بررسی حذف بیولوژیکی سیانور از فاضلاب ساختگی و شناسایی میکروارگانیزم‏های مقاوم به سیانور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه ملایر، ایران

2 استادیار، گروه محیط زیست، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه اردکان، ایران *(مسئول مکاتبات).

10.22034/jest.2020.23305.3237

چکیده

زمینه و هدف:یکی از پیامدهای فعالیت‏های صنعتی، ورود ترکیبات سمی نظیرسیانور به محیط زیست است که بی‏توجهی به آن سلامت انسان و سایر موجودات زنده را تهدید می‏کند. مطالعه حاضر به منظور بررسی حذف بیولوژیکی سیانور از فاضلاب و شناسایی میکروارگانیزم‏های مقاوم انجام شد.
روش بررسی:  فاضلاب ساختگی از سیانور پتاسیم تهیه شد و در راکتور جریان منقطع (ناپیوسته) با ظرفیت 2 لیتر، غلظت‏های 5،20، 50، 100، 150 و 200  میلی‏گرم در لیترسیانور مورد بررسی قرارگرفت. لجن ثانویه تصفیه‏خانه فاضلاب شهری به‏عنوان محیط کشت مخلوط در راکتور به کار رفت. میزانCN، NH3، NO3، TSS، VSS و باکتری‏ها بر اساس روش‏های موجود در کتاب استاندارد متد اندازه‏گیری شد. همچنین شناسایی روتیفرها، مژه‏داران و جلبک‏ها نیز با استفاده از میکروسکوپ مدلIIS انجام شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که تصفیه بیولوژیکی می‏تواند تا غلظت 150 میلی‏گرم در لیتر سیانور را از فاضلاب حذف نماید و بالاتر بودن MLVSS اولیه نقش زیادی در حذف غلظت‏های بالاتر سیانور دارد. در پایان حذف سیانور پسودوموناس، کلی‏فرم‏ها(به جز کلی‏فرم‏های مدفوعی)، باسیلوس‏ها، قارچ‏ها و همچنین کارچزیوم (از دسته مژه‏داران)، فیلودینا (ازدسته روتیفرها) و اوسیلاتوریا (از دسته جلبک‏ها) به‏عنوان گونه‏های مقاوم به سیانور و آسپیدیسک، پرولز و آلوتریکس به ترتیب به‏عنوان حساس‏ترین روتیفر، مژه‏دار و جلبک به سیانور شناسایی شدند.
بحث و نتیجه‏گیری: تصفیه بیولوژیکی لجن فعال برای حذف سیانور از فاضلاب یک روش کارآمد است و اگر در آن‏ها از محیط کشت‏خالص مرکب از میکروارگانیزم‏های مقاوم استفاده شود  می‏تواند جایگزین مناسبی برای روش‏های حذف شیمیایی سیانور از فاضلاب صنعتی باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 

 

 

 

 

 

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهبیست و دوم، شماره نه، آذر  ماه 99

بررسی حذف بیولوژیکی سیانور از فاضلاب ساختگی و شناسایی

 میکروارگانیزم‏های مقاوم به سیانور

 

میرمهرداد میرسنجری[1]

غلامرضا سیاحتی اردکانی[2]*

rsiyahati@ardakan.ac.ir

تاریخ دریافت:01/10/95

تاریخ پذیرش: 13/02/96

چکیده

زمینه و هدف:یکی از پیامدهای فعالیت‏های صنعتی، ورود ترکیبات سمی نظیرسیانور به محیط زیست است که بی‏توجهی به آن سلامت انسان و سایر موجودات زنده را تهدید می‏کند. مطالعه حاضر به منظور بررسی حذف بیولوژیکی سیانور از فاضلاب و شناسایی میکروارگانیزم‏های مقاوم انجام شد.

روش بررسی:  فاضلاب ساختگی از سیانور پتاسیم تهیه شد و در راکتور جریان منقطع (ناپیوسته) با ظرفیت 2 لیتر، غلظت‏های 5،20، 50، 100، 150 و 200  میلی‏گرم در لیترسیانور مورد بررسی قرارگرفت. لجن ثانویه تصفیه‏خانه فاضلاب شهری به‏عنوان محیط کشت مخلوط در راکتور به کار رفت. میزانCN، NH3، NO3، TSS، VSS و باکتری‏ها بر اساس روش‏های موجود در کتاب استاندارد متد اندازه‏گیری شد. همچنین شناسایی روتیفرها، مژه‏داران و جلبک‏ها نیز با استفاده از میکروسکوپ مدلIIS انجام شد.

یافته‌ها: نتایج نشان داد که تصفیه بیولوژیکی می‏تواند تا غلظت 150 میلی‏گرم در لیتر سیانور را از فاضلاب حذف نماید و بالاتر بودن MLVSS اولیه نقش زیادی در حذف غلظت‏های بالاتر سیانور دارد. در پایان حذف سیانور پسودوموناس، کلی‏فرم‏ها(به جز کلی‏فرم‏های مدفوعی)، باسیلوس‏ها، قارچ‏ها و همچنین کارچزیوم (از دسته مژه‏داران)، فیلودینا (ازدسته روتیفرها) و اوسیلاتوریا (از دسته جلبک‏ها) به‏عنوان گونه‏های مقاوم به سیانور و آسپیدیسک، پرولز و آلوتریکس به ترتیب به‏عنوان حساس‏ترین روتیفر، مژه‏دار و جلبک به سیانور شناسایی شدند.

