Document Type : Research Paper
Authors
1 Islamic Azad University ,khomein Branch
2 Islamic Azad University , Qom Branch
3 Islamic Azad University, Khomein branch
Abstract
Heavy metals such as cadmium, mercury, nickel and Oxyanions for example chromate and tellurite are toxic elements that entering into the environment in different ways and are harmful for biological systems, especially humans, animals and plants, so to remove it from the environment is essential. Microorganisms, especially bacteria have a very important role in the biological removal of heavy metals and are used in biotechnology. In this study, has been done the counting intestinal coli forms and heavy metals resistant strains isolated from industrial wastewater , domestic wastewater and various parts of the wastewater treatment system of Arak city. In this study 4 genus of bacteria intestinal including Klebsiella spp., Escherichia coli, Citrobacter and Enterobacter were isolated from effluent samples above and were determined the minimum inhibitory concentration (MIC) against the concentration of various heavy metals such as cadmium chloride, nickel sulfate, mercuric chloride, potassium chromate and potassium tellurite using the agar dilution method, and were reported their resistance against some antibiotics by disk method. In this study, for first time, high MIC, 22mM (4032μg/ml) than cadmium, 20mM (3884μg/ml) than chromium, 20mM (6157 μg / ml) than telluride, 10mM (2628μg/ml) than nickel and 1mM (271.5μg/ml) than mercury, were reported for Klebsiella spp. bacteria
Keywords
بررسی میزان مقاومت کلیفرمهای رودهای جدا شده از پسابهای صنعتی، خانگی و بخشهایی از تصفیه خانه شهر اراک به فلزات سنگین
عباس اخوان سپهی1* ، سحر شریفیان2 ، محمدرضا ذوالفقاری3 و محمد خلیلی درمنی 2
1 تهران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، گروه زیست شناسی
2 خمین، دانشگاه آزاد اسلامی واحد خمین، گروه زیست شناسی
۳ قم، دانشگاه آزاد اسلامی واحد قم، گروه زیست شناسی
تاریخ دریافت: 27/3/90 تاریخ پذیرش: 27/8/92
چکیده
فلزات سنگین نظیر کادمیوم، جیوه، نیکل و اکسی آنیونهای تلوریت و کرومات از عناصر سمی هستند که به طرق مختلف وارد محیط زیست شده و برای سیستمهای بیولوژیکی، بالاخص انسان، حیوانات و گیاهان زیان آور میباشند، لذا حذف آنها از محیط زیست ضروری است. میکروارگانیسمها و به ویژه باکتریها نقش بسیار مهمی در حذف زیستی فلزات سنگین داشته و در بیوتکنولوژی کاربرد دارند. در این پژوهش شمارش کلیفرمهای رودهای و جداسازی سویههای مقاوم به فلزات سنگین از پسابهای صنعتی، خانگی و قسمتهای مختلف سیستم تصفیه پساب شهر اراک انجام شده است. در این مطالعه چهار جنس از خانواده باکتریهای رودهای شامل Klebsiella spp، Escherichia coli، spp Citrobacter و spp Enterobacter از نمونه پسابهای فوق جداسازی شدند و حداقل تراکم متوقف کننده رشد MIC)) در مقابل غلظتهای مختلف فلزات سنگین نظیر کلرید کادمیوم، سولفات نیکل، کلرید جیوه، کرومات پتاسیم و تلوریت پتاسیم با استفاده از روش رقت در آگار، تعیین گردید و مقاومت آنها در برابر تعدادی از آنتی بیوتیکها با روش دیسک متد مشخص شد. در این تحقیق برای اولین بارMIC بسیار بالای 22mM (4032μg/ml) نسبت به کادمیوم، 20mM (3884μg/ml) نسبت به کروم، 20mM (6157 μg/ml) نسبت به تلوریت، 10mM (2628μg/ml) نسبت به نیکل و 1mM ( (271.5μg/mlنسبت به جیوه برای باکتری Klebsiella spp به دست آمد.
واژه های کلیدی: کلیفرمهای رودهای، مقاومت به فلز سنگین، مقاومت آنتی بیوتیکی
* نویسنده مسئول، تلفن: 22977860 ، پست الکترونیکی: akhavansepahy@gmail.com
مقدمه
فلزات سنگین عناصری هستندکه دارای چگالی۳g/cm۵ میباشند. فلزات سنگین شامل: جیوه، کادمیوم، نیکل، آرسنیک، مس، سرب، کبالت، نقره وکروم میباشند برخی از فلزات سنگین به مقدار کم برای رشد سلولی نیاز هستند، و تنها در غلظتهای بالا سمی هستند.
