بررسی تجزیه بیولوژیكی 2، 3، 7، 8-تتراکلرو دی بنزو-P-دیوکسین در رآکتور بیهوازی پر و خالی شونده به طور متوالی

.باشد در دانشگاه علوم پزشكي اصفهان مي 389303به شماره اين مقاله حاصل پايان نامه دانشجويي* بهداشت، دانشكده دانشجويي، هاي پژوهش مركز زيست، محيط تحقيقات زمرك محيط، بهداشت مهندسي گروه، كميته تحقيقات دانشجوييارشد، كارشناسي دانشجوي - 1

.ايران اصفهان، اصفهان، پزشكي علوم دانشگاه

)مسؤول نويسنده( .ايران اصفهان، اصفهان، پزشكي علوم دانشگاه زيست، محيط تحقيقات مركز دانشيار، - 2

.اصفهان، ايراناصفهان، پزشكي علوم استاديار، مركز تحقيقات محيط زيست، دانشگاه - 3

.اصفهان، اصفهان، ايران پزشكي علوم اي، دانشكده بهداشت، دانشگاه مربي، عضو هيأت علمي، گروه بهداشت حرفه - 4Email: [email protected]

1390بهداشت ويژه نامه/ شماره ششم/ سال هفتم/مجله تحقيقات نظام سالمت 798

www.mui.ac.ir

رآكتور در ديوكسين -P -بنزو دي تتراكلرو- 8 ،7 ،3 ،2بيولوژيكي بررسي تجزيه )ASBR( متوالي طور به شونده خالي و پر هوازي بي

4، مسعود ريسمانچيان3، دكتر افشين ابراهيمي2محمد مهدي امين ، دكتر1گلناز پراهام

چكيدهترين به عنوان سمي) Tetra chlorine dibenzo-P-dioxinيا TCDD(ديوكسين -پي -تترا كلرو دي بنزو- 8، 7، 3، 2 : :مقدمه

از اين رو هدف از . باشد تركيب شناخته شده است كه به دليل سميت زياد، پايداري و مقاومت بااليي كه در محيط دارد، از اهميت بااليي برخوردار مي .است) ASBR )Anaerobic sequencing batch reactor در رآكتور TCDDانجام اين مطالعه بررسي تجزيه بيولوژيكي ديوكسين

سوبستره . ليتر انجام شد 3اي به حجم شيشه) ASBR(هوازي پر و خالي شونده متوالي استفاده از يك رآكتور بي اين مطالعه با :ها روش. نشيني و تخليه بود يه، واكنش، تهبرداري از رآكتور شامل چهار مرحله تغذ رژيم بهره. و متانول بود TCDDاصلي و كمكي به ترتيب

هاي هاي سوبستره ورودي و پساب خروجي بر اساس روش بر روي نمونه COD (Chemical oxygen demand) آزمايشاتگيري بيوگاز توسط دستگاه و اندازه ECDهاي فوق به روش كروماتوگرافي گازي و آشكارساز بر روي نمونه TCDDاستاندارد، آناليز

.ر انجام شدگازمتر ت

32/2درصد و 5/97درصد، 35/99و بيوگاز توليدي به ميزان COD ،TCDDدر حذف ASBRبهتـرين عملكـرد رآكتور :ها يافتهشواهد نشان داد كه . اتفاق افتاد ng/L.d 100برابر TCDDو gCOD/L.d 5/2هاي آلي ليتر در روز بوده، كه به ترتيب در بارگذاري

رآكتور pHبري طوالني مدت، واحد بوده، اما پس از راه 1در حدود pHذاري در مراحل اول مطالعه، مقدار افت در طي افزايش بارگ .هوازي است گر ثبات عملكرد رآكتور بي رسيد كه نشان 2/7به

در ng/l TCDD 200با تزريق مقدار gCOD/L.d 5/2در بارگذاري حداكثر حدود TCDDتجزيه بيولوژيكي :گيري نتيجه .پذير است رآكتور مورد استفاده در اين مطالعه امكان

.هوازي ، ديوكسين، تصفيه بيASBRحذف بيولوژيك، اكسين، دي -P -بنزو دي تتراكلرو- 8 ،7 ،3 ،2 :هاي كليدي واژه تحقيقي :نوع مقاله

20/10/90 :پذيرش مقاله 12/07/90:مقاله دريافت

و همكاران گلناز پراهام

799 1390بهداشت ويژه نامه/ شماره ششم/ سال هفتم/يقات نظام سالمتمجله تحق

www.mui.ac.ir

مقدمه

لي خطرناك كه به محيط در جامعه مدرن، تعداد تركيبات آها به طور بيشتر آن. شوند، در حال افزايش هستند تخليه مي

شوند يا توسط فرايندهاي تصفيه شيميايي، طبيعي تجزيه ميشوند و دوباره به محيط زدايي مي فيزيكي و بيولوژيكي سميت

ها از ميان اين تركيبات آلي خطرناك، ديوكسين. شوند تخليه ميياد، پايداري و مقاومت بااليي كه در محيط به خاطر سميت ز

اصطالح ديوكسين به ). 1(دارند، از اهميت بااليي برخوردارند ها ديوكسين - پي - بنزو دي كلرينه دو دسته از تركيبات، پلي

)PCDDs (ها بنزوفوران دي كلرينه پلي و )PCDFs( اطالقه هاي مختلف دو حلق هاي كلر و برم در مكان شود، كه اتم مي

آروماتيك كه توسط يك يا دو باند اتر به هم متصل هستند، ، PCDDsنوع 75ها شامل ديوكسين). 2(اند جايگزين شده

از لحاظ . باشند مي PCBsنوع 209و PCDFsنوع 135نوع 7فقط ). 3(مشابه هستند PCDFsو PCDDsساختاري

، با PCDFsتركيب 135نوع از 10و PCDDsتركيب 75از . سميتي مشابه دارند 8و 7، 3، 2هاي زيني كلر در موقعيتجايگ

درجه سميت، خصوصيات فيزيكي و شيميايي هر يك از اين تركيبات بر اساس تعداد و موقعيت كلر جانشين شده بر روي