بحث و نتیجه‏گیری: تصفیه بیولوژیکی لجن فعال برای حذف سیانور از فاضلاب یک روش کارآمد است و اگر در آن‏ها از محیط کشت‏خالص مرکب از میکروارگانیزم‏های مقاوم استفاده شود  می‏تواند جایگزین مناسبی برای روش‏های حذف شیمیایی سیانور از فاضلاب صنعتی باشد.

واژه های کلیدی: سیانور، تصفیه هوازی، میکروارگانیزم‏ها، حذف بیولوژیکی، فاضلاب

 

J. Env. Sci. Tech., Vol 22, No.9,November, 2021

 

 


Study on Biological Removal of Cyanide from Artificial Sewage and Identify Resistant Microorganisms to Cyanide

 

Mirmehrdad Mirsanjari[3]

Gholamreza Siyahati Ardakani[4]*

rsiyahati@ardakan.ac.ir

Accepted: 2017.05.03

Received: 2016.12.21

Abstract

Background and Objectives: One of the consequences of industrial activities is the entry of toxic compounds such as cyanide into the environment, the neglect of which threatens the health of humans and other living organisms. The present study was performed to investigate the biological removal of cyanide from wastewater and to identify resistant microorganisms.

Materials and methods: Artificial sewage Potassium by concentrations of 5, 20, 50, 100, 150 and 200 mg/l was studied in batch reactors with a capacity of 2 liters. Secondary sludge of Wastewater Treatment Plant with mixed media was used as the medium in reactor. Volatile suspended solid, total suspended solid, CN, NH3, NO3 factors were measured based on the standard method book. Rotifers, ciliates and algae were also identified using microscopy version IIS.

Results: The results showed that biological treatment can remove cyanide up to concentration of 150 ppm and higher initial MLVSS played a main role in increasing removal of cyanide from sewage. Finally, Pseudomonas cyanide, coliforms (except fecal coliforms), bacillus, fungi and also Carchesium (one of ciliates), Philodina (one of rotifers) and Oscillatoria (one of algae) identified as resistant strains to cyanide and Aspidisca, Proals and Ulothrix detected as the most sensitive rotifers, ciliates and algae, respectively.

Conclusion: Results indicated that biological treatment of activated sludge for cyanide removal from sewage is an efficient way specially when substrate include only resistant microorganisms and can be consider as viable alternative for cyanide removal instead of chemical removal methods.

Keywords: Cyanide, Aerobic Treatment, Microorganisms, Biological Removal, Sewage

 

 

 


 

مقدمه

 

استفاده از سیانور و ترکیبات آن در صنایع مختلف و یا تولید این ترکیبات در جریان واکنش‏های فرآیندهای صنعتی منجر به ورود آن‏ها به فاضلاب‏های صنعتی می‏گردد. طبق برآوردهای انجام شده، سالیانه حدود 14 میلیون کیلوگرم سیانور به‏دلیل فعالیت‏های صنعتی وارد محیط زیست می‏گردد(1). سیانور به شدت برای انسان و سایر موجودات زنده سمی است. ورود سیانور به بدن انسان باعث ایجاد اختلال در انتقال اکسیژن به بافت‏های بدن می‏شود. کمبود اکسیژن منجر به تبدیل متابولیزم‏های هوازی به بی‏هوازی و تجمع لاکتات (lactate) در جریان خون شده و ترکیب این دو( کمبود اکسیژن و تجمع لاکتات) با تأثیر بر سیستم اعصاب مرکزی، ایست تنفسی و مرگ  را در پی خواهد داشت(2). ماهی و مهره‏داران آبزی فوق‏العاده به حضور سیانور آزاد در محیط زندگی خود حساس بوده به گونه‏ای که غلظت 5 تا 2/7 میکروگرم در لیتر سیانور آزاد، قدرت شنا را در آن‏ها کاهش داده و مانع تولیدمثل در بسیاری از گونه‏های ماهی می‏گردد. روش‏‏های مختلفی برای حذف سیانور از فاضلاب‏های صنعتی وجود دارد که روش‏های شیمیایی و بیولوژیکی از آن جمله است ولی امروزه عمدتاً از روش‏های شیمیایی نظیر اکسیداسیون با کلر، اکسیداسیون با ازن، اکسیداسیون با ازن و اشعه ماوراء بنفش، اکسیداسیون با پراکسیدهیدروژن، اکسیداسیون الکتروشیمیایی، اکسیداسیون با دی‏اکسید گوگرد و هوا و مبادله یونی استفاده می‏شود(3). هزینه‏های زیاد و تولید محصولات جانبی خطرناک نظیر AOX (Adsorbable Organic halogens) زمینه‏ای را ایجاد نموده تا سایر روش‏های حذف سیانور موردتوجه و بررسی قرار گیرند. تجزیه بیولوژیکی در شرایط هوازی، می‏تواند سیانور را به آمونیاک تبدیل و سپس به نیترات اکسید کند. این فرآیند تا غلظت 200 پی پی ام سیانور مؤثر می‏باشد. با این وجود تجزیه بیولوژیکی سیانور در شرایط بی‏هوازی نیز امکان‏پذیر می‏باشد البته غلظت‏های بیش از 2 پی پی ام برای این میکروارگانیزم‏ها سمی است(4).

