نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

ارزیابی تخریب زیستی بخار هگزان در حضور روغن سیلیکون و مواد سطح فعال غیریونی و آنیونی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
مهسا قاسمی
سید مرتضی ضمیر
گروه مهندسی شیمی – بیوتکنولوژی، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
چکیده
علاوه بر روش‌های فیزیکی و شیمیایی برای حذف مواد ‌‌آلی­‌­ فرار، روش‌های زیستی به دلیل هزینه پایین‌تر، سازگاری بیشتر با محیط زیست و بازده قابل قبول، امروزه به‌عنوان جایگزینی مناسب برای تصفیه هوای آلوده صنعتی مطرح هستند تا از اثر نامطلوب بر محیط زیست و سلامتی پیشگیری نمایند. از جمله روش­های غلبه برمحدودیت انتقال جرم این مواد آب­گریز و بهبود تخریب زیستی آن­ها، استفاده از فازهای غیرآبی و مواد ­سطح‌فعال است. در پژوهش حاضر، تخریب زیستی هگزان به عنوان ترکیب آلی فرار در غلظت g/m3 7-55 در حضور ساپونین به عنوان ماده ­سطح‌فعال زیستی غیریونی، سدیم ­دودسیل­ سولفات به عنوان ماده ­سطح‌فعال شیمیایی آنیونی و روغن سیلیکون به عنوان رایج­ترین فاز غیرآبی به صورت جداگانه بررسی شد. غلظت­های بهینه هگزان، ساپونین، سدیم­ دودسیل­ سولفات و روغن سیلیکون برای دستیابی به بیشینه نرخ تخریب زیستی ویژه هگزان با استفاده از روش سطح پاسخ بدست آمدند. ساپونین مخصوصا در غلظت­ های بیشتر از CMC 1 بر تخریب زیستی اثر منفی داشته و غلظت بهینه آن CMC06/0 تعیین شد. سدیم ­دودسیل­سولفات به دلیل سمیت شدید برای ریزاندامگان در تمام غلظت­ها منجر به توقف فرایند تخریب زیستی شد. بیشینه نرخ تخریب زیستی ویژه هگزان، در حضور مقادیر بهینه g/m354 هگزان و v/v % 2 روغن سیلیکون به‌دست آمد. لازم به ذکر است، میانگین بازده حذف هگزان در حضور ساپونین (%83= REavg) بیشتر از این مقدار درحضور روغن سیلیکون (%63= REavg) بود. اثر منفی روغن سیلیکون بر تخریب زیستی هگزان می‌تواند ناشی از بروز بازدارندگی منبع کربن به­ دلیل غلظت­ های بالای هگزان در حضور روغن سیلیکون در فاز مایع باشد. بنابراین در غلظت‌های بالای هگزان، حضور برخی مواد سطح‌فعال و روغن سیلیکون می‌تواند موجب کاهش نرخ تخریب زیستی هگزان از طریق تغییر در زیست‌دسترس‌پذیری آلاینده شود. در نتیجه، انتخاب دقیق نوع افزودنی و محدوده غلظتی بهینه آن باتوجه به توانایی جمعیت میکروبی در تخریب زیستی در دستیابی به بیشترین بازده اهمیت ویژه‌ای دارد.
کلیدواژه‌ها
ترکیب آلی فرار
تخریب زیستی هگزان
روغن سیلیکون
ساپونین
سدیم دودسیل‌سولفات
روش سطح پاسخ
موضوعات
[1] محمدی، محمدسعید؛ میرزایی، بهروز؛ داوری، مهدی، مطالعه آزمایشگاهی حذف زیستی بنزن و تولوئن با Exophiala xenobiotica  وAspergillus terreus  ، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)41: 235 تا 246 (1401).
[2] Cheng Y., He H., Yang Ch., Zeng G., Li X., Chen H., Yu G., Challenges and Solutions for Biofiltration of Hydrophobic Volatile Organic Compounds, Biotechnology Advances, 34(6): 1091-1102 (2016).
[3] Sui H., An P., Li X., Cong S., He L., Removal and Recovery of o-Xylene by Silica Gel using Vacuum Swing Adsorption. Chemical Engineering Journal, 316:232-242 (2017).
[4] Galindo H., Revah S., Cervantes F.J., Arriaga S., Effect of Surfactant and Oil Additions in the Biodegradation of Hexane and Toluene Vapours in Batch Tests, Environmental Technology, 32(2): 167-173 (2011).
