25538

بررسي عوامل مؤثر بر تخريب زيستي زباله هاي پليمري حاصل از بسته بندي مواد غذايي

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي-بيوتكنولوژي

1397-1400

1400/8/20

دكتر پريسا حجازي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

پليمرهاي پلي¬اتيلن ترفتالات و پلي¬اتيلن با چگالي بالا ازجمله فراوان‌ترين زباله‌هاي پليمري سنتزي رهاشده در محيط‌زيست مي‌باشند و تخريب آن¬ها در شرايط محيطي مشابه محيط¬هاي تجمع زباله¬ها مانند سطح و عمق خاك و در محيط¬هاي آبي ساكن و جاري حائز اهميت است. به دليل زيست‌تخريب‌پذير نبودن اين پليمرها، از روش¬هايي همچون حرارت¬ دهي و پرتودهي با پرتو فرابنفش براي تسهيل اين فرآيند پيش از تخريب ميكروبي استفاده مي¬شود. در اين تحقيق به تخريب ميكروبي دو نوع پليمر مذكور پيش¬تيمارشده با حرارت و پرتو فرابنفش، با چهار نوع قارچ پوساننده چوب از گونه¬هاي بومي و چهار نوع مخلوط ميكروبي در دو فاز مايع و/يا خاك مورد بررسي قرار گرفت. اين تحقيق در دو مرحله كلي انجام شد: مرحله اول جداسازي مخلوط ميكروبي مناسب و سازگاري و تجزيه زيستي پليمرها در دو فاز مايع و خاك با منابع كربني كمكي فنل و/يا هگزادكان و مرحله دوم استفاده از ميكروب¬هاي سازگارشده براي تجزيه زيستي پليمرها. در طي فرآيند مرحله اول، رشد ميكروارگانيسم¬ها توسط روش¬هاي دانسيته نوري، كلوني شماري و اندازه¬گيري pH مورد بررسي قرار گرفت و در انتهاي آن ميزان تخريب زيستي كمي و كيفي نمونه¬هاي پليمري با روش¬هاي SEM، FTIR، اندازه¬گيري زاويه تماس و كاهش وزن مورد ارزيابي قرار گرفت و برمبناي آن ميكروارگانيسم¬هاي مؤثر تعيين شد. در مرحله دوم، به منظور بررسي ميزان تخريب پليمري توسط ميكروارگانيسم¬هاي سازگارشده از مرحله قبل، دو سامانه خاك و مايع (با هوادهي مستقيم) بدون استفاده از منبع كربني كمكي و با افزايش دو برابري عمق خاك به مدت 6 ماه مورد بررسي قرار گرفت. نتايج SEM ايجاد پوسيدگي سطحي و حفره و شكاف در سطح پليمرها را تاييد مي¬كند و در نمونه‌هاي شاهد، سطح صاف و بدون تغيير باقي ماند. تشكيل يا حذف گروه¬هاي عاملي جديد ازجمله هيدروكسيل¬ها و كربونيل¬ها برخلاف نمونه‌هاي شاهد، در عدد موج‌هاي ناحيه‌ي 3000 و 1-cm1700 به دليل اعمال پيش¬تيمارها و تخريب ميكروبي توسط FTIR قابل تشخيص است. كاهش زاويه تماس كه بيانگر آب¬دوستي سطح است، به ميزان كمتر از 5 درجه توسط پيش¬تيمارها و تا 30 درجه توسط تيمار با ميكروارگانيسم¬هاي مختلف اتفاق افتاد. در مرحله اول، بيشينه ميزان كاهش وزن پلي¬اتيلن ترفتالات و پلي¬اتيلن با چگالي بالا در فاز مايع با هوادهي غيرمستقيم 2/60 و 7/37%، با هوادهي مستقيم 41 و 5/60% و در فاز خاك 19 و 9/18% به ترتيب بدست آمد. در مرحله دوم و با ميكروارگانيسم¬هاي سازگارشده، بيشترين ميزان تخريب به ترتيب براي پلي¬اتيلن ترفتالات و پلي¬اتيلن با چگالي بالا برابر 9/58 و 5/68% در فاز مايع توسط لجن فعال نوع 1 و 2 و به ترتيب 5/5 و 4/22% در فاز خاك توسط ميكروارگانيسم-هاي منبع خاك قيرآلود حاصل شد. براساس بررسي¬هاي سينتيكي انجام شده، مدل لجستيك بر داده¬هاي حاصل انطباق خوبي دارد. همچنين با محاسبه¬ي حداكثر شدت رشدهاي ويژه و مقايسه با ميزان كاهش وزن¬ها مشخص شد بين ميزان تخريب زيستي و ميزان شدت رشد ميكروارگانيسم¬ها رابطه¬ي مستقيم وجود دارد.

