بررسی جذب بیولوژیکی یون فلزی کادمیوم از محیط آبی توسط قارچ تریکودرما

Biological removal of cadmium ions by the fungus, kinetic and thermodynamic study


چاپ صفحه 		پژوهان
صفحه نخست سامانه		 مجری و همکاران
مجری و همکاران		 اطلاعات تفضیلی
اطلاعات تفضیلی		 دانلود
دانلود 		علوم پزشکی زاهدان
علوم پزشکی زاهدان

مجریان: امین اله زارعی سنگانی

کلمات کلیدی:

اطلاعات کلی طرح
hide/show

کد طرح 5990
عنوان فارسی طرح بررسی جذب بیولوژیکی یون فلزی کادمیوم از محیط آبی توسط قارچ تریکودرما
عنوان لاتین طرح Biological removal of cadmium ions by the fungus, kinetic and thermodynamic study
نوع طرح
محل اجرای طرح دانشکده بهداشت
رسته مطالعاتی توصیفی- تحلیلی
دانشکده/مرکز دانشکده بهداشت زاهدان
زمان اجرا -روز

اطلاعات مجری و همکاران
hide/show

نام و نام‌خانوادگی سمت در طرح نوع همکاری درجه‌تحصیلی پست الکترونیک
امین اله زارعی سنگانیمجری کارشناسی ارشدzarei_shvh@yahoo.com
ادریس بذرافشان فدافناستاد راهنمای اول طرح دانشجوییاستاد راهنمادکترای تخصصی ed_bazrafshan@yahoo.com

