الفهرس 
Heavy metals: definitions and classificationOnly 14 pages are availabe for public view
 |  | from | 257 |  |  |
| | | from | 257 | | |
Abstract
تعد مياه الصرف الملوثة بالمعادن التي تتميز بانخفاض درجة الاس الهيدروجينى وتركيزات عالية من الكبريتات والمعادن من أهم المخاطر البيئية التي تواجه مجال الصناعة. لذلك كان هناك حاجة إلى استراتيجية اقتصادية لازالة المعادن الثقيلة بيولوجيا خاصة بالنسبة للبلدان النامية التي لا تستطيع تحمل ميزانية عالية لحماية بيئاتها.لذلك يهدف العمل الحالي إلى معالجة المياه الملوثة المحتوية على معادن ثقيلة وخاصة ذات الاس الهيدروجيني المنخفض بواسطة البكتريا المختزله للكبريتات (SRB) المتحمّله للمعادن والحموضة. المعادن الثقيلة التي تم استخدامها في هذه الدراسة كنموذج لمعظم المعادن الثقيلة السامة الموجودة في مياه الصرف هى النحاس والنيكل والزنك والكوبالت والحديد.
تم تسجيل 16 عينة فقط من بين25 عينة تحتوى علي وجود إيجابي للبكتريا المختزلة للكبريتات. أظهرت العينات التي تحتوي علي وجود ايجابي للبكتريا المختزلة للكبريتات تباين قوي من حيث عدد هذه البكتريا. سجل أعلى عدد بكتيرى (7,76 × 410 ، 7,20 × 410 ، 6,0 × 410 و 1,07 × 410) للعينات AS7) ، AS10 ، AS19 و (AS23 على التوالى وسجل أقل عدد بكتيرى (1,73 × 10) للعينة .(AS2)
وجد ان السته عشرعينه المحتويه علي تجمعات بكتيريه من البكتريا المختزلة للكبريتات التى تم اختيارها قادرة على النمو عند درجة الاس الهيدروجينى (6 , 7 , 8 و 9). لم يلاحظ أي نمو في درجة الاس الهيدروجينى الحمضية (3 , 4 و 5 .(
تم تقييم تأثير المعادن الثقيلة التي تم اختيارها للدراسه منفرده وهى النحاس والنيكل والزنك والكوبالت والحديد ,Co, Fe) (Cu, Ni, Zn بتركيزات مختلفة (50 ، 100 ، 150 ، 200 مجم / لتر) على نمو البكتريا المختزلة للكبريتات الموجوده فى 16 عينه بيئيه مختلفه التى تم اختيارها سابقا. وقد وجد أن من بين 16 عينة توجد عشرةعينات فقط هى (AS3 ، AS5 ، AS6 ، AS7 ، AS10 ، AS11 ، AS12 ، AS19 ، AS21 و (AS23لها قدرة على النمو فى وجود التركيزات المختلفة لكل المعادن الثقيلة التي تم فحصها حتى (200 مجم / لتر).
تم تقييم قدرة البكتيريا المعزوله من العشرة عينات المختارة على النمو في خليط من المعادن المحتوية على (Co، Cu، Fe، Ni و (Zn بتركيزات مختلفة لكل معدن (0 ، 50 و 75 مجم / لتر). وجد ان ستة تجمعات بكتيرية فقط AS10) و AS19 و AS12 و AS3 و AS23 و (AS7 قادرة على تحمل تركيز خليط المعادن حتى (75 ملجم / لتر من كل معدن) وسجلت عدد بكتيرى (4,4×210، 3,4 × 210، 2,8 × 210، 1,5 ×210 ،2,6 ×310 و 4,4×310) وكان تركيز الكبريتيد المنتج هو(5,08 ، 6,17 ، 4,54 ، 2,51 ، 8,06 و 8,20 ملى مول / لتر) على التوالي.
وجد ان كفاءة هذه التجمعات البكتيرية الستة فى ازاله المعادن عالية بنسبة تتراوح من (95 الى اكثر من99٪) لجميع المعادن التي تمت دراستها باستثناء معدن الحديد الذى تم ازالته بنسبة تتراوح من (92 الى 83 ٪) وكان من الواضح أيضًا أن AS7 و AS23 حققوا أعلى كفاءة في إزالة المعادن مقارنة بالتجمعات البكتيرية الأخرى.
وبتحليل الرواسب السوداء للعينات الست المختارة بواسطة SEM-EDX لتحديد الشكل و التركيب الأولي وفهم الآلية المسؤولة عن إزالة المعادن الثقيلة بواسطة البكتيريا المختزلة للكبريتات أظهرت النتائج وجود قمم طيفية قوية للكبريت والحديد والنحاس والزنك والنيكل والكوبالت في جميع الرواسب المتكونة نتيجة نشاط التجمعات البكتيرية الستة المختبرة AS10) و AS3 و AS19 و AS7 و AS23 و AS12) .وجود قمم طيفية للكبريت في الأطياف تشير إلى اختزال كل المعادن من خلال ترسيب المعدن في شكل كبريتيد المعادن بسبب الكبريتيد الناتج عن نمو البكتيريا المخنزلة للكبريتات كما كشفت صور الميكروسكوب الماسح الالكترونىSEM للرواسب عن شكل غير متبلور في الغالب من أملاح الكبريتيد المقابلة للمعادن المختلفة التى تم دراستها.