به PCDDs/Fsساختار ). 4(حلقه آروماتيك متغير هستند ند، هاي واكنش دهنده خيلي پايدار هست خاطر عدم وجود گروه

اين . شوند بنابراين اين تركيبات خيلي كند در محيط تجزيه ميتركيبات براي اهداف خاص و به عنوان يك فرآورده تجاري

ناخواسته جانبي فرآورده عنوان به مواد اين). 5(شوند توليد نميها، كش ها و علف كش آفت توليد مواد آلي كلردار از جمله

ندن مواد زايد شهري، تميزسوزا و انتشارات ناشي از احتراقكلر، حاوي سازي كاغذ خمير كلر، فرآوري با ضدعفوني و كردن

هاي كش حشره سنتز طول در و كاغذسازي صنعت فاضالب درها ديوكسين). 6(شوند مي تشكيل و وارد محيط ارگانوكلره

هاي دفع مواد زايد خطرناك همچنين در بسياري از مكانها در رسوبات، از ايزومرهاي آن اند، بسياري شناسايي شده

ها و در بافت حيوانات و ماهي در مناطق روستايي و خاكتعدادي از اثرات بهداشتي نامطلوب . صنعتي كشف شده است

هاي پوستي، سرطان معده، ها شامل، آسيب مرتبط با ديوكسينهاي نرم و غدد لنفاوي و اثر بر روي ايجاد تومور بدخيم در بافت

عنوان به ها ديوكسين). 7، 8(باشد ني و عصبي ميسيستم ايم اين، اين بر عالوه. اند شده شناخته انساني زاي سرطان عامل

به . كنند پيدا تجمع غذايي زنجيره در ممكن است تركيباتنظر .)3(است كننده نگران محيط در ها همين دليل حضور آند و شون ها هم اكنون به محيط رها مي به اين كه ديوكسين

سازي هاي پايداري هستند، مهم است كه براي پاك آاليندهها به كلرزدايي ديوكسين. هايي توسعه داده شود ها روش آن

، به عنوان روش سريع و كامل خيلي مؤثر UVوسيله اشعه هاي ديگري كه به طور قابل است، اما اين روش و روش كنند، فرايندهاي مؤثر فقط در مالحظه انرژي مصرف مي

هاي ديگر روش. باشند ها مي هاي خيلي باالي ديوكسين غلظتها پايين است به ها، جايي كه غلظت آن براي حذف ديوكسينبه كارگيري روش بيولوژيكي براي . باشند شدت مورد نياز مي

پذير ها امكان هاي آلوده شده به ديوكسين زدايي مكان آلودگيتواند سازي مي پاك ها براي استفاده از ميكروارگانيسم. است

هاي آلوده به ارزان باشد و مقدار زيادي از آب، خاك و فاضالبنتايج تجزيه بيولوژيكي ). 6(تواند تصفيه كنند ها را مي ديوكسين

دهد كه هوازي اين تركيبات سمي به طور خاص نشان ميهاي هوازي به مونو تا ها توسط باكتري متابوليسم ديوكسين. شود ها محدود مي ديوكسين - پي - تتراكلرو دي بنزو

هايي كه بيشتر از چهار اتم كلر دارند، به سختي ديوكسينتجزيه ). 9(شود هاي ميكروبي هوازي تجزيه مي توسط گونه

بيولوژيكي گزينه مطلوبي است، ولي اين تركيبات مقاومت ها در عين حال، ميكروارگانيزم. دهند زيادي از خود نشان مي

هوازي اين تركيبات را تجزيه رايط هوازي و بيتواند در ش مي - پي - تترا كلرو دي بنزو- 8، 7، 3، 2ديوكسين ). 10(كنند

به طور وسيع مورد مطالعه قرار گرفته ) TCDD(ديوكسين ترين تركيب از ميان تركيبات ديوكسين است و به عنوان سمي

شناخته ايزومرهاي يكي از TCDD). 3، 11(شناخته شده است TCDD .باشد مي ها ديوكسين - پي - بنزو دي كلرينه پلي هشد هاي حالل بيشتر در رنگ، بدون كريستاله جامد اتاق دماي در

بيولوژيكي بررسي تجزيه


www.mui.ac.ir

و اسيدي مواد حرارت، در برابر نامحلول، آب در و محلول آلي تجزيه گيرد، مي قرار UVبا مواجهه در كه وقتي پايدار، قلياييبر روي TCDDلوب اثرات بهداشتي نامط). 12، 13(شود مي

پوست رشد، مثل، توليد ايمني، دستگاه روي بر اثر شامل انسان مادرزادي، هاي نقص سبب همچنين و است ريز درون غدد و

به آسيب اپيتليال، كردن مختل تيموس، پالسيدگي مسموميت، زيست محيط حفاظت آژانس. )3، 11( باشد مي سرطان و كبد

pg/l از آشاميدني بآ در را TCDDمجاز غلظت آمريكا روي زده تخمين خطرات اساس بر pg/l 13/0 تا 0013/0در TCDDخطر مواجهه محيطي با ).3( اند كرده وضع انسانهاي سازي محيط بنابراين، پاك. باشد هاي آلوده مهم مي مكان

. در هر منطقه مستلزم توجه بيشتر است TCDDآلوده با به خاطر TCDDكه بسياري از مطالعات نشان داده است

سميت بااليي كه دارد، مقاومت زيادي در مقابل تجزيه قسمتي از اين مقاومت ممكن . دهد بيولوژيكي از خود نشان مي

). 7، 8(به خاطر قابليت دسترسي بيولوژيكي ضعيف آن باشد شامل، تجزيه در اثر TCDDهاي گوناگون براي تجزيه روش

نور خورشيد، تجزيه تجزيه شيميايى بر اثر تابش پرتو، ). 14(باشد زني و تجزيه بيولوژيكي مي فتوكاتاليستي، ازن

مطالعات زيادي نشان داده است كه فرايندهاي تصفيه فاضالب را باالي PCBsو PCDDs/Fsهاي آلي مثل تواند آالينده مياي تحت عنوان تجزيه مطالعه). 15(درصد حذف كنند 95

ها و پلي ديوكسين - پي - وبيولوژيكي پلي كلرينه دي بنزها به وسيله قارچ سفيد پوسيده كلرينه دي بنزو فوران

