مقاله نقش ميكروارگانيسم ها در حذف آلودگي هاي نفتی

[mim-shimi 25686]

نويسنده: تلخيص و تنظيم: نازنين نورشاهي، دانشجوي ميكروبيولوژي

 

 

مبارزه با آلودگي هاي نفتي از زمان پيدايش اين ماده سياهرنگ اما گرانبها، بخشي از پژوهش هاي علمي را به خود اختصاص داده كه در گذشته به مراتب كمتر و امروزه به طور روز افزون، توجه متخصصان و كارشناسان را به خود جلب كرده است.

در ميان راهكارهاي ارايه شده با نتايج هر چه بهتر و سريعتر، استفاده از ميكروارگانيسم ها روشي است كه با عنوان پاكسازي زيستي يا تجزيه زيستي Bioremediation در اكثر كشورهاي پيشرفته مورد استفاده قرار مي گيرد.

 

 

نفت خام با بيش از340 فراورده يكي از اصلي ترين منابع انرژي و نيروي محركه اقتصادي جهاني است و ايران9 درصد از كل مخازن نفت جهان را در اختيار دارد. نفت خام، كمپلكس پيچيده اي از مخلوط صدها نوع تركيب مختلف شامل هيدروكربنها، نيتروژن، گوگرد و واناديوم است كه قسمت هيدروكربني شامل تركيبات آروماتيك، آليفاتيك و آسفالتن است. آلودگي هاي نفتي تقريباً يك پيامد اجتناب ناپذير از افزايش سريع جمعيت و مصرف انرژي است كه بر پايه تكنولوژي نفت قرار دارد. طي سالهاي گذشته تمام توجه کارشناسان به آلودگي هاي نفتي اقيانوس ها ناشي از تصادف نفت كش ها معطوف شده بود كه بزرگترين آن در سال1967 در آبهاي انگلستان رخ داد.

در سال1975 در كارولنياي جنوبي از يك مخزن نفت خام در حدود هزار گالن نفت به آب دريا نشت كرد. همچنين در سال1991 بيش از5 تن نفت خام در آبهاي خليج فارس ريخته شد كه سبب نابودي گياهان و اكوسيستم هاي ساحلي خليج فارس شد. خليج فارس به دليل تردد كشتي هاي نفت كش، حفر چاه هاي متعدد و استخراج نفت در آن، سالانه حدود160 هزار تن نفت و مواد نفتي را در خود جاي مي دهد و به عنوان يكي از آلوده ترين درياهاي جهان شناخته مي شود. به طور كلي وقايعي كه به برخي از آنها اشاره شد، سبب شد تا توجه بيشتري به ساخت و ابداع روشهاي مختلف معطوف شود تا بتوان با آلودگي هاي درياها و نواحي ساحلي مقابله كرد.

روشهاي متعددي براي حذف آلودگي هاي نفتي در محيط زيست ارايه شده كه مهمترين آنها عبارتند از:

1- جمع آوري دستي آلودگي هاي نفتي از سطح آب

2- محصور كردن آلودگي هاي نفتي به وسيله وسايل فيزيكي

3- استفاده از موادي مانند پر و كاه كه ذرات نفت را جذب مي كند

4- آتش زدن

5- استفاده از حلال هاي دو قطبي

6- پاكسازي زيستي يا تجزيه زيستي و يا Bioremediation

 

پاكسازي يا تجزيه زيستي

25 درصد از نفت رها شده در آب از طريق تبخير از بين مي رود و بقيه به وسيله عمل اكسايش نوري و اكسايش ميكروارگانيزم ها شكسته مي شود كه به اين عمل Bioremediation يا تجزيه زيستي گفته مي شود. حضور ميكروارگانيزم هاي تجزيه كننده هيدراتهاي كربن در آب دريا و خاكها سبب شده كه تجزيه به عنوان يكي از موثرترين روشهاي حذف آلودگي هاي نفتي معرفي شود و Bioremediation كاربرد سيستم هاي بيولوژيك براي نابود كردن يا كم كردن غلظت مواد سمي نظير هيدروكربورهاي نفتي را تسريع مي كند. اين عمل در حضور اكسيژن و مواد غذايي به خصوص نيتروژن و فسفر تسريع مي شود. فراورده هاي حاصل از تجزيه زيستي معمولاً Co2 و مواد آلي كوچك مولكول با سميت بسيار كم است.

روش هاي متعددي در اين فرايند نقش دارند كه از جمله مهمترين آنها مي توان به Biovention-Bio augmentation-Biostimulation-Bioreactor اشاره كرد. انواع روش هاي فوق در كشورهاي صنعتي نظير آمريكا، ژاپن، آلمان، انگلستان، كره جنوبي و روسيه به طور معمول استفاده مي شود و در ساير كشورهاي به خصوص حوزه خليج فارس در مرحله تحقيقاتي است. از محدوديت هاي اين روش ها مي توان به محدوديت در تعيين ميزان شوري، دما، PH و نوع تركيبات نفتي اشاره كرد.

