلفی برای افزایش تجزیه زیستی انتخاب شده‌اند. چنین روش‌های بهبود bioremediation در محل، مفید بوده و فرایندهای مختلفی همانطور که در بخش‌های زیر توضیح داده شده‌است، طراحی شده‌اند. ​

از آنجایی که روش‌های مرسوم bioremediation در محل نمی‌توانند چنین بار سنگینی از آلاینده‌های جهان امروز را تصفیه کنند، بنابراین تکنیک‌های بهبود یافته زیست پالایی در حال توسعه هستند به طوری که زیست تخریب پذیری می‌تواند با سرعت بیشتری انجام شود. bioremediation بهبود یافته آلاینده‌های آلی در محل، نیازمند تحریک فعالیت‌های زیست تخریب پذیری جمعیت میکروبی در حال رشد در آن محیط خاص با دخالت مواد مغذی خاص یا پذیرنده الکترون خارجی است. برای این منظور، میکرو ارگانیسم‌ها با ترکیبی از اکسیژن، مواد غذایی و رطوبت و کنترل دما و pH فراهم می‌شوند. روش‌های مختلفی وجود دارد که از طریق آن‌ها می توان به این هدف دست یافت و به شرح زیر است:

"۲.۴.۱.۱ Bioventing"

این ارزان‌ترین روش bioremediation در محل است. همان طور که از نام آن پیداست، تهویه زیستی شامل تامین هوای غنی از اکسیژن در خاک است تا نرخ تخریب آلاینده‌های آلی در خاک را افزایش دهد. همان طور که در بخش قبل ذکر شد، اکسیژن به عنوان پذیرنده نهایی الکترون برای اکسیداسیون آلاینده‌های آلی مختلف عمل می‌کند. این تکنولوژی یک انتخاب برای تصفیه زباله‌های نفتی و نوع مشابه دیگری از سموم مقاوم است (‏مک کولی ۱۹۹۹)‏. چندین نوع فن‌آوری اصلاح زیستی وجود دارد که یکی از آن‌ها شامل هوا رسانی است که شامل وارد کردن هوای فشرده به خاک اشباع می‌شود در حالی که فن‌آوری تهویه از هوای با فشار کم استفاده می‌کند و بیشتر به سمت منطقه غیر اشباع عمیق‌تر خاک متمرکز است. راه‌اندازی ساده تهویه زیستی شامل یک دمنده یا کمپرسور هوا است که به چاه‌های تامین هوا و چاه‌های نظارت بر گاز خاک متصل است که به صورت سری به هم متصل شده‌اند (‏فروشندگان ۱۹۹۹)‏.Bioventing لطیف‌ترین و از بین بردن یک شکل از bioremediation است زیرا بدون مداخله در محیط طبیعی میکروارگانیسم‌ها رخ می‌دهد. اما در عین حال، فرآیند تخریب با افزودن اکسیژن افزایش می‌یابد (‏Leahy and Erickson ۱۹۹۵؛ US EPA ۱۹۹۵ b)‏.​

۲.۴.۱.۱ روش‌های درگیر در فرآیند

a. سیستم تزریق: این سیستم‌ها معمولا از نظر اقتصادی برای نصب مقرون‌به‌صرفه بوده و برای کار کردن در درجه اول ساده هستند، زیرا این سیستم نیاز به تیمار محدود / بدون نیاز به گاز خروجی دارد. سیستم‌های تزریق در مکان‌هایی ایجاد می‌شوند که دور از اقساط مختلف مانند مرز ساختمان / ملک هستند، زیرا آن‌ها، با تزریق هوا، ممکن است آلاینده‌ها را به عمق یا دور از محل واقعی هل دهند. این در واقع ویژگی مفید سیستم تزریق است که وقتی آلاینده‌ها دور می‌شوند، غلظت آن‌ها در واحد سطح کاهش می‌یابد، همچنین تماس با سطح لایه خاک با میکروارگانیسم‌ها را افزایش می‌دهد. این امر منجر به افزایش biodegradation خواهد شد (‏US EPA ۱۹۹۵ b؛ فروشندگان ۱۹۹۹)‏.​

ب. سیستم استخراج: این سیستم به روش کاملا مخالف کار می‌کند. سیستم استخراج در واقع آلاینده‌ها را می مکد. این سیستم در مناطق پرجمعیت نصب شده‌است، اما عوارض جانبی مختلفی وجود دارد، که تعداد کمی از آن‌ها شامل این است که باعث افزایش سطح آب می‌شود و ممکن است باعث آلودگی شود و همچنین نیاز به تصفیه گاز خروجی دارد (‏شکل ۲.۱)‏.​