در دهه‏های گذشته محققین کوشیده‏اند تا با استفاده از روش بیولوژیکی امکان حذف سیانور از فاضلاب‏های صنعتی را موردبررسی قرار دهند. این مطالعات عمدتاً با استفاده از محیط کشت مخلوط صورت گرفته و سعی شده تا ضمن تعیین شرایط محیطی بهینه برای فعالیت میکروارگانیزم‏ها، کارآیی آن‏ها در حذف سیانور مورد ارزیابی قرار گیرد. در سال 1955 Ware  و Painter          در تصفیه بیولوژیکی به‏روش صافی چکنده نوعی اکتینومیست هوازی را یافتند که قادر بود سیانور با غلظت150میلی‏گرم در لیتر را حذف نماید. Brink درسال1960 نشان داد که استفاده از فاضلاب انسانی در صافی چکنده تأثیر بسزایی در کاهش سیانور دارد. در همین سال Ludzack  ثابت نمود که سیستم لجن فعال می‏تواند تا غلظت50 میلی گرم در لیتر سیانور را تحمل نمایند. بررسی‏های Aaslestad در سال 1961 نشان داد که سیانور برای میکروارگانیزم‏ها منبع نیتروژن مناسبی بوده ولی منبع انرژی و کربن خوبی نمی‏باشد. درسال1965 Gurnham توانست غلظت200 میلی‏گرم در لیتر سیانور را از فاضلاب ساختگی تهیه شده  از سیانور سدیم را با روش صافی چکنده  تصفیه نماید. Strobel و همکاراندرسال1966 موفق به جداسازی قارچی از فاضلاب شدند که قادر به تجزیه سیانور هیدروژن بود. Kostendadner درسال 1969در تصفیه فاضلاب کک‏سازی توانست فنل را       به میزان 99 درصد و سیانور و تیوسیانات را 10 تا 99 درصد کاهش دهد. در این زمینه Wongchong  وHall تحقیق مشابه‏ای انجام داده‏اند. در سال 1969Callely  و Stafford موفق به شناسایی گونه‏ای پسودوموناس به نام پسودوموناس استوتزری(Psedomonas Stutzeri) شدند که تیوسیانات پتاسیم را به عنوان منبع نیتروژن و سولفور مورداستفاده قرار می‏داد.

Raef و همکارانش درسال 1976 موفق شدند سیانور را تا غلظت 200 میلی‏گرم در لیتر به روش بیولوژیکی حذف نمایند. آن‏ها دریافتند که در تصفیه بیولوژیکی سیانور، فراریت و تجزیه بیولوژیکی بیش‏تر از جذب اهمیت دارند. درسال1981 Luthy و همکارانش فاضلابی با میزان 100 میلی‏گرم در لیتر سیانور را به روش بیولوژیکی تصفیه نمودند. Katayama  و Kuraishi    در سال 1978 نوعی تیوباسیلی را در روش لجن فعال شناسایی کردند که ظرف مدت 60 ساعت500 میلی‏گرم در لیتر KSCN را تجزیه نمود. علاوه بر این در سال 1979Betts  و همکارانش گونه‏هایی از تیوباسیلوس، پسودوموناس و آرتروباکتر را شناسایی نمودند که ضمن تحمل غلظت580 میلی‏گرم در لیتر تیوسیانات، آن را به‏عنوان منبع نیتروژن و سولفور مورداستفاده قرار می‏دادند. تحقیقات Gaudy و همکارانش درسال1982 نشان داد که افزایش توده بیولوژیکی در راکتور باعث کاهش فراریت و تجزیه سریع سیانور می‏گردد. در سال 1983 Mudder   و Whitlock موفق شدند با روش RBC روزانه 5/5 میلیون گالن(21000متر مکعب) فاضلاب سیانوردار معدن طلا را با راندمان 96 تا 98 درصد تصفیه نمایند. Meyers و همکارانش در سال 1991 گونه‏های باکتریایی از دسته باسیلوس‏ها را شناسایی کردند که از سیانور به‏عنوان منبع نیتروژن استفاده و آمونیاک و دی‏اکسیدکربن تولید می‏کرد. در سال1996 Banerjee  فاضلابی حاوی240 میلی‏گرم در لیتر سیانور را طی مدت 60 ساعت توسط میکروارگانیزم تصفیه نموده و سیانور آن را به کم‏تر از 5/0 میلی‏گرم در لیتر کاهش داد. در سال 1997White  وSchnabel با استفاده از روشRBC، 20 میلی‏گرم سیانور را طی 24 ساعت به کم‏تر از 5/0 میلی‏گرم در لیتر کاهش دادند. آن‏ها پی بردند که یک منبع کربن نظیر گلوکز می‏تواند ضمن بهبود واکنش‏ها، ازت آمونیاکی موجود در محیط را با سرعت بیش‏تری کاهش دهد به طوری که هر مول گلوکز افزوده شده 10 مول ازت آمونیاکی را حذف نمود.

