با توجه به مقادیر به دست آمده در نتایج مشاهده شد که میزان نیترات موجود در در نمونه نسبت به حالت شاهد یا کنترل کم شده و در نتایج به صفر رسیده است. در واقع همه میزان نیترات نفت توسط باکتری مصرف شده است. قاعدتا میزان ازت در نمونه از سایر عناصر کمتر است. چون ازت در نفت در داخل ساختارهای پیچیده وجود دارد. پس از ازت میزان گوگرد در نمونه کاهش یافته است زیرا در محیط MSM استفاده شده در این تست کمی منبع گوگرد وجود داشت و چون باکتری هیچ منبع غذایی به جز نفت در اختیار نداشته در نتیجه ممکن است برای تغذیه به سراغ منبع گوگرد رفته و آن را مصرف کند و مقدار گوگرد کاهش پیدا کند ولی هیچ منبع کربن و هیدروژنی در نمونه نداشتیم که باکتری NRB بی هوازی ما حتما نیاز اولیه خود را از نفت تامین کند.
انتظار داریم بعد از کربن ، میزان هیدروژن بیشترین مقدار باشد زیرا ترکیب عمده محیط را کربن و هیدروژن تشکیل داده بودند. ولی اگر نمونه نفتی مورد استفاده ترش باشد میزان گوگرد در آنالیز عنصری بیشترین مقدار خواهد بود زیرا افزایش گوگرد باعث ترش شدن نفت می شود. در نهایت با توجه به درصدهای به دست آمده میانگین این عناصر به صورت C + N + H + S = 100% خواهد بود. حال این درصد بین ۱۰۰-۹۰ ٪ ممکن است متغیر باشد به دلیل اینکه در این آنالیز دقت اندازه گیری در حد میلی گرم است و ممکن است در اثر خطای اندازه گیری در برخی موارد میزان نمونه نزدیک به صفر باشد ولی دستگاه آن را صفر گزارش کند و یا ممکن است نمونه نفتی آنالیز شده دچار آلودگی شده باشد (مثل آلوده شدن با خاک ) و خطا ایجاد کند. باید توجه داشت نفت مورد آزمایش ممکن است دارای ناخالصی هم باشد که شامل عناصری به غیر از کربن ، هیدروژن ، نیتروژن و گوگرد می باشد زیرا غلظت نمونه های نفتی با هم متفاوت است. برخی از انها سبک و برخی دیگر غلیظ و سنگین هستند و دارای ناخالصی و ترکیبات پیچیده می باشند. این مقادیر در سه بار تکرار آزمایش به دست آمده و گزارش شده اند که می توان با توجه به وجود آلودگی یا ناخالصی در نمونه از آنها میانگین گرفت.
فصل پنجم
بحث و نتیجه گیری
۵-۱ مقدمه
شاید امروز بتوان گفت که ارزش مشتقات پتروشیمی بسیار حائز اهمیت می باشند زیرا منابع سوختی دیگری وجود دارند که از آنها به عنوان منبع انرژی می توان استفاده نمود. حال آنکه نفت میزانی محدود داشته و چنانچه به اتمام برسد تهیه ی مشتقات مهم آن نیز منتفی خواهد شد. لذا تولید صحیح و برنامه ریزی های دقیق در صنعت نقش بسیار مهمی را ایفا می کنند و با مرور زمان بصورت رکن اساسی این صنعت تلقی می گردند.
۵-۲ بیوتکنولوژی و اهمیت بیوتکنولوژی نفت
کلمه ی بیوتکنولوژی که از دو بخش ” بیو ” به معنای زندگی موجودات زنده و ” تکنولوژی ” به معنای هنر بشر در استفاده از علم تشکیل شده است بطور کلی بر استفاده از موجودات زنده یا بخشی از آنها برای تولید فراورده ی ویژه ای دلالت دارد. بیوتکنولوژی ( فناوری زیستی ) علم جدیدی نیست. هزاران سال است که انسان برای حل مشکلات و بهبود شیوه ی زندگی خود با دستکاری ژن ها اصلاحاتی را در موجودات زنده بوجود آورده است.