2.4.1.1.2 کاربردها

ترکیب اصلی نفت خام، هیدروکربن‌ها هستند؛ به همین دلیل، آن‌ها به یک سوبسترای مهم برای اکسیداسیون میکروبی تبدیل شده‌اند (‏روزنبرگ و رون ۱۹۹۶)‏. از این رو، bioventing ترجیحا برای تصفیه نشت نفت استفاده می‌شود و ثابت شده‌است که یک گزینه عالی برای آلاینده‌های پتروشیمی است. ​

Bioventing عمدتا با هیدروکربن‌ها که نوسانات آن‌ها بسیار کم است، ترجیح داده می‌شود. به دلیل bioremediation موثر این پتروشیمیایی ها، نرخ تبخیر باید در سطح بهینه حفظ شود که باید کم‌تر از نرخ تجزیه زیستی باشد. نوسانات کم همچنین احتمال تخریب را کاهش می‌دهد زیرا تزریق هوا توسط فرآیند تهویه زیستی، آلاینده‌ها را به محیط اطراف هل می‌دهد. ​

به طور عمده، بنزین، نفت کوره و قیر به طور موثر با bioventing کاهش می‌یابند. همچنین، bioventing نشان داده شده‌است که به طور موثری تولوئن، بنزن، اتیل بنزن و زایلن ها را به سطوح پایین‌تر از تشخیص در یک سال کاهش می‌دهد (‏US EPA ۱۹۹۵ a)‏. یک تست آزمایشگاهی نشان داد که bioventing تصفیه تولوئن و دکان نسبت به سایر روش‌های زیست پالایی کاملا برتر است (‏Malina et al. ۱۹۹۸)‏.​

یک تست آزمایشگاهی نشان داد که bioventing تصفیه تولوئن و دکان نسبت به سایر روش‌های زیست پالایی کاملا برتر است (‏Malina et al. ۱۹۹۸)‏.​

"۲.۴.۱.۲ Biosparging"

حفاری زیستی / هوا فرآیند دمیدن هوای فشرده (‏که عمدتا از اکسیژن تشکیل شده‌است)‏به طور مستقیم به زیر سطحی اشباع است. در نتیجه این امر، حباب‌ها در نتیجه جداسازی فیزیکی آلاینده‌ها از آب‌های زیرزمینی (‏به عنوان مثال، پاک‌سازی)‏شکل می‌گیرند و در نتیجه به منطقه غیر اشباع انتقال می‌یابند، جایی که آلاینده‌ها توسط فرآیند bioremediation در محل تخریب می‌شوند. این فرآیند به دلیل افزودن هوای غنی از اکسیژن بیشتر تحریک می‌شود. ​

یک واحد پاک‌سازی زیستی معمولی شامل چاه تزریق هوا، یک کمپرسور هوا، نقاط نظارت و چاه‌ها، و یک سیستم استخراج بخار است که اختیاری است (‏شکل ۲.۲)‏.​

۲.۱ تهویه زیستی که سیستم تزریق و استخراج را نشان می‌دهد (‏NMED ۲۰۱۰)

شکل ۲.۲ یک واحد دفن زیستی که تزریق هوا را به خوبی نشان می‌دهد، نقاط نظارتی، سیستم استخراج عمیق‌تر و کمپرسور هوا

چاه‌های تزریق هوا به طور کلی عمودی هستند و تا اعماق زیر سطح آب زیرزمینی حفر می‌شوند تا از ترکیب بیشتر آب زیرزمینی و آلاینده‌ها جلوگیری شود. هنگامی که هوای فشرده در زیر سطح آب زیرزمینی پراکنده می‌شود، این امر منجر به بالا آمدن حباب‌های گاز می‌شود که در نتیجه شکل می‌گیرند. اگر محیط همگن باشد (‏یعنی ذرات خاک شنی هستند)‏، این امر ممکن است منجر به جریان همگن هوا شود، به ندرت دیده می‌شود که نوعی ناهمگونی وجود داشته باشد زیرا جریان هوای غیر یکنواخت کاملا رایج است. ​

