الفهرس 
Review of LiteratureOnly 14 pages are availabe for public view
 |  | from | 161 |  |  |
| | | from | 161 | | |
Abstract
الأمتزاز الحيوى للعناصر الثقيلة من المياة الملوثة بإستخدام الكتلة البكتيرية الحية و الميتة
يحدث انتشار المعادن الثقيلة في البيئة بسبب تطبيقاتها الصناعية والزراعية والطبية والتكنولوجية الضخمة ، وبالتالي أصبح تلوث البيئة بالمعادن الثقيلة تهديدًا خطيرًا للكائنات الحية في النظام البيئي. يعد الرصاص والكروم والنحاس والزنك من المعادن الثقيلة السامة التي تستخدم على نطاق واسع في مختلف الصناعات. تنتج سمية المعادن الثقيلة عن طريق تكوين مجموعات أو ”روابط” مع مركبات عضوية ، حيث قد يؤدي ارتباط المعادن بهذه المجموعات إلى تعطيل أنظمة الإنزيمات المهمة ، أو التأثير على بناء البروتين. يعتبر الامتزاز الحيوي طريقة صديقة للبيئة ورخيصة لإزالة المعادن من البيئة. وتعد البكتيريا أكثر فاعلية في امتصاص المعادن الضارة ، خاصة عند التركيزات المنخفضة في المحاليل. ومن السمات المميزة للمواد الماصة الحيوية أنها يمكن أن تكون حية أو ميتة. كما يمكن استخدام الكائنات الحية الدقيقة التي تم تجميدها على مواد مناسبة في مجموعة متنوعة من الإجراءات ويمكن استردادها وإعادة استخدامها بسهولة. و يؤدي هذا التثبيت إلى زيادة استقرار الخلايا ، وحمايتها من تأثيرات درجة الحموضة العالية ، والمواد السامة ، وتقنيات التفاعل العنيف ، وتقليل احتمالية تلوث مزارع الخلايا.
لقد تضمنت هذه الدراسة عزل البكتيريا المقاومة للمعادن الثقيلة من مواقع مختلفه ملوثه بالمعادن الثقيلة ، وتحديد وتوصيف العزلات الأكثر فعالية ، وتحديد الحد الأدنى للتركيز المثبط لنمو البكتريا (MIC) وأقصى تركيز للسماح لنمو البكتيريا (MTC) ، وتحسين إزالة المعادن الثقيلة عن طريق اختبار العزلة باستخدام برنامج Design-Expert ، وتطبيق تقنية الامتصاص الحيوي لمعدن الرصاص.
يمكن تلخيص النتائج التي تم الحصول عليها على النحو التالي:
1. عزل وفحص البكتيريا المقاومة للمعادن الثقيلة:
• تم عزل 41 عزلة بكتيرية متحملة للرصاص من مختلف عينات التربة والمياه الملوثة التي تم الحصول عليها من مواقع EF و OS و GS و SW و تم اختيار أكثر العزلات كفاءه لمقاومة ايونات معدن الرصاص Pb+2 للتجربة التالية وهما (8 EF,17 OS).
• وتم ايضا الحصول على 39 عزلة بكتيرية مقاومة للنحاس من أربعة مواقع ملوثة مختلفة. وتم اختيار العزلتين (52 GS, 76 SW) لمزيد من الدراسات.
2. تقديرMIC و MTC وتقدير مقاومه العزلة المختاره للمعادن الثقيلة المتعددة:
• لقد أظهرت العزلة (17 OS) اعلي تركيز تحملته MTC عند 3000 ملجم / لتر واقل تركيز مثبط للنمو MIC عند 3250 مجم / لتر، بينما حققت عزلة 8 EF) ) قيمة MTC عند 2750 مجم / لتر و (MIC) عند 3000 ملجم / لتر.
• ولقد تحملت العزلة 52 GS)) اعلي تركيز MTC عند 2750 مجم / لتر و كان اقل تركيز مثبط للنمو MIC عند 3000 مجم / لتر، بينما حققت عزلة (76 SW) MTC عند 2500 لجم / لتر و MIC عند 2750 مجم / لتر.
• وباستخدام مقياس الطيف الضوئي سجلت عزلة (17 OS) كثافه ضوئية (نمو) يتراوح من 0.125 إلى 0.426 و 0.0225 إلى 0.285 و 0.06 إلى 0.185 و 0.069 إلى 0.147 في وسط البيئة السائلة مزودة بتركيزات من (500 إلى 2000) مجم / لتر من ايونات معادن الذنك Zn2+، الكادميوم Cd+2، الكروميوم Cr+3 +، والنحاس Cu+2 علي التوالي.
• كما سجلت العزله 52 GS)) (نمو) يتراوح من 0.0505 إلى 0.406 و 0.046 إلى 0.348 و 0.037 إلى 0.285 و 0.0225 إلى 0.195 في وسط البيئه السائلة مزودة بتركيزات من( 500 إلى 2000 ) مجم / لتر من Zn+2 و Pb+2 و Cr+3 + و Cd+2 على التوالي .