سرآغاز این علم به تقریبا ۱۰۰۰۰ سال پیش بازمی گردد زمانی که مردم دانه های گیاهانی را که دارای ویژگی ها و صفات بهتری بودند برای کاشتن در سال بعد گرداوری می کردند. شواهد و مدارک موجود نشان میدهد که بابلی ها ، مصری ها و رومی ها کار انتخاب گونه های بهتر را برای اصلاح نژاد دام ها هم انجام می دادند. در حدود ۶ هزار سال پیش از میلاد مسیح مردم با استفاده از فرآیند طبیعی تخمیر آبجو ، شراب و نان تهیه می کردند. ۴ هزار سال پیش از میلاد مسیح چینی ها از باکتری های تولید کننده ی اسید لاکتیک برای ساختن ماست ، از کپک برای ساختن پنیر و از باکتری های تولید کننده ی اسید استیک برای ساختن شراب استفاده می کردند. ۱۵۰۰ سال پیش از میلاد گرداوری گیاهان برتر تقریبا رواج یافت و این کار منجر به پایه گذاری نخستین بانک ژن گیاهی شد. گیاهانی که دارای صفات دلخواه مثل مقاومت به بیماری ها بودند برای استفاده های بعدی نگهداری می شدند. ” نیکولای واویلور ” دانشمند ژنتیک گیاهی پژوهش ها و برنامه های پرورشی گسترده ای را روی گیاهان آغاز کرد. در اواخر سده ی ۱۹ تحولات عظیمی در زیست شناسی “بیولوژی” صورت گرفت. در این سده میکروارگانیسم ها و عمل پاستوریزه کردن ( پاستوریزاسیون ) شناخته شدند. گرگور مندل با استفاده از دانه ها و آزمایشهای گیاهی مطالعه در مورد ژنتیک را آغاز کرد. کلمه ی بیوتکنولوژی اولین بار به وسیله ی کارل ارکی ( مهندس بلغاری ) در سال ۱۹۱۹ به کار رفت. در آن زمان منظور از این کلمه همه ی کارهایی بود که با استفاده از موجودات زنده فراورده هایی از مواد خام اولیه بدست می آمد. بیوتکنولوژی علمی بود که در آغاز سده ی بیستم کشاورزی و صنعت را در کنار هم آورد ( ۲۳ ) .
بین سالهای ۱۹۳۰ و ۱۹۵۲ تلاش پژوهشگران روی ارتباط ژن و پروتیین تمرکز یافت. آنها ارتباط مستقیمی بین جهش های یک ژن و توالی های اسید آمینه در پروتئین پیدا کردند. کشف پنی سیلین در طی جنگ جهانی دوم منجر به توجه روی پروتئین های دارویی گردید. سال های جنگ سرد با کار روی میکروارگانیسم ها برای آماده سازی انها به عنوان سلاح های زیست شناختی ( بیولوژیکی ) و تولید آنتی بیوتیک های بیشتر سپری شد. با کشف ساختارDNA توسط جیمز واتسون و فرانسیس کریک در سال ۱۹۵۳ نخستین گام بسوی بیولوژی و مولکولی مدرن برداشته شد . پس از آن دانشمندان بسیاری به انجام آزمایشهایی پرداختند تا مشخص کنند که اطلاعات بدست آمده درباره ی ساختار سلول در ژن ها چگونه به رمز درآمده (کدشده) و بیان می شوند. اطلاعات بدست آمده درباره ی ساختار سلول زیست شیمی (بیوشیمی) و وراثت درهای تازه ای را به روی بیولوژی مولکولی مدرن و بیوتکنولوژی باز کردند. در سال ۱۹۸۵ برنامه ای برای تعیین نقشه ی ژتتیکی انسان طراحی شد. این برنامه به نام پروژه ی ژنوم انسانی نامیده میشود که هدفش کشف همه ی ۸۰ هزار تا ۱۰۰ هزار ژنهای انسان تا سال ۲۰۰۳ است. تعریف رسمی بیوتکنولوژی که تمام بخشهای دولت کانادا از آن استفاده میکنند عبارت است از ” کاربرد علم و مهندسی در استفاده مستقیم یا غیرمستقیم از موجودات زنده ، بخشی از بدن موجود زنده یا فراورده های آنها در شکل طبیعی یا تغییر یافته ی آنها ” . هزاران سال است که نان ، پنیر ، سرکه، شراب و آبجو با کمک تخمیر بوسیله ی میکروب ها (مخمر ها، باکتری ها، کپک ها و قارچ ها ) ساخته میشوند ( ۲۶ ) .
