مكتب ترجمة معتمدة من اعمال الترجمة الخاصة بمكتب ترجمة معتمدة جوجان 0543784171المعالجة النباتية للتربة الملوثة بالمواد البترولية

 

 ترجمة دراسة من شركة جوجان "ترجمة معتمدة " للتواصل معنا 0543784171

المعالجة النباتية للتربة الملوثة بالمواد البترولية

 

(وانج جينج، زهانج زونجزهي، سو يومينج، هي وي، هي فينج، سونج هونجوانج)

 

كلية العلوم الكيميائية والهندسة، جامعة الصين للبترول، بكين (102249)، الصين

 

 

الموجز:

 

تم إجراء دراسة تجريبية لتأثير المنطقة المحيطة بالجذور في المعالجة النباتية للتربة الملوثة بالبترول باستخدام ثلاثة أنواع  من الحشائش وهي: البانيكم والإليوسين إنديكا جيرث و التول فيسكو، وبعد 150 يوم أوضحت هذه التجربة أن المنطقة المحيطة بالجذور لهذه الأنواع النباتية الثلاثة قد أسرعت من تحلل الهيدروكربونات البترولية بنسب مختلفة، وأوضحت النتائج كذلك أن عدد الكائنات الدقيقة في المنطقة المحيطة بالجذور يتزايد ثلاثة أضعاف، ويغير كل من إحداث منطقة محيطة بجذور وكذلك التأثير الجبري للبترول في نوعية ومدى نشاط الكائنات الدقيقة، وظهر تحلل الهيدروكربونات البترولية في المنطقة المحيطة بالجذور أكبر 3-4 مرات من التربة الغير مزروعة، وكان نشاط إنزيم الديهيدروجينيز  في المنطقة المحيطة بالجذور1.6-2.2 مرة من نشاطه في التربة الغير مزروعة، ونشاط إنزيم الكاتاليز كان 0.9-0.93 من نشاطه في التربة الغير مزروعة، وارتفع محتوى الرطوبة بالتربة حوالي 5% مقارنة بالتربة الغير مزروعة.

 

الكلمات المفتاحية:

 

المعالجة النباتية، المنطقة المحيطة بالجذور، العدد الميكروبي، نشاط الديهيدروجينيز، نشاط الكاتاليز، تحلل هيدروكربونات البترول، مكتب ترجمة معتمدة، ترجمة معتمدة، شركة جوجان

 

المقدمة:

 

تواجه العديد من الدول النامية مشاكل خطيرة خاصة بتلوث التربة، وكنتيجة للنشاط الاقتصادي الإنساني فإن مساحات كبيرة من التربة قد تلوثت بالمنتجات البترولية( كيمي ومساعديه 2006)، وقد تسببت التربة الملوثة بالمواد البترولية في تلوث المياه الجوفية بالمواد العضوية، وهو ما يهدد درجة أمان مياه الشرب ويحد من استخدام المياه الجوفية ويسبب العديد من الخسائر الاقتصادية والكوارث البيئية ويدمر الإنتاج الزراعي( وانج ومساعديه 2007، زو ومساعديه 2006)،فقد أصبح تلوث التربة مشكلة بيئية تؤثر على الجنس البشري( إسكالانتي-إسبينوزا ومساعديه 2005)،ولذلك فقد جذبت معالجة التربة الملوثة بالبترول اهتمام العالم ، واعتبرت طريقة المعالجة النباتية طريقة مؤثرة لإزالة البترول من التربة لما لها من فاعلية كبيرة في ذلك( جونيه ومساعديه 2002، ريان ومساعديه 2001)، بالإضافة إلى ذلك فإن هذه الطريقة لا ينتج عنها أي تدمير أو أي تلف ويمكن أن تعالج مكونات التربة وتعالج كذلك البيئة البيولوجية( ماريا والمساعدين 2002)،ولقد طبقت المعالجة النباتية للتربة الملوثة بنجاح وذلك لطبيعتها الموضعية، فالنباتات تنمي القدرة على مواجهة كمية كبيرة من الاعتداءات البيئية وتعزز كذلك من معالجة التربة المحتوية على بترول باستخدام طرق متنوعة مثل الإخراج و الإتلاف وعزل المواد المؤذية الموجودة بالبيئة( مايلا وكلويت 2002، فيرفيكي ومساعديه 2003)، وأظهرت التجارب المعملية والوعائية أن النباتات تعزز إتلاف الهيدروكربونات متعددة الحلقات إذا ما قورنت بالأنظمة غير المزروعة( جونيه ومساعديه 2002، شن ومساعديه 2003) والتجارب المبدأية في مجال المعالجة النباتية أظهرت حدوث تسريع في اختزال الهيدروكربونات البترولية في المنطقة المحيطة بالجذور( شن ومساعديه 2003، جليك 2003)، وقد أوضح ليست وأليكسندر (2000) أنه يمكن تسهيل تحلل البيرين بواسطة 9 أنواع مختلفة من النباتات تشمل 3 محاصيل زراعية و3 نباتات تزرع بالبساتين و3 شتلات ، والعامل الأساسي في نجاح المعالجة النباتية كان هو استخدام الأنواع النباتية التي لها القدرة على تنقية التربة شديدة التلوث.