Phanerochaete sordida YK624 توسطTakada ودر اين مطالعه ميزان درصد تجزيه . همكاران انجام گرفته است

PCDDs وPCDFs درصد 76تا ) تتراكلرو(درصد 40حدودبه ) هگزاكلرو(درصد 70تا ) تتراكلرو(درصد 45و ) هگزاكلرو(

octaCDDو TCDD– 8 ،7 ،3 ،2متابوليز . ترتيب بوده استانجام شده، كه به ترتيب P.SordidaYK624توسط قارچ

و dichlorocatechol - 5 ،4منجر به تشكيل Tetrachlorocatechol اي تحت مطالعه). 11(شده است

سين ديوك - پي- عنوان حذف بيولوژيكي پلي كلرينه دي بنزو

)PCDDs (از خاكستر فرار زباله سوز به وسيله قارچ

Sphingomonas Wittichii RW1 توسطIn-Hyunnam . انجام گرفته است) و همكاران Namبه نقل از (و همكاران

در PCDDsدهد كه ميزان غلطت نتايج مطالعه نشان ميبه ng/g Fly ash 28از strain WR1خاكستر فرار توسط

ng/g fly ash 08/7 5/75كاهش يافته است كه مطابق با نتايج موجود نشان داد كه . است PCDDsدرصد حذف كل

Sphingomonas Wittichii RW1 تواند ميPCDDs وPCDFs حذف عنوان تحت اي مطالعه). 16(را تجزيه كند از شده جدا هاي قارچ وسيله به خاك در TCDD بيولوژيكي

نشان داد كه راندمان اران،همك و Tachibana توسط طبيعت ng/g soil 10 و ng/g soil 1 هاي غلظت در TCDD حذف

اي مطالعه .)17(بوده است درصد 51 و درصد 62 ترتيب به شرايط تحت TCDD بيولوژيكي تجزيه ارزيابي عنوان تحت

نشان داد همكاران، و Kao توسط احياء - اكسيداسيون مختلف TCDD از درصد 99 يمياييش تصفيه پيش فرايند از كه بعد از درصد 53 حدود هوازي بي رآكتور در. بود يافته شكل تغيير

TCDD تجزيه هوازي رآكتور در بود و شده تجزيه TCDD .)7(بود نشده مشاهده

ASBR هوازي با سرعت باال است كه يك فرايند بيدر ) و همكاران Bingبه نقل از (و همكاران Dagueتوسط

ويژگي خوب فرايند . توسعه پيدا كرد Iowa Stateدانشگاه ASBR باشد و در اين روش بيومس تشكيل لجن گرانوله مي

نشيني مؤثر و با زمان ماند تواند در رآكتور با ته بيشتري مياين مطالعه به ). 18(داري شود نگه) SRT(طوالني جامدات

تتراكلرو دي - 8، 7، 3، 2منظور بررسي تجزيه بيولوژيكي هوازي پر و خالي شونده ديوكسين در رآكتور بي -پي -بنزو

. متوالي انجام شده است ها روش

اي بوده، در آزمايشگاه اين مطالعه از نوع تجربي مداخلهپايلوت دانشكده بهداشت، دانشگاه علوم پزشكي اصفهان به

90تا پايان ارديبهشت ماه 89ماه از شهريور ماه 9مدت



www.mui.ac.ir

هوازي پر و خالي عه با استفاده از رآكتور بياين مطال. انجام شددر مقياس آزمايشگاهي از جنس ) ASBR(شونده متوالي

در اين . ليتر بوده است، انجام شد 3شيشه كه داراي حجم به TCDDرآكتور از متانول به عنوان سوبستره كمكي و از

-8، 7، 3، 2در رآكتور . عنوان سوبستره اصلي استفاده گرديدديوكسين حل شده در متانول وارد -پي -لرو دي بنزوتترا ك 40متر و ارتفاع سانتي 10رآكتور داراي قطر . گرديد مي

ليتر 5/0ليتر از حجم آن توسط مايع و 2متر بوده، سانتيليتر باقي مانده به عنوان فضاي 5/0. توسط ميكسر اشغال شد

ان در ساختم. خالي براي تجمع بيوگاز اختصاص يافته بودهاي ورودي سوبستره و رآكتور حمام آب گرم، مخازن و لوله

هاي آوري و انتقال بيوگاز، پمپ خروجي پساب، تجهيزات جمعهاي كربن فعال جهت تزريق سوبستره و تخليه پساب، ستون. ، استفاده گرديدPLCعبور پساب و گاز خروجي و تايمر

ور تعبيه اختالط درون رآكتور توسط همزني كه در داخل رآكتمورد استفاده در اين PLCتايمر . گرفت شده بود، انجام ميريزي داشته، همزمان به سه دستگاه فرمان طرح قابليت برنامه

پمپ تزريق سوبستره ورودي و پمپ خروجي پساب به . داد ميهاي تايمر و همزن به يكي ديگر از دو تا از خروجي

رآكتور هاي تايمر متصل بود، يك سيكل كامل خروجيASBR تغذيه : ساعت و در چهار مرحله شامل 24به مدت

)Filling ( دقيقه، واكنش 4به مدت)Reaction ( به مدتدقيقه 30به مدت ) Settling(نشيني دقيقه، ته 8ساعت و 23

. گرفت دقيقه انجام مي 18به مدت ) Decant(و تخليه روزانه سوبستره سنتتيك ورودي براي ورود به رآكتور به طور

تركيب سوبستره ورودي در مرحله آداپته شدن . گرديد تهيه ميبري با توجه به شامل سوبستره كمكي متانول كه در طول راه

ها به شد و ميكروالمنت بارگذاري رآكتور ميزان آن تعيين مي، COD ،1000 ،2000ها در ميكروالمنت. ماه بود 8مدت و 80، 60، 40، 20ن به ترتيب به ميزا 5000و 4000، 3000. شد ليتر به ازاي هر ليتر سوبستره ورودي اضافه مي ميلي 100

بعد از مرحله آدابته شدن رآكتور، سوبستره ورودي شامل ها و سوبستره اصلي سوبستره كمكي متانول، ميكروالمنت

