کلرزدایی زیستی ترکیبات آلیفاتیک کلردار ‌تری‌کلرواتیلن، دی‌کلرومتان و 1و2-‌دی‌کلرواتان از محلول آبی با استفاده از ‌باکتری هوازی اسفینگوپیکسیس ‌اومارینسیس

نویسندگان

1 پژوهشکده فناوری‌های شیمیایی، سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران، ‌تهران، ایران

2 پژوهشکده فناوری‌های شیمیایی، سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران، ‌تهران، ایران ‌

3 پژوهشکده زیست‌فناوری، سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران، تهران، ‌ایران

چکیده
اهداف: ترکیبات آلی حاوی کلر یکی از خطرناک‌ترین ترکیبات آلاینده آب در مناطق صنعتی هستند. هدف مطالعه حاضر حذف زیستی ترکیبات آلیفاتیک کلردار تری‌کلرواتیلن، دی‌کلرومتان و ۱و۲-دی‌کلرواتان در محلول آبی با استفاده از باکتری بومی اسفینگوپیکسیس اومارینسیس بود.

مواد و روش‌ها: در مطالعه تجربی حاضر از ترکیبات آلیفاتیک کلردار دی‌کلرومتان، تری‌کلرواتیلن و ۱و۲-دی‌کلرواتان با خلوص آزمایشگاهی ۹۹/۹% استفاده ‌شد. برای تعیین رشد سلولی از اندازه‌گیری کدورت محیط کشت در طول‌موج ۶۰۰نانومتر، دستگاه طیف‌سنجی مرئی- فرابنفش به‌کار رفت. اندازه‌گیری مقدار یون کلراید آزادشده به‌وسیله دستگاه یون آنالایزر الکترود گزینشی یونی صورت گرفت. نمونه باکتری زنده به محیط کشت نوترینت‌براث تلقیح و در دمای °C۳۰ و دور rpm۱۵۰ به‌مدت ۲۴ساعت گرمخانه‌گذاری شد.

یافته‌ها: سرعت کلرزدایی هر یک از ترکیبات تری‌کلرواتیلن، دی‌کلرومتان و ۱و۲-دی‌کلرواتان در محیط آبی در غلظت ۲/۵میلی‌مولار توسط این باکتری به ‌ترتیب ۱/۳، ۱/۰۵ و h.mg/l۰/۶۳ به‌ دست آمد. افزودن گلوکز و عصاره مخمر به محیط کشت، موجب افزایش سرعت رشد باکتری و همچنین سرعت کلرزدایی آنها به ‌ترتیب به ۳/۲۸، ۱/۶۷ و mg/l.h۰/۹ شد. بیشترین کلرزدایی در شرایط آزمون، در غلظت ۲/۵میلی‌مولار به‌ دست آمد و بیشترین کلرزدایی در مرحله رشد نمایی باکتری رخ داد.