 

والهدف من الدراسة التي بين أيدينا الآن هو البحث في تأثير الأنواع النباتية الثلاثة على المعالجة الميكروبية للتربة الملوثة بالمواد البترولية، والتربة الملوثة المستخدمة في هذه الدراسة كانت من حقل نفط دانجينج، وتم اختيار البانيكم والإليوسين إنديكا جيرث والتول فيسكو لمعالجة التربة الملوثة بالمواد البترولية، وتم متابعة التغير في عدد الميكروبات والمحتوى البترولي ونشاط الديهيدروجينيز والكاتاليز بالتربة وكذلك كمية الرطوبة بها بانتظام أثناء فترة الدراسة، ونوقشت كذلك الأسباب المحتملة لهذه التغيرات، وقد جهزت التأثيرات على تحلل الهيدروكربونات بالتربة الملوثة بالمواد البترولية لتقدم المساعدة النظرية والتقنية في المعالجة النباتية للتربة الملوثة بالمواد البترولية.

 

3- النتائج والتحليل:

 

3-1 تغير النشاط الميكروبي:

 

في عملية المعالجة النباتية فإن عدد كبير من الميكروبات في التربة المحيطة بالجذور تم قياسه، وتم قياس عدد الميكروبات في التربة المزروعة وكذلك الغير مزروعة بكل طرق القياس الممكنة، ونتائج ذلك موضحة بالشكل (1).

 

 

 

 

 

 

 

ويرينا الشكل (1) انه في خلال ال 150 يوم التي أجريت فيها عملية المعالجة النباتية فإن عدد الكائنات الدقيقة في المنطقة المحيطة بالجذور قد تزايد إلى ثلاثة أضعاف مقارنة بالتربة الغير مزروعة، وان عدد الميكروبات قد تزايد إلى ضعفين في خلال ال 90 يوم الأولى من عملية المعالجة النباتية، ومن اليوم 90-150 فإن عدد الميكروبات قد تزايد ضعف واحد، أي أن عدد الميكروبات كان مختلفاً بين القياس المبكر(0-90 يوم) والقياس المتأخر( 90-150 يوم)،وفيما عدا اختلاف وقت القياس فإن السبب يمكن أن يكون في أن إفرازات جذور النبات في الفترة المبكرة تكون أكثر من الفترة الأخيرة، فجذور النبات تفرز مركبات تحوي سكريات أحادية وأحماض أمينية وإنزيمات ومركبات أليفاتية وأروماتية والتي تنشط تكاثر مجتمعات ميكروبية محددة( كراريلا ومساعديه 2000)، والتفاعلات بين النباتات والميكروبات في المنطقة المحيطة بالجذور في بعض الأحيان تفيد الاثنين معاً( هيدج ومساعديه 1996)، وبزيادة معدلات الميكروبات فإن نوعية ونشاط الميكروبات تتغير أيضاً، وتأثير الملوثات البترولية والمنطقة المحيطة بالجذور يدعم زيادة عدد الميكروبات التي تحلل الهيدروكربونات البترولية، ولذلك فالميكروبات التي حللت البترول أصبحت ميكروبات دائمة في البيئة المحيطة بالجذور، وعلاوة على ذلك وحتى تتأقلم مع البيئة المحيطة فإن النبات أيضاً يفرز مواد سامة مشابهة للملوثات، وتتغير أنواع الميكروبات حيث أن المواد السامة تحفز مقاومة الميكروبات للملوثات البترولية( ميركل ومساعديه 2006).