Akcil و همکاران در سال 2003 ضمن استفاده از 9 گونه از باکتری‏های پسودوموناس، 2 گونه را شناسایی کردند که سیانور موجود در زهاب معدن مس را تجزیه می‏کرد. نتایج بررسی Gurbuz  و همکاران در سال 2004 نشان داد که علاوه بر باکتری‏ها و قارچ‏ها، نوعی جلبک سبز به نام آرتروسپیرا ماکسیما (Arthrospira maxima) قادر است غلظت‏های 50 و 100      میلی‏گرم در­ لیتر سیانور را ظرف مدت 25 ساعت کاهش دهد و در غلظت‏های بالاتر سیانور از بین می‏‏رود. همچنین جلبک سندسموس آلبیکاس (Scenedesmus Obliquus) نسبت به جلبک کلرولا قادر بود درصد بالاتری از سیانور را حذف ‏نماید به گونه‏ای که در مدت زمان مشابه، سندموس آلبیکاس 99% و کلرولا 86% سیانور را تجزیه نمود. از آنجایی که جلبک‏ها به نسبت سایر میکروارگانیزم‏ها مواد مغذی کم‏تری نیاز دارند به نظر می‏رسد کاربرد آن‏ها هزینه کم‏تری داشته باشد. در سال 2013 Kuyucak  و Akcil  دریافتند که میکروارگانیزم‏ها قادرند تا غلظت 200 میلی‏گرم در لیتر سیانور را تحمل نمایند. Lukhanyo  و همکاران در سال 2015 گونه‏هایی از باسیلوس‏ها را شناسایی کردند که غلظت‏های بالای سیانور را تجزیه می‏نمود. آن‏ها دریافتند که با افزایش میزان آمونیاک در محیط راکتور، میکروارگانیزم‏ها به جای سیانور از آمونیاک به‏عنوان    منبع نیتروژن استفاده می‏کنند و این باعث کاهش آهنگ تجزیه سیانور می‏شود. از آنجایی که روش‏های حذف بیولوژیکی سیانور هنوز در مرحله‏ آزمایشگاهی است، مطالعات بیش‏تری به منظور شناسایی میکروارگانیزم‏های مقاوم در سیستم‏های تصفیه بیولوژیکی ضروری می‏باشد.

 

روش بررسی

در این تحقیق، به‏منظور مطالعه رفتار میکروارگانیزم‏ها در محیط حاوی سیانور، فاضلاب ساختگی با استفاده از سیانور پتاسیم (KCN)ساخت شرکت مرک (Merck)آلمان در غلظت‏های مختلف تهیه شد. میکروارگانیزم‏های مورد نیاز، از لجن ثانویه تصفیه‏خانه فاضلاب شهری که به روش لجن فعال فاضلاب را تصفیه می‏نمود استفاده شد. این لجن حاوی مخلوطی از انواع میکروارگانیزم‏ها بود و حضور گونه‏های بیولوژیکی میکروسکوپی نظیر روتیفرها، مژه‏داران و جلبک‏ها در طول آزمایشات، با استفاده از میکروسکوپ مدل IIS کنترل و میزان موادجامد معلق در مایع مخلوط (Mixed Liqour Suspended Solids) راکتور مطابق با سیستم لجن فعال، در محدوده 2000 تا 2700 میلی‏گرم در لیتر و pH نیز در بازه 7 تا 5/8 تنظیم شد. در مطالعات آزمایشگاهی، از فاضلاب ساختگی در راکتور جریان منقطع (Batch) با ظرفیت 2 لیتر استفاده شد و غلظت‏های سیانور موجود  در فاضلاب به ترتیب 5،20، 50، 100، 150 و 200  میلی‏گرم در لیتر بود که به صورت ناگهانی  (Slage) به مخزن واکنش اضافه و روند تغییرات میزان سیانور مخزن به فواصل زمانی معین و تا زمان رسیدن غلظت سیانور به کم‏تر از 05/0  میلی‏گرم در لیتر کنترل شد. ضمن این که حضور یا عدم حضور گونه‏های بیولوژیکی با میکروسکوپ بررسی ‏گردید. قابل ذکر است به منظور کاهش میزان خطای آزمایشگاهی و افزایش دقت و صحت نتایج، مراحل کار برای هر یک از غلظت‏های اشاره شده به‏صورت سه تکرار (Triplicate)انجام و میانگین آن به‏عنوان نتایج مطالعه لحاظ گردید. اندازه‏گیری سیانور براساس توصیه کتاب استاندارد متد  (Standard Methods for the Examinations of Water and Wastewater)روش الکترود یون گزینه‏ای  (Ion Selective Electrode)و اساس کار آن نیز اندازه‏گیری اختلاف پتانسیل نمونه‏ها و استانداردها با استفاده از یک الکترود مرجع دو اتصاله (Refrence Electrode Double-Junction)بود. در این روش ابتدا محلول‏ ذخیره(Stock) سیانور با استفاده از سیانور پتاسیم تهیه شد و به دلیل فراریت بالای سیانور، pH محلول‏ با افزودن هیدروکسید سدیم بالای 10 تنظیم گردید. از آنجایی که  روش الکترود یون‏گزینه‏ای برای اندازه‏گیری سیانور در بازه غلظت‏‏های 05/0 تا 10 میلی‏گرم در لیتر مناسب بوده و رسم منحنی کالیبراسون حداقل با سه محلول استاندارد با غلظت‏های مختلف امکان‏پذیر می‏باشد لذا در این مطالعه برای افزایش دقت، با استفاده از محلول ذخیره، شش محلول استاندارد سیانور به غلظت‏های 1/0، 5/0، 1، 2، 5 و10 میلی‏گرم در لیتر تهیه و میزان اختلاف پتانسیل محلول‏ها (بر حسب میلی‏ولت) اندازه‏گیری شد. برای رسم منحنی کالیبراسیون، میلی‏ولت‏ محلول‏های استاندارد در محور معمولی در مقابل غلظت استانداردها در محور لگاریتمی قرار گرفت و منحنی استاندارد آماده شد. به این ترتیب با اندازه‏گیری اختلاف پتانسیل نمونه‏ها در طول مطالعه و مراجعه به منحنی استاندارد میزان غلظت سیانور تعیین می‏گردید. برای شمارش میکروبی از مخلوط میکروبی مورد استفاده در راکتور دو نمونه(یکی قبل از افزودن سیانور و دیگری پس از حذف سیانور) تهیه و با استفاده از روش‏های توصیه شده در کتاب استاندارد متد، محیط کشت‏های MB ,NA ,PDA  وMHA به ترتیب برای جداسازی و شمارش کلی باکتری‏ها، قارچ‏ها، پسودوموناس و سالمونلا و روش‏های بیوشیمیایی برای تشخیص میکروارگانیزم‏ها به کار گرفته شد. مقادیر pH، NH3، NO3، کل جامدات معلق(TSS) و جامدات معلق فرار(VSS) نیز بر اساس روش‏های استاندارد ذکر شده در کتاب استاندارد متد اندازه‏گیری شد.