اطلاعات تفضیلی
hide/show

عنوان متن
خلاصه طرح به فارسی بررسی جذب بیولوژیکی یون فلزی کادمیوم از محیط آبی توسط قارچ تریکودرما
خلاصه طرح به لاتینBiological removal of cadmium ions by the fungus, kinetic and thermodynamic study
بيان مسئله تحقيق/اهمیت پژوهشآب آشامیدنی سالم و پاک یکی از مهم‌ترین نیاز‌های اساسی انسان‌ها است. آلوده شدن آب می‌تواند منشا ویرانی و تباهی باشد. لازمه تامین آب مناسب برای انواع مختلف مصارف، شناسایی رفتار حرکت آب در محیط رودخانه و دریا و آب زیر زمینی است. آلودگی آب چه به صورت آلودگی زیستی (وجود میکروب های بیماری زا)، چه به صورت آلودگی شیمیایی (به همراه داشتن عناصر و ترکیبات زیان آور شیمیایی) و چه به صورت های دیگر سبب ایجاد بیماری ها و اختلالات متعددی در انسان می-گردد(1).
آلاینده ها از جمله عوامل مختل کننده اکوسیستم ها به شما می روند و در این میان "فلزات سنگین " به دلیل اثرات فیزیولوژیکی آن ها بر موجودات زنده در غلظت های کم حایز اهمیت شناخته شده اند(2). فلزات سنگین به طور طبیعی در مقادیر مختلف در محیط وجود دارند(3). فاضلاب های ناشی از صنایع مختلف نیز دارای مقادیر زیادی از یون های یون های فلزی سنگین هستند و سبب ایجاد آلودگی های شدید در منابع آب می شوند. امروزه موضوع حذف یون های فلزی سنگین از فاضلاب-های شهری، صنعتی و کشاورزی مهم و با اهمیت است و یون های فلزی سمی جزء آلاینده های متقدم شناخته شده اند و مقررات سخت تری برای کاهش و حذف آن ها تعیین شده است(4).
غیرقابل تجزیه بودن یون های فلزی سنگین و تمایل آنها به تجمع در موجودات زنده سبب شده است آنها را از دیگر آلاینده های سمی متمایز کند؛ بنابراین حذف یون های فلزی سنگین از فاضلاب ها موضوع مهمی در بهداشت عمومی جامعه محسوب می شود. براساس بررسی های سازمان های بهداشت عمومی در دنیا مشخص شده است که تعداد زیادی از مردم با روش های مختلف در معرض آسیب های بهداشتی ناشی از یون های فلزی سنگین قرار دارند. حضور یون های فلزی سنگین حتی در مقادیر ناچیز برای گیاهان و جانوران سمی و خطرناک است(5).
در بین فلزات سنگین کادمیوم به عنوان یک آلوده کننده مهم آب های شیرین محسوب می شود، کاربرد گسترده ای در صنعت دارد، دارای سطح سمیت بالایی می باشد و در مقادیر کم، سمی است. این عنصر از طریق پساب های صنعتی، کشاورزی و بهداشتی به محیط زیست وارد میشود. مصارف صنعتی آن در آبکاری، رنگ رزی، تولید پلاستیک و آلیاژهای فلزی، سلول های فوتوالکتریک، لامپ های تلویزیون، روکش کابل های الکتریکی، کاتالیزورهای شیمیایی، جوهر ماشین های فتوکپی، قارچ کش ها، جواهر سازی، سرامیک و باتر یهای کادمیم- نقره و کادمیوم نیکل درحال گستر ش است؛ به طوری که تجمع آن در محیط زیست، تهدید جدی برای سلامتی بشر، محسوب می شود(9-6).
همچنین کادمیوم به طور طبیعی در نفت خام و در نتیجه در مشتقات آن نظیر مازوت، گازوئیل و بنزین وجود دارد. از اگزوز اتومبیل ها نیز کادمیوم وارد هوا می شود که به دلیل سنگینی در سطح زمین تجمع می یابد. در نتیجه روان آبهای جاری شده از سطح خیابان ها پس از بارندگی ها حاوی مقادیر متنابهی کادمیوم خواهند بود(10).
طبق گزارش وزارت بهداشت ایالت متحده، شواهد کافی برای سرطان زایی کادمیم و ترکیب های آن در انسان وجود دارد؛ از عوارض ناشی از تماس مستقیم با این فلز، اختلال در عملکرد کلیه، استخوان و سرطان کبد و خون، اختلال در سیستم عصبی، لوزالمعده و پانکراس گزارش شده است. تجمع کادمیوم در بدن می تواند سبب آنمی، تغییرات استخوانی ، تنگی نفس، عوارض کلیوی، استفراق مداوم،آتروفی بیضه و سرطان گردد (16-11).
حداکثر غلظت قابل قبول کادمیوم در پساب های صنعتی تصفیه شده جهت تخلیه به آبهای پذیرنده، 25/0 میلی گرم بر لیتر ، حداکثر غلظت مجاز کادمیوم در آب شرب 005/0 میلی گرم بر لیتر و حداکثر میزان روزانه قابل تحمل در بدن انسان 06/0 میلی گرم بر لیتر براساس استاندارد سازمان بهداشت جهانی و سازمان حفاظت از محیط زیست آمریکا می باشد( 8 و 19-17). موسسه استاندارد ایران نیز حداکثرغلظت مجاز کادمیوم در آب آشامیدنی را 003/0 میلی گرم بر لیتر تعیین کرده است(20).
با توجه به اینکه فلزات سنگین یک مشکل اساسی و جدی هستند و از آنجائیکه این قبیل فلزات قادرند در سیستم های اکولوژیکی تجمع یابند و با افزایش تدریجی غلظت آنها باعث ایجاد آثار سوء و نامطلوب متعددی در آن سیستم ها شوند، بنابراین غلظت این آلاینده ها بایستی تا سطح استانداردهای وضع شده کاهش یابد و چنانچه از نظر اقتصادی با ارزش هستند می بایست آنها را بازیابی نموده و مورد استفاده مجدد قرار داد(21و22).