 

3-2 تحلل الهيدروكربونات البترولية في المنطقة المحيطة بجذر النبات:

 

تحسنت التربة المحيطة بجذور النبات مقارنة بالتربة الغير مزروعة ولهذا فقد تزايد تكاثر ونشاط الميكروبات، وفي نفس الوقت مع نمو جذر النبات تصبح التربة هشة، وينتقل الأكسجين اللازم لعملية أكسدة الملوثات لمستويات أعمق من التربة عبر الجذر، بالإضافة إلى ذلك فإن جذر النبات هو الأخر يفرز مركبات عضوية وإنزيمات، وكل هذه العوامل ملائمة لتحلل الهيدروكربونات البترولية، وتم قياس المحتوى البترولي بالتربة كما هو موضح بشكل 2.

 

 

 

 

في التربة الغير مزروعة كان تحلل الهيدروكربونات البترولية فقط 10%، بينما وصل تحللها في التربة المزروعة 30-40% أي حوالي 3-4 مرات نسبتها في التربة الغير مزروعة، ولهذا تم استنتاج أن تحلل الهيدروكربونات البترولية في التربة المزروعة تم تحفيزه بواسطة جذور النبات، وعلاوة على ذلك فإن تحلل الهيدروكربونات البترولية في البيئات المختلفة المحيطة بالجذور هي في الأساس مرتبطة بتنوع جذور النبات وإفرازاتها( الإنزيمات)، وكان فقد الهيدروكربونات البترولية عن طريق الامتصاص المباشر من النبات قيما مهملة، والسبب في أن معدل تحلل الهيدروكربونات البترولية قد تم تعزيزه بوجود المنطقة المحيطة بالجذور هو أن إفرازات جذر النبات تزيد من عدد الميكروبات ونشاطها، ولذلك فإن عدد الميكروبات المتزايد الناتج من ذلك يقوم بتحسين عملية تحلل الهيدروكربونات البترولية، ولذلك فإن هذه العلاقة بين النبات والميكروبات هي علاقة مفيدة لتحلل الهيدروكربونات البترولية في التربة المزروعة.

 

3-3 تغير نشاط الديهيدروجينيز في التربة:

 

النظام الجذري في النبات والميكروبات كلاهما ينتج إنزيمات متعددة، وهذه الإنزيمات يمكن أن تحفز تفاعلات الأكسدة للهيدروكربونات البترولية، والديهيدروجينيز هو أهم تلك الإنزيمات، فالديهيدروجينيز ضروري في المرحلة الأولية من عملية الأكسدة للهيدروكربونات البترولية، فيمكنها تنشيط ذرات الهيدروجين للهيدروكربونات البترولية، ونقل ذرات الهيدروجين لمستقبل هيدروجيني معين، ولذلك فإن الهيدروكربونات البترولية تتأكسد وتتحول، وفي الوقت نفسه فإن تحلل وتحول الهيدروكربونات البترولية بواسطة جذور النبات والميكروبات يبدأ من الديهيدروجينيز، ولهذا فإن نشاط الديهيدروجينيز يمكن أن يعكس النشاط التحللي للهيدروكربونات البترولية بواسطة النظام الجذري للنبات والميكروبات، وتغير نشاط الديهيدروجينيز موضح الشكل (3).