 

یافته‏ها

مطالعه روند حذف بیولوژیکی سیانور از فاضلاب ساختگی در سیستم جریان ناپیوسته نشان داد که استفاده از کشت مخلوط در روش لجن فعال می‏تواند سیانور را تا غلظت 150 میلی‏گرم در لیتر حذف نماید. همان‏گونه که نمودار 1  نشان می‏دهد حذف سیانور برای غلظت‏های کم‏تر از 100 میلی‏گرم در لیتر سریع و در همان 4 تا 8 ساعت ابتدایی صورت گرفت و با افزایش غلظت سیانور اولیه، مدت زمان حذف نیز افزایش داشت اما سیستم نتوانست غلظت 200 میلی‏گرم در لیتر سیانور را بیش از 8 ساعت تحمل نماید.

 

   

 

 نمودار 1- روند حذف بیولوژیکی غلظت‏های مختلف سیانور از فاضلاب ساختگی

Figure 1- Biological removal process of different concentrations of cyanide from artificial wastewater

 

 

اندازه‏گیری میزان غلظت مواد جامد فرار(Mixed Liquid Volatile Suspended Solids) موجود در راکتورها در شروع و پایان حذف سیانور نشان داد که افزایش غلظت سیانور تا 100 میلی‏گرم در لیتر تأثیر چندانی بر روند فعالیت میکروارگانیزم‏ها نداشته است و به همین دلیل تا غلظت 100 میلی‏گرم در لیتر سیانور میزان غلظت مواد جامد فرار پایانی نسبت به غلظت مواد جامد فرار ابتدایی روند صعودی داشت اما افزایش غلظت سیانور به150 میلی‏گرم در لیتر باعث کاهش جمعیت میکروارگانیزم‏ها به میزان قابل ملاحظه‏ای شد و کاهش میزان غلظت مواد جامد فرار نیز بیان‏گر همین مطلب بود. در نمودار 2 تأثیر غلظت اولیه سیانور بر میزان غلظت مواد جامد فرار مخازن واکنش نشان داده شده است.

 

 

 

نمودار 2- روند تغییرات میزان MLVSS مخازن واکنش در غلظت‏های مختلف سیانور

Figure 2- Trend of changes in the amount of MLVSS in reaction tanks at different concentrations of cyanide

 

 

با توجه به این که غلظت 100 میلی‏گرم در لیتر سیانور بر میزان  غلظت مواد جامد فرار تأثیر نامطلوبی نداشت لذا از همین غلظت برای بررسی روند تجزیه بیولوژیکی و تغییرات غلظت آمونیاک و نیترات در راکتور استفاده شد. همان‏گونه که در نمودار 3 ملاحظه می‏شود در 24 ساعت ابتدایی ضمن کاهش میزان سیانور، غلظت آمونیاک راکتور افزایش داشته اما بر میزان نیترات اضافه نشد. در این مرحله پساب وارد راکتور بعدی با محیط کشت تازه شد که در پی آن با افزایش میزان نیترات، غلظت آمونیاک نیزکاهش یافت.

همان‏گونه که در جدول 1 آمده است، شمارش کلی میکروبی راکتور حاوی 100 میلی‏گرم در لیتر سیانور فاضلاب ساختگی نشان داد که گونه‏های پسودوموناس‏، کلی‏فرم( به‏جز کلی‏فرم‏های مدفوعی)، قارچ‏، باسیلوس‏ و جلبک‏ها از قابلیت بالایی در حذف بیولوژیکی سیانور برخوردار بوده‏اند. همچنین بر اساس نتایج میکروسکوپی به‏دست‏آمده حساس‏ترین مژه‏دار، روتیفر و جلبک نسبت به سیانور به ترتیب آسپیدیسک (Aspidisca)، پرولز (Proals) و آلوتریکس (Ulothrix) بوده‏اند ضمن این‏که گونه‏های کارچزیوم (Carchesium) (از دسته مژه‏داران)، فیلودینا (Philodina) (ازدسته روتیفرها) و اوسیلاتوریا (Oscillatoria)    (از دسته جلبک‏ها) به‏عنوان گونه‏های مقاوم به سیانور در تصفیه بیولوژیکی هوازی شناسایی شدند. تصاویر مربوط به این سه گونه که پس از حذف سیانور در مخزن واکنش موجود بوده‏اند در شکل 6 دیده می‏شود.