سیستم فشرده برای تامین هوای فشرده در چاه تزریق مورد استفاده قرار می‌گیرد و انتخاب سیستم کمپرسور به طور کامل به ماهیت بس‌تر زیر آب زیرزمینی (‏به عنوان مثال، خاک رس، شن و غیره)‏و همچنین فشار مورد نیاز بستگی دارد. زیست تجزیه در برابر آلاینده‌های دارای ثابت قانونی هنری بالاتر، مانند بنزن، تولوئن، اتیل بنزن و زایلن ها، و TCE و PCE بسیار موثر است. با این حال، می توان از آن برای هدف قرار دادن ترکیبات فرار کم‌تر با افزایش تجزیه زیستی ترکیباتی مانند سوخت دیزل و روغن‌های پسماند استفاده کرد (‏اندرسون و وارد ۱۹۹۵؛ میلر ۱۹۹۵)‏.​

۲.۴.۱.۳ میانجیگری بی‌هوازی

حداکثر تکنولوژی‌های bioremediation بر افزودن اکسیژن متمرکز شده‌اند که به عنوان پذیرنده نهایی الکترون عمل می‌کند و از این رو فرآیند زیست پالایی را بهبود می‌بخشد. اما از آنجا که این فرآیند انتقال اکسیژن به مکان‌های آلوده به زیر سطحی دشوار است و همچنین حلالیت اکسیژن در آب نیز بسیار کم است، برای حل این هدف، به گیرنده‌هایی از الکترون‌های ترمینال جایگزین نیاز است. تعدادی از اکسی آنیون‌ها که اکسیژن را جایگزین می‌کنند می‌توانند به عنوان پذیرنده نهایی الکترون عمل کنند و هدف تجزیه میکروبی ترکیبات آلی را حل کنند. اینها شامل نمک‌های آهن III، سولفات و نیترات هستند. همچنین، کنسرسیوم‌های گسترده‌ای از باکتری‌های بی‌هوازی وجود دارند که می‌توانند از این پذیرنده الکترون برای تجزیه آلاینده‌های آلی استفاده کنند (‏اندرسون و وارد ۱۹۹۵؛ کنکرانتز و همکاران ۱۹۹۵)‏.​

نیترات در آب بسیار محلول است، واکنش‌پذیری کمتری دارد و بسیار متحرک تر از اکسیژن است. چنین ویژگی‌هایی از نیترات‌ها، آن را به یک پذیرنده الکترون مناسب برای زیست پالایی بی‌هوازی تبدیل می‌کند. گوگرد نیز در آب به شدت محلول است و در مقایسه با جرم آن، ظرفیت پذیرش الکترون بالاتری دارد. ارزان بودن و غیر سمی بودن آن برای میکروارگانیسم‌ها، آن را برای استفاده در زیست پالایی بی‌هوازی بسیار مناسب می‌سازد (‏فریدمن و همکاران ۱۹۹۵؛ شروود و همکاران ۱۹۹۵)‏.​

"۲.۴.۱.۴ Phytoremediation"

مفهوم اساسی گیاه پالایی این است که گیاهان در محل آلوده رشد می‌کنند و به نوبه خود، زمانی که آن‌ها رشد می‌کنند تا آلاینده‌های مختلف را از محل استخراج کنند و آن‌ها را در زیست‌توده متمرکز کنند (‏شکل ۲.۳)‏. چنین گیاهانی می‌توانند بعدا سوزانده شوند تا انرژی تولید کنند. این روش همچنین می‌تواند برخی از فلزات را از زیست توده گیاهی استخراج کند (‏ماده گیاهی)‏(‏Meager ۲۰۰۰)‏. نه تنها گیاهان قادر به استخراج برخی از مواد معدنی سمی هستند، بلکه قادر به تجمع انواع آلاینده‌های آلی نیز هستند، به عنوان مثال، PCB (‏بی فنیل‌های چندکلره)‏، ضایعات ammunition(‏TNT، GTN)‏، هیدروکربن‌های هالوژنه و غیره. این سموم آلی پس از آن متحمل متابولیسم در بدن گیاه می‌شوند و به محصولات جانبی کم‌تر سمی یا غیرسمی تبدیل می‌شوند (‏سالت و همکاران ۱۹۹۸؛ میجر ۲۰۰۰؛ دیتز و اشنور ۲۰۰۱)‏.​ ​