فلزات سنگین از جمله مواد آلوده کننده طبیعت به شمار میآیند که طی عملکردهایی نظیر استخراج معادن و ورود پسابهای کارخانجات صنعتی از جمله کارخانجات رنگ و رزین، نساجی، دباغی، ذوب فلزات و آبکاری به محیطهای طبیعی وارد می گردند این ترکیبات غالباً به صورت محلول یا ذراتی در اتمسفر در محیطهای آبی و خاکی رها می شوند و گاه غلظت آنها در طبیعت به حد خطرناکی می رسد و باعث آلودگی اکوسیستمهای طبیعی مانند خاک، آبهای سطحی و زیرزمینی می شوند و از سویی موجودات زنده را نیز تحت تأثیر قرار می دهند از طرف دیگر مواد آلاینده به اعماق زمین نفوذ کرده و سفره های آب زیرزمینی را در معرض آلودگی قرار میدهند (12).
شناسایی میکروارگانیسمهای مقاوم به فلزات نقش مهمی را در رابطه با آلودگی محیط و نهایتاً تیمار این محیطها ایفاء میکنند به این صورت که با توجه به سطوح بالای برخی از فلزات در پسابها و به طور کلی در محیطهای آلوده به فلز، میکروارگانیسمها، مکانیسم مقاومتی را ایجاد میکنند که منجر به انتخاب گونههای مقاوم با توانایی تحمل سمیت فلزی میشوند. معمولاً این نوع میکروارگانیسمها در نتیجه تماس با محیطهای آلوده به فلز ظاهر می شوند، محیطهای آلوده به طور اتفاقی میتوانند با تحول و دگرگونی در ساختار ژنتیکی باکتری یا تغییر در عملکرد باکتری، باعث انتخاب همزمان فاکتورهای مقاومت شوند، بر حسب میزان آلودگی ممکن است ظرفیت پلاسمیدی یا ساختار سلولی آنها تغییر یابد تا به آنجا که قدرت تحمل غلظتهای بالاتر ترکیبات سمی را داشته باشند از طرف دیگر باکتریهای مقاوم قادرند با انتقال عناصر ژنتیکی به سویه های دیگر تعداد سویههای مقاوم را افزایش دهند (10).
مقاومت باکتریها به آنتی بیوتیکها و عوامل فیزیکی و شیمیایی ضد میکروبی دیگر عموماً ناشی از وجود ژنهای مقاومت بر روی DNA خارج کروموزومی (پلاسمید) است. پلاسمیدها معمولاً برای بقای سلول میزبان ضروری نیستند ولی در شرایط خاص (مثلاً قرار گرفتن در برابر عوامل ضد میکروبی) قادر به ایجاد مقاومت و تضمین بقای سلول هستند (7).
امروزه به دلایل مختلفی نظیر افزایش جمعیت، بالا بودن مصرف سرانه آب در شهرها و به تبع آن ایجاد پساب قابل توجه، محدودیت منابع آب در دسترس، انسان مجبور به تأمین آب مورد نیاز خود از منابع آبی غیر متعارف بوده که مصرف پساب فاضلابهای شهری یکی از این روشها می تواند باشد. از طرفی افزایش یونهای فلزی سمی در فاضلابهای شهری و صنعتی، مسئله نگران کننده زیست محیطی میباشد. در شهر اراک صنایع کوچک و بزرگ بسیاری وجود دارند که فاضلاب خود را وارد شبکه جمعآوری فاضلاب شهری میکنند. این موضوع باعث بالا رفتن مقادیر این فلزات در فاضلاب شهری و در نهایت پساب خروجی از تصفیه خانه میشود. با توجه به اینکه این مواد خاصیت تجمع پذیری دارند، لذا تعیین مقادیر این مواد در پساب خروجی تصفیه خانه ضروری به نظر می رسد. در کنار مزایای متعدد استفاده از آبهای بازیافتی در کشاورزی ، مخاطراتی نیز متصور است، یکی از این مخاطرات میکروبهای بیماریزا میباشد که باکتریهای بیماری زای رودهای بیشترین عامل بیماریزای میکروبی هستند که در پساب یافت میشوند (1).
تحقیق حاضر بر اساس طرح تحقیقاتی در شرکت آب و فاضلاب استان مرکزی بر روی باکتریهای کلیفرم مدفوعی نظیر Citrobacter، Escherichia coli Klebsiella spp و Enterobacter انجام گردیده است.
