علوم و مهندسی آب و فاضلاب

علوم و مهندسی آب و فاضلاب

امکان‎سنجی توانایی ریزجلبک سندسموس آبلیکوس در حذف زیستی میکروپلاستیک پلی‎اتیلن از محیط آبی و بهینه‌سازی پارامترهای مؤثر بر حذف زیستی

نوع مقاله : مقالات علمی

نویسندگان
1 دانشجوی دکترا، گروه مهندسی محیط‎زیست، دانشکده فنی و مهندسی، واحد تهران غرب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
2 دانشیار گروه مهندسی محیط‎زیست، دانشکده فنی و مهندسی، واحد تهران غرب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
3 استادیار دانشکده مهندسی شیمی، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران.
4 دانشیار گروه میکروبیولوژی، دانشکده زیست‎شناسی، دانشکدگان علوم، دانشگاه تهران، تهران، ایران.
چکیده
میکروپلاستیکها به ذرات پلاستیکی با قطر کوچکتر از 5 میلی‌متر گفته می­شود که به‎دلیل کوچک بودن، عدم وجود فناورى کافى در حذف و همچنین پتانسیل ایجاد عوارض جانبى، مشکلات محیطزیستی عمده­ای ایجاد می­کنند. ریزجلبک سندسموس آبلیکوس بهدلیل توانایی ترشح آنزیمهای لیگنینولیتیک و اگزوپلی ساکارید قابلیت تجزیه میکروپلاستیک­ها و مصرف آن بهعنوان منبع کربنی را دارد. در مطالعه حاضر با بهینه­سازی شرایط کشت ریزجلبک سندسموس آبلیکوس، رشد ریزجلبک بهینهشده و در ادامه امکان‎سنجی حذف زیستی میکروپلاستیک پلی­اتیلن و تأثیر پارامترهای مؤثر بر حذف زیستی پلی‎اتیلن توسط ریزجلبک سندسموس آبلیکوس بررسیشد. با توجه به نتایج، بالاترین درصد حذف میکروپلاستیک پلی­اتیلن در چگالی نوری سندسموس 1، سرعت همزدن 150 دور بر دقیقه و اندازه میکروپلاستیک 45 میکرومتر به‎دست آمد. آنالیز ژل کروماتوگرافی نشان داد که وزن مولکولی میکروپلاستیک پس از حذف زیستی حدود 14% کاهش یافت. همچنین آنالیز FTIR نشانداد که حذف گروه عاملی کربونیل در محدوده طول موج 1400-1600 نانومتر می­تواند بهعنوان المان تأیید حذف زیستی میکروپلاستیک پلی­اتیلن مورد توجه قرارگیرد.
کلیدواژه‌ها