 

 

ويظهر شكل 3 أنه في عملية المعالجة النباتية فإن نشاط الديهيدروجينيز في التربة المزروعة كان 1.6-2.2 مرة أكثر من التربة الغير مزروعة، وزيادة نشاط الديهيدروجينيز يعكس تحسن عملية تحلل الهيدروكربونات البترولية، وذلك يدل على أن البيئة الجذرية للنبات، وسبب زيادة نشاط الديهيدروجينيز يمكن أن يكون في أن الميكروبات استطاعت التأقلم مع البيئة المتنوعة الموجودة بسبب استخدام الملوثات البترولية كمصدر جديد للكربون، ولهذا فإن نشاط الميكروبات تحسن وخصوصاً نشاط الديهيدروجينيز، وهذا أيضاً تم إثباته بواسطة تعزيز نشاط الديهيدروجينيز في التربة الغير مزروعة، والتنقية التي يقوم بها جذر النبات، وكذلك زيادة معدلات نواتج الأيض وكمية الماء كل ذلك يزيد من نشاط الميكروبات، وهذا هو السبب في أن نشاط الديهيدروجينيز كلن أعلى في المنطقة المحيطة بالجذور عنه في التربة الغير مزروعة، وفي أول 30 يوم من المعالجة، فإن نشاط الديهيدروجينيز يقل في كل من التربة المزروعة والغير مزروعة، والسبب الرئيسي لذلك هو معدل درجات الحرارة الخارجية في فصل الخريف، وهذا يظهر علاقة عكسية بين نشاط الديهيدروجينيز ودرجة الحرارة، فدرجات الحرارة المنخفضة غير ملائمة لنشاط الميكروبات ولتحلل الهيدروكربونات البترولية في المنطقة المحيطة بجذور النبات.

 

3-4 تغير نشاط الكاتاليز في التربة:

يوجد الكاتاليز بوفرة في الميكروبات وفي خلايا جذر النبات بالتربة، وهو يتكون في عملية التنفس البيولوجي وفي التفاعلات الكيميائية للمواد العضوية، ويمكنه أن يعزز من تفكك الهيدروجين بيروكسيد ويمنعه من تسميم الكائنات، ونشاط الكاتاليز مرتبط بشدة بتنفس التربة ونشاط الميكروبات وهو يعكس مدى كثافة نشاط الميكروبات بالتربة، ولذلك فالكاتاليز هو إنزيم مهم لدراسة الخصائص البيولوجية للتربة.

 

ويظهر شكل 4 أن نشاط الكاتاليز قد انخفض أثناء عملية المعالجة النباتية، وكان أقل في التربة المزروعة عنه في التربة الغير مزروعة، وقد أنتج الكاتاليز بواسطة البكتيريا الهوائية، لان هذا الإنزيم غير موجود بالبكتيريا اللاهوائية، وفي البيئة المحيطة بجذور النبات، فإن هذه الجذور يمكن أن تزيد بشدة من معدلات الأكسجين في التربة المزروعة مقارنة بالتربة الغير مزروعة عن طريق زيادة نفاذية التربة، وكنتيجة لذلك فإنه يجب أن توجد الكثير من البكتيريا الهوائية ، ونشاط الكاتاليز في التربة المزروعة يجب أن يكون أعلى من التربة الغير مزروعة ولكن الحقيقة كانت عكس ذلك إلى حد ما،والسبب يمكن أن يكون كالتالي: 1- نواتج الأيض البينية التي تم إنتاجها في تحلل الهيدروكربونات البترولية من الممكن أن تكون سامة وتمنع تكون الكاتاليز.

2- تغيرت أنواع الميكروبات في البيئة المحيطة بالجذور، وقل عدد البكتيريا القادرة إفراز الكاتاليز.

 

3-5 تأثير البيئة المحيطة بالجذور في رطوبة التربة:

 

تأثير البيئة المحيطة بالجذور على رطوبة التربة موضح بالشكل 5.