انتروباکتریاسه ها گروه بزرگی از باسیلهای گرم منفی، بدون اسپور هوازی و بی هوازی اختیاری بوده که در حالت طبیعی در روده انسان و حیوان زندگی می کنند. در این خانواده، چندین جنس مانند اشرشیا، کلبسیلا، انتروباکتر، سیتروباکتر، سراشیا، شیگلا، سالمونلا و پروتئوس وجود دارند برخی از این باکتریها مانند E.coli ساکن روده بوده و بخشی از فلور طبیعی روده هستند و گاهی هم ایجاد بیماری می کنند (3).
هدف این پژوهش بررسی میزان مقاومت و انتخاب چند سویه مقاوم از بین سویههای اشرشیاکلی، کلبسیلا، انتروباکتر و سیتروباکتر جداسازی شده از نمونه های پساب صنعتی، خانگی و قسمتهای مختلف تصفیه خانه فاضلاب شهر اراک میباشد.
تحقیقات نشان داده که یک ارتباطی بین تحمل فلز و مقاومت به آنتی بیوتیک در محیط وجود دارد. به دلیل این احتمال که ژنهای مقاومت به هر دو نزدیک به یکدیگر و بر روی یک پلاسمید قرار گرفتهاند بنابراین به احتمال زیاد در محیط با یکدیگر منتقل می گردند به دلیل افزایش حضور باکتریهای پاتوژن مقاوم به آنتی بیوتیک، درمان بیماریهای عفونی مشکلتر و گرانتر از قبل شده بنابراین نه تنها باید در استفاده مؤثر از آنتی بیوتیکها در جامعه تأکید نمود بلکه باید نسبت به استفاده از دیگر مواد ضد میکروبی از جمله فلزات سنگین که وارد محیط میگردند آگاه بود(12).
تاکنون ارتباط بین تحمل فلز و مقاومت به آنتی بیوتیک چندین بار گزارش شده است و با نتایج حاصل از این تحقیق مطابقت دارد که از همه این گزارشات چنین بر میآید که ژنهای کد کننده مقاومت به فلزات و آنتی بیوتیکها بر پلازمیدهای قابل انتقال قرار گرفته اند (7).
ابتدا میزان مقاومت این باکتریها در مقابل غلظتهای مختلف فلزات سنگین (کلرید کادمیوم، سولفات نیکل، کلرید جیوه، کرومات پتاسیم و تلوریت پتاسیم) توسط MIC تعیین گردید، مقاومت آنها در برابر تعدادی از آنتی بیوتیکها مشخص شد و نیز مطالعه ارتباط بین مقاومت باکتریهای مقاوم به فلزات سنگین مورد آزمایش و مقدار فلزات سنگین و نوع پسابهای مورد آزمایش مورد بررسی قرار گرفت.
کادمیوم یکی از فلزات سنگین سمّی است که از راههای مختلف نظیر پسابهای صنعتی، خانگی، کشاورزی و مکانهای دفن غیربهداشتی مواد زاید شهری و صنعتی وارد منابع آب می شود. استنشاق مزمن ترکیبات کادمیوم، به شکل بخارات یا گرد و خاک، ایجاد ورم ریوی میکند که در این حالت کیسههای کوچک هوایی بزرگ شده و عاقبت در اثر حجم کم ریه تخریب میشوند (16).
عنصر کروم و ترکیبات حاوی آن به صورت Cr3+ معمولاً سلامتی را به خطر نمی اندازد ولیکن به صورت Cr6+ می تواند سمی باشد. کروم از طریق پوستی، گوارشی و تنفسی جذب می شود. استنشاق ترکیبات شش ظرفیتی کروم در دراز مدت باعث سرطان ریه می شود (18).
همچنین تلوریت پتاسیم دارای اثرات حاد و مزمن بر روی انسان و حیوانات می باشد که از اثرات حاد آن تاثیر بر روی سیستم تنفسی، سیستم گوارشی، پوست و بیماریهای چشمی را می توان نام برد عنصر تلوریوم دارای دو اکسی آنیون سمی تلوریت و تلورات می باشد، به نحوی که سمیت تلوریت نسبت به تلورات به مراتب بالاتر می باشد که این امر به دلیل حلالیت بسیار بالای تلوریت است اکسی آنیونهای سمی کرومات و تلوریت با اکسیداسیون گروههای تیولی آنزیمهای مختلف سلولی، جانشینی با گروه های سولفورآمینواسیدها، القای موتاسیون و غیره اثرات زیان باری را به دنبال دارد (11).