ميكروارگانيزم هاي متعددي در اين عمل نقش دارند كه مهمترين آنها عبارتند از:

باكتري ها: Pseudomonas- Bacillus- Rhodococcus- Mycobacterium- Acinetobacter- Staphylococcus- Clostridium- Proteus- Micrococcus

اكتينومسيت ها : Actinomyces- Nocardia

قارچها: Phanerochaete Chrysosporium

اصولاً تجزيه پذيري تركيبات نفتي به صورت زير است:

آلكان

در ميان ميكروارگانيزم هاي فوق سودوموناس ها از اهميت بيشتر برخوردارند زيرا با وجود پلاسميدهاي متعدد قادر به توليد آنزيم هاي متعدد و تجزيه نفت هستند. سودوموناسها هم تركيبات آليفاتيك و هم تركيبات آروماتيك موجود در نفت را تجزيه مي كنند ولي تاثير اين ميكروارگانيزم ها بر روي -n آلكانها بسيار بيش از حد تصور است، به طوري كه با داشتن كمپلكس سيتوكروم P-450 و rubredoxin قادرند اكسيژن را در كنار كربن انتهاي -n آلكانها قرار داده و آنها را تجزيه كنند. عمل اخير توسط آنزيم مونواكسيژناز صورت مي گيرد اما در تركيبات آروماتيك، سودوموناسها توسط يكي از راههاي »ارتو« يا »متا«، به حلقه حمله مي كنند و در اين عمل آنزيم دي اكسيژناز شركت دارد. از راه ارتو، موكوئيك اسيد و از راه متا، هيدروكسي موكوئيك آلدينو توليد مي شود. سودوموناسها تنها باكتريي هايي هستند كه قادر به تجزيه هيدروكربورهاي شاخه اي هستند.

اصولاً ميكروارگانيزم ها با كمك3 فراورده اصلي زير قادر به تجزيه هيدروكربورهاي نفتي مي باشند:

1- آنزيمها: همانطور كه در قسمت بالا توضيح داده شد آنزيمهاي مونواكسيژناز و دي اكسيژناز مهمترين آنزيمها موثر در تجزيه هيدروكربورهاي نفتي بوده و فراورده هاي حاصل از فعاليت اين آنزيمها، الكلها هستند، بنابراين با سنجش ميزان الكل ها مي توان پي به مقدار تجزيه هيدركربورهاي نفتي برد.

2- بيوسورفكتانتها: مواد بيولوژيك داراي گروه هاي آب دوست و آب گريز در سطح سلول هستند و به وسيله تعداد زيادي از ميكروارگانيزم ها توليد مي شوند. براساس ساختار شيميايي به گروههاي گليكوليپيدي، فسفوليپيدها، اسيدهاي چرب و ليوپلي ساكاريدها طبقه بندي مي شوند. بيوسورفكتانتها به وسيله امولسيونه کردن و آزاد كردن هيدروكربورهاي جذب شده به مواد آلي خاك، سبب افزايش غلظت آبي تركيبات هيدروفوبيك شده و باعث افزايش سرعت انتقال جرم مي شود و به اين وسيله به تسريع تجزيه زيستي كمك مي كنند. از بيوسورفكتانتها براي پاكسازي تانكهاي ذخيره نفت، تصفيه فاضلاب هاي نفتي و تجزيه زيستي آلودگي هاي نفتي در مناطق خشكي و دريايي استفاده مي شود.

3- اسيدها و حلالها: بسياري از ميكروارگانيزمها قادرند با استفاده از هيدروكربورها به عنوان منبع كربن و انرژي، اسيدها و حلال هاي مختلف نظير استن، اتر، بنزن و اسيد اگزالواستيك توليد كنند كه باعث حل شدن هيدروكربورهاي نفتي مي شود.

هيچ ميكروارگانيزمي به تنهايي قادر به تجزيه كامل هيدروكربورهاي نفتي به Co2 و آب به عنوان محلول نهايي نيست. اصولاً از قارچها در محيط خاكي و از باكتري ها در محيط آبي بيشتر استفاده مي شود. امروزه با كمك مهندسي ژنتيك چندين پلاسميد را درون باكتري ها به خصوص جنس سودوموناس قرار داده اند تا بتوانند چندين مشتق نفتي را به طور همزمان تجزيه كنند. محققان كانادايي چهار پلاسميد P HG-2 ، PPK2033، PKT230، PAC25 را درون سودوموناس پوتيدا قرار داده و سويه اي از مهندسي ژنتيك شده را توليد كرده اند كه قادر است به طور همزمان نفتالين، پارافين، بنزن و آسفالتن را تجزيه كند.

سودوموناس پوتيدا توانايي تجزيه هيدروكربورهاي حلقوي معطر را دارد. سويه اي از TOL پلاسميد است. اين پلاسميد را در جهت افزايش قدرت تجزيه كنندگي تركيبات هالوژن دارِ حلقوي معطر از طريق كونژگاسيون (لقاح) B13 از سودوموناس پوتيدا به سويه TOL تغيير داده اند.

باكتري Burkholderia Cepacia قادر است تري كلرواتال را به دي اكسيد كربن و محصولات غير قابل تبخير تجزيه كند و اين عمل به كمك آنزيم تولوئن مونواكسيژناز انجام مي شود.