TCDD نانوگرم 400و 300، 200، 100، 50هاي در غلظتدر حالت خنثي pHتنظيم جهت. روز بود 35در ليتر به مدت

در تهيه سوبستره ورودي مقدار . از سود دو نرمال استفاده شدpH اندازي تنظيم در طي دوره راه 8-5/8در ظرف تغذيه بين gCOD/L.dدر ابتدا رآكتور با بارگذاري آلي اوليه . شد مي

گرم در ليتر ميلي 1000سوبستره ورودي CODو غلظت 5/0سوبستره CODغلظت . اندازي شد اهساعته ر 24در سيكل

ليتر بوده 1متغير و حجم آن 5000تا 1000ورودي بين ، بارگذاري آلي رآكتور TCDDدر زمان تزريق آالينده . است

gCOD/L.d 5/2 و غلظتCOD 5000سوبستره ورودي با استفاده از لجن به ASBRرآكتور . گرم در ليتر بود ميلي

خانه فاضالب با هوازي تصفيه هاي بي دست آمده از هاضمجهت . بذردهي شد VSS (g/l 30(مقدار جامدات معلق فرار

آوري بيوگاز به گيري بيوگاز توليدي در رآكتور، لوله جمع اندازه PVCمدل ELSTERيك دستگاه گازمتر تر با مارك بيوگاز ورودي پس از ورود . ساخت كشور آلمان متصل گرديد

ربه آن شده، با كامل شدن يك دور به گازمتر باعث حركت عقانداز دستگاه شروع عقربه در صفحه مدرج آن، قسمت شماره

اطالعات مربوط به توليد گاز به طور . كرد اندازي مي به شمارهآوري بيوگاز به قبل از اتصال لوله جمع. شد روزانه ثبت مي

دستگاه گازمتر، توسط يك سه راهي يك عدد كيسه هوا نيز اين كيسه هوا به عنوان مخزن .قرار داده شد سر راه آن

نمود و در هنگام تخليه پساب خروجي ذخيره بيوگاز عمل مياز رآكتور، فشار الزم جهت انجام عمل تخليه را تأمين

برداري از رآكتور بر اساس ميزان بارگذاري آلي بهره. نمود مي)O.L.R (برداري در طي تمام مراحل بهره. بندي شد تقسيم. گرديد گيري مي ، بيوگاز و دما اندازهpH ،CODارامترهاي پ

، دما و بيوگاز به طور روزانه كنترل و pHپارامترهاي ورودي و خروجي در طول CODشد و مقادير گيري مي اندازه

در هر غلظت، . گرديد برداري هفته دو بار پايش مي مدت بهرهار در سوبستره ورودي و پساب خروجي يك ب TCDDمقدار

پارامترهاي فيزيكي و شيميايي مورد . گرديد در هفته پايش ميهاي استاندارد براي آزمايشات آزمايش بر اساس كتاب روش



www.mui.ac.ir

روش به كار برده ). 19(انجام گرفت 2005آب و فاضالب 8290مطابق با دستورالعمل TCDDهاي حاوي جهت آناليز نمونهجن ارايه شده توسط آژانس هاي پساب و ل ها در نمونه آناليز ديوكسين

گيري جهت اندازه. باشد مي) US-EPA(حفاظت محيط زيست آمريكا كروماتوگرافي مجهز به دتكتور به دام اندازنده اين تركيب از دستگاه گاز

شماتيك پايلوت مورد 1شكل . استفاده گرديد) GC-ECD(الكترون .دهد در اين تحقيق را نشان مي استفاده

ها يافته

مورد استفاده در اين مطالعه بر اساس ASBRبري رآكتور راه. در پنج مرحله انجام شد TCDDبارگذاري آلي و بارگذاري

بري رآكتورها و همچنين افزايش بار مراحل و مشخصات راهحذف شده توسط آن انتخاب CODآلي بر اساس ميزان

هوازي به هاي بي زمان ماند هيدروليكي در سيستم. گرديد ميهاي فاضالب و شرايط محيطي بستگي دارد و بايستي ويژگي

هوازي هاي بي آن قدر باال باشد كه متابوليسم ميكروارگانيسمهاي داراي رشد چسپنده زمان ماند هاضم. پذير سازد را امكان

زمان ماند ). 20(باشد روز را دارا مي 1-10هيدروليكي بين 2در اين مطالعه مورد استفاده ASBRهيدروليكي در رآكتور

در رآكتور ) OLR(ميزان بارگذاري آلي . روز محاسبه شدASBR مورد استفاده در اين مطالعهgCOD/L.d 5/2-5/0

هوازي هاي بي اين پارامتر در سيستم. بوده استgCOD/L.d 5-5/0 اغلب ميزان . شود در نظر گرفته مي

ين هوازي تصفيه فاضالب ب هاي بي توليد بيوگاز در سيستم. باشد حذف شده مي CODليتر به ازاي گرم ميلي 3/0–5/0

مورد استفاده در ASBRميزان متوسط توليد بيوگاز در رآكتور -ASBR ،8ر رآكتو -7آوري پساب خروجي، مخزن جمع -6ستون كربن فعال، -5پمپ تخليه، -4شير برداشت لجن، -3پمپ تزريق، -2مخزن سوبستره ورودي، -1

ASBRمحفظه گرمايش رآكتور - PLC( ،13(سيستم كنترل برق هوشمند -12ستون كربن فعال -11دستگاه گازمتر، -10آوري گاز، مخزن جمع -9ميكسر،

شماتيك پايلوت مورد استفاده در اين مطالعه :1شكل

١١

١٠

٩

٨

١٣

٥

٦

٣ ١

٤

٢



www.mui.ac.ir

حذف CODليتر به ازاي گرم ميلي 35/0مطالعه حدود اينبري رآكتور مشخصات راه 1جدول . باشد شده در روز مي

ASBR تغييرات بارگذاري آلي، 1نمودار . دهد را نشان ميورودي و راندمان حذف CODميزان بيوگاز توليدي، ميزان

COD تغييرات 2و نمودارTCDD ورودي، ميزان بيوگازدر CODو راندمان حذف TCDDتوليدي، راندمان حذف