تم فحص قدرة تحمل الستة تجمعات البكتيرية المختارة عند تركيز خليط معدني أعلى (100 و 125 مجم / لتر لكل منهما) . نجحت أربعة تجمعات فقط في النمو عند تركيز خليط المعادن (100 مجم / لتر) وهى AS12) ، AS3 , AS23 و .(AS7 حيث سجلت اعداد بكتيرية (1,5 ×210 ، 6,9 ×10 ، 4,66 ×210 و 7,3 ×210) وتركيزات الكبريتيد (1,57 ، 1,22، 6,16 و 6,79 ملى مول / لتر) على التوالي.
كشف الفحص المجهري للستة تجمعات البكتيرية المختارة ان فقط كلا من التجمعات البكتيرية AS7 و AS23 نقي. لذلك تم تسمية العزلة النقية التي تم الحصول عليها من التجمعات البكتيرية AS7 و AS23 باسم S7 و S23 على التوالي. كانت العزلة البكتيرية S7 عبارة عن عصيات سالبة الجرام Gram -ve بينما كانت S23 عبارة عن diplobacilli موجبة الجرام.Gram + ve
تم فحص قدرة البكتريا المختزلة للكبريتات الأربعة المختارة AS3) و S7 و AS12 و (S23 للنمو في درجة الحموضة بعد تكيفها التدريجي. تم إجراء التكيف عن طريق التعرض التدريجي لوسط غذائى يحتوي على خليط معدني عند قيم الأس الهيدروجيني من (6 الى 4,5). وقد وجد أن العزلة(S7) فقط نجحت في النمو إلى درجة الحموضة (4,5) بعد التكيف التدريجي.
اوضح الفحص الظاهرى للسلالة المعزولة (S7) ان الخلايا على شكل قضيب ، سلبية الجرام. متحركة motile منفردة أو فى شكل سلاسل. ظهرت المستعمرات المعزولة على الوسط غذائى improved Starkey medium في البداية بيضاء ثم رمادية اللون مع صبغة سوداء تنتج بعد 3 أيام من الحضانة. أظهر التحليل الوراثي للعزلة من خلال تقنية 16SrRNA انها تعرف باسم سيتروبكتر املونتيكس Citrobacter amalonaticus (MK292052) .
تم اختبار معدلات كفاءة إزالة المعادن لكلا من العزلة المتكيفة للاحماض سيتروبكتر املونتيكس واخرى غير متكيفة عند قيم الأس الهيدروجيني المختلفة (4,5 ،7 ، 8 ، 9و10( وقد وجد أن الرقم الهيدروجيني الأمثل للسلالة المعزولة المتكيفة او غير المتكيفة للاحماض هو (8,0 .( فى حين أظهرت العزلة المتكيّفة للاحماض تفوقًا في كفاءة إزالة المعدن على غير المتكيّفة عند جميع قيم الأس الهيدروجيني المدروسة.
وبدراسة تاثير درجة الحرارة على كفاءة العزلة المتكيفة للاحماض سيتروبكتر املونتيكس بعد مرور 9 ايام من فترة التحضين تم استنتاج أن نشاط إنتاج الكبريتيد ونمو البكتريا المعزولة يزداد مع زيادة درجة الحرارة داخل النطاق بين (15 الى35 درجة مئوية(. أعلى معدل نمو وتركيز للكبريتيد المنتج تم تحقيقه عند 35 درجة مئوية لتعتبر أفضل درجة حرارة لنمو البكتريا المختزلة للكبريتات. على أي حال أظهرت السلالة المعزولة كفاءة إزالة المعادن في جميع درجات الحرارة المدروسة بنسبة إزالة عالية تصل الى اكثر من (70٪ و80٪) للحديد Feو (90٪ و95٪) للمعادن الأخرى عند الاس الهيدروجينى (4,5) و (8,0)على التوالي.
ايضا تم دراسة تاثير التشعيع الجامى على مدى كفاءة العزلة المتكيفة حمضيا سيتروبكتر املونتيكس على ازالة المعادن عند الاس الهيدروجينى (8,0) و (4,5) بعد مرور 9 ايام من فترة التحضين. وجد ان عند درجة الحموضة (8,0) ، لم يكن لإشعة جاما أي تأثير على نمو أو معدل إنتاج كبريتيد SRB حتى الجرعة 50 جراى مقارنة بالعزلة الغير مشععة. إن زيادة جرعات اشعة جاما عن 50 جراي لها تأثير سلبي على كلا من النمو ونشاط إنتاج الكبريتيد للعزلة. على الرغم من أن الجرعات الاشعاعية العالية فوق 50 جراى قد قللت كلا من النمو ونشاط الكبريتيد ، فإن قدرة إزالة المعدن للعزلة عند درجة الحموضة (8,0) لم تتأثر بالإشعاع الجامى. كانت كفاءة إزالة المعادن للعزلة المتكيفة للأحماض اكثر من 99٪ لجميع المعادن في الخليط ، باستثناء الحديد ؛ كانت نسبة ازالته (95٪) في جميع الجرعات الإشعاعية المدروسة.