 

 

 

نمودار 3- روند تغییرات میزان آمونیاک و نیترات در جریان حذف بیولوژیکی سیانور از فاضلاب ساختگی

Figure 3- Trend of changes in ammonia and nitrate levels during biological removal of cyanide from artificial wastewater

 

جدول 1نتایح شمارش میکروبی در جریان حذف بیولوژیکی سیانور از فاضلاب ساختگی

Table 1 - Microbial count results during biological removal of cyanide from artificial wastewater

نوع فاضلاب

نوع میکروب

ساختگی

CN=100 mg/l

قبل از تصفیه

بعد از تصفیه

کل باکتری‏های هوازی(100میلی‏لیتر/ تعداد)

107 × 8/3

107 × 4

کلی‏فرم‏ها (100میلی‏لیتر/ تعداد)

106 × 3/2

106 × 2/1

کلی‏فرم‏های مدفوعی

++

-

کل پسودوموناس (100میلی‏لیتر/ تعداد)

104 × 6

104 × 2

کل قارچ‏ها (100میلی‏لیتر/ تعداد)

103 × 3/1

103 × 1

کل باسیل‏ها (100میلی‏لیتر/ تعداد)

104 × 3

104 × 4

جلبک

+

++

 

     

الف- مژه‏دار کارچزیوم

ب- روتیفر فیلودینا

ج- جلبک اوسیلاتوریا

                              شکل 6- گونه‏های میکروسکوپی مقاوم موجود در رآکتور پس از حذف سیانور

 

a. Carchesium (one of ciliates)      b. Philodina (one of rotifers)        c. Oscillatoria (one of algae)

Figure 6- Resistant microscopic species in the reactor after cyanide removal

 


بحث و نتیجه‏گیری

 

کارایی روش لجن فعال برای حذف بیولوژیکی سیانور یکی از دست‏آوردهای این تحقیق بود. Ludzack  (1960)، Raef  و همکاران (1976)، Luthy و همکاران (1981) نیز نتایج مشابه­ای را به­دست آورده بوده­اند. توانایی باسیلوس‏ها در حذف سیانور دیگر نتیجه حاصل از این مطالعه بود که با نتایج تحقیقات Katayama  و  Kuraishi(1978)  و همچنین Mudder   و Whitlock(1983) منطبق است. نقش مؤثر قارچ‏ها در تجزیه بیولوژیکی سیانور در نتایج بررسی Strobel و همکاران(1966) نیز دیده می‏شود.نقش جلبک‏ها در حذف سیانور یکی دیگر از نتایج این مطالعه است که با نتایج تحقیقات Gurbuz  و همکاران(2004) مطابقت دارد. شناسایی پسودوموناس‏ها در پایان حذف بیولوژیکی سیانور نیز در نتایج کار Callely  و Stafford  (1969) و همچنین Akcil و همکاران (2003) مورد تأیید قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان داد که   بالاتر بودن MLVSS اولیه نقش زیادی در حذف غلظت‏های بالاتر سیانور دارد که در تحقیقات Gaudy و همکارانش(1982) نیز تأیید شده است.

با توجه به این که میکروارگانیزم‏ها در جریان تصفیه بیولوژیکی، سیانور را تجزیه و آمونیاک تولید می‏کنند و عوامل نیتریفیکاسیون نیز در ادامه آمونیاک را به نیترات تبدیل می‏نمایند لذا می‏توان بیان داشت که میکروارگانیزم‏های عامل نیتریفیکاسیون در غلظت‏های بالای سیانور عملکرد مناسبی ندارند و درنتیجه، حضور سیانور به عنوان مانعی برای فرآیند نیتریفیکاسیون شناخته می‏شود. در تحقیقات نوابی و همکاران( 1380) نیزبه این موضوع را اشاره شده است. همان‏گونه که در نمودار3 دیده می‏شود با افزایش آمونیاک از سرعت مصرف سیانور کاسته می‏شود که این موضوع در یافته‏هایLukhanyo  (2015) ذکر شده است. در نتایج آمده است که با انتقال پساب به مرحله دوم و در حضور منبع جدید کربن، به مرور از میزان آمونیاک کاسته شد و بر غلظت نیترات افزوده شد که این مسأله با نتایج تحقیق White  وSchnabel (1997) نیز هم‏خوانی دارد.

بر اساس نتایج به‏دست آمده می‏توان نتیجه گرفت که تصفیه بیولوژیکی هوازی قادر است تا سیانور را از جریان پساب‏های صنعتی حذف نماید ولی با توجه به شرایط متفاوت پساب‏ها در صنایع لازم است این روش ابتدا در شرایط آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته و سپس مورد استفاده قرار گیرد. بدیهی است بررسی حذف سیانور از فاضلاب ساختگی و واقعی با استفاده از محیط کشت خالص(حاوی میکروارگانیزم‏های مقاوم به سیانور) نیز می‏تواند مورد مطالعه قرار گیرد.