3. حساسية المضادات الحيوية للعزلات البكتيرية (17 OS وGS 52)
• كانت عزلة Pb+2 شديدة الحساسية لاثني عشر مضادًا حيويًا ومقاومة لثمانية مضادا حيويا آخر.
• بينما كانت عزلة cu+2 شديدة الحساسية لاربعة عشر مضادًا حيويًا ومقاومة لستة مضادات حيوية اخري.
(( من نتائج التجارب السابقة ، تم اختيار عزله (17OS) كأفضل عزلة لمزيد من الدراسات ))
4. تعريف العزلة الأكثر كفاءة (17 OS):
• تم تصنيف هذه العزلة على أنها Paenibacillus ، والتي ظهرت على شكل عصوي ، موجبة الجرام ، متحركة ، وهوائية ؛ أعطت نتائج إيجابية لكل من اختبار الكاتلاز والليباز والأميلاز. ونمت في درجات حرارة تتراوح من 5 درجات مئوية إلى 55 درجة مئوية ومستويات حموضة تتراوح من 7 إلى 9.5 وفي وجود 2٪ إلى 6٪ كلوريد الصوديوم. بالإضافة إلى ذلك ، تم تأكيد هذا الجنس عن طريق التعريف الجزيئي باستخدام sixteen SrRNA كـ P.dendritiformis 17 OS مع تشابه 99.2٪ وأودعت في GenBank تحت رقم الانضمام ON705726.1.
5. تحسين إزالة معدن الرصاص Pb+2 بسلالة P. dendritiformis 17OS:
• تم تطبيق تصميم الحد الأدنى من التصميم التجريبي لدقة التشغيل
(Minimum-run resolution IV design):
وفيه تم تحقيق الحد الأقصى لقيمة إزالة المعادن Pb+2 بقيمة (498.6 مجم / لتر) في التشغيل التجريبي رقم 11 عند الأس الهيدروجيني (5.5) ، والخلايا الميتة (6.8 جم / لتر) ، وفترة الحضانة (24 ساعة) ومستويات عالية من درجة الحرارة (35 درجة مئوية) ، وتركيز المعدن (500 مجم / لتر) ، وسرعة التحريض (150 دورة في الدقيقة) ، بينما تم تسجيل أدنى قيمة لإزالة المعادن Pb+2 بقيمة (0.24 مجم / لتر) في التشغيل التجريبي رقم 14 عند درجة الحرارة (25 درجة مئوية) ، وتركيز المعادن (200 مجم / لتر) ، والخلايا الميتة (6.8 جم / لتر) ومستويات عالية من الأس الهيدروجيني (7) ، وفترة الحضانة (48 ساعة) ، وسرعة التحريض (150 دورة في الدقيقة) ، على التوالي .
• تصميم Box – Behnken:
وفيه استندت مصفوفة تصميم المتغيرات المختبرة إلى 29 عملية تجريبية والنتائج التجريبية. أدى التشغيل التجريبي رقم 22 إلى زيادة إزالة المعدن إلى 500 مجم / لتر عند درجة الحرارة (40 درجة مئوية) ، وتركيز المعادن (600 مجم / لتر) ، وفترة الحضانة (18 ساعة) ، وسرعة التحريض (150 دورة في الدقيقة) ، في حين أن كانت أقل إزالة المعدن395 مجم / لتر تحققت في رقم التشغيل التجريبي 2 عند درجة الحرارة (37.5 درجة مئوية) ، وتركيز المعدن (500 مجم / لتر) ، وفترة الحضانة (12 ساعة) ، وسرعة التحريض (125 دورة في الدقيقة).
6. التحقق من صحة النموذج:
كانت القيم الفعلية لإزالة المعدن Pb+2 بواسطة سلالة 17OS (520.00 مجم / لتر) متوافقة جيدًا مع القيم المتوقعة (512.61 مجم / لتر) وكانت ضمن 95 ٪ من التوقعات المؤكده ، مما يؤكد النموذج المقدم أعلاه. وتم العثور على الظروف المثالية المتوقعة: درجة الحرارة ، 40 درجة مئوية ؛ تركيز المعدن ، 600 مجم / لتر ؛ فترات الحضانة ، 18 ساعة ؛ وسرعة التحريك ، 150 دورة في الدقيقة. علاوة على ذلك ، كانت تقنية التحسين المتسلسل مهتمة بزيادة إزالة Pb+2 بنسبة 4.29٪ باستخدام تصميم Box-Behnken عند مقارنتها بالحد الأدنى من التصميم التجريبي لدقة التشغيل IV.
7. تأثير جرعة الماص الحيوي على أداء الامتزاز:
كانت نسبة إزالة أيونات الرصاص Pb+2 من( 0.5 إلى 2 جم ) لـغشاء PES النقي تقريبًا نفس معدل الإزالة الأدنى ووصل إلى 23٪ فقط. وعند زيادة جرعة الامتصاص الحيوي من( 0.5 إلى 1.5 جم / لتر) ارتفع معدل الإزالة من 72٪ إلى 98٪.
