آب مهمترین منبع طبیعی در جهان است و بسیاری از منابع آب سطحی در برابر آلودگی بسیار آسیب پذیر هستند. منابع آب طبیعی اغلب توسط فاضلاب شهری که حاوی آلودگی بیگانه بیگانه و گاهی اوقات حاوی محصولات تخریب سمی بیشتری است، آلوده می شوند.
تاکنون فن‌آوری‌های فیزیکی و شیمیایی مختلفی برای تصفیه پساب‌ها مانند انعقاد، لخته‌سازی و جذب کربن فعال توسعه یافته‌اند. فن آوری های پیشرفته تر، از جمله اسمز معکوس، نانوفیلتراسیون، فتولیز، تبادل یونی و اکسیداسیون پیشرفته نیز در آزمایشگاه موفقیت آمیز بوده اند. با این حال، هزینه تصفیه فاضلاب شهری بسیار زیاد است.
در سال‌های اخیر روش‌های بیولوژیکی برای تصفیه فاضلاب بسیار مورد توجه قرار گرفته است. آنها مهم هستند زیرا می توانند بسیاری از ناخالصی ها، از جمله ناخالصی های سمی را کاملاً اکسید کنند، در حالی که به تجهیزات نسبتاً کم هزینه و ساده نیاز دارند. در میان آنها، آنزیم اکسیدوردوکتاز که عمدتاً واکنش اکسیداسیون – احیا را کاتالیز می کند، دارای ویژگی سوبسترای گسترده، انتخاب منطقه ای و انانتیو انتخابی است و می تواند به طور موثر مایعات زباله مختلف، به ویژه رنگ ها، فنل ها و ترکیبات مرتبط را تصفیه کند.
برخلاف بسیاری از اکسیدان‌های شیمیایی، آنزیم‌های اکسیداتیو سوبسترا را کانی نمی‌کنند، بلکه در عوض رادیکال‌های آزاد را تشکیل می‌دهند که می‌توانند به بخش‌هایی از محصول تبدیل شکسته شوند یا با فرآیندهای غیر آنزیمی (واکنش‌های جفت اکسیداتیو) به مولکول‌های مختلف جفت شوند تا ترکیبی با وزن مولکولی بالاتر را تشکیل دهند.
علاوه بر این، محصول تبدیل کاتالیز شده با آنزیم حداقل سمیت را نشان می دهد یا به راحتی قابل تجزیه زیستی نسبت به ترکیب اصلی است، که نشان دهنده توانایی تصفیه اکسیداتیو بیولوژیکی برای فاضلاب است.
آنزیم های اکسیداتیو شامل اکسیژنازها، پراکسیدازها و پلی فنل اکسیدازها عمدتاً در تصفیه فاضلاب استفاده می شوند که همگی از طریق مکانیسم های اکسیداسیون باعث تجزیه آلاینده های فنلی، معطر یا معدنی می شوند.
اکسیژنازها
اکسیژنازها به منطقه، استریو و انانتیو گزینش پذیری دست می یابند که اکسیژن اتمی یا مولکولی را به طیف وسیعی از بسترها وارد می کند و در نتیجه ترکیبات آبگریز را به اشکال محلول در آب و پاسخگوتر تبدیل می کند.
اکسیژنازها عمدتاً آنزیم های درون سلولی هستند که در بیوسنتز و متابولیسم نقش دارند. علاوه بر استفاده از آن در ساخت داروها و سنتز مواد شیمیایی ویژه، اکسیژنازها همچنین با تجزیه زیستی هیدروکربن ها و ترکیبات مشابه آنها مرتبط هستند:
فرآیندی که عموماً به عنوان تبدیل زیستی در نظر گرفته می شود. این ترکیبات به دلیل استفاده، ذخیره سازی و دفع غیرمجاز، آلاینده های زیست محیطی محسوب می شوند. سه دلیل اصلی برای تبدیل زیستی با اکسیژنازها وجود دارد:
همتایان شیمیایی اکسیژنازها وجود ندارند یا فاقد خاصیت انتخاب‌پذیری منطقه‌ای و استریو هستند.