نیکل به طور گسترده در بیوسفر وجود دارد و از نظر فراوانی در پوسته زمین بیست و چهارمین عنصر نسبت به عناصر دیگر می باشد. به علاوه نیکل یکی از عمومی ترین فلزات در آبهای سطحی می باشد. استفاده های صنعتی وتجاری از نیکل شامل استنلس استیل، آبکاری، رنگها، سرامیکها می باشد. نیکل در کوتاه مدت مشکلاتی ایجاد نمیکند اما درطولانی مدت میتواند باعث کاهش وزن بدن، صدماتی به قلب، کبد، تحریک و حساسیت بالا شود (13).
جیوه یکی از سمی ترین فلزات سنگین است به علت توانایی آن در ترکیب شدن با فلزات دیگر، مصرف صنعتی قابل توجهی دارد ترکیبات جیوه در صنایع باطری سازی، دستگاههای الکتریکی، در کشاورزی به عنوان قارچ کش، علف کش و باکتری کش استفاده می شود (2).
با توجه به اینکه این فلزات سنگین اثرات زیست محیطی فراوانی دارند، لذا وجود باکتریهای مقاوم به این فلزات که قادر به حذف آنها از محیط باشند، می تواند کمک شایانی در سم زدایی محیط زیست از این ترکیبات سمی و جلوگیری از اثرات سمی شدید آنها بر موجودات زنده داشته باشد.
شمارش احتمالی کلیفرمها-MPN: شمارش احتمالی MPN با استفاده از روش چند لوله ای در کل گروه کلیفرمها انجام شد که شامل باکتریهای هوازی و بی هوازی اختیاری، گرم منفی، بدون اسپور و میله ای شکل بودند و قادر بودند لاکتوز را در فاصله 24 ساعت در حرارت 5/0±35 درجه سانتی گراد تخمیر نموده و ایجاد گاز نمایند.
در روش Agar dilution پس از تهیه محیط کشت BHI آگار از این محیط با پیپت برداشته داخل ارلنهای کوچک تقسیم گردید، در اتوکلاو و در دمای 121 درجه سانتی گراد به مدت 15 دقیقه استریل شده، به طوری که بعد از اضافه کردن محلول فلز سنگین که با روش فیلتراسیون استریل شدند حجم نهایی به 25 میلیلیتر رسید و pH محیط کشت برابر 7 تنظیم شد.
برای سنجش مقاومت سویه های باکتریایی جدا شده از پسابها الگوی مقاومت بر اساس MIC با غلظتهای 24-5/0 میلی مولار با روش رقت در آگار در دمای 35 درجه سانتی گراد، در محیط نوترینت آگار با pH 2/7 صورت گرفت. (پایین ترین تراکم از محلول فلز سنگین که کاملاً مانع از رشد باکتری می گردد MIC نامیده میشود)(14).
پس از بسته شدن محیط، پلیتها به مدت 30 دقیقه در 37 درجه سانتی گراد قرار داده شد تا سطح پلیت عاری از هر گونه رطوبت شود. در این مرحله 1 میلی لیتر از سوسپانسیون میکروبی که معادل با 5/0 مک فارلند تهیه شده بود را با پیپت استریل در سطح محیط کشت فلز دار ریخته و با میله شیشه ای استریل در سطح پلیت پخش گردید و پس از 24 ساعت انکوباسیون در 37-35 درجه سانتی گراد نتیجه بررسی شد، از دو پلیت نیز به عنوان کنترل استریلی استفاده شد.
الف) کنترل استریلی محیط کشت
ب) کنترل استریلی محلول فلزی
پس از این مرحله به منظور نگهداری باکتریها محیط BHI آگار حاوی فلز به صورت شیب دار تهیه کرده و کلونیها در آن کشت داده پس از 24 ساعت انکوباسیون و رشد باکتریها در یخچال 4 درجه سانتی گراد نگهداری گردید.