ويظهر شكل 5 أن محتوى الرطوبة تزايد بوضوح في التربة المزروعة، وعندما كان عدد مرات الري وكمية المياه المستخدمة في الري متساويا فإن كمية الرطوبة تزايدت من 13-14% إلى 20% بالتدريج في عملية المعالجة النباتية بالتربة المزروعة، ولكن محتوى الرطوبة في التربة الغير مزروعة كان يتأرجح بين 15% و16%، والسبب في ذلك نمو جذور النبات في دورة مؤثرة على حركة الماء، وكذلك أن النظام الجذري للنبات قد حسن نفاذية التربة، والنظام الجذري للنبات يمكن أن يمنع كذلك تسرب الماء بواسطة امتصاصه وربطه، ولهذا فمحتوى الرطوبة بالتربة كان ملائما لحاجة الميكروبات والنبات وكان ملائمة لتحلل الهيدروكربونات البترولية في التربة كذلك.

 

 

4- الاستنتاج:

 

ثلاثة أنواع من النباتات وهي البانيكم والإليوسين إنديكا جيرث والتول فيسكو والذين تم اختيارهم لعملية المعالجة النباتية للتربة الملوثة بالمكونات البترولية قد أسرعوا من عملية تحلل الهيدروكربونات البترولية بنسب مختلفة، والنوعان الجديدان( البانيكم والإليوسين إنديكا جيرث) كان لهما نفس التأثير المشابه للتول فيسكو، وتزايد عدد الميكروبات في المنطقة المحيطة بالجذور لثلاثة أضعاف، وعمل المنطقة المحيطة بالجذور في النبات وتأثير الهيدروكربونات البترولية قد غير من نوعية ونشاط الميكروبات، وكان تحلل الهيدروكربونات البترولية في التربة المزروعة 3-4 أضعاف مثيلتها في التربة الغير مزروعة، وكان نشاط الديهيدروجينيز في التربة المزروعة1.6-2.2 مرة قدر مثيلتها في الغير مزروعة، ولكن الكاتاليز كان 0.9-0.93 من نسبته في التربة الغير مزروعة، وقام النظام الجذري للنبات بزيادة محتوى الرطوبة في التربة عن طريق امتصاص وربط الماء، فقد زاد محتوى الرطوبة في التربة المزروعة حوالي 5% مقارنة بالتربة الغير مزروعة.

 

الهيدروكربونات البترولية هي أحد أكثر الملوثات العضوية المكتشفة عالميا في البيئة وذلك بسبب الاستخدام الصناعي العالي لمنتجات البترول على مستوى العالم، فاستهلاك العالم من البترول في عام 2001 كان 77 مليون برميل في اليوم، وهذا الكم الهائل من الاستخدام نتج عنه تلوث كبير، وكمثال لذلك ففي المملكة المتحدة وحدها يوجد حوالي 120000 مكان لمحطات بترولية ملوثة بتكلفة معالجة حوالي 2.5 بليون، ومعالجة نهائية للزيوت الملوثة وأماكن التكرير سوف تزيد من هذا الرقم، وقطاع الصناعات البترولية في الولايات المتحدة وحدها أنفق حوالي 8 بليون دولار في عام 2001 على المعالجة، وهذا المعدل الضخم والأهمية الاقتصادية لهذا التلوث نتج عنه جهود واضحة في تطوير تقنيات المعالجة وذلك لتحسين صرفه.