اکسیژن مولکولی می تواند به عنوان یک اکسیدان ارزان قیمت سازگار با محیط زیست در مقایسه با اکسیدان های شیمیایی خشن استفاده شود.
آنها در اصلاح محصولات طبیعی یا سنتز واسطه های دارویی و بلوک های ساختمانی کایرال نقش دارند.
آنزیم یک بیوکاتالیست موثر است که می تواند مواد را به طور خاص در شرایط خفیف تجزیه کند (براندلی و همکاران، 2015، یائو و همکاران، 2020).
آنزیم‌ها دارای محل‌های فعال خاصی هستند، آن‌هایی که می‌توانند با سوبستراهای خاص متصل شوند و انرژی فعال‌سازی را با این رویکرد در طی فرآیندهای آنزیمی کاهش دهند.
بنابراین، این فرآیندها دارای سینتیک واکنش و ویژگی بالایی هستند. علاوه بر این، آنزیم ها می توانند در زمان مورد نیاز برای انتقال سوبستراها به سلول ها صرفه جویی کنند که این فرآیندها را موثرتر می کند.
شش نوع آنزیم وجود دارد که بیشترین کاربرد در تصفیه فاضلاب هیدرولازها و اکسیدوردوکتازها هستند (Mishra et al., 2020, Varga et al., 2019). این دو آنزیم به دلیل گستره وسیعی از مواد می توانند اکثر آلاینده های فاضلاب را زیست کاتالیزور کنند. در حال حاضر آنزیم هایی مانند لیپاز، لاکاز، پراکسیداز به صورت تجاری مورد استفاده قرار می گیرند.
لاکاز و پراکسیداز به طور گسترده برای حذف برخی از ریزآلاینده‌های آلی استفاده می‌شوند (Ji et al., 2016, Stadlmair et al., 2017, Zerva et al., 2017) به دلیل ویژگی‌های گسترده سوبسترا یا بی‌حوصلگی (Varga et al., 2019). فناوری آنزیم با روند “شیمی سبز” مطابقت دارد.
در مقایسه با فرآیندهای شیمیایی مرسوم، فرآیندهای آنزیمی دارای سینتیک واکنش بالاتری هستند و به آب و انرژی کمتری نیاز دارند، بنابراین آنزیم‌ها توسط واکنش‌ها مصرف نمی‌شوند و متعاقباً می‌توانند بازیافت شوند (Kalia et al., 2013, Summerscales, 2021). برخلاف باکتری‌ها و سایر روش‌های بیولوژیکی، آنزیم‌ها با سایر اشکال حیات میکروبی رقابت نمی‌کنند (De Cazes et al., 2014, Demarche et al., 2012). بنابراین، فرآیندهای آنزیمی در حذف آلاینده‌های مقاوم مانند روغن، گریس و میکروآلاینده‌های آلی از فاضلاب امیدوارکننده هستند.
آنزیم های مختلفی برای تصفیه آلاینده های مقاوم در فاضلاب مورد مطالعه قرار گرفته اند و بسیاری از آنها با موفقیت عمل کرده اند. این اولین بررسی است که یک مرور کلی و بحث انتقادی در مورد نقش و کاربرد آنزیم ها برای حذف آلاینده های مقاوم در تصفیه فاضلاب ارائه می دهد.
این مقاله به طور سیستماتیک تأثیر انواع و منابع آنزیم‌ها را معرفی می‌کند، تصفیه فاضلاب مبتنی بر آنزیم، مشکلات محصولات تبدیل آنزیمی، و معمولاً سیستم‌های آنزیمی را مورد مطالعه قرار می‌دهد.
مطالعات آینده بر روی آنزیم برای فاضلاب واقعی با کاربردهای در مقیاس بزرگتر، نظارت بر محصولات جانبی آنزیمی، افزایش توانایی آنزیمی، و ساخت و سازهای سیستم های آنزیمی متعدد برای تقویت توسعه پایدار فرآیندهای آنزیمی برای فن آوری های تصفیه فاضلاب سبز پیشنهاد شد.