روش های بسیاری همچون پیش تغلیظ شیمیایی، رزین های تعویض یون، روش های الکتروشیمیایی، تکنولوژی غشایی و جذب بر روی کربن فعال برای حذف یون های فلزی سنگین از فاضلاب ها وجود دارد(23). هر کدام از این روش ها دارای مزایا و معایبی می باشند. به عنوان مثال پیش تغلیظ شیمیایی و اکسیداسیون- احیاء زمانی که غلظت یون های فلزی در محلول کمتر از 50 میلی گرم بر لیتر باشد بی-اثرند. به علاوه این روش ها رسوبات زیاد و مقاومی را تولید می کنند. تعویض یونی، تکنولوژی غشایی و جذب بر کربن فعال روش های گران قیمتی هستند(24). بنابراین تحقیقات اخیر جهت بدست آوردن روشی با کارآیی بالا و ارزان قیمت محققین را به سمت طراحی و توسعه روش های جذب زیستی سوق داده است.
جذب زیستی، توانایی توده زیستی در جمع آوری یون های یون های فلزی از پساب ها از طریق فعالیت-های متابولیکی غیر مستقیم یا روش های فیزیکی و شیمیایی جذب است. جلبک ها، کپک ها، مخمرها باکتری ها و قارچ ها از جمله این جاذب ها هستند(25).
از مزایای مهم جذب زیستی در مقایسه با سایر روش ها، ارزان بودن، کارآیی بالا، داشتن حداقل رسوبات شیمیایی و زیستی، امکان احیا جاذب، امکان بازیافت یون های فلزی است. همچنین این روش ها جزء روش های شیمی سبز می باشند(26).
هدف از این مطالعه بررسی حذف بیولوژیکی یون فلزی کادمیوم توسط قارچ و بررسی های سینتیکی و ترمودینامیکی فرآیند می biomass cultured from starch wastewater.Wat Res. 33(8):1999; 1960-1963.
28. Chen A, Wu C, James E and Chang J. Metal biosorption capability of Cupriavidus taiwanensis and its effects on heavy metal removal by nodulated Mimosa pudica. Journal of Hazardous Materials 151 :2008; 364–371.
29. Vilar P, Botelho C and Boaventura R. Metal biosorption by algae Gelidium derived materials from binary solutions in a continuous stirred adsorber. Chemical Engineering Journal 141: 2008; 42–50.
30. دیانتی ر، شریعت م، بررسی میزان حذف کادمیوم از محلول های آبی با استفاده از کربن فعال بیولوژیکی(BAC)، مجله علمی پژوهشی دانشگاه علوم پزشکی مازندران، سال چهاردهم، شماره 45: 1382؛ 30-22.
31. Malakahmad A, Hasania A, Eisakhanib M, Hasnain Isa M. Sequencing Batch Reactor (SBR) for the removal of Hg2+ and Cd2+ from synthetic petrochemical factory wastewater. Hazard Mater 2011;191: 118-125.
32. Garg U, Kaur M.P, Jawa G.K, Suda D, Garg V.K. Removal of cadmium (II) from aqueous solutions by adsorption on agricultural waste biomass. Hazard Mater 2008;154: 1149-1157.
33. علیپور تراب. ش، حذف کادمیوم از پساب های کشاورزی با استفاده از باگاس نیشکر،نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، دوره 29، شماره 2، 1389:107-99.
34. Iyer A, Mody K and Jha B. Biosorption of heavy metals by a marine bacterium. Marine Pollution Bulletin 50:2005;340-343.
35. فولادی فرد. ر، ابراهیمی.ع، مطالعه کارایی پودر لجن فعال دفعی در جذب زیستی نیکل(II) و کادمیوم (II) از محیط آبی، مجله سلامت و محیط، دوره سوم، شماره چهارم،1389،ص 430-419.
36. APHA,AWWA and WPCF : Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th Edition, American Public Health Association, Washington, D.C.1998
باشد.
سوالات و / یا فرضیات پژوهش
1- آیا تغییرات غلظت اولیه کادمیوم در محیط آبی بر کارایی فرآیند جذب زیستی موثر است؟
2- آیا تغییرات pH اولیه بر کارایی فرآیند جذب زیستی کادمیوم از محیط آبی موثر است؟
3- آیا تغییرات سرعت اختلاط بر کارایی فرآیند جذب زیستی کادمیوم از محیط آبی موثر است؟
4- تغییرات زمان تماس بر کارایی فرآیند جذب زیستی کادمیوم از محیط آبی موثر است؟
5- تغییرات دما بر کارایی فرآیند جذب زیستی کادمیوم از محیط آبی موثر است؟
هدف کلی طرحتعیین میزان حذف بیولوژیکی یون فلزی کادمیوم توسط قارچ و بررسی های سینتیکی و ترمودینامیکی
اهداف اختصاصی
1- تعیین اثر تغییرات غلظت اولیه کادمیوم(mg/l) در محیط آبی بر کارایی فرآیند جذب زیستی.
2- تعیین اثر تغییرات pH بر کارایی فرآیند حذف کادمیوم از محیط آبی.
3- تعیین اثر تغییرات سرعت اختلاط بر کارایی فرآیند حذف حذف کادمیوم از محیط آبی.
4- تعیین اثر تغییرات زمان تماس بر کارایی فرآیند حذف حذف کادمیوم از محیط آبی.
5- تعیین اثر تغییرات دما بر کارایی فرآیند حذف حذف کادمیوم از محیط آبی.
سازمانها، مراکز و موسسات و سایر بهره برداران بالقوه دستاوردهای طرحسازمان حفاظت محیط زیست، شرکت آب و فاضلاب، صنایع و کارخانجات تولید کنندده پساب حاوی کادمیوم.
تعریف واژه های تخصصی
نوع مطالعهتجربی
جامعه مورد مطالعه(معرفی مشارکت کنندگان)/ محیط پژوهش(معیارهای ورود و خروج ذکر شوند)نمونه های سنتتیک حاوی غلظت مشخصی ازکادمیوم
حجم نمونه و روش محاسبه آن