 
An, L., Liu, Q., Deng, Y., Wu, W., Gao, Y., and Ling, W., (2020), "Sources of microplastic in the environment", In: Microplastics in Terrestrial Environments: Emerging Contaminants and Major Challenges, 143-159, Cham: Springer International Publishing.
Bhuyar, P., Sundararaju, S., Feng, H.X., Rahim, M.H.A., Muniyasamy, S., Maniam, G.P., and Govindan, N., (2021), "Evaluation of microalgae’s plastic biodeterioration property by a consortium of chlorella sp. and cyanobacteria sp", Environmental Research, Engineering and Management, 77(3), 86-98, https://doi.org/10.5755/j01.erem.77.3.25317.
Boucher, J., and Friot, D., (2017), Primary microplastics in the oceans: A global evaluation of sources,  Vol. 10, pp. 1-43, Gland, Switzerland: Iucn. https://doi.org/10.2305/IUCN.CH.2017.01.en. 
Cheng, Y.R., and Wang, H.Y., (2022), "Highly effective removal of microplastics by microalgae scenedesmus abundans", Chemical Engineering Journal, 435, 135079, https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135079.
Chia, R.W., Lee, J.Y., Kim, H., and Jang, J., (2021), "Microplastic pollution in soil and groundwater: A review”, Environmental Chemistry Letters, 19(6), 4211-4224, https://doi.org/10.1007/s10311-021-01297-6.
Cunha, C., Faria, M., Nogueira, N., Ferreira, A., and Cordeiro, N., (2019), "Marine vs freshwater microalgae exopolymers as biosolutions to microplastics pollution", Environmental Pollution, 249, 372-380, https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.03.046.
Cunha, C., Silva, L., Paulo, J., Faria, M., Nogueira, N., and Cordeiro, N., (2020), "Microalgal-based biopolymer for nano-and microplastic removal: A possible biosolution for wastewater treatment", Environmental Pollution, 263, 114385, https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114385.
Cutroneo, L., Reboa, A., Besio, G., Borgogno, F., Canesi, L., Canuto, S., Dara, M., Enrile, F., Forioso, I., Greco, G., and Lenoble, V., (2020), "Microplastics in seawater: Sampling strategies, laboratory methodologies, and identification techniques applied to port environment", Environmental Science and Pollution Research, 27, 8938-8952, https://doi.org/10.1007/s11356-020-07783-8.
Fan, X., Kong, L., Wang, J., Tan, Y., Xu, X., Li, M., and Zhu, L., (2024), "Surface-programmed microbiome assembly in phycosphere to microplastics contamination", Water Research, 262, 122064, https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122064.
Geyer, R., Jambeck, J.R., and Law, K.L., (2017), "Production, use, and fate of all plastics ever made", Science Advances, 3(7), 1700782, https://doi.org/10.1126/sciadv.1700782.
Hadian-Ghazvini, S., Hooriabad Saboor, F., and Safaee Ardekani, L., (2022), "Bioremediation techniques for microplastics removal", In: Microplastics Pollution in Aquatic Media: Occurrence, Detection, and Removal, 327-377, https://doi.org /10.1007/978-981-16-8440-1 15.
Iyare, P.U., Ouki, S.K., and Bond, T., (2020), "Microplastics removal in wastewater treatment plants: A critical review", Environmental Science: Water Research and Technology, 6(10), 2664-2675, https://doi.org/10.1039/d0ew00397b.
Li, J., Zheng, X., Liu, X., Zhang, L., Zhang, S., Li, Y., Zhang, W., Li, Q., Zhao, Y., Chen, X., and Wang, X., (2023), "Effect and mechanism of microplastics exposure against microalgae: Photosynthesis and oxidative stress", Science of the Total Environment, 905, 167017, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.167017.
López-Pacheco, I.Y., Castillo-Vacas, E.I., Castañeda-Hernández, L., Gradiz-Menjivar, A., Rodas-Zuluaga, L.I., Castillo-Zacarías, C., Sosa-Hernández, J.E., Barceló, D., Iqbal, H.M., and Parra-Saldívar, R., (2021), "CO2 biocapture by Scenedesmus sp. grown in industrial wastewater", Science of the Total Environment, 790, 148222, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.148222.
Magalhães, S., Alves, L., Medronho, B., Romano, A., and Rasteiro, M.D.G., (2020), "Microplastics in ecosystems: From current trends to bio-based removal strategies", Molecules, 25(17), 3954, https://doi.org/10.3390/molecules25173954.