در اين مطالعه، . دهد نشان مي) ASBR(بري رآكتور دوره راه gCOD/L.dبا بارگذاري ASBRاندازي رآكتور مرحله راه

، 5/1، 1ترتيب تا مقادير به 1آغاز شد، با توجه به جدول 5/0 CODراندمان حذف . در مراحل بعدي افزايش يافت 5/2و 2

بري رآكتور با گانه راه و ميزان بيوگاز توليدي در مراحل پنج . نشان داده شده است 1هاي آلي ذكر شده در جدول بارگذاري

در اين دوره ):60تا 1روزهاي (بري رآكتور دوره اول راه، بارگذاري سطحي gCOD/L.d 5/0رآكتور با بارگذاري آلي

)gCOD/cm2.d (0127/0 روز 2و زمان ماند هيدروليكي) بري پايان دوره اول راه(روز 60پس از گذشت . آغاز شد

ميزان . درصد رسيد 13/85به CODط راندمان حذف متوسگيري قرار گرفت بيوگاز توليدي در اواسط اين دوره مورد اندازه

ليتر در 3/0و متوسط مقدار بيوگاز توليدي در اين دوره برابر با در اين :)112تا 61روزهاي (بري دوره دوم راه. روز بوده است

و بارگذاري gCOD/L.d 1دوره بارگذاري آلي رآكتور به 2در زمان ماند هيدروليكي gCOD/cm2.d (026/0(سطح

روز، متوسط 52پس از گذشت مدت زمان . روز افزايش يافتدرصد افزايش پيدا كرد و 69/96به CODراندمان حذف

ليتر در 72/0متوسط مقدار بيوگاز توليدي در اين دوره برابر با تا 113روزهاي (كتور بري رآ دوره سوم راه. روز بوده است

gCOD/L.d 5/1در اين دوره، رآكتور با بارگذاري آلي ): 130در زمان ماند gCOD/cm2.d (038/0(و بارگذاري سطحي

در اين دوره راندمان حذف . بري گرديد روز راه 2هيدروليكي COD 63/97 درصد رسيد و متوسط مقدار بيوگاز توليدي در

دوره چهارم . در روز بوده است ليتر 05/1اين دوره برابر با در اين دوره رآكتور با): 166تا 131روزهاي (بري راه

و بارگذاري سطح gCOD/L.d 2بارگذاري آلي

)gCOD/cm2.d (05/0 روز 2در زمان ماند هيدروليكيروز، متوسط 36پس از گذشت مدت زمان . بري گرديد راه

كرد و درصد افزايش پيدا 8/97به CODراندمان حذف ليتر در 7/1متوسط مقدار بيوگاز توليدي در اين دوره برابر با

تا 167روزهاي (بري رآكتور دوره پنجم راه. روز بوده است gCOD/L.d 5/2در اين دوره رآكتور با بارگذاري آلي ): 264

در زمان ماند gCOD/cm2.d (064/0(و بارگذاري سطح گذشت مدت زمان پس از. بري گرديد روز راه 2هيدروليكي

درصد افزايش 9/98به CODروز، متوسط راندمان حذف 63پيدا كرد و متوسط مقدار بيوگاز توليدي در اين دوره برابر با

در اين دوره ميزان بار آلي. ليتر در روز بوده است 16/2در اين . وارده بر رآكتور ثابت نگه داشته شده است) متانول(

هفته 5ج دوره بارگذاري در طي در پن TCDDدوره آالينده بري رآكتور با سوبستره دوره اول راه. به رآكتور تزريق شد

): 236تا 230روزهاي ( TCDDكمكي متانول و سوبستره اصلي ng/l.d 25 برابر با TCDDدر اين دوره رآكتور با بارگذاري

به CODروز راندمان حذف 7پس از گذشت . بري شد راهغير TCDDو راندمان حذف آالينده درصد رسيد 98/98

ميزان متوسط گاز توليدي در اين دوره . قابل تشخيص بودبري رآكتور دوره دوم راه. ليتر در روز بوده است 28/2برابر با

TCDDبا سوبستره كمكي متانول و سوبستره اصلي در اين دوره رآكتور با بارگذاري ): 243تا 237روزهاي (

TCDD برابر باng/l.d 50 7گذشت پس از. بري گرديد راه درصد رسيد و راندمان 09/99به CODروز راندمان حذف

ميزان متوسط . غير قابل تشخيص بود TCDDحذف آالينده . ليتر در روز بوده است 15/2گاز توليدي در اين دوره برابر با

بري رآكتور با سوبستره كمكي متانول و دوره سوم راهدر اين دوره ): 250تا 244روزهاي ( TCDDسوبستره اصلي

. بري شد راه ng/l.d 100برابر با TCDDرآكتور با بارگذاري درصد و 35/99به CODروز راندمان حذف 7پس از گذشت

ميزان . درصد رسيد 5/97به TCDDراندمان حذف آالينده ليتر در روز بوده 32/2متوسط گاز توليدي در اين دوره برابر با

كمكي متانول سوبستره بري رآكتور با ره چهارم راهدو. است

ASBRبري رآكتور مشخصات راه: 1جدول

OLR )مقدار ): بارگذاري آليCOD باشد وارده بر حجم رآكتور در هر روز مي.

SLR )مقدار ): بارگذاري سطحيCOD باشد وارده بر سطح رآكتور در هر روز مي .