متغییر شرایط عملی
pH 2 3 4 5 6 7 8
زمان تماس(روز) 2 4 6 8 10 20 30 40
دما(روز) 25 35 45
سرعت اختلاط(دور در دقیقه) 160 180 200
غلظت کادمیوم(mg/l) 25 50 100

با توجه به 4 متغییر(pH، زمان تماس، سرعت اختلاط، غلظت اولیه آلاینده) و انجام آزمایشات در 3 دمای مختلف حجم نمونه معادل 63 خواهد بود.
حجم نمونه:
21= 3+3+8+7
63= 3(دماهایی که آزمایشات در آن دماها انجام می شود)×21
روش نمونه گیری(نحوه تخصیص تصادفی و همسانسازی در صورت لزوم ذکر شود)• غیر احتمالی در دسترس
روش و ابزار جمع آوري داده ها / صحت و استحکام داده ها (پرسشنامه یا فرم اطلاعاتی ضمیمه شود)-
روش اجرای طرح(با جزئیات بطور کامل شرح داده شود)
• تهیه نمونه های شیمیایی :
محلول های استوک کادمیوم با غلظت 1000 میلی گرم بر لیتر تهیه می گردد. جهت تهیه محلول استوک کادمیوم از پودر نیترات کادمیوم چهار آبه (Cd(NO3)2•4H2O ) ، ساخت شرکت مرک آلمان با جرم مولی 47/308 گرم بر مول در 1000 میلی لیتر آب مقطر دو بار تقطیر شده استفاده می شود. برای تنظیم pH از محلول های 1/0 مولار اسید هیدروکلریک و هیدروکسید سدیم ساخت شرکت مرک آلمان استفاده می گردد. محلول آماده شده با استفاده از 5/1 میلی لیتر اسید نیتریک در pH کمتر از 2 و در یخچال نگهداری می شود(35).
• تهیه قارچ:
مخمر قارچ در محیطی کاملا استریل و در نزدیکی شعله (جهت استریل بودن محیط) درون ظروف پتری که حاوی آگار است، قرار داده شد. ظروف حاوی مخمر برای سه الی چهار روز در دمای 24 درجه ی سانتیگراد درون انکوباتور قرار می گیرد. در این مدت مخمر فرصت رشد کافی بر روی آگار را پیدا می کند. قارچ کشت داده شده در محیطی استریل به ارلن های حاوی 50 میلی لیتر براست استریل شده (براست محلولی حاوی 2 گرم گلوکز، 1گرم عصاره ی مخمر و 2 گرم پپتون) اضافه می گردد. از این محلول به عنوان مواد غذایی و محیط مناسب برای رشد قارچ استفاده میشود. ارلن های حاوی براست برای مدت یک شبانه روز درون انکوباتور حاوی تکاننده قرار می گیرند. در این مدت قارچ درون محلول براست، این فرصت را پیدا می کند که قبل از تماس با یون های فلزی به اندازه ی کافی رشد کند.