[5] Imane B., Couvert A., Amrane A., Absorption and Biodegradation of Toluene: Optimization of Its Initial Concentration and the Biodegradable Non-Aqueous Phase Liquid Volume Fraction, International Biodeterioration & Biodegradation, 104: 350-355 (2015).
[6] Munoz R., Arriaga S., Hernández S., Guieysse B., Revah S., Enhanced Hexane Biodegradation in a Two Phase Partitioning Bioreactor: Overcoming Pollutant Transport Limitations, Process Biochemistry, 41(7): 1614-1619 (2006).
[7] Wang Z., Liu L., Fan H., Ye D., Hrynsphan D., Savitskaya T., Weng X., Chen J., Synergistic Enhancement of Hydrophobic N‑Hexane Biodegradation in a Biotrickling Filter: Role of Hydrophilic VOCs in Mass Transfer and Extracellular Polymeric Secretion, Environmental Pollution, 375 (2025).
[8] Nourmohammadi M., Karimi A., Golbabaei F., Pourmand M.R., Rahimi Foroushani A., Nourmohammadi E., Biodegradation of Toluene in a Two‑Phase Low‑Pressure Bioscrubber using Silicone Oil as Organic Phase, International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 103(16): 4098-4110 (2021).
[9] Muñoz R., Daugulis A. J., Hernández M. Quijano G., Recent Advances in Two Phase Partitioning Bioreactors for the Treatment of Volatile Organic Compounds, Biotechnology Advances, 30(6): 1707-1720 (2012).
[10] Lebrero R., Hernández L., Pérez R., Estrada J.M., Muñoz R., Two-Liquid Phase Partitioning Biotrickling Filters for Methane Abatement: Exploring the Potential of Hydrophobic Methanotrophs, Journal of Environmental Management, 151: 124-131 (2015).
[11] Keramati S., Ferdowsi M., Zamir S.M., Compounds Interactions During Simultaneous Biodegradation of Hydrophobic N‑Hexane and Hydrophilic Methanol Vapors in One‑ and Two‑Liquid Phase Conditions, Process Safety and Environmental Protection,147: 283-291 (2021).
[12] کرامتی، سینا؛ ضمیر، سید مرتضی، اثر فاز غیرآبی بر سینتیک تخریب زیستی همزمان بخار هگزان و متانول توسط باکتری‌های جداسازی‌شده از لجن فعال، فصلنامه علمی علوم محیطی نوین، (2)22: 211 تا 224 (1403).
[13] Domínguez A., Fernández A., González N., Iglesias E., Montenegro L., Determination of Critical Micelle Concentration of Some Surfactants by Three Techniques, Journal of Chemical Education, 74(10): 1227 (1997).
[14] Mulligan C.N., Environmental Applications for Biosurfactants, Environmental Pollution, 133(2): 183-198 (2005).
[15] Zhang T., Lu Q., Lü Y., Wu G., Determination of Critical Micelle Concentration of Sodium Dodecyl Sulfate in Butyl Acrylate Emulsions, Polymer Bulletin, 72(9): 2215-2225 (2015).
[16] Hernández M., Muñoz R. Daugulis A. J., Biodegradation of VOC Mixtures of Different Hydrophobicities in Two‐Phase Partitioning Bioreactors Containing Tailored Polymer Mixtures, Journal of Chemical Technology & Biotechnology 86(1): 138-144 (2011).
[17] Lebrero R., Hernández M., Quijano G., Muñoz R., Hexane Biodegradation in Two-Liquid Phase Biofilters Operated with Hydrophobic Biomass: Effect of the Organic Phase-Packing Media Ratio and the Irrigation Rate, Chemical Engineering Journal 237: 162-168 (2014).
[18] Karimi A., Golbabaei F., Neghab M., Pourmand M.R., Nikpey A., Mohammad K., Mehrnia M.R., Biodegradation of High Concentrations of Benzene Vapors in a Two‑Phase Partition Stirred‑Tank Bioreactor, Iranian Journal of Environmental Health Science & Engineering, 10 (2013).
[19] Scott M.J., Jones M. N., The Biodegradation of Surfactants in the Environment, Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes 1508(1-2): 235-251(2000).
[20] González‑Cortés J.J., Lamprea‑Pineda P.A., Ramírez M., Van Langenhove H., Demeestere K., Walgraeve C., Enhancing the Biodegradation of Hydrophobic Volatile Organic Compounds: A Study on Microbial Consortia Adaptation and the Role of Surfactants, Journal of Environmental Management, 370 (2024).