انتخاب آنزیم ها
کارایی آنزیم در تصفیه فاضلاب به شدت به انواع آنزیم ها و منابع آنها بستگی دارد. برای یک چیز، آنزیم ها فقط می توانند یک یا یک نوع واکنش را به دلیل ویژگی خود کاتالیز کنند. به عنوان مثال، لیپازها می توانند تجزیه روغن، گریس و چربی را کاتالیز کنند، در حالی که پروتئاز قادر به تجزیه پروتئین ها است. هیدرولیز پیوندهای استری کاربامات ها، ارگانوفسفره ها و سایر ترکیبات آلی کلردار توسط کربوکسیل استرازها کاتالیز شد (Cummins et al., 2007). فسفوتری استرازها
ضرورت استفاده از آنزیم ها در تصفیه فاضلاب
مسیرهای فرآیندهای آنزیمی پیچیده هستند و گاهی اوقات TP های آنزیمی تهدیدهای بزرگی برای محیط آبی هستند، به ویژه زمانی که بسترها میکروآلاینده باشند (جدول 2).
به عنوان مثال، CBZ، یک داروی مقاوم که معمولاً در فاضلاب شناسایی می شود، به 10،11-دی هیدرو-10،11-دی هیدروکسی-کاربامازپین (CBZD)، 10،11-دی هیدرو-10،11-اپوکسی-کاربامازپین (CBZE) تبدیل شد. آکریدون توسط لاکاز (جی و همکاران، 2016). CPO می تواند CDF را به دلیل مونوهیدروکسیله یا دی هیدروکسیله تبدیل کند
سیستم های آنزیمی رایگان
در سیستم های آنزیمی آزاد، آنزیم ها را می توان به آنزیم های خام و آنزیم های خالص تقسیم کرد. هر دو نوع آنزیم در حذف آلاینده ها عملکرد خوبی داشتند (Lloret et al., 2010, Zhang and Geissen, 2010). با این حال، آنزیم های خالص گران هستند زیرا روش هایی مانند جداسازی غشایی، کروماتوگرافی حذف اندازه، و کروماتوگرافی ستونی برای خالص سازی آنزیم مورد نیاز است (Naghdi et al., 2018b؛ Zhu et al., 2020). آنزیم های خالص شده در حذف آلاینده های فاضلاب بدتر از آنزیم های خام بودند.
چشم اندازهای آینده
همانطور که در بالا ذکر شد، فرآیندهای آنزیمی پتانسیل بالایی در تصفیه فاضلاب دارند. انواع و منابع آنزیمی نقش مهمی در فرآیندهای آنزیمی دارند.
بنابراین، مطالعات بیشتری برای بررسی عملکرد آنزیم ها در فاضلاب خاص مورد نیاز است. تصفیه فاضلاب مبتنی بر آنزیم امکان خود را در حذف آلاینده های مقاوم نشان داده است. با این حال، بسیاری از مطالعات تحت شرایط تجربی/آزمایشگاهی انجام شد و فاضلاب مصنوعی بود (جدول 1)، که برای
نتیجه
آنزیم ها نقش مهمی در تجزیه آلاینده ها دارند و فرآیندهای زیستی آنزیمی اولویت خود را در تصفیه فاضلاب نشان داده اند. فرآیندهای آنزیمی در تجزیه زیستی آلاینده‌های مقاوم مانند گریس، روغن، داروها، محصولات مراقبت شخصی، آفت‌کش‌ها و مواد شیمیایی صنعتی امیدوارکننده هستند.
با این حال، این فناوری تنها می تواند به عنوان یک روش پیش تصفیه عمل کند و برای دستیابی به درمان کامل باید با روش های دیگر ترکیب شود زیرا آنزیم ها فقط پیچیده را تبدیل می کنند.
همچنین بخوانید :
راهنمای خرید دستگاه تصفیه آب خانگی
تفاوت فرآیند تصفیه آب با ازن و کلر
بدون دیدگاه