• روش آزمایش:
به قارچ کشت داده شده در حضور براست در کنار شعله، 25 میلی لیتر محلول حاوی 30 میلی گرم بر لیتر از کادمیوم افزوده و سپس ارلن های حاوی قارچ و نمک یون های فلزی مجددا درون شیکر انکوباتور قرار می گیرد. برای دستیابی به شرایط بهینه، میزان جذب در pH های مختلف در دامنه 8-2 و در دماهای مختلف (25،35،45 درجه ی سانتیگراد) با سرعت چرخش های هم زن (160، 180، 200 دور در دقیقه) در فواصل زمانی مشخص (2-4-6-8-10-20-30-40 ساعت) و در غلظت های مختلف یون های فلزی(25-50-100 میلی گرم بر لیتر) انجام می گیرد. گرم جاذب نیز در پایان هر دوره از روی وزن قارچ بدون آب محاسبه گردید. در آخر با توجه به میزان جذب در هر بار اندازه گیری و با استفاده از داده های به دست آمده، ایزوترم های جذب و پارامترهای ترمودینامیکی محاسبه می شود.

اندازه گیری غلظت باقیمانده یون فلزی :
برای آنالیز غلظت کادمیوم براساس بخش 3111B کتاب استاندارد متد ابتدا جهت کاهش تداخلات وتبدیل فلزات به فرمهای قابل اندازه گیری، با انجام عملیات هضم روی نمونه می توان فلزات را باروش جذب اتمی تعیین مقدار نمود. جهت اندازه گیری غلطت کادمیوم نمونه ها از دستگاه اسپکترومتر جذب اتمی مدل Perkin Elmer مدل SIMAA 6000 که با شعه هوا و گاز استیلن کار می کند استفاده می گردد(36).
روش تجزیه، تحليل و توصیف داده‌ها (نمونه‌اي از جدول توخالي ضميمه شود و روش هاي آماري مورد استفاده به طور كامل توضيح داده شود)(کیفی و کمی)پس از جمع آوری داده ها با استفاده از نرم افزار Excel 2010 با استفاده از آمار توصیفی،رسم منحنی های جذب در شرایط مختلف، تعیین نقاط پیک و بهینه و تنظیم جداول توزیع فراوانی انجام میشود.
ملاحظات اخلاقی ندارد
محدودیتهای اجرائی طرح و پیش بینی جهت حل آنهابا توجه به اینکه از دستگاه اسپکترومتر جذب اتمی جهت اندازه گیری غلظت فلزات سنگین استفاده می شود، در صورت عدم دسترسی به دستگاه اسپکترومتر جذب اتمی ، لازم است تا از سایر روشها مانند استفاده از DR جهت اندازه گیری غلظت فلزات استفاده کرد.
کلمات کلیدیحذف بیولوژیکی، کادمیوم، قارچ
فهرست منابع و مراجع
1. P. Seghizzi, F. D’Adda, D. Borleri, F. Barbic, G. Mosconi, The Science of the Total Environment. 150. (1994) 105.
2. حسینی، محمد طاهر، 1373 ،"بررسی برخی از عناصر کمیاب و آگاهی به میزان تجمع آن ها در تعدادی از خاک های اصفهان"، پایان نامه کارشناسی ارشد.، دانشگاه صنعتی اصفهان.
3. میرغفاری، نورالله، 1384 ، "بررسی غلظت سرب در تعدادی از گونه های گیاهی طبیعی اطراف معدن سرب و روی ایرانکوه در اصفهان "، مجله منابع طبیعی شماره، (58) 3، .642-635
4. Y. Kacara, C. Arpa, S. Tan, A. Denizli, O. Genc, M. Y. Arica, Process. Biochemistry. 37 (2002) 601.
5. J. M. Tobin, C. White, G. M. Gadd, J. Ind. Microbial. 13 (1994) 126.
6. Xuan Z,Wolfgan H, Guichun Y,Elimination of cadmium contamination from drinking water, water research; 2002;36:851-858.
7. Jensen, A., Bro-Rasmussen, F. (1992) Environmental cadmium in Europe . Rev. Environ. Contam. Toxicol. 125:101-181.
8. Chapman D,Water Quality Assesment.second edition. London: E &FN Spon;1996,pp.449.451.
9. Lodeiro, P., Cordero, B., Barriada, J.L., Herrero, R. and Sastre de Vicente, M.E. (2005). "Biosorption of cadmium by biomass of brown marine macroalgae." Bioresour. Technol., Vol. 96, PP. 1796-1803.