مقدارHRT )وز بوده استر 2بري رآكتور برابر با در طول دوره راه) زمان ماند هيدروليكي

2,3,7,8-tetrachlorinedibenzo-p-dioxin : TCDD Chemical oxygen demand :COD

تغييراتpH

خروجي

مقادير و اجزاء تشكيل دهنده سوبستره وروديمقدار بيوگاز

)L/d(توليدي

TCDD مقادير COD مقادير روزهاي راهبري

مقدار نوترينت و )mL(ميكروالمنت

سوبستره كمكي )mL(متانول

مقدار TCDD

)µL(

راندمان حذفTCDD (%)

TCDDمقدار خروجي

)ng/l(

TCDDمقدار )ng/l(ورودي

ميزان بارگذاري TCDD (ng TCDD/L.d)

راندمان حذف COD(%)

CODout (mg/l)

CODin (mg/l)

SLR( g COD /cm2.d)

OLR (gCOD/L.d

65/6 20 85/0 - 30/4 ± 305/0 - - - - 60/7 ± 13/85 76 ± 72/148 1000 0127/0 50/0 60-1

92/6 40 70/1 - 340/5 ± 72/0 - - - - 20/2 ± 69/96 21 ± 06/66 2000 026/0 1 112 -61

40/7 60 55/2 - 40/15 ± 05/1 - - - - 30/0 ± 63/97 3/8 ± 86/70 3000 038/0 50/1 130 -113 22/7 80 40/3 - 90/17 ± 7/1 - - - - 70/0 ± 8/97 10/27 ± 88 4000 05/0 2 166 -131 18/7 100 25/4 - 20/55 ± 16/2 - - - - 40/0 ± 9/98 20 ± 65/50 5000 064/0 50/2 229 -167 21/7 100 25/4 5 63/7 ± 28/2 ND ND 50 25 50/0 ± 98/98 70/26 ± 84/50 5000 064/0 50/2 236-230 25/7 100 25/4 10 8 ± 15/2 ND ND 100 50 26/0 ± 09/99 3/13 ± 19/45 5000 064/0 50/2 243-237 25/7 100 25/4 20 40/12 ± 32/2 5/97 5 200 100 01/0 ± 35/99 43/0 ± 70/32 5000 064/0 50/2 250-244 22/7 100 25/4 30 40/24 ± 06/2 6/96 10 300 150 02/0 ± 99/97 4/1 ± 14/100 5000 064/0 50/2 257-251 23/7 100 25/4 40 23 ± 06/2 5/87 50 400 200 014/0 ± 89/97 57/0 ± 40/105 5000 064/0 50/2 264 -258



www.mui.ac.ir

)ASBR(بري رآكتور در دوره راه CODورودي و راندمان حذف CODتغييرات بارگذاري آلي، ميزان بيوگاز توليدي، ميزان :1نمودار

ASBR: Anaerobic sequencing batch reactor COD: Chemical oxygen demand

CODو راندمان حذف TCDDورودي، ميزان بيوگاز توليدي، راندمان حذف TCDDتغييرات :2نمودار

بري رآكتور در دوره راهTCDD: 2,3,7,8-tetrachlorinedibenzo-p-dioxin COD: Chemical oxygen demand

در اين ): 257تا 251روزهاي ( TCDDو سوبستره اصلي

بري راه ng/l.d 150برابر با TCDDدوره رآكتور با بارگذاري 99/96به CODروز راندمان حذف 7پس از گذشت . شد

. درصد رسيد TCDD 6/96درصد و راندمان حذف آالينده ليتر در 06/2ميزان متوسط گاز توليدي در اين دوره برابر با

بري رآكتور با سوبستره كمكي وره پنجم راهد. روز بوده است

6

5

4

3

2

1

0

120

100

80

60

40

20

0 300 250 200 150 100 50 0

5/2

2

5/1

1

5/0

0

100 95 90 85 80 75 70 65 60

270 265 260 255 250 245 240 235 230



www.mui.ac.ir

در :)264تا 258روزهاي ( TCDDمتانول و سوبستره اصلي ng/l.d 200برابر با TCDDاين دوره رآكتور با بارگذاري

به CODروز راندمان حذف 7پس از گذشت . بري گرديد راهدرصد TCDD 5/87درصد و راندمان حذف آالينده 99/96

06/2توسط گاز توليدي در اين دوره برابر با ميزان م. رسيد .ليتر در روز بوده است

بحثاز متانول به عنوان TCDDدر طول فرايند تجزيه بيولوژيكي

2با توجه به نمودار . سوبستره اوليه و منبع كربن استفاده شددرصد TCDD )5/97باالترين راندمان تجزيه بيولوژيكي

. مشاهده شده است) µg/l 2/0( ng/l 200در غلظت ) حذفورودي به رآكتور راندمان حذف TCDDبا افزايش غلظت

TCDD ميزان بيوگاز توليدي در طول . كرد كاهش پيدا ميبري با افزايش بارگذاري آلي وارده به رآكتور افزايش دوره راهبه رآكتور ميزان بيوگاز توليدي TCDDبا تزريق . كرد پيدا مي

روند افزايشي داشته، بعد از ng/l 200تا ng/l 50از غلظت در مطالعه . كرد آن ميزان بيوگاز توليدي كاهش پيدا مي

Nakamiya هوازي و همكاران تحت عنوان تجزيه بيهاي كلردار در لجن فعال دنيتريفكاسيون برگرفته از ديوكسين

ها خانه شيرابه محل دفن، با افزايش غلظت ديوكسين تصفيهكرد، راندمان حذف كاهش پيدا مي) ng/l 190تا ng/l 40از (

در اين ) درصد 97(ها بيشترين راندمان حذف ديوكسيندر مطالعه . گزارش شده بود ng/l 90مطالعه در غلظت

Nakamiya ها تحت شرايط توليد متان كلرزدايي ديوكسيندر مطالعه حاضر با افزايش غلظت ). 6(انجام گرفته بود

TCDD ازng/l200 بهng/l 400 به 5/97راندمان حذف ازو همكاران تحت Tachibanaدر مطالعه . درصد رسيد 5/87

-پي -تتراكلرودي بنزو- 8، 7، 3، 2عنوان حذف بيولوژيكي هاي جدا شده از در خاك به وسيله قارچ) TCDD(ديوكسين

در ng/g 10به ng/g 1از TCDDطبيعت، با افزايش غلظت درصد رسيد 51درصد به 62تيب از خاك راندمان حذف به تر

و همكاران تحت عنوان تجزيه Kaoدر مطالعه ). 17(احياء، حدود -تحت شرايط اكسيداسيون TCDDبيولوژيكي

. هوازي حذف شده بود در بيورآكتور بي TCDDدرصد از 53هوازي به عنوان فرايند كلرزدايي احيايي با استفاده از لجن بي

دليل . بود TCDDداليل اصلي حذف سوبستره اوليه يكي از Abioticدر بيورآكتور وجود تغير شكل TCDDديگر حذف