لم يؤثر التشعيع الجامى للعزلة على نشاط الترسيب المعدني للعزلة حتى الجرعة (100 جراي) عند درجة الحموضة (4,5). فوق هذه الجرعة تأثرت كفاءة العزلة على ازالة المعادن بشدة وتنخفض مع زيادة جرعة الإشعاع. تراوحت كفاءة إزالة المعادن عند درجة الحموضة (4,5) عند جرعة إشعاعية 100 جراي (86 ٪) للحديد Fe و (95 ٪) للمعادن الأخرى التي شملتها الدراسة. بينما انخفضت كفاءة الإزالة بشكل كبير لتصل إلى حوالي (70٪) للحديد Fe و (85-90٪) للمعادن المدروسة الأخرى عند جرعة إشعاعية 150 جراى .عند زيادة الجرعة الاشعاعية إلى 200 جراي ، أصبحت كفاءة الإزالة الأسوأ (57٪) للحديد Fe و (70-85٪) للمعادن المدروسة الأخرى.
تم دراسة تأثير أنواع مختلفة من الحقنات كلا على حدة مثل استخدام حقنة نقية من Citrobacter amalonaticus S7 ،وحقنة من العزلة (S23) و حقنة من خليط بكتيرى من
amalonaticus S7) Citrobacter و (S23 على كفاءة عملية إزالة المعادن في درجة الحموضة (8,0 و4,8 ) بعد مرور 9 ايام من فترة التحضين. وجد ان عند الرقم الهيدروجيني (8,0) ، أظهر كل من amalonaticus S7 Citrobacter والخليط البكتيرى من amalonaticus S7 Citrobacterو (S23 كفاءة إزالة معادن عالية وصلت إلى اكثر من 99٪ لجميع المعادن المدروسة و 95 ٪ للحديد. في حين أن استخدام حقنة بكتيرية من S23 أظهر أسوأ كفاءة إزالة المعادن حيث وصلت نسبة ازالة المعادن الى 88% للحديد و اكثر من 92% لباقى المعادن المدروسة.
من ناحية أخرى عند الرقم الهيدروجيني (4,8) ، حققت الحقنة البكتيري amalonaticus S7 Citrobacter أعلى نشاط للترسيب المعدني حيث وصلت نسبة ازالة المعادن الى 85٪ للحديد و 95٪ من المعادن الأخرى التي تمت دراستها في خليط المعادن. في حين أن الحقنة البكتيرية S23 أظهرت أقل كفاءة في إزالة المعادن حيث كانت نسبة ازالة المعادن 79 ٪ للحديد واكثر من 85٪ للمعادن الأخرى التي شملتها الدراسة. كما يمكن ملاحظة أن استخدام حقنة من خليط بكتيرى أدى إلى تحسين عملية إزالة المعادن مقارنةً باستخدام حقنة منفردة من S23 فقط .بينمان كان استخدام حقنة من خليط بكتيرى له تأثير سلبي على كفاءة عملية إزالة المعادن مقارنة باستخدام حقنة منفردة من amalonaticus S7 Citrobacter فقط .
تم دراسة تأثير تراكيزات مختلفة من الكبريتات كعامل بيئي مؤثر على قدرة ترسيب المعادن للعزلة سيتروبكتر املونتيكس عند درجة الحموضة (8,0) و (4,5) بعد مرور 9 ايام من فترة التحضين. وقد وجد أن (5 جم / لتر) من الكبريتات سجلت أعلى نسبة إزالة للمعادن 97,5 ٪ للحديد واكثر من 99٪ للمعادن الأخرى المدروسة عند درجة الحموضة (8,0) و (93,5 ٪ للحديد و 98٪) للمعادن الأخرى عند درجة الحموضة (4,5) بعد 9 أيام. كما لوحظ أن السلالة المعزولة S7 قادرة على تحمل تركيز عالى من الكبريتات تصل إلى 7,5 جم / لتر حيث وصلت كفاءة إزالة المعادن عند هذا التركيز الى (88 ٪ للحديد و 97 - 95٪ للمعادن الأخرى) في درجة الحموضة 4,5 و (93 ٪ للحديد و 98٪ للمعادن الأخرى) في درجة الحموضة 8,0.
تم استخدام العزلة المحلية سيتروبكتر املونتيكس في تطبيق معالجة مياة صرف ابو رواش الملوثة للمعادن. وجد ان نسبة ازالة المعادن الثقيلة بعد مرور 9 ايام وصلت الى 96% لعينة مياه الصرف المدعمة بوسط غذائى ونسبة ازالة اكثر من 80% للغير مدعمة بوسط غذائى.