تخمیر ، تولید پادزیست ( آنتی بیوتیک ) و پخت نان در قلمرو بیوتکنولوژی سنتی به شمار می آیند در حالیکه روشهای مربوط به کشت سلول ، هموشی (فیوژن) سلول ها، هیبریدوما و مهندسی ژنتیک در قلمرو بیوتکنولوژی نوین بشمار می آیند. هرچند بیشتر مردم بیوتکنولوژی را همان مهندسی ژنتیک می دانند ولی مهندسی ژنتیک تکنیک مورد استفاده در بیوتکنولوژی مدرن و شاخه ی جدیدی از بیوتکنولوژی است که دانشمندان را قادر می سازد تا ژنهای موجودات زنده را با دستکاری تغییر دهند و یا ژنهای ویژه ای را بین موجودات زنده منتقل کنند و از این طریق بتوانند موجب تکثیر صفات دلخواه شوند. بیوتکنولوژی توانایی تغییر ویژگی های ژنتیکی موجودات زنده را به طریقی بی سابقه فراهم می سازد. این تکنیک با پتانسیل زیادی که برای حل مشکلات بشری مانند بیماری ها ، فقر ، گرسنگی ، آلودگی و غیره دارد به عنوان برجسته ترین نشانه ی پیشرفت بیولوژی از زمان مشاهدات مندل در زمینه ی ژنتیک گیاهی با کشف آنتی بیوتیک ها به شمار میرود. بیوتکنولوژی از راههای مختلفی به نوع بشر سود می رساند. بیوتکنولوژی یعنی تولید فکر و ایده ی جدید در زمینه های مختلف غذایی، دارویی و حتی مواد صنعتی. امروزه افزون بر صدها مرکز آموزشی و پژوهشی، شرکتهای تجاری متعددی نیز برای کسب منافع بلقوه بیوتکنولوژی به پژوهش در این زمینه روی آورده اند. تاکنون کارهایی در مورد استفاده از مواد زاید و پسماندها بوسیله ی بیوتکنولوژی صورت گرفته است. کارخانه های پالایش پساب ها که تقریبا در همه ی شهرهای جهان وجود دارد برای مصرف یک سری از مواد زاید جامد از میکروب ها استفاده می کنند. بیوتکنولوژی همچنین برای حل مشکلات آلودگی های صنعتی به کار گرفته شده است. در این زمینه باکتری های تغییر نیافته برای تجزیه ی نفت و از بین بردن آلودگی های نفتی مورد استفاده واقع شده اند و در حال حاضر باکتری هایی با تغییر ژنتیکی یافته شده اند که می توانند از مواد نفتی تغذیه کنند. دانشمندان در حال پژوهش روی میکروارگانیسم هایی هستند که می توانند فرم های دیگر آلودگی مانند آفات، حشرات و مواد شیمیایی زاید را از بین ببرند. پژوهش های دیگر در حال بررسی چگونگی استفاده از میکروب ها برای تولید گاز متان از مواد زاید و هیدروژن از آب هستند ( ۲۳ ) .