در این پژوهش برای اولین بارمقاومت بالای 22 میلیمولاری نسبت به کادمیوم، 20 میلیمولاری نسبت به کرومات، 20 میلیمولاری نسبت تلوریت، 10 میلیمولاری نسبت به نیکل و 1 میلیمولاری نسبت به جیوه برای باکتری Klebsiella spp که ازپساب صنعتی و ورودی تصفیه خانه شهر اراک جدا شده بود به دست آمد. MIC 22 میلیمولاری 4032μg/ml)) نسبت به کادمیوم، 5/5 برابر MIC گزارش شده توسط Filali و همکارانش (8) (733μg/ml & 4Mm) در مورد K. pneumonia است. همچنین 20 برابر MIC گزارش شده توسط Karbasizaed و همکارانش (19) می باشد و (200μg/ml) در مورد Kelebsiella pneumoniae و 5/1 برابر MIC گزارش شده توسط Sharmaو همکارانش (18) و (15mM) در مورد Klebsiella planticola سویه Cd-1 میباشد. بنابراین می توان ادعا کرد که MIC 22 میلی مولاری به کادمیوم بالاترین MIC است که تا به حال گزارش شده است. همچنین MIC 20 میلیمولاری 3884μg/ml) ) نسبت به کروم، در باکتریهای Klebsiella spp، Escherichia coli، spp Citrobacter جداشده از پساب صنعتی به دست آمد، که به ترتیب 26، 19 و 5/17 برابر MIC گزارش شده توسط Rajbanshi و همکارانش (15) است که (به ترتیب برای باکتریهای فوق 150، 200 و220 میکروگرم بر میلیلیتر) میباشند. همچنین MIC 20 میلیمولاری 6157μg/ml)) نسبت به تلوریت، MIC10 میلیمولاری2628μg/ml) ) نسبت به نیکل و MIC 1 میلیمولاری 271.5μg/ml)) نسبت به جیوه برای باکتری Klebsiella spp که ازپساب صنعتی و ورودی تصفیه خانه شهر اراک جدا شده بود به دست آمد. کمترین MIC گزارش شده مربوط به سمی ترین فلز بررسی شده یعنی جیوه می باشد.
شکل ۱- درصد فراوانی باکتریهای گرم منفی موجود در پسابهای بررسی شده
شکل۲- حداقل میزان غلظت ممانعت کننده از رشد(MIC) ،فلزات سنگین ،برای کلیفرمهای مربوطه پساب صنعتی. Cd: کلرید کادمیوم/ Ni: سولفات نیکل / Hg: کلرید جیوه/ Te: تلوریت پتاسیم/ Cr: کرومات پتاسیم
شکل۳- حداقل میزان غلظت ممانعت کننده از رشد(MIC) ،فلزات سنگین ،برای کلیفرمهای مربوطه پساب خانگی
شکل۴-حداقل میزان غلظت ممانعت کننده از رشد(MIC) ،فلزات سنگین ،برای کلیفرمهای مربوطه پساب ورودی تصفیه خانه
شکل۵-حداقل میزان غلظت ممانعت کننده از رشد(MIC) ،فلزات سنگین ،برای کلیفرمهای مربوطه پساب برکه بی هوازی
در شکل 1 نتایج حاصل از شمارش مستقیم باکتریهای گرم منفی موجود در پسابها نشان داده شده است، که پساب ورودی بیشترین سهم را و پساب خروجی کمترین سهم را به خود اختصاص داده است.
در بین کلیفرمهای مدفوعی جدا شده از پسابهای مختلف که میزان مقاومت آنها در برابر فلزات سنگین بررسی شد بیشترین مقاومت مربوط به کلبسیلا و کمترین الگوی مقاومتی مربوط به انتروباکتر می باشد، (شکل 2). همان طور که در شکل 2 نشان داده شده است بیشترین الگوی مقاومتی مربوط به باکتریهای موجود در پساب صنعتی می باشد که علت آن را میتوان به تماس دائمی باکتریها با فلزات سنگین ارتباط داد. با توجه به سطوح بالای برخی از فلزات در پسابهای صنعتی، میکروارگانیسمها، از جمله کلیفرمهای مدفوعی مکانیسم مقاومتی را ایجاد میکنند که منجر به انتخاب گونههای مقاوم با توانایی تحمل سمیت فلزی میشوند، تا به آنجا که قدرت تحمل غلظتهای بالاتر ترکیبات سمی را داشته باشند از طرف دیگر باکتریهای مقاوم قادرند با انتقال عناصر ژنتیکی به سویه های دیگر تعداد سویه های مقاوم را افزایش دهند(17).
همان طور که در شکل 3 نشان داده شده است در بین پسابهای مورد بررسی پساب خانگی علی رغم دارا بودن تعداد کلیفرمهای رودهای بیشتر نسبت به پساب صنعتی سهم کمتری را در وجود کلیفرمهای رودهای مقاوم به فلزات سنگین دارد که این موضوع را می توان چنین تفسیر کرد که در پسابهای خانگی باکتریها کمتر در معرض فلزات سنگین میباشند. لازم به ذکر است که در پسابهای خانگی نیز باکتریهای مقاوم به فلزات وجود دارند همین طور در سنجش میزان فلزات سنگین در پساب خانگی وجود فلزات سنگین تأیید شد که این امر می تواند به علت وجود برخی از این مواد به میزان ناچیز در مواد شوینده و کارگاههای کوچک صنعتی نظیر کارگاههای ریخته گری، رنگ کاری، صاف کاری در سطح شهر باشد که پساب خود را وارد پساب شهری می کنند.