Miloloža, M., Cvetnić, M., Kučić Grgić, D., Ocelić Bulatović, V., Ukić, Š., Rogošić, M., Dionysiou, D.D., Kušić, H., and Bolanča, T., (2022), "Biotreatment strategies for the removal of microplastics from freshwater systems, A review", Environmental Chemistry Letters, 20(2), 1377-1402, https://doi.org/10.1007/s10311-021-01370-0.
Nava, V., and Leoni, B., (2021), "A critical review of interactions between microplastics, microalgae and aquatic ecosystem function", Water Research, 188, 116476, https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116476.
Park, H., and Park, B., (2021), "Review of microplastic distribution, toxicity, analysis methods, and removal technologies", Water, 13(19), 2736, https://doi.org/10.3390/w13192736.
Prata, J.C., da Costa, J.P., Lopes, I., Andrady, A.L., Duarte, A.C., and Rocha-Santos, T., (2021), "A one health perspective of the impacts of microplastics on animal, human and environmental health", Science of the Total Environment, 777, 146094, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146094.
Priya, A.K., Jalil, A.A., Dutta, K., Rajendran, S., Vasseghian, Y., Karimi-Maleh, H., and Soto-Moscoso, M., (2022), "Algal degradation of microplastic from the environment: Mechanism, challenges, and future prospects", Algal Research, 67, 102848, https://doi.org/10.1016/j.algal.2022.102848.
Sarmah, P., and Rout, J., (2020), "Role of algae and cyanobacteria in bioremediation: Prospects in polyethylene biodegradation", In: Advances in Cyanobacterial Biology, 333-349, Academic Press, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819311-2.00022-X.
Silambarasan, S., Logeswari, P., Sivaramakrishnan, R., Incharoensakdi, A., Kamaraj, B., and Cornejo, P., (2023), "Scenedesmus sp. strain SD07 cultivation in municipal wastewater for pollutant removal and production of lipid and exopolysaccharides", Environmental Research, 218, 115051, https://doi.org/10.1016/j.envres.2022.115051.
Su, Y., Gao, L., Peng, L., Diao, X., Lin, S., Bao, R., and Mehmood, T., (2023), "Heterogeneous aggregation between microplastics and microalgae: May provide new insights for microplastics removal", Aquatic Toxicology, 261, 106638, https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2023.106638.
Sugimoto, M., Shimada, A., Kudoh, H., Tamura, K. and Seguchi, T., (2013), "Product analysis for polyethylene degradation by radiation and thermal ageing", Radiation Physics and Chemistry, 82, 69-73, https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2012.08.009.
Wang, C., Liu, Y., Chen, W.Q., Zhu, B., Qu, S., and Xu, M., (2021), "Critical review of global plastics stock and flow data", Journal of Industrial Ecology, 25(5), 1300-1317, https://doi.org/10.1111/jiec.13125.
Wang, X., Zhao, Y., Zhao, L., Wan, Q., Ma, L., Liang, J., Li, H., Dong, J., and Zhang, M., (2023), "Effects of microplastics on the growth, photosynthetic efficiency and nutrient composition in freshwater algae Chlorella vulgaris Beij", Aquatic Toxicology, 261, 106615, https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2023.106615.
Wang, Z., Chen, H., Zhang, Y., and Wang, Q., (2023), "Study on the mechanism of molecular weight reduction of polyethylene based on Fe-montmorillonite and its potential application", Polymers, 15(6), 1429, https://doi.org/10.3390/polym15061429.
Wu, X., Zhao, X., Chen, R., Liu, P., Liang, W., Wang, J., Teng, M., Wang, X., and Gao, S., (2022), "Wastewater treatment plants act as essential sources of microplastic formation in aquatic environments: A critical review", Water Research, 221, 118825, https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118825.
Yu, Y., Zhou, D., Li, Z., and Zhu, C., (2018), "Advancement and challenges of microplastic pollution in the aquatic environment: A review", Water, Air and Soil Pollution, 229, 1-18, https://doi.org/10.1007/s11270-018-3788-z.
Zhang, C., Chen, X., Wang, J., and Tan, L., (2017), "Toxic effects of microplastic on marine microalgae Skeletonema costatum: Interactions between microplastic and algae", Environmental Pollution, 220, 1282-1288, https://doi.org/10.1016/j.envpol.2016.11.005.
دوره 10، شماره 4
زمستان 1404
صفحه 41-50

  • تاریخ دریافت 24 آذر 1403
  • تاریخ بازنگری 16 اسفند 1403
  • تاریخ پذیرش 22 تیر 1404