باشد، كاربرد داراي كلر زياد مي TCDDبه خاطر اين كه . بودبراي فرايند ) استات، متانول(منابع ديگر كربن براي مثال

كلرزدايي احيايي يك روش مناسب براي افزايش راندمان باشد، بدون استفاده از منابع كربن حذف يتجزيه بيولوژيكي م

از Kaoباشد، در مطالعه پذير نمي امكان TCDDبيولوژيكي استفاده TCDDاستات به عنوان منبع كربن براي تجزيه

در مطالعه حاضر از متانول به عنوان منبع كربن ). 7(شده بود TCDD 5/97استفاده شده بود و حداكثر راندمان حذف

و 1و همكاران تجزيه بيولوژيكي Kim. آمد درصد به دسترا Mycobacterium sp.PH-o6ديوكسين به وسيله 4

نتايج مطالعه نشان داد كه وقتي كه . مورد بررسي قرار دادندمحيط كشت بود، باكتري gr/l 1ديوكسين 4و 1غلظت

Strain PH-o6 ديوكسين را 4و 1درصد از 90قادر بود تابه نقل از (و همكاران Hyun-kooKim ).21(تجزيه كند

Ki ها را در آب آشاميدني راندمان حذف ديوكسين) و همكاران 87تصفيه شده به وسيله سيستم متداول فيلتراسيون شني تند

و همكاران تجزيه Kastumata). 22(اند درصد گزارش كردهديوكسين -پي -تتراكلرودي بنزو- 8، 7، 3، 2سونو شيميايي

)TCDD ( در محلول آبي را با استفاده از سيستمFe(III)/UV در اين مطالعه غلظت اوليه . انجام دادند

TCDD ng/l 20 بود كه تحت شرايط سونو شيميايي در). 23(به طور كامل تجزيه شده بود TCDDدقيقه 60مدت

با مقايسه نتايج مطالعه حاضر با مطالعات توصيف شده در اي مختلف و توسط ه در محيط TCDDخصوص حذف

فرايندهاي تصفيه فيزيكي، شيميايي و بيولوژيكي، نتايج هاي از يافته. به دست آمد TCDDمختلفي از راندمان حذف

ورودي به CODشود كه مقدار گيري مي اين مطالعه نتيجهگرم در ليتر و مقادير خروجي ميلي 5000تا 1000رآكتور بين

CODراندمان بهينه حذف . باشد متغير مي 149تا 33آن بين



www.mui.ac.ir

باشد كه در بارگذاري آلي درصد مي 4/99در رآكتور gCOD/L.d 5/2 و بارگذاريTCDD برابر باng

TCDD/l.d 100 در غلظت ورودي . به دست آمده استTCDD به ميزانng/l 200 در بارگذاري وng/l.d 100

درصد و در 5/97در رآكتور TCDDاندمان حذف بهينه ربيشترين مقدار .به دست آمده است ng/l 5خروجي غلظت

ليتر در روز در بارگذاري آلي 315/2بيوگاز توليدي به ميزان gCOD/L.d 5/2 و بارگذاريTCDD برابر باng

TCDD/l.d 100 شواهد نشان داد كه در رآكتور . بودASBR مورد مطالعه در طي افزايش بارگذاري در مراحل اول

واحد بوده، اما پس از 1در حدود pHفت مطالعه، مقدار ارسيده، مقدار افت 2/7رآكتور به pHبري طوالني مدت، راه

pH گر ثبات عملكرد رآكتور خيلي كم بوده است، كه نشاندر بارگذاري TCDDتجزيه بيولوژيكي . هوازي است بي

اين نتايج داللت بر اين دارد كه لجن حداكثر . پذير بود امكان با تزريق مقدار gCOD/L.d 5/2حدود

ng/l TCDD 200 در رآكتور مورد استفاده در اين مطالعههاي ديوكسين را تواند گستره وسيعي از غلظت هوازي مي بي

تواند گزينه مناسبي براي تجزيه مقدار زيادي تجزيه كند و مي .ها باشد از ديوكسين

تشكر و قدرداني

نامه دانشجويي پايانهاي مقاله حاضر حاصل بخشي از يافتهمصوب معاونت محترم پژوهشي دانشگاه 389303به شماره

نويسندگان مقاله بدين وسيله . باشد علوم پزشكي اصفهان ميبه معاونت محترم پژوهشي دانشگاه علوم پزشكي اصفهان كه

نامه بودند، تأمين كننده نيازهاي مالي و اعتباري اين پايان . نمايند خود را اعالم ميمراتب تقدير و سپاسگذاري

References 1. Hong HB, Hwang SH, Chang YS. Biosorpion of 1,2,3,4-tetrachlorodibenzo-p-dioxin and Polychlorinated

dibenzofurans by Bacillus Pumillus. Wat Res 2000; 34(1): 349-53. 2. Bunge M, Lechner U. Anaerobic reductive dehalogenation of polychlorinated dioxins. Appl Microbiol

Biotechnol 2009; 84(3): 429-44. 3. Yoshida R, Ogawa Y. Oxidative stress induced by 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin: an application of

oxidative stress markers to cancer risk assessment of dioxins. Ind Health 2000; 38(1): 5-14. 4. Kulkarni PS, Crespo JG, Afonso CA. Dioxins sources and current remediation technologies--a review. Environ

Int 2008; 34(1): 139-53. 5. Hong HB, Nam IH, Murugesan K, Kim YM, Chang YS. Biodegradation of dibenzo-p-dioxin, dibenzofuran, and

chlorodibenzo-p-dioxins by Pseudomonas veronii PH-03. Biodegradation 2004; 15(5): 303-13. 6. Nakaminy K, Furuichi T, Ishii K, Souda I. Degradation of chlorinated dioxin in denitrifying activated sludge

from leachate treatment plant of a landfill. J mater Cycles waste manag 2004; 6: 3540. 7. Kao CM, Chen SC, Liu JK, Wu MJ. Evaluation of TCDD biodegradability under different redox conditions.