با توجه به شکل 4، کلیفرمهای جدا شده از پساب ورودی تصفیهخانه الگوی مقاومتی بالایی را به فلزات سنگین نشان میدهند که این به علت مخلوط شدن پسابهای خانگی و صنعتی در ورودی تصفیهخانه میباشد.
نتایج حاصل از حداقل میزان غلظت فلزات سنگین که ممانعت کننده از رشد برای باکتریهای جدا شده از برکه بیهوازی و برکههای اختیاری 1و 2 میباشند، در شکلهای 5، 6 و7 آورده شده است. در پساب خروجی نیز باکتریها الگوی مقاومتی قابل توجهی را نشان میدهند که بیشترین آن مربوط به باکتری Klebsiella spp میباشد که حداقل غلظت کروم و کادمیوم که از رشد این باکتری ممانعت میکنند 20 میلیمولار میباشد (شکل 8).
شکل۶- حداقل میزان غلظت ممانعت کننده از رشد(MIC) ،فلزات سنگین ،برای کلیفرمهای مربوطه پساب برکه تثبیت اختیاری ۱
شکل۷ - حداقل میزان غلظت ممانعت کننده از رشد(MIC)، فلزات سنگین ،برای کلیفرمهای مربوطه برکه تثبیت اختیاری شماره ۲
شکل۸- میزان غلظت ممانعت کننده از رشد(MIC) ،فلزات سنگین ،برای کلیفرمهای مربوطه خروجی تصفیه خانه
جدول 1- نتایج حاصل از بررسی مقاومت و یا حساسیت کلیفرمهای جدا شده از پساب صنعتی نسبت به آنتی بیوتیکها
CFM |
C |
AM |
TE |
SXT |
TOB |
GM |
CI |
AK |
سویه باکتری |
S |
S |
R |
R |
R |
S |
S |
S |
S |
کلبسیلا |
R |
S |
R |
S |
R |
S |
S |
S |
S |
اشرشیاکلی |
R |
S |
R |
R |
S |
S |
S |
S |
S |
سیتروباکتر |
R |
R |
R |
R |
S |
S |
S |
S |
S |
انتروباکتر |
جدول 2 - نتایج حاصل از بررسی مقاومت و یا حساسیت کلیفرمهای جدا شده از پساب خانگی نسبت به آنتی بیوتیکها
CFM |
C(30) |
AM |
TE(30) |
SXT |
TOB |
GM |
CI |
AK |
سویه باکتری |
S |
S |
R |
R |
R |
S |
S |
S |
S |
کلبسیلا |
R |
S |
R |
S |
R |
S |
S |
S |
S |
اشرشیاکلی |
R |
S |
R |
R |
S |
S |
S |
S |
S |
سیتروباکتر |
R |
R |
R |
S |
S |
S |
S |
S |
S |
انتروباکتر |
جدول 3 - نتایج حاصل از بررسی مقاومت و یا حساسیت کلی فرم های جدا شده از پساب برکههای بی هوازی واختیاری 1و2 نسبت به آنتی بیوتیکها
CFM |
C(30) |
AM |
TE(30) |
SXT |
TOB |
GM |
CI |
AK |
سویه باکتری |
S |
S |
R |
S |
S |
S |
S |
S |
S |
کلبسیلا |
S |
S |
S |
S |
S |
S |
S |
S |
S |
اشرشیاکلی |
S |
S |
S |
R |
S |
S |
S |
S |
S |
سیتروباکتر |
R |
R |
R |
S |
S |
S |
S |
S |
S |
انتروباکتر |
جدول 4 - نتایج حاصل از بررسی مقاومت و یا حساسیت کلی فرمهای جدا شده از پساب خروجی تصفیه خانه نسبت به آنتی بیوتیکها
CFM |
C(30) |
AM |
TE(30) |
SXT |
TOB |
GM |
CI |
AK |
سویه باکتری |
S |
S |
R |
R |
R |
S |
S |
S |
S |
کلبسیلا |
R |
S |
R |
S |
R |
S |
S |
S |
S |
اشرشیاکلی |
R |
S |
R |
S |
S |
S |
S |
S |
S |
سیتروباکتر |
R |
R |
R |
R |
S |
S |
S |
S |
S |
انتروباکتر |
نتایج حاصل از تست آنتی بیوگرام در جدولهای 1 تا 4 آورده شده است، الگوی مقاومت به آنتی بیوتیکها در باکتریهای جدا شده از برکه بی هوازی، برکه اختیاری یک، برکه اختیاری دو، تصفیه خانه یکسان بود لذا تنها یک جدول (جدول 3) جهت گزارش تست آنتی بیوگرام این سه منطقه آورده شده است.