بیوتکنولوژی به طور مستقیم و غیرمستقیم میتواند بر محیط زیست و حفظ منابع طبیعی اثرات مثبت داشته باشد مثلا با بکارگیری بیوتکنولوژی کشاورزی مقدار قابل توجهی از حجم سموم شیمیایی که وارد محیط می شوند کاهش خواهد یافت. کشاورزی سنتی مستلزم استفاده از میلیون ها پوند ( وزنی ) مواد آفت کش، حشره کش و مواد غنی کننده ی خاک است. این مواد شیمیایی که اکثرا برای سلامت مردم، حیوانات و برخی حشرات سودمند زیان دارند در خاک باقی می مانند یا وارد آبهای زیرزمینی می شوند. علم بیوتکنولوژی با تقویت و اصلاح سیستم مقاومت طبیعی گیاه و تولید حشره کش های بیولوژیک میتواند به حل این مشکل یاری دهد و از این طریق به سلامت افراد جامعه و محیط زیست کمک کند. ” پاکسازی بیولوژیکی ” که از قابلیت های متابولیسمی میکروارگانیسم ها برای پاکسازی محیط زیست و از بین بردن آلاینده ها ( بنزین، سموم کشاورزی، پساب کارخانه ها، نفت خام و غیره ) و دیگر مشکلات محیطی استفاده میکند شاخه ی مهمی از بیوتکنولوژی است که در سالهای اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. اساس این تکنیک در نتیجه عمل طبیعی ” فرسایش بیولوژیکی ” است که در آن مواد شیمیایی به وسیله ی عوامل بیولوژیکی از بین می روند. بیوتکنولوژی محیطی در واقع بطور طبیعی در محیط وجود دارد یکی از مثال های اولیه پدیده ی کودسازی (کومپوستینگ ) است که در آن باکتری ها و قارچ ها و دیگر ارگانیسم ها مواد آلی را تجزیه کرده و به خاک باز میگردانند. میکروارگانیسم هایی که در طبیعت وجود دارند اساس کار بیوتکنولوژی بوده و بسته به موارد استفاده از آن انتخاب یا سازگار می گردند. معمولا میکروارگانیسم های مربوطه را از محل های مربوطه جداسازی کرده و مستقیما یا بعد از سازگار نمودن بکار می برند. در صنعت نفت نیز از بیوتکنولوژی به ترتیب قدمت در تمیز کردن آلودگی های نفتی ، ازدیاد برداشت از مخازن زیرزمینی هیدروکربنی ، جلوگیری از خوردگی و رسوب زدایی مواد معدنی و آلی بهره برداری شده است و دیگر کاربرد مهم آن در ممانعت از پیشرفت و گسترش معضل مخروطی شدن آب و گاز در اطراف چاه تولیدی می باشد که با انسداد لایه ای از خلل و فرج در سطوح زیرین و فوقانی لایه ی تولیدی مخزن بوقوع می پیوندد ( ۱ و ۲۳ ) .
۵-۳ بحث
در سال ۱۹۷۵ در کارولینای جنوبی از یک مخزن نفت خام متعلق به ارتش در حدود ۸۰ هزار گالون نفت خام به آب دریا نشت کرد. کمک رسانی سریع باعث شد که تا حدودی از انتشار آلودگی جلوگیری شود اما نتوانست از نفوذ نفت خام به خاک شنی نفوذپذیر دریا و رسیدن به بستر زیر آب جلوگیری کند. به زودی آب بالای بستر شروع به جذب مواد شیمیایی سمی نظیر بنزن از خاک اشباع شده از نفت خام کرد و این مواد سمی به طرف مناطق مسکونی کشیده شد. تا سال ۱۹۸۵ آلودگی به مناطق مسکونی رسید و ساکنان منطقه با مشکل جدی محیطی روبه رو شدند. خارج کردن خاک آلوده عملا نا ممکن بود و خارج کردن آب آلوده سطحی نیز منبع آلودگی را برطرف نمیکرد. یک راه حل ممکن استفاده از فن آوری جدید “پاکسازی زیستی” بود. مطالعات انجام شده بوسیله ی سازمان زمین شناسی آمریکا ( USGS ) نشان داده است میکروارگانیسم هایی که بطور طبیعی در خاک وجود دارند می توانند مواد سمی مشتق شده از نفت خام را مصرف کرده و آنها را به کربن دی اکسید بی زیان تبدیل کنند. مطالعات انجام شده نشان داده است که قدرت این تبدیل بیولوژیکی با افزودن برخی از مواد افزایش می یابد. از لحاظ نظری با تحریک اجتماع میکروبی طبیعی از طریق افزودن برخی از مواد اولیه میتوان میزان تجزیه بیولوژیکی مواد را افزایش داد و سدی برای جلوگیری از سرایت آلودگی به مناطق شهری به وجود آورد.
در سال ۱۹۹۲ این نظریه بوسیله ی دانشمندان USGS به مرحله ی عمل درآمد. مواد غذایی اولیه وارد خاک آلوده شد. آب آلوده سطحی با حفر چاه های استخراجی خارج گردید و کار اندازه گیری میزان آلودگی آغاز شد. تا پایان سال ۱۹۹۳ آلودگی مناطق مسکونی تا ۷۵ درصد کاهش یافت حتی کاهش درصد آلودگی در نزدیکی منابع غذایی بیشتر هم بود، در آب سطحی که زمانی بیش از ۵ هزار قسمت در میلیارد به تولوئن آلوده بود دیگر آلودگی وجود نداشت ( ۱۹ ) .