1400/08/30

Investigation on the factors affecting biological degradation of the polymeric dump arising from the packaging industry

11/11/2022 12:00:00 AM

Polyethylene terephthalate (PET) and high-density polyethylene (HDPE) are among the most abundant synthetic polymer wastes left in the environment and their degradation in environmental conditions similar to dumpsites such as soil surface and depth and in stagnant and current aquatic environments is important. Due to the non-biodegradability of these polymers, methods such as heating and irradiation with ultraviolet light are used to facilitate this process before microbial degradation. In this study, microbial degradation of the two types of polymers pretreated with heat and ultraviolet, with four types of wood-decaying fungi of native species and four types of microbial mixtures in two phases of liquid and / or soil were investigated. This research was carried out in two general stages: the first stage is the separation of suitable microbial mixture and compatibility and biodegradation of polymers in two phases of liquid and soil with auxiliary carbon sources of phenol and / or hexadecane and the second stage is the use of compatible microbes for biodegradation of polymers. During the first stage process, the growth of microorganisms was examined by optical density, colony counting and pH measurements, and at the end, the amount of quantitative and qualitative biodegradation of polymer samples by SEM, FTIR, contact angle measurement and weight loss were evaluated and effective microorganisms were determined based on them. In the second stage, in order to investigate the degree of polymer degradation by compatible microorganisms from the previous stage, two soil and liquid systems (with direct aeration) without the use of auxiliary carbon sources and by doubling the soil depth were examined for 6 months. SEM results confirm the formation of surface decay, cavities and cracks in the surface of polymers and in control samples, the surface remained smooth and unchanged. The formation or removal of new functional groups, including hydroxyls and carbonyls, can be detected in the wavelenumbers around 1700 and 3000cm-1, due to the application of pretreatments and microbial degradation, by FTIR, in contrast to the control samples. Reduction of the contact angle, which indicates surface hydrophilicity, occurred to less than 5° by pretreatments and up to 30° by treatment with various microorganisms. In the first stage, the maximum weight loss of PET and HDPE in the liquid phase with indirect aeration were 60.2 and 37.7%, with direct aeration 41 and 60.5% and in the soil phase 19 and 18.9%, respectively. In the second stage and with adapted microorganisms, the highest degradation rates for polyethylene terephthalate and high-density polyethylene were 58.9% and 68.5% in the liquid phase by type 1 and 2 activated sludge, respectively, and 5.5 and 22.4% in the soil phase by Bituminous soil source microorganisms were obtained respectively. Based on the kinetic studies performed, the logistic model is well adapted to the resulting data. Also, by calculating the maximum intensity of specific growth and comparing it with the rate of weight loss, it was found that there is a direct relationship between the rate of biodegradation and the rate of growth of microorganisms.

پليمرهاي سنتزي , تخريب ميكروبي , پلي اتيلن ترفتالات , پلي اتيلن با چگالي بالا , پيش¬تيمار , تخريب زيستي در فاز مايع و فاز خاك

synthetic polymers , microbial degradation , polyethylene terephthalate , high density polyethylene , pretreatment , biodegradation in liquid phase and soil phase