 

منابع

  1. Ebbs, S.,2004. Biological degradation of cyanide compound. Current Opinion in Biotechnology, 2004,Vol. 15, pp.231–236.
  2. Smith, A., Mudder, T.I.,1991. The chemistry and treatment of cyanidation Mining. Journal Books Ltd, London,United Kingdom.
  3. Young, C.A., Jordan, T.S.,1995. Cyanide remediation:current and past technologies. Proceedings of the 10th Annual Conference on Hazardous Waste Research, Great Plains/Rocky Mountain Hazardous Substance Research Center, Kansas State University, Kansas, pp. 104-129.
  4. Dubey, S.K., Holmes, D.S.,1995. Biological cyanide destruction mediated by microorganisms. World J Microbiol Biotechnol,Vol. 11, pp. 257-265.
  5. Ware, G.C., Painter, H.A.,1955. Bacterial Utilization of Cyanide. Nature, 175, 900.
  6. Brink, R.J.,1960. Biological decomposition of cyanide. Proc. 3rd. Conf. on Biological Wastes Treatment, manhattan College.
  7. Ludzack, F.J., Schaffer, R.B.,1960. Activated sludge treatment of cyanate and thiocyanate. Proc. 15th Industial Waste Conf, Purdue Univ, pp. 439-460.
  8. Gurnham, C.F., 1965. Cyanide destruction on trickling filters. Proc. 10th Industrial Waste Conf, Purdue Univ, pp. 186-193.
  9. Allen, J., Strobel, G.A.,1966. The assimilation of HCN by a variety of fungi.Canadian Journal of Microbiology, Vol. 12, pp. 414-416.

10.Kostenbadner, P.D., Flecksteiner, J.W., 1969. Biological oxidation of coke plant weak ammonia liquo. J.WPCF,Vol. 41, pp.199-207.

  1. Raef, S.F., Characklis, W.G., Kessick, M.A., Ward, C.H., 1976. Fate of Cyanide and related compounds in aerobic microbial systems II. Microbial Degradation. Water Research, Vol. 11.pp. 485-492.

12.Luthy, R.G.,1981. treatment of coal coking and coal gasification wastewatera. J. WPCF, Vol. 53, pp. 325-339.

13.Katayama, Y., Kuraishi, H.,1978. Characteristics of thiobacillus thioparus and its thiocyanate assimilation.Can. J. Microbial, Vol.24, pp.804-810.

  1. Betts, P.M., Rinder, D.F., fleeker, J.R., 1979. Thiocyanate utilization by an arthrobacter. Can. J. Microbial, Vol. 25, pp. 1277-1282.

15.Gaudy, A.F., Gaudy, E.T., Feng, Y.J ., Brucggemann, G.,1982. treatment of cyanide waste by the Extended aeration process. J. WPCF,Vol. 54, pp.153- 164.

  1. Mudder, T.I ., Whitlock, J.L., 1983. Biological treatment of cyanidation wastewaters. Proc. 38th Industrial waste Con, Purdue Univ, pp. 279-288.
  2. Meyers, PR., Gokool, P., Rawlings, DE., Woods, DR., 1991. An efficient cyanidedegrading  Bacillus pumilus strain. J Gen Microbiol, Vol.137, pp. 1397-1400.
  3. Banerjee, G.,1996. Phenol and thiocyanate based  wastewater treatment in RBC reactor. J. Environ. Eng, Vol. 122, pp. 941-948.
  4. White, D.M., Schnabel, W.,1997. Treatment of cyanide waste in a sequencing bath biofilm reactor.Wat. Res, Vol. 32, pp. 254-257.
  5. APHA.,1992.  Standard Methods for the Examinations of Water and Wastewater. 18th Edn, Publication office American Public Health Association.
  6. Akcil, A., Karahan, A.G., Ciftci, H. Sagdic, O.,2003. Biological treatment of cyanide by natural isolated bacteria (Pseudomonas sp.) Mineral Engg, Vol.16, pp. 643-649.
  7. Gurbuz, F., Hasan, C. Akcil, A., Karahan, A.G.,2004. Microbial detoxification of cyanide solutions: a new biotechnological approach using algae, Hydrometallurgy, Vol.72, pp. 167-176 .
  8. Navvabi Ghamsari, S. R., Haghighi, M. R., Tajrishi, M., Emtiazi, G.,1380. The effect of cyanide on the coefficients Biokinetic. 4th national conference of environmental Health, Yazd Shahid Sadoughi University of Medical Sciences and Health Services. (In Persian) 
  9. Kuyucak, N., Akcil, A., 2013. Cyanide and removal options from effluents in gold  mining and metallurgical processes. Minerals Engineering, Vol. 50, pp. 13-29.
  10. Mekuto, L., Jackson, VA., Ntwampe, SKO.,2015. Biodegradation of free cyanide and subsequent utilisation of biodegradation by-products by Bacillus consortia: optimisation using response surface methodology. Environmental Science and Pollution Research, Vol. 22 , pp. 10434–10443.