روش غربالگری و جداسازی باکتری تجزیه کننده ی نیترات توسط Bicca و همکارانش در سال ۱۹۹۹ انجام شد. گام بعدی جهت جداسازی باکتری های بی هوازی و هوازی تولید کننده ی بیوسورفاکتانت اندازه گیری تغییرات کشش سطحی محیط کشت باکتریایی است. که Francy در سال ۱۹۹۱ سویه هایی را که تجزیه کننده هیدروکربن های نفت بودند و نیز از نظر تولید بیوسوفکتانت بررسی شده بودند را به عنوان سویه نهایی معرفی کرد ( ۷ ) .
فاکتورهای محیطی و شرایط رشد از جمله PH و دما از عواملی هستند که بر رشد باکتری ها و به دنبال آن توانایی استفاده از هیدروکربن های نفت و نیترات نفت تاثیر گذارند.
در این زمینه محققین مختلف نتایج متفاوتی را در مورد باکتری های مختلف جدا شده بدست آوردند.
Salmon در سال ۱۹۹۸ PH برابر ۷ را به عنوان بهترین PH برای بیودگراداسیون معرفی نمو( ۸ ) .
Bartha و Bossert در سال ۱۹۸۴ نشان دادند که درصد تجزیه با کاهش درجه حرارت کاهش می یابد و با افزایش درجه حرارت افزایش در سرعت متابولیسم هیدروکربن ها به ماکزیمم مقدار خود میرسد که معمولا در درجه حرارت ۴۰-۳۰ درجه سانتی گراد است (۹) .
Banat در سال ۱۹۹۳ یک باسیلوس بی هوازی روی یک محیط حاوی هیدروکربن جداسازی کرد که قادر به احیای نیترات نفت در دمای ۴۰ درجه بود ( ۹ ) .
Banat در سال ۱۹۹۵ یک درجه حرارت ۳۰ درجه را به عنوان اپتیمم درجه حرارت برای رشد و تجزیه ی PAH ها گزارش نمود. Sugiura در سال ۱۹۹۷ گزارش نمود که Acineto bactersp. T4 حدود ۲۰-۳۴ ٪ نفت خام سبک عربی و ۲۷-۱۴ ٪ نفت خام دبی و ۲۵-۱۴ ٪ نفت خام Shengai و ۱۶-۱۲ ٪ نفت خام Maya را در ۲۰ درجه تجزیه می کند.
همینطور Rahman و همکارانش در سال ۲۰۰۲ نشان دادند که پنج ایزوله ی جدا شده توسط آنها به صورت تکی و هم به صورت مخلوط میکروبی بیشترین تجزیه ی نفت خام را در دمای ۳۰ درجه نشان دادند.
ما در این پژوهش درجه حرارت ۴۰-۳۸ درجه را به عنوان بهترین دما برای رشد و تولید باکتری های احیاء کننده ی نیترات نفت معرفی کردیم.
در سال ۱۹۹۳ دانشمندی به نام James M. Tiedje به صورت مشابه روی بقای نیترات آزاد در محیط بی هوازی فاقد نیترات در دانشگاه میشیگان کار کرد. وی از محیط کشت واسطه MSM در مراحل تحقیق در آزمایشگاه استفاده نمود.
در تایید مطالب ذکر شده در مورد تضاد بین باکتری های NRB و SRB در سال ۲۰۱۱ دو محقق به نام های Shao Hongbo و Zhuang Wen بر روی جداسازی یک سویه از باکتری های احیا کننده نیترات از بستر نفتی آب شور و ممانعت از رشد باکتری های احیا کننده سولفات پژوهش انجام دادند و نتایجی تقریبا مشابه گزارش کردند ( ۱۰ ) .
در سال ۲۰۰۸ محققی به نام ّAleksadr A. Grigoryan به همراه یک تیم پژوهشی روی رقابت بین باکتری های احیا کننده سولفات و باکتری های احیا کننده نیترات در یک بستر نفتی روی سویه Argentina مطالعه و پژوهش انجام داد. آنها در مراحل اولیه کشت باکتری ها به صورت مشابه از محیط نوترینت براث استفاده نمودند.