نتیجه‌گیری: باکتری اسفینگوپیکسیس اومارینسیس توانایی حذف ترکیبات آلیفاتیک کلردار را دارد و می‌تواند روی ترکیبات دیرتخریب‌پذیر تری‌کلرواتیلن، دی‌کلرومتان و ۱و۲-دی‌کلرواتان به‌عنوان تنها منبع کربن رشد کند و موجب کلرزدایی آنها شود. این سویه بیشترین رشد و بازدهی حذف زیستی را در حذف دی‌کلرومتان، به‌عنوان تنها منبع کربن و در کنار گلوکز و عصاره مخمر به‌عنوان هم-سوبسترا دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Shestakova M, Sillanpää M. Removal of dichloromethane from ground and wastewater: A review. ‎Chemosphere. 2013;93(7):1258-67.‎ [Link] [DOI:10.1016/j.chemosphere.2013.07.022]
Liu X, Vellanki BP, Batchelor B, Abdel-Wahab A. Degradation of 1, 2-dichloroethane with advanced ‎reduction processes (ARPs): Effects of process variables and mechanisms. Chem Eng J. 2014;237:300-7.‎ [Link] [DOI:10.1016/j.cej.2013.10.037]
Field J, Sierra-Alvarez R. Biodegradability of chlorinated solvents and related chlorinated aliphatic ‎compounds. Rev Environ Sci Bio. 2004;3:185-254.‎ [Link] [DOI:10.1007/s11157-004-4733-8]
Azadpour-Keeley A, Russell HH, Sewell GW. Record display for the EPA National Library Catalog. U.S. ‎washington DC: Environmental Protection Agency; 1999. Report no.:EPA/540-S-99-001.‎ [Link]
Amin MT, Hamid S, Alazba AA, Amin MN, Islam M, Manzoor U. Environmental dynamics and engineered ‎systems for the degradation of trichloroethylene: A critical review. Global NEST J. 2014;16(2):316-28.‎ [Link] [DOI:10.30955/gnj.001333]
Tsien HC, Brusseau GA, Hanson RS, Waclett LP. Biodegradation of trichloroethylene by Methylosinus ‎trichosporium OB3b. Appl Environ Microbiol. 1989;55(12):3155-61.‎ [Link]
Koh SC, Bowman JP, Sayler GS. Soluble methane monooxygenase production and trichloroethylene ‎degradation by a type I methanotroph, Methylomonas methanica 68-1. Appl Environ Microbiol. ‎‎1993;59(4):960-7.‎ [Link]
Kocamemi BA, Çeçen F. Biodegradation of 1, 2-dichloroethane (1,2-DCA) by cometabolism in a nitrifying ‎biofilm reactor. Int Biodeterior Biodegradation. 2009;63(6):717-26.‎ [Link] [DOI:10.1016/j.ibiod.2009.04.008]
Scheutz C, Durant ND, Broholm MM. Effects of bioaugmentation on enhanced reductive dechlorination of ‎‎1, 1, 1-trichloroethane in groundwater: A comparison of three sites. Biodegradation, 2014;25(3):459-78.‎ [Link] [DOI:10.1007/s10532-013-9674-x]
‎10- Ottengraf SPP, Meesters JJP, Van Den Oever AHC, Rozema HR. Biological elimination of volatile xenobiotic ‎compounds in biofilters. Bioprocess Eng. 1986;1(2):61-9.‎ [Link] [DOI:10.1007/BF00387497]
Scholtz R, Wackett LP, Egli C, Cook AM, Leisinger T. Dichloromethane dehalogenase with improved ‎catalytic activity isolated from a fast-growing dichloromethane-utilizing bacterium. J Bacteriol. ‎‎1988;170(12):5698-704.‎ [Link] [DOI:10.1128/jb.170.12.5698-5704.1988]
Stucki G, Gälli R, Ebersold HR, Leisinger T. Dehalogenation of dichloromethane by cell extracts of ‎Hyphomicrobium DM2. Arch Microbiol. 1981;130(5):366-71.‎ [Link] [DOI:10.1007/BF00414602]
Chen DZ, Ouyang DJ, Liu HX, Chen J, Zhuang QF, Chen JM. Effective utilization of dichloromethane by a ‎newly isolated strain Methylobacterium rhodesianum H13. Environ Sci Pollut Res Int. 2014;21(2):1010-9.‎ [Link] [DOI:10.1007/s11356-013-1972-7]
Shokrollahzadeh S, Azizmohseni F, Golmohamad F. Characterization and kinetic Study of PAH–Degrading ‎Sphingopyxis ummariensis bacteria isolated from a petrochemical wastewater treatment plant. Adv Environ ‎Technol. 2015;1(1):1-9.‎ [Link]
Jindal S, Dua A, Lal R. Sphingopyxis indica sp. nov., isolated from a high dose point ‎hexachlorocyclohexane (HCH)-contaminated dumpsite. Int J Syst Evol Microbiol. 2013;63(Pt 6):2186-91.‎ [Link] [DOI:10.1099/ijs.0.040840-0]
Sharma P, Verma M, Bala K, Nigam A, Lal R. Sphingopyxis ummariensis sp. nov., isolated from a ‎hexachlorocyclohexane dump site. Int J Syst Evol Microbiol. 2010;60(Pt 4):780-4.‎ [Link]