نتایج حاصل از اندازه گیری مقدار فلزات سنگین موجود در پساب ورودی و خروجی تصفیه خانه اراک به کمک دستگاه جذب اتمی مورد بررسی قرار گرفتند. که نتایج حاصل در جدول 5 آورده نشان میدهد که این فلزات سنگین در پسابهایی که در این بررسی آمده وجود دارند.
بحث
بر اساس اطلاعات به دست آمده از آزمایشها غلظت فلزات کادمیوم، نیکل، کروم و جیوه در پساب خروجی به ترتیب برابر 01/0>، 1/0، 06/0و 01/0> میلیگرم بر لیتر به دست آمد. این در حالی است که غلظت این فلزات در پساب ورودی به تصفیهخانه اراک به ترتیب برابر 02/0، 25/0، 1/0 و 01/0> میلیگرم بر لیتر میباشد.
جدول 5- غلظت فلزات سنگین اندازه گیری شده در پساب ورودی و پساب خروجی تصفیه خانه شهر اراک
آلاینده |
واحد |
ورودی تصفیه خانه |
خروجی تصفیه خانه |
کادمیوم |
mg/l |
0.02 |
0.01> |
نیکل |
mg/l |
0.25 |
0.1 |
کروم |
mg/l |
0.1 |
0.06 |
جیوه |
mg/l |
0.01> |
0.01> |
جدول 6- کیفیت استاندارد سازمان حفاظت محیط زیست ایران و آمریکا در مورد فلزات سنگین موجود در پساب خروجی تخلیه شده به آبهای سطحی
استاندارد EPA |
استاندارد ایران |
واحد |
آلاینده |
۰۵/۰ |
۰۵/۰ |
mg/l |
کادمیوم |
۳۸/۲ |
۲ |
mg/l |
نیکل |
۷۱/۱ |
۲ |
mg/l |
کرم |
۰۱/۰> |
۰۱/۰> |
mg/l |
جیوه |
مقایسه نتایج حاصله با استاندارد محیط زیست ایران و استانداردهای مربوط به سازمان US-EPA که در جدول 6 آورده شدهاند، حاکی از آن است که در تمام موارد نمونه برداری، مقادیر فلزات مورد آزمایش پایین تر از حد استاندارد EPA می باشد، که با توجه به وفور تعداد کارگاهها و صنایع در سطح شهر که باعث ورود فلزات سنگین به فاضلاب شهری میگردند، انتظار میرود که مقدار فلزات سنگین بالاتر از حد استاندارد باشد در حالی که دادههای به دست آمده نشان داد که این مقادیر پایین تر از حد استاندارد بودند.(جدول 5) این عامل میتواند به دلیل دفع غیر مجاز فاضلاب کارخانهها و یا تعطیلی فصلی کارگاههای موجود در سطح شهر باشد.
یکی از مهم ترین مسائل دنیای امروز، آلودگی محیط زیست به فلزات سنگین سمی و خطرناک میباشد. روشهای متداول حذف فلزات سنگین از محیط آبی، تعویض یون، رسوبدهی شیمیایی اسمز معکوس، فرآیند تبخیر، جذب سطحی، که اغلب پر هزینه میباشند. برای پاسخ گویی به این نیاز، مطالعه در زمینه جذب زیستی ضروری میباشد(4). توانایی جذب فلزات سنگین و سمی توسط میکروارگانیسم ها منجر به توجه خاص پژوهشگران به مطالعه انواع قارچها، مخمرها، جلبکها و باکتریهای مختلف در جهت جذب آنها و به دنبال آن حذف این فلزات از محیط زیست به خصوص پساب کارخانجات صنعتی، رودخانهها و فاضلابهای آلوده به این گونه فلزات گردیده است که به آن پاک سازی زیستی میگویند(9).
