بررسي آزمايشگاهي اثر عوامل مختلف بر اكسايش مستقيم ميكروبي سولفيد

دكتري

تركيبات گوگردي از منابع مختلف وارد محيطزيست مي¬شوند و به دليل خطرات زيست محيطي و سميت براي انسانها حذف آنها ضروري مي باشد. در اين پژوهش، هدف بررسي آزمايشگاهي عوامل تاثيرگذار بر حذف زيستي سولفيد/تيوسولفات و توزيع محصولات (گوگرد عنصري با كاربردهاي متنوع در مقابل سولفات با آلايندگي و مشكلات ثانويه) به منظور دستيابي به بيشينه حذف آلاينده و توليد گوگرد عنصري (محصول مطلوب) در كشت لرزان و بيوراكتور با استفاده از يك كنسرسيوم بومي از خاك منطقه آتشكوه مي باشد. اكسيداسيون زيستي تيوسولفات (mg/l 700-4000) نشان داد كه كنسرسيوم اوليه (OC) در غلظت پايين توانايي حذف 100% و توليد سولفات و گوگرد عنصري را دارد ولي با افزايش غلظت درصد حذف كاهش يافته و در mg/l 4000 به بازدارندگي كامل مي رسد. با خوگيري كنسرسيوم به تيوسولفات AT)، mg/l 3000) تيوسولفات بصورت كامل در مقابل 45% كنسرسيوم OC حذف و 62% سولفات و 14% گوگرد عنصري توليد شد. اكسيداسيون سولفيد (آلاينده سمي¬تر از تيوسولفات) در ادامه بررسي و بدليل همزماني اكسيداسيون زيستي و شيميايي سولفيد، ابتدا اكسيداسيون شيميايي بررسي و مشخص شد كه سولفيد بصورت نسبتا سريع به محصولات شيميايي مانند تيوسولفات (محصول غالب) تبديل ميشود. اكسيداسيون زيستي سولفيد در شرايط هوازي در چهار سري آزمايش مورد بررسي قرار گرفت. اكسيداسيون با كنسرسيوم AT منجر به حذف كامل سولفيد در غلظت پايين (mg/l 500) و توليد %84 سولفات (محصول اختصاصي زيستي) شد درحاليكه در mg/l 2000 بدليل سميت سولفيد براي سلول ها، 64% تيوسولفات (محصول شيميايي) و فقط 26% سولفات بدست آمد. حذف mg/l2000 سولفيد با استفاده از كنسرسيوم OC خوگيري شده به سولفيد (AS) بررسي و مشخص شد كه سميت اين آلاينده باعث كاهش توليد سولفات (محصول زيستي) به 15% در مقابل %35/5 با كنسرسيوم OC مي شود. تنظيم pH محيطكشت نتايج چندان رضايتبخشي در اكسيداسيون زيستي نداشت. درنهايت با الهام از تبديل شيميايي سولفيد (سمي) به تيوسولفات (با سميت كمتر)، يك روش هيبريدي براي كاهش سميت و بهبود اكسيداسيون در غلظت بالاي سولفيد (mg/l 2000) براي افزايش سهم اكسيداسيون زيستي پيشنهاد گرديد كه منجر به ارتقا توليد سولفات به ميزان %55 نسبت به روش متداول زيستي شد. عليرغم موفقيتآميز بودن اين روش، بدليل باقيماندن بخشي از تيوسولفات، بهينهسازي اكسيداسيون تيوسولفات (با كنسرسيوم AT) در راستاي افزايش حذف و توليد گوگرد عنصري انجام شد. غربالگري بين 7 فاكتور اوليه با روش كسري از فاكتوريل 2-7 2 انجام و 6 فاكتور تاثيرگذار در طرح رويهپاسخ (RSM) براي بهينهسازي سه پاسخ حذف تيوسولفات (Y1)، توليد گوگرد عنصري (Y2) و سولفات (Y3) بصورت مجزا و چندگانه استفاده شد. بهينه¬سازي مجزا نشان داد كه بيشينه Y1 و Y3 در دور همزن بالا، غلظت كم تيوسولفات، زمان بيشتر و دماي كمتر اتفاق ميافتد كه منجر به كاهش Y2 ميشود. لذا، از بهينهسازي چندگانه استفاده و سطوح پيشنهادي بهينه (pH: 6/07، دورهمزن: rpm 144، دما: Cᵒ 24/7، درصد مايه تلقيح: 19/5، مدت زمان: day 2/62و غلظت تيوسولفات: mg/l 2870) با توجه به مشاركت هر سه پاسخ: بيشينه Y1 و Y2 و توليد Y3 به ميزان50% با درجه مطلوبيت يك بدست آمد. بمنظور بررسي اثر هوادهي مستقيم، اكسيداسيون تيوسولفات و توزيع محصولات آن در دو بيوراكتور همزندار مغناطيسي (l0/5) و پرهاي (l 1) بررسي شد. در نرخ هوادهي vvm 1، افزايش غلظت تيوسولفات از 4000 به mg/l 6000 در بيوراكتور كوچكتر باعث كاهش سرعت اوليه اكسيداسيون از 0/83 به mmol-SL-1hr-10/72 گرديد درحاليكه توليد گوگردي عنصري به بالاترين مقدار 40% رسيد. بررسي اثر شدت هوادهي (vvm2-1) در اين بيوراكتور نشان داد كه هوادهي بر درصد اكسيداسيون تيوسولفات در mg/l 4000 اثر مثبت و بر توليد گوگرد عنصري و زمان اكسيداسيون اثر منفي دارد. به منظور افزايش بازدهي حذف در هوادهي vvm 1، اثر دور همزن (rpm 30-90) بر اكسيداسيون تيوسولفات در بيوراكتور پرهاي در شرايط بهينه بررسي و بالاترين ميزان گوگرد عنصري (46%) به همراه حذف كامل در دور rpm 60 و مدت h 40 بدست آمد. با توجه به نتايج مطلوب بدست آمده، گونه غالب كنسرسيوم بومي جداسازي و با روش 16 rRNA به نام Ochrobactrum sp. شناسايي شد.كنسرسيوم بومي اين تحقيق بدليل توانايي بالا در اكسيداسيون سولفيد/تيوسولفات و همچنين توليد گوگرد عنصري به عنوان محصول مطلوب در بيوراكتور كانديد مناسبي براي كاربردهاي صنعتي مي باشد.

194366

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي شيمي

دكتر فرسته نعيم پور