به ندرت، برخی گیاهان در زمین‌های زراعی وجود دارند که گفته می‌شود غلظت زیادی از فلزات را تجمع می‌دهند (‏پاژک و همکاران ۲۰۱۷؛ پاژک و همکاران ۲۰۱۸)‏. برخی از گونه‌های مقاوم به فلزات یا بیش از حد تجمع یافته عبارتند از: silene vulgaris، آرابیدوپسیس هالری، Alyssum esbiacum، و گونه‌های براسیکا. این گونه‌ها به تجمع غلظت‌های بالای فلزات ضروری و غیر ضروری مانند مس (‏Cu)‏، آهن (‏Fe)‏، روی (‏Zn)‏، سلنیوم (‏Se)‏، کادمیم (‏Cd)‏، جیوه (‏Hg)‏، سرب (‏Pb)‏، آلومینیوم (‏Al)‏و آرسنیک (‏As)‏معروف هستند (‏سالت و همکاران ۱۹۹۸، Meagher ۲۰۰۰، کلمنز ۲۰۰۱، گورینات و سالت، ۲۰۰۲)‏.​ ​

مکانیسم ترمیم گیاهی: Mechanism of Phytoremediation

اولین گام در این فرآیند جذب یون‌های فلزی از ریشه به سلول‌های ریشه است. این فرآیند در درجه اول توسط اسیده‌ای آلی در سیستم گیاهی مانند سیترات، اگزالات، فرمات و غیره انجام می‌شود (‏مایکل و کریستوفر ۲۰۰۷)‏. اما در عین حال، نمونه‌های خاصی از اسیده‌ای آلی وجود دارند که به عنوان عامل بازدارنده قوی برای این فرآیند شناخته شده‌اند (‏گورا و همکاران ۲۰۱۱)‏، به عنوان مثال، اسیده‌ای اونیک و اسیده‌ای موگینیک توسط گونه‌های خاصی از گیاهان آزاد می‌شوند تا زیست فراهمی فلزات سنگین را برای جذب ریشه افزایش دهند، همانطور که در برخی از گونه‌های خانواده گرامینه گزارش شده‌است (‏جاکاگی و همکاران ۱۹۸۴)‏. از سوی دیگر، جذب روی، مس و آلومینیوم به صورت جمعی توسط فرمات، اگزالات و مالات مهار می‌شود (‏دهیز و همکاران ۱۹۹۳؛ کوچین و همکاران ۲۰۰۷؛ چین و همکاران ۲۰۰۷)‏. گام بعدی بعد از جذب ریشه، ترسیب واکوئل در داخل سلول گیاه است. مرحله اول شامل انتقال فلزات سنگین به داخل سیتوزول است و این توسط پروتئین‌های ZIP (‏انتقال‌دهنده با تنظیم روی / آهن)‏میانجی گری می‌شود. این امر بعدا تولید فیتوکلاتین را برای تولید فیتوکلاتین از گلوتاتیون تحریک می‌کند. این منجر به تشکیل کمپلکس فلز سنگین - فیتوچلاتین می‌شود که در واقع در داخل واکوئل سلول گیاهی منتقل می‌شود. ​

انتقال فلزات سنگین از ریشه ها به شوتس و متابولیسم شوتس

فلزات سنگین مسیر را از ریشه به بافت اپیدرمی، به پری چرخه و در نهایت به پارانشیم چوبی دنبال می‌کنند؛ از پارانشیم چوبی به وسیله کانال‌های تراغشایی به xylems منتقل می‌شود (‏پالمر و گرینو ۲۰۰۹)‏.در گونه‌های آرابیدوپسیس، پروتیین‌های ATPase HMA۲ و HMA۴ مسئول انتقال و تجمع روی از ریشه به ساقه هستند. برخی از آمینو اسیدها مانند هیستیدین (‏بیش تجمع دهنده)‏و برخی از اسیده‌ای آلی مانند سیترات و مالات نقش فعالی در انتقال فلزات مانند روی، مس و کادمیم دارند (‏پیلون و همکاران ۲۰۰۹)‏.​

تجمع بیش از حد فلزات سنگین (‏فعال ردوکس و غیر فعال ردوکس)‏در داخل سلول‌های گیاهی باعث آسیب اکسیداتیو و استرس زیادی با جایگزینی یون‌های فلزی در رنگدانه‌ها و یک مولکول ضروری دیگر مانند کلروفیل می‌شود. برای مقابله با این امر، گیاهان یک مکانیزم دفاعی آنتی اکسیداتیو داخلی براساس آنزیم‌ها و کاهش متابولیت ها (‏GSH)‏دارند که وضعیت ردوکس را تنظیم می‌کند. GSH به فلزات و متالوئیدها متصل می‌شود و گونه‌های فعال اکسیژن (‏ROS)‏را حذف می‌کند که تولید آن‌ها توسط فلزات سنگین تحریک می‌شود و در نتیجه هموستاز را برای متابولیسم حفظ می‌کند (‏FOyer و Noctor ۲۰۰۵)‏.​

​