والمعالجة النباتية هي إحدى تقنيات المعالجة التي تم إنتاجها لحل هذه المشكلة، وهي مميزة عندما نحتاج حل قليل التكلفة والذي يمكن تطبيقه بسهولة على مصادر التلوث المنتشرة، وهي مثالية للأماكن الواسعة المستخدمة في الصناعات البتروكيميائية، فهذه ألاماكن عادة تكون لها فرص اكبر في إعادة التصنيع( حيث أن الضغط الاقتصادي يتطلب التخلص السريع)، ولذلك فالأمر يتعلق عادة بتقليل التغير، والمعالجة النباتية يمكن أن تستخدم أيضاً لتقليل تسرب الملوثات عبر التربة وبذلك تحمي المياه الجوفية حيث أن المباديء التوجيهية لمستويات التلوث لذلك أكثر صرامة، وهذه التقنية استخدمت أيضا لمن انتقال الملوثات للمياه الجوفية، وفي النهاية فبالنسبة للصناعات البتروكيميائية يوجد اهتمام كبير بخطط المعالجة الحيوية مثل زراعة الاراضي، ولهذا فلكي تلقى المعالجة النباتية القبول المطلوب فيجب أن يكون تطبيقها اسهل من الناحية التجارية.

وقبل تفصيل خيارات التخلص القوية المتاحة حالياً فإنه من الضروري أن نفهم شيئا عن طبيعة الهيدروكربونات البترولية أو الهيدروكربونات البترولية الكلية كما يطلق عليها غالبا عند التحليل.

فالهيدروكربونات البترولية الكلية هي مجموعة من المركبات العضوية والتي تشمل الهيدروكربونات الأروماتية متعددة الحلقات والالكانات وغير ذلك، وجميعهم لهم خصائص كيميائية وفيزيائية مختلفة، ويوضح جدول 1 طول سلسلة الكربون للألكانات والمتعلقة بالعديد من تكوينات الوقود والبترول المختلفة وكيفية تأثير ذلك على درجة الغليان، وزيادة طول سلسلة الكربون سيقلل كذلك من ذوبان الملوث ويزيد من تعلقه بالتربة ويزيد بذلك من تأثير الملوث على النبات في السنوات الأولى من عمليات الصرف، أما عن التربة الملوثة كان التركيز غالبا على المعالجة الكلية للملوثات وبسبب زيادة معظم مشاكل تلوث التربة فقد أدى هذا غالبا إلى جمود عملية المعالجة الكلية بسبب التكاليف الباهظة.

وحاول المشرعون تجنب ذلك عن طريق تحقيق توازن بين كفاءة البيئة والتكاليف باستخدام معايير الصرف المناسبة، والمعالجة النباتية لها دور فعال في ذلك بسبب تكاليفها القليلة وتأثيرها الإيجابي على البيئة،وفي الوقت الحاضر فإن المعالجة النباتية للهيدروكربونات البترولية الكلية مازالت تقنية غير معتمدة، والعلوم الدقيقة مطالبة الآن بتحديد وقت اعتبارها خيار مناسب ولذلك فالتقنية لم ترفض بسبب الفشل أو عدم إمكانية التنفيذ، والعديد من المعلومات لازالت مطلوبة عن تلك الأنواع التي تتحمل أو تحلل الهيدروكربونات البترولية الكلية وكيفية عمل النظام في تحليل الملوثات القديمة والحديثة، وتأثير المركبات العضوية بالتربة في تصميم الهيدروكربونات البترولية الكلية، والمكون الكيميائي كذلك الذي يسبب سمية النبات لا زال يحتاج للتوضيح، وإذا تم الإجابة على هذه الأسئلة فإن المعالجة النباتية يمكن أن تطبق بكثافة اكبر من الموجودة الآن.

ودور المعالجة النباتية في استعادة التوازن البيئي يتطلب أيضا المزيد من البحث حيث يمكن أن يكون تطبيقاً رئيسياً، ويجب كذلك أن يتم بحث أفضا الإتحادات بين المعالجة النباتية والتقنيات الأخرى في توجيهها للملوثات الهيدروكربونية الكلية، وبمعرفة ذلك فإن جودة ومعدل التخلص من ال هيدروكربونات البترولية الكلية بواسطة المعالجة النباتية سيتحسن كثيرا وقد يستخدم بعد ذلك بشكل روتيني في الصناعة، والطرق المذكورة هنا سوف تكون مفيدة لتقدم العلم ولدعم المعالجة النباتية للهيدروكربونات البترولية الكلية والملوثات العضوية الأخرى.