8. وصف مادة الامتصاص الحيوي:
• مسح بالمجهر الإلكتروني (Scanning electron microscope (SEM)):
الأغشية المصنوعة من مادة البولي إيثرسولفونPES)) النقية لها هيكل مسامي كبير يشبه الأصابع. تنتشر البكتيريا بشكل موحد في المصفوفة البوليمرية على الغشاء بأكمله ، مما ينتج عنه مسام أكبر من أغشية PES النقية. ينتج عن هيكل (PES/biosorbents) وقدرة امتصاص أكبر مقارنة بغشاء PES النقي ومن الشكل الداخلي للصور السطحية ، تمت زيادة حجم المسام لأغشية PES المعدلة مع الخلايا البكتيرية من 0.21 ميكرومتر إلى 0.78 ميكرومتر.
• تحليل Fourier transform infrared (FTIR):
تم العثور على القمم المميزة في 1196 و 1495 و 1814 سم -1 ، وأوضحت هذه الظاهرة أن السطح يحتوي على مجموعات وظيفية ، مثل P-O و -COOH و C = O ، بعد التجميد.
• تقدير الخصائص المحبة للماء لمادة الامتصاص الحيوي PES:
كانت المواد الماصة الحيوية قادرة على تقليل مقاومة الغشاء للماء في PES النقي وانخفضت زاوية التلامس من 61 درجة بالنسبة لـ PES إلى 30.4 للغشاء المجمد. يرجع هذا إلى تكوين المواد الماصة ووجود المجموعات الوظيفية ، مثل P-O و -COOH و C = O -OH و -NH على السطح.
• اختبار زيتا (ζ):
كانت قيم ζ السطحية للمحلول PES االنقي 4.2 مللي فولت وتكوين المحلول لـ PES / المواد الماصة الحيوية لها قيمة سالبة للسطح الخارجي f (-9.10 مللي فولت) بسبب مجموعات حمض الكربوكسيل من المواد الماصة. تؤكد هذه النتائج أنه تم تعزيز الخصائص السالبة الشحنة للأغشية المجمدة من خلال دمج المواد الماصة الحيوية في محلول PES.
الخلاصة والتوصيات
باختصار ، تم عزل P. dendritiformis 17OS من موقع (OS ) واستطاعت هذه العزلة أن تتحمل تركيزًا عاليًا من ايونات معدن الرصاص ( Pb+2 ) في وسط النمو. ثبت أيضًا مقاومه هذه العزله للمعادن المتعددة بتركيزات عاليه كما تم تحسين قدرة هذه السلالة على إزالة المعدن Pb+2 بعد تحسين مجموعه من عوامل النمو مثل درجة الحرارة ، ومستوى الأس الهيدروجيني ، وتركيز Pb+2، ونوع الخلية المستخدمة ، وسرعة التحريض ، وفترة الحضانة باستخدام تجربة التصميم الإحصائي ، حيث تمت زيادة إزالة المعدن Pb+2بمقدار 4.29٪ تقريبا. وتم تطبيق العزلة P. dendritiformis 17OS لإزالة 200 مجم / لتر Pb+2 من الماء بواسطة تجميد هذه السلالة على اغشية البولي إيثرسولفون(PES) فقد حقق الامتصاص الحيوي الجديد معدل إزالة مرتفعًا لايونات الرصاص Pb + 2 يصل إلى 98٪ ، مقارنةً بـ PES النقي ، مما يؤكد أن مادة الامتصاص الحيوي هي المسؤولة عن عملية الامتصاص. ويتم فصل المواد الماصة الجديدة بسهولة عن المحاليل المائية ويمكن إعادة استخدامها. لذلك ، يمكن القول أن السلالة المختبرة بدت صديقة للبيئة.
التوصيات
بناءً على نتائج هذا العمل ، يجب التوصية بإمكانية تطبيق غشاء بولي إيثر سلفون PES) ) المتجمد لإزالة المعادن الثقيلة الأخرى بالإضافة إلى الرصاص ومعالجة مياه الصرف من الملوثات العضوية مثل الأصباغ والملوثات البيولوجية مثل البكتيريا. و استخدام البوليمرات المشتقة حديثًا لتقنيات التجميد المختلفة.واذا كان الامتصاص الحيوي يوفر العديد من المزايا ، فهناك العديد من التحديات المتعلقة بتطوير إجراءات واسعة النطاق لتخليق المواد الماصة الحيوية ، ولكن الجمع بين الكتلة الحيوية والمواد البوليمرية يمكن أن يؤدي إلى الحصول على مواد ماصة حيوية من شأنها تحسين فعالية العملية وزيادة تطبيقها في الظروف الحقيقية. ويجب أن يركز البحث على التجارب التي تستخدم مياه الصرف الصحي لتحويل الامتصاص الحيوي إلى عملية تنافسية على نطاق واسع وذات كفاءة تجارية. بالإضافة إلى ذلك ، يجب تقييم المواد الماصة الحيوية التي تم فحصها حديثًا ليس فقط فيما يتعلق بكفاءة امتصاصها الحيوي، ولكن أيضًا فيزيائيًا ، وقدرتها على التجديد كما هو الحال بالنسبة للامتصاص الحيوي (خاصة التي يتم الحصول عليها من خلال التثبيت) ، فإن إعادة الاستخدام ضرورية.