Chemosphere 2001; 44(6): 1447-54. 8. Kao CM, Wu MJ. Enhanced TCDD degradation by Fenton's reagent preoxidation. J Hazard Mater 2000; 74(3):

197-211. 9. Kamei I, Kondo R. Biotransformation of dichloro-, trichloro and tetrachlorodibenzo-p-dioxin by the white-rot

fungus Phlebia lindtneri. Appl Microbiol Biotechnol 2005; 68(4): 560-6. 10. Rittmann BE, McCarty PL. Environmental biotechnology: principles and applications. New York: McGraw-Hill;

2001. 11. Takada S, Nakamura M, Matsueda T, Kondo R, Sakai K. Degradation of polychlorinated dibenzo-p-dioxins and

polychlorinated dibenzofurans by the white rot fungus Phanerochaete sordida YK-624. Appl Environ Microbiol 1996; 62(12): 4323-8.

12. Millar JD. 2,3,7,8 -Tetra chloro dibenzo-p-dioxin (TCDD), "dioxin [Online]. 2007 [cited 2007 Jan 23]; Available from: URL: www.epa.gov/ttn/atw/hlthef/dioxin.html/



www.mui.ac.ir

13. Pesticide and Environmental Toxicology Branch Office of Environmental Health Hazard Assessment California Environmental Protection Agency. Public Health Goal for TCDD in Drinking Water [Online]. 2007; Available from: URL: www.oehha.ca.gov/water/phg/pdf/PerComs/EWGPerchlorate042011.pdf/

14. Katsumata H, Kaneco S, Suzuki T, Ohta K, Yobiko Y. Sonochemical degradation of 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxins in aqueous solution with Fe(III)/UV system. Chemosphere 2007; 69(8): 1261-6.

15. Bolzonella D, Fatone F, Pavan P, Cecchi F. Poly-chlorinated dibenzo-p-dioxins, dibenzo-furans and dioxin-like poly-chlorinated biphenyls occurrence and removal in conventional and membrane activated sludge processes. Bioresour Technol 2010; 101(24): 9445-54.

16. Nam IH, Hong HB, Kim YM, Kim BH, Murugesan K, Chang YS. Biological removal of polychlorinated dibenzo-p-dioxins from incinerator fly ash by Sphingomonas wittichii RW1. Water Res 2005; 39(19): 4651-60.

17. Tachibana S, KiyatoY, Koga M. Bioremediation of 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin in soil by fungi screened from Nature. . Pakistan Journal of Biological Sciences 2006; 9(2): 217-22.

18. Li B, Sun YL, Li YY. Pretreatment of coking wastewater using anaerobic sequencing batch reactor (ASBR). J Zhejiang Univ Sci B 2005; 6(11): 1115-23.

19. Eaton AD, Franson MA, American Water Works Association. Standard methods for the examination of water & wastewater. 21st ed. Washington, DC: American Public Health Association; 2005.

20. Bitton G. Wastewater Microbiology. 3rd ed. New Jersey: John Wiley and Sons, 2005. 21. Kim YM, Jeon JR, Murugesan K, Kim EJ, Chang YS. Biodegradation of 1,4-dioxane and transformation of

related cyclic compounds by a newly isolated Mycobacterium sp. PH-06. Biodegradation 2009; 20(4): 511-9. 22. Kim HK, Masaki H, Matsumura T, Kamei T, Magara Y. Removal efficiency and homologue patterns of dioxins

in drinking water treatment. Water Res 2002; 36(19): 4861-9. 23. Katsumata H, Kaneco S, Suzuki T, Ohta K, Yobiko Y. Sonochemical degradation of 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-

p-dioxins in aqueous solution with Fe(III)/UV system. Chemosphere 2007; 69(8): 1261-6.


* This article derived from master thesis. No: 389303 1- MSc Student, Student Research Committee, Department of Environmental Health Engineering, Environment Research Center, Student

Research Center, School of Public Health, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran. 2- Associate Professor, Environment Research Center, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran. (Corresponding Author)

Email:[email protected] 3- Assistant Professor, Environment Research Center, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran. 4- Lecture, Department of Occupational Health Engineering, School of Public Health, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran.

809 1390بهداشت ويژه نامه/ شماره ششم/ سال هفتم/مجله تحقيقات نظام سالمت

www.mui.ac.ir

Survey of 2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-dioxin Biodegradation In Anaerobic Sequencing Batch Reactor

Golnaz Paraham1, Mohammad Mehdi Amin2, Afshin Ebrahimi3, Masoud Rismanchian4

Abstract Background: 2,3,7,8-tetrachlorinedibenzo-p-dioxin (TCDD) is known as the most toxic compound. Because of high toxicity, high stability and resistance in the environment it is of high importance. Thus, the purpose of this study was to survey the biodegradation of 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD) in an anaerobic sequencing batch reactor (ASBR). Methods: This study was conducted using an anaerobic sequencing batch reactor (ASBR) which was made from glass with the volume of 3 liters. Main substrate and the auxiliary substrate were TCDD and methanol, respectively. The operation of the reactor consisted of 4 stages of feeding, reaction, settling, and discharge. COD tests on the input substrate and output effluent samples of the reactor were implemented based on the standard methods. TCDD analysis was conducted on the samples by gas chromatography equipped by an ECD detector, and biogas was measured by gas meters. Findings: Best performance of the ASBR achieved 99.4% COD removal, 97.5% TCDD removal and 2.32 L/d biogas production, which occurred in the inorganic loading of 2.5 g COD/L.d and TCDD loading of 100 ng/L.d. Evidence indicated that during the increasing of the loading in the first stages of the study pH loss amount was about 1 unit, however, after a long operation the pH of the reactor reached 7.2, which is the indication of stable performance of the anaerobic reactor. Conclusion: It is concluded that TCDD biodegradation by reactor used in this study is possible in the maximum organic loading of about 2.5 g COD/L.d with injection amount of 200 ng/l TCDD.

Keywords: 2,3,7,8-Tetrachlorinedibenzo-p-dioxin, Removal Biological, ASBR, Dioxin, Anaerobic Treatment

Documents

بررسی تجزیه بیولوژیكی 2، 3، 7، 8-تتراکلرو دی بنزو-P-دیوکسین در رآکتور بیهوازی پر و خالی شونده به طور متوالی