اگرچه تعدادی از فلزات سنگین عناصر کمیاب ضروری هستند، اما بیشترشان میتوانند در غلظتهای بالا برای تمام شاخههای حیات مانند میکروبها، با تشکیل ترکیبات کمپلکس در داخل سلول سمی باشند، فلزات سنگین بطور زیادی در زیستگاههای میکروبی به دلیل فرآیندهای صنعتی و طبیعی یافت میشوند، از این رو بیشتر میکروبهای موجود در این محیطها دارای چندین مکانیسم تکامل یافته برای تحمل حضور فلزات سنگین هستند و یا آنها را به عنوان پذیرنده نهایی الکترون در تنفس بی هوازی به کار میبرند. اثر دیگر تحمل فلزات سنگین در محیط این است که این امر به وسیله افزایش دادن فشار انتخابی محیط باعث حذف ژنهای مقاومت آنتی بیوتیکی میشود. این احتمال وجود دارد که ژنهای مقاومت به آنتی بیوتیک و فلزات سنگین هردو روی یک نوع پلازمید در باکتریها واقع شده باشند بنابر این به احتمال زیاد با همدیگر در محیط منتقل می شوند(5). اهمیت این موضوع زمانی مشخص میشود که انسان و یا دامها به طور مستقیم و غیر مستقیم در معرض پسابهای آلوده به فلزات سنگین قرار گیرد و یا، با استفاده از محصولات کشاورزی که در معرض این پسابها بودهاند خسارات جانی جبران ناپذیری برای انسان و دام به وجود می آید. حتی مسئله باکتریهای مقاوم به فلزات سنگین موجود در پساب خود می تواند مشکلاتی از قبیل مقاومت به درمان آنتی بیوتیکی را ایجاد کند. پس از طرفی باید پسابها را از وجود فلزات سنگین و میکروبهای بیماری زا، به ویژه باکتریهای رودهای که در نتیجه تماس با این محیطها ممکن است مسئله مقاومت به این فلزات و در پی آن مقاومت آنتی بیوتیکی در آنها ایجاد شده است تیمار گردد و از طرفی دیگر نمی توان از نقش همین میکروارگانیسم های مقاوم به فلزات در حذف فلزات سنگین چشم پوشی کرد زیرا از نظر صنعتی کاربرد باکتری در تصفیه پساب و حذف فلزات آلوده کننده از محیط زیست بسیار مقرون به صرفه است. باید در نظر داشت که کاربرد میکروارگانیسم ها نیز خود مستلزم شرایط خاص و مناسبی برای آنها می باشد و چنانچه این شرایط فراهم نشود، فعالیت این موجودات نیز مقدور نخواهد بود. با پرورش باکتری و کاربرد مهندسی ژنتیک این خاصیت انتخابی را می توان تقویت کرده و طوری عمل کرد که باکتری فلز خاصی را به تنهایی و در حضور سایر فلزات جذب کند. به عنوان مثال چنانچه باکتری در محیطی که فقط یک فلز خاص دارد پرورش یابد و به تدریج غلظت فلز در محیط پرورش افزایش پیدا کند پس از گذشت چندین نسل باکتری خود را به جذب فلز مورد نظر تطبیق داده و حضور آن را در محیط به مقدار بیشتر تحمل خواهد کرد (13).
و در آخر با توجه به مقاومت بسیار بالای کلیفرمهای گرم منفی جدا شده از پساب می توان امیدوار بود که این سویه ها انتخاب بسیار مناسبی جهت پاک سازی زیستی پسابهای صنعتی از فلزات سنگین کادمیوم، نیکل ، جیوه و اکسی آنیونهای سمی تلوریت و کرومات باشد. فرآیند جذب زیستی ، روشی مناسب برای زدایش فلزات سنگین از محیط آبی می باشد و هزینه آن بسیار کمتر از روشهای شیمیایی می باشد. فناوری جذب زیستی هنوز در مراحل ابتدایی توسعه قرار دارد . پیش بینی می شود در آینده هزینه آن کاهش یافته و عملکرد آن بهبود یابد. اما برای استفاده گسترده از آن در مقیاس واقعی به تحقیقات بیشتر و برقراری ارتباط با صنایع تولید کننده محصولات مشابه و صنایع مصرف کننده نیاز است. انتظار میرود با رواج این فناوری ارزان قیمت، گام مهمی در بهبود کیفیت محیط زیست برداشته شود.
تشکر و قدردانی
بدین وسیله از مساعدت شرکت آب و فاضلاب استان مرکزی جهت تأمین هزینه و امکانات و هماهنگیهای لازمه در این مطالعه قدردانی می گردد.