10. Suruchi G,A study of cadmium Concentration, Its transport and Distribution with Distance in the Jhalana Dungari Area, Jaipur, Asian Journal of Chemistry,2001,13(3):1192-1198.
11. Sari, A. and Tuzen, M. (2008). "Biosorption of cadmium (II) from aqueous solution by red algae (Ceramium virgatum): Equilibrium, kinetic and thermodynamic studies." J. Hazard. Mater., Vol. 157, PP. 448-454.
12. Sheng, P.X., Ting, Y.P., Chen, J.P. and Hong, L. (2004). "Sorption of lead, copper, cadmium, zinc, and nickel by marine algal biomass: characterization of biosorptive capacity and investigation of mechanisms."J. Colloid Interf. Sci., Vol. 275, PP. 131-141.
13. EI-Helow. E R: Sabry, SA: Amer, R M. Cadmium biosorptiou by a cadmium resis taut strain of bacillus thuringiensis, Biometals. 2000: 13(4): 273-280.
14. Leyva-Ramos, R., et al; adsorption of Cadmium(II) from aqueous solution on to Activated Carbon, Wat. Sci. Tech.,Vol.35, No.7, pp.205-211, 1997
15. Sheng, P. X.; Ting, Y. P.; Chen, J. P. & Hong, L. 2004. Sorption of lead, copper, cadmium, zink and nickel by marine algal biomass: characterization of bio sorption capacity and investigation mechanism. J.Collod.Inter.Sci., 275: 131-141.
16. Zazouli MA, Bandpei AM, Maleki A, Saberian M, Izanloo H. Determination of cadmium and lead contents in black tea and tea liquor from Iran .Asia Journal of Chemistry. 2010;22(2):1387-93.
17. U.S. Environmental Protection Agenc , Drinking Water Standards and Health Advisories, Washington, DC, April, 2012.
18. G. Mebrahtu, S. Zerabruk, Concentration of Heavy Metals in Drinking Water from Urban Areas of the Tigray Region, Northern Ethiopia, MEJS,2011.105-121.
19. K.S. Rao, M. Mohapatra, S. Anand2, P. Venkateswarlu, Review on cadmium removal from aqueous solutions, International Journal of Engineering, Science and Technology,Vol. 2, No. 7, 2010, pp. 81-103.
20. استاندارد ویژگی های فیزیکی و شیمیایی آب آشامیدنی ایران، شماره 1053، چاپ ششم.
21. Namasivayam C, Ranganathan K. Removal of Cd (II) from wastewater by adsorption on waste Fe (III) Cr (III) Hydroxide. Water Res. 1995;29(7):1737-1744.
22. Budinova TK, Gergova KM, Petrov NV. Removal of metal ions from aqueous solution by activated carbons obtained from different raw materials. J Chem Tech Biotechnol. 1994;60:177-182.
23. M. Martinez, N. Miralles, S. Hidalgo, N. Fiol, I. Villaescusa, J. Poch, J. Hazard. Mater. B 133 (2006) 203.
24. M. Ghaedi, Clean. Soil. Air. Water. 38 (2010) 877.
25. R. H. Crist, N. Shank, M.Nguyen, Environ. Sci. Technol. 98 (2007) 2243.
26. D. Kratchovil, B. Volesky, Trends. Biotechnol. 16 (1998) 291.
27. YIN P, YU Q, JIN B and LING Z. biosorption removal of cadmium from aqueous solution by using pretreated fungal

پیوست ها
hide/show

نام فایل تاریخ درج فایل اندازه فایل دانلود
نهایی ارسالی برای پژوهش.doc1392/01/18288768دانلود
نهایی ارسالی برای پژوهش.doc1392/07/06308224دانلود
قرارداد5990.jpg1392/07/301185912دانلود