Karn SK, Reddy MS. Degradation of 2, 4, 6-trichlorophenol by bacteria isolated from secondary sludge of ‎a pulp and paper mill. J Gen Appl Microbiol. 2012;58(6):413-20.‎ [Link] [DOI:10.2323/jgam.58.413]
Keith LH. Compilation of EPA's sampling and analysis methods. 2nd Edition. Boca Raton: CRC Press; 1996.‎ [Link]
Ryoo D, Shim H, Canada K, Barbieri P, Wood TK. Aerobic degradation of tetrachloroethylene by toluene-‎o-xylene monooxygenase of Pseudomonas stutzeri OX1. Nat Biotechnol. 2000;18(7):775-8.‎ [Link] [DOI:10.1038/77344]
Frascari D, Zanaroli G, Danko AS. In situ aerobic cometabolism of chlorinated solvents: A review. J Hazard ‎Mater. 2015;283:382-99.‎ [Link]
Tiehm A, Schmidt KR. Sequential anaerobic/aerobic biodegradation of chloroethenes--aspects of field ‎application. Curr Opin Biotechnol. 2011;22(3):415-21.‎ [Link] [DOI:10.1016/j.copbio.2011.02.003]
Alpaslan Kocamemi B, Çeçen F. Biodegradation of 1,2-dichloroethane (1,2-DCA) by cometabolism in a ‎nitrifying biofilm reactor. Int Biodeterior Biodegradation. 2009;63(6):717-26.‎ [Link] [DOI:10.1016/j.ibiod.2009.04.008]
Tartakovsky B, Manuel MF, Guiot SR. Trichloroethylene degradation in a coupled anaerobic/aerobic ‎reactor oxygenated using hydrogen peroxide. Environ Sci Technol. 2003;37(24):5823-8.‎ [Link] [DOI:10.1021/es030340v]
Davis GB, Patterson BM, Johnston CD. Aerobic bioremediation of 1, 2 dichloroethane and vinyl chloride at ‎field scale. J Contam Hydrol. 2009;107(1-2):91-100.‎ [Link] [DOI:10.1016/j.jconhyd.2009.04.004]
Chen WH, Yang WB, Yuan CS, Yang JC, Zhao QL. Fates of chlorinated volatile organic compounds in ‎aerobic biological treatment processes: The effects of aeration and sludge addition. Chemosphere. ‎‎2014;103:92-8.‎ [Link] [DOI:10.1016/j.chemosphere.2013.11.039]
Han YL, Kuo MC, Tseng IC, Lu CJ. Semicontinuous microcosm study of aerobic cometabolism of ‎trichloroethylene using toluene. J Hazard Mater. 2007;148(3):583-91.‎ [Link] [DOI:10.1016/j.jhazmat.2007.03.013]
Firsova J, Doronina N, Lang E, Spröer C, Vuilleumier S, Trotsenko Y. Ancylobacter dichloromethanicus sp. ‎nov.–a new aerobic facultatively methylotrophic bacterium utilizing dichloromethane. Syst Appl Microbiol. ‎‎2009;32(4):227-32.‎ [Link] [DOI:10.1016/j.syapm.2009.02.002]
van den Wijngaard AJ, Van der Kamp K, van der Ploeg J, Pries F, Kazemier B, Janssen DB. Degradation of ‎‎1, 2-dichloroethane by Ancylobacter aquaticus and other facultative methylotrophs. Appl Environ Microbiol. ‎‎1992;58(3):976-83.‎ [Link]
Hage JC, Hartmans S. Monooxygenase-mediated 1, 2-dichloroethane degradation by Pseudomonas sp. ‎strain DCA1. Appl Environ Microbiol. 1999;65(6):2466-70.‎ [Link]
Yu Jm, Chen Jm, Wang Jd. Removal of dichloromethane from waste gases by a biotrickling filter. J Environ ‎Sci. 2006;18(6):1073-6.‎ [Link]
Miyake-Nakayama C, Masujima S, Ikatsu H, Miyoshi ShI, Shinoda S. Isolation and characterization of a ‎new dichloromethane degrading bacterium, Ralstonia metallidurans, PD11. Biocontrol Sci. 2004;9(4):89-93.‎ [Link] [DOI:10.4265/bio.9.89]
Wu SJ, Zhang LL, Wang JD, Chen JM. Bacillus circulans WZ-12-a newly discovered aerobic ‎dichloromethane-degrading methylotrophic bacterium. Appl Microbiol Biotechnol. 2007;76(6):1289-96.‎ [Link] [DOI:10.1007/s00253-007-1100-z]
Olaniran AO, Pillay D, Pillay B. Aerobic biodegradation of dichloroethenes by indigenous bacteria isolated ‎from contaminated sites in Africa. Chemosphere. 2008;73(1):24-9.‎ [Link] [DOI:10.1016/j.chemosphere.2008.06.003]
Wu S, Yu X, Hu Z, Zhang L, Chen J. Optimizing aerobic biodegradation of dichloromethane using response ‎surface methodology. J Environ Sci. 2009;21(9):1276-83.‎ [Link] [DOI:10.1016/S1001-0742(08)62415-8]