[1]- استادیار، گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه ملایر، ایران

2- استادیار، گروه محیط زیست، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه اردکان، ایران *(مسئول مکاتبات).

[3]- Assistant Professor, Department of Environment, Faculty of Environment, Malayer University, Malayer, Iran

[4]- Assistant Professor, Department of Environment, Faculty of Agriculture & Natural Sources, Ardakan University, Ardakan, Iran

 

  1. Ebbs, S.,2004. Biological degradation of cyanide compound. Current Opinion in Biotechnology, 2004,Vol. 15, pp.231–236.
  2. Smith, A., Mudder, T.I.,1991. The chemistry and treatment of cyanidation Mining. Journal Books Ltd, London,United Kingdom.
  3. Young, C.A., Jordan, T.S.,1995. Cyanide remediation:current and past technologies. Proceedings of the 10th Annual Conference on Hazardous Waste Research, Great Plains/Rocky Mountain Hazardous Substance Research Center, Kansas State University, Kansas, pp. 104-129.
  4. Dubey, S.K., Holmes, D.S.,1995. Biological cyanide destruction mediated by microorganisms. World J Microbiol Biotechnol,Vol. 11, pp. 257-265.
  5. Ware, G.C., Painter, H.A.,1955. Bacterial Utilization of Cyanide. Nature, 175, 900.
  6. Brink, R.J.,1960. Biological decomposition of cyanide. Proc. 3rd. Conf. on Biological Wastes Treatment, manhattan College.
  7. Ludzack, F.J., Schaffer, R.B.,1960. Activated sludge treatment of cyanate and thiocyanate. Proc. 15th Industial Waste Conf, Purdue Univ, pp. 439-460.
  8. Gurnham, C.F., 1965. Cyanide destruction on trickling filters. Proc. 10th Industrial Waste Conf, Purdue Univ, pp. 186-193.
  9. Allen, J., Strobel, G.A.,1966. The assimilation of HCN by a variety of fungi.Canadian Journal of Microbiology, Vol. 12, pp. 414-416.

10.Kostenbadner, P.D., Flecksteiner, J.W., 1969. Biological oxidation of coke plant weak ammonia liquo. J.WPCF,Vol. 41, pp.199-207.

  1. Raef, S.F., Characklis, W.G., Kessick, M.A., Ward, C.H., 1976. Fate of Cyanide and related compounds in aerobic microbial systems II. Microbial Degradation. Water Research, Vol. 11.pp. 485-492.

12.Luthy, R.G.,1981. treatment of coal coking and coal gasification wastewatera. J. WPCF, Vol. 53, pp. 325-339.

13.Katayama, Y., Kuraishi, H.,1978. Characteristics of thiobacillus thioparus and its thiocyanate assimilation.Can. J. Microbial, Vol.24, pp.804-810.

  1. Betts, P.M., Rinder, D.F., fleeker, J.R., 1979. Thiocyanate utilization by an arthrobacter. Can. J. Microbial, Vol. 25, pp. 1277-1282.

15.Gaudy, A.F., Gaudy, E.T., Feng, Y.J ., Brucggemann, G.,1982. treatment of cyanide waste by the Extended aeration process. J. WPCF,Vol. 54, pp.153- 164.

  1. Mudder, T.I ., Whitlock, J.L., 1983. Biological treatment of cyanidation wastewaters. Proc. 38th Industrial waste Con, Purdue Univ, pp. 279-288.
  2. Meyers, PR., Gokool, P., Rawlings, DE., Woods, DR., 1991. An efficient cyanidedegrading  Bacillus pumilus strain. J Gen Microbiol, Vol.137, pp. 1397-1400.
  3. Banerjee, G.,1996. Phenol and thiocyanate based  wastewater treatment in RBC reactor. J. Environ. Eng, Vol. 122, pp. 941-948.
  4. White, D.M., Schnabel, W.,1997. Treatment of cyanide waste in a sequencing bath biofilm reactor.Wat. Res, Vol. 32, pp. 254-257.
  5. APHA.,1992.  Standard Methods for the Examinations of Water and Wastewater. 18th Edn, Publication office American Public Health Association.
  6. Akcil, A., Karahan, A.G., Ciftci, H. Sagdic, O.,2003. Biological treatment of cyanide by natural isolated bacteria (Pseudomonas sp.) Mineral Engg, Vol.16, pp. 643-649.
  7. Gurbuz, F., Hasan, C. Akcil, A., Karahan, A.G.,2004. Microbial detoxification of cyanide solutions: a new biotechnological approach using algae, Hydrometallurgy, Vol.72, pp. 167-176 .
  8. Navvabi Ghamsari, S. R., Haghighi, M. R., Tajrishi, M., Emtiazi, G.,1380. The effect of cyanide on the coefficients Biokinetic. 4th national conference of environmental Health, Yazd Shahid Sadoughi University of Medical Sciences and Health Services. (In Persian) 
  9. Kuyucak, N., Akcil, A., 2013. Cyanide and removal options from effluents in gold  mining and metallurgical processes. Minerals Engineering, Vol. 50, pp. 13-29.
  10. Mekuto, L., Jackson, VA., Ntwampe, SKO.,2015. Biodegradation of free cyanide and subsequent utilisation of biodegradation by-products by Bacillus consortia: optimisation using response surface methodology. Environmental Science and Pollution Research, Vol. 22 , pp. 10434–10443.