[21] Li G., Zhang Z., Sun H., Chen J., An T., Li B., Pollution Profiles, Health Risk of VOCs and Biohazards Emitted from Municipal Solid Waste Transfer Station and Elimination by an Integrated Biological-Photocatalytic Flow System: A Pilot-Scale Investigation, Journal of Hazardous Materials 250: 147-154 (2013).
]22[ هاشمی، سیده فاطمه؛ بررسی آزمایشگاهی حذف آلودگی­های آب­گریز از هوا در بیوراکتورستون حبابی حاوی یک حلال سنگین، پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شهید باهنرکرمان (1388).
[23] Lamprea‑Pineda P.A., Carmona F.J., Demeestere K., González‑Cortés J.J., Van Langenhove H., Walgraeve C., Lebrero R., Effect of Surfactant Type and Concentration on Gas–Liquid Mass Transfer in Biotrickling Filters used for Air Pollution Control, Journal of Environmental Management, 367 (2024).
[24] Cheng Y., He H., Yang C., Yan Z., Zeng G., Qian H., Effects of Anionic Surfactant on N-Hexane Removal in Biofilters, Chemosphere, 150: 248-253 (2016).
[25] Noveiri H., Nozari M., Almasi H., Jaafarzadeh Haghighi Fard N., Jorfi S., Takdastan A., Abbasi Montazeri E., Biodegradation of N‑Hexadecane using Bacterial Consortium Isolated from Seawater Contaminated with Petroleum, Biomass Conversion and Biorefinery, 14: 19451–19460 (2024).
[26] Badmus S.O., Amusa H.K., Oyehan T.A., Saleh T.A., Environmental Risks and Toxicity of Surfactants: Overview of Analysis, Assessment, and Remediation Techniques, Environmental Science and Pollution Research, 28(44): 62085–62104 (2021).
[27] Furmanczyk E.M., Kaminski M.A., Spolnik G., Sojka M., Danikiewicz W., Dziembowski A., Isolation and Characterization of Pseudomonas spp. Strains that Efficiently Decompose Sodium Dodecyl Sulfate, Frontiers in Microbiology, 8 (2017).
[28] Palladino P., Ragone R., Ionic Strength Effects on the Critical Micellar Concentration of Ionic and Nonionic Surfactants: The Binding Model, Langmuir, 27(23): 14065-14070 (2011).
[29] Singh A., Van Hamme J. D., Ward O. P., Surfactants in Microbiology and Biotechnology: Part 2. Application Aspects , Biotechnology advances, 25(1): 99-121 (2007).
[30] Li K., Yang B., Wang L., Performance Evaluation of a Biotrickling Filter for the Removal of Gasphase 1,2-Dichlorobenzene: Influence of Rhamnolipid and Ferricions, Chemosphere, 250 (2020).
[31] Zhang Q., Wang H. Q., Jiang R. H., Xiao Y, Q., Wu X. X., Differential Proteomic Analysis of Fluoranthene-Degrading Bacteria under Co-Metabolic Conditions, China Environmental Science, 42: 4423-4432 (2022).
[32] Safari M., Ghahroodian S., Abyarazimi M., Rahmaniyan S., Heydaryan F., Rezaei M., Yakhchali B., Comprehensive Genomic Analysis of a Novel Bacillus Cereus Decomposing Toluene Potentially Applicable in Bioremediation, Microbiology Spectrum, (2025).
[33] Hussain N., Muccee F., Hammad M., Mohiuddin F., Bunny S.M., Shahab A., Molecular and Metabolic Characterization of Petroleum Hydrocarbons Degrading Bacillus Cereus, Polish Journal of Microbiology, 73(1):107-120 (2024).
[34] Zhang Y., Gao J., Li Q., Yang J., Gao Y., Xue J., Li L., Ji Y., Biosurfactant Production by Bacillus Cereus GX7 Utilizing Organic Waste and its Application in the Remediation of Hydrocarbon‑Contaminated Environments, World Journal of Microbiology and Biotechnology, 40(11) (2024).
[35] Durval I.J.B., Mendonça A.H.R., Rocha I.V., Luna J.M., Rufino R.D., Converti A., Sarubbo L.A., Production, Characterization, Evaluation and Toxicity Assessment of a Bacillus Cereus UCP 1615 Biosurfactant for Marine Oil Spills Bioremediation, Marine Pollution Bulletin, 157 (2020).