مطالعۀ کارایی روشهای مختلف تجزیۀ زیستی میکروبی در حذف آلایندههای هیدروکربنی نفت خام
محورهای موضوعی : مهندسی شیمی (آلودگیهای محیط زیست)
فرهود نوائی
1
,
عباس هاشمی‌زاده
2
1 - دانشگاه حکیم سبزواری
2 - دانشگاه حکیم سبزواری
کلید واژه: تخریب میکروبی, آلایندههای هیدروکربنی نفتی, تجزیۀ بیولوژیکی, پالایش زیستی,
چکیده مقاله :
آلایندههای هیدروکربنهای نفتی، از لحاظ تجزیه و مقابله جزء ترکیب‌های سخت بوده و به عنوان آلایندههای آلی پایدار و مهم طبقه بندی میشوند. این آلایندهها اثرات نامطلوبی بر سلامت انسان و محیط پیرامونش دارند و مقابله با آلودگی محیط زیست ناشی از آنها مسئلۀ مهمی برای جهان و جوامع بشری است. هرچند پاکسازی این آلایندهها از محیط زیست یک مشکل اساسی است، اما تجزیۀ بیولوژیکی که از فعالیّت بیولوژیکی طبیعی و تجزیۀ میکروبی استفاده میکند، یک روش سازگار با محیط زیست و اقتصادی برای کنترل این نوع آلودگی‌ها است و در پاکسازی محیطهای آلوده با هیدروکربنهای نفتی به یک روش اصلی تبدیل شده است. پژوهش حاضر یک بررسی جامع، به‌هنگام و کارآمد دربارۀ تصفیۀ زیستی آلایندههای هیدروکربنی نفت خام با در نظر گرفتن دگرگونی و تغییرات هیدروکربنها توسط میکروارگانیسمها با تمرکز ویژه بر بینش‌های جدید به وجود آمده در چند سال اخیر را ارائه میدهد. همچنین متابولیسم هیدروکربنها در میکروارگانیسمها با مرور تحقیقات ارائه شده در چند سال اخیر تشریح شده است. نتایج مطالعه حاضر به خوبی نشان میدهد آلایندههای هیدروکربنهای نفتی با استفاده از برخی میکروارگانیسمها مانند اولئوفیلیک، تا حد قابل قبولی زیست‌تجزیه‌پذیر بوده و حذف آنها با این روش مقرون به صرفه و اقتصادی است، همچنین تجزیۀ بیولوژیکی میکروبی آلایندههای هیدروکربن نفتی از فعالیّت‌های کاتالیزوری آنزیمی میکروارگانیسمها استفاده میکند و میزان تخریب آلایندهها را تا چندین برابر روشهای سنتی افزایش دهد.
Petroleum hydrocarbon pollutants are one of the hardest compounds in terms of decomposition and control and classified as stable and important organic pollutants that have adverse effects on human health and the environment and combating environmental pollution caused by them is an important issue for the world and human societies. Although the removal of these pollutants from the environment is a major problem, biodegradation (which uses natural microbial biodegradation activity) is an ecofriendly and economical approach to control these types of contaminants and has become a pivotal method of cleaning up environments contaminated with petroleum hydrocarbons. The present study provides a comprehensive, uptodate and efficient review of the bioremediation of petroleum hydrocarbon pollutants, taking into account the hydrocarbon alterations in microorganisms with a particular focus on the new insights gained in recent years. Also, the metabolism of hydrocarbons in microorganisms has been described by reviewing research presented in recent years. The results of studies show well that petroleum hydrocarbon pollutants are biodegradable using some microorganisms such as oleophilic and their removal by this method is cost-effective and economical. Microbial biodegradation of petroleum hydrocarbon contaminants uses the enzymatic catalytic activities of microorganisms to increase the degradation of contaminants several times more than traditional methods
استوار، فریبا؛ حسن زاده، مرضیه (1399). مروری بر رنگینه های صنعتی پرکاربرد و روشهای حذف آنها از آب و فاضلاب، پژوهش و فناوری محیط زیست، 7(5)، 29-37.
تن زاده، جینا؛ شارقی‌فر، مائده؛ پناهنده، محمد (1395). استفاده از میکروارگانیسمها در پاکسازی زیستی فلزات سنگین موجود در خاک، پژوهش و فناوری محیط زیست، 1(1)، 1-6.
توکلی، محدثه (1399). ارزیابی جاذبهای طبیعی در تصفیه آب و فاضلاب، پژوهش و فناوری محیط زیست، 7(5)، 39-54.
جلیل زاده، هامون؛ پارسا، مهران؛ گلریز ارم ساداتی، محمدرضا (1396). مروری بر آلودگی های نفتی در دریای خزر، پژوهش و فناوری محیط زیست، 3(2)، 33-39.
Abatenh, E., Gizaw, B., Tsegaye, Z., & Wassie, M. (2017). The role of microorganisms in bioremediation A review. Open Journal of Environmental Biology, 2(1), 038-046.
Abbasian, F., Lockington, R., Mallavarapu, M., & Naidu, R. (2015). A comprehensive review of aliphatic hydrocarbon biodegradation by bacteria. Applied biochemistry and biotechnology, 176(3), 670-699. https://doi.org/10.1007/s12010-015-1603-5
Adeleye, A., Nkereuwem, M., Omokhudu, G., Amoo, A., Shiaka, G., & Yerima, M. (2018). Effect of microorganisms in the bioremediation of spent engine oil and petroleum related environmental pollution. Journal of Applied Sciences and Environmental Management, 22(2), 157–167-157–167. https://doi.org/10.4314/jasem.v22i2.1
Agbaji, J. E., Nwaichi, E. O., & Abu, G. O. (2021). Attenuation of petroleum hydrocarbon fractions using rhizobacterial isolates possessing alkB, C23O, and nahR genes for degradation of n-alkane and aromatics. Journal of Environmental Science and Health, Part A, 1-16. https://doi.org/10.1080/10934529.2021.1913013
Al-Hawash, A. B., Dragh, M. A., Li, S., Alhujaily, A., Abbood, H. A., Zhang, X., & Ma, F. (2018). Principles of microbial degradation of petroleum hydrocarbons in the environment. The Egyptian Journal of Aquatic Research, 44(2), 71-76. https://doi.org/10.1016/j.ejar.2018.06.001
Alegbeleye, O. O., Opeolu, B. O., & Jackson, V. A. (2017). Polycyclic aromatic hydrocarbons: a critical review of environmental occurrence and bioremediation. Environmental management, 60(4), 758-783. https://doi.org/10.1007/s00267-017-0896-2
Amodu, O. S., Ojumu, T. V., & Ntwampe, S. K. O. (2013). Bioavailability of high molecular weight polycyclic aromatic hydrocarbons using renewable resources. Environmental Biotechnology-New Approaches and Prospective Applications, 171. https://dx.doi.org/10.5772/54727
Beškoski, V. P., Gojgić-Cvijović, G., Milić, J., Ilić, M., Miletić, S., Šolević, T., & Vrvić, M. M. (2011). Ex situ bioremediation of a soil contaminated by mazut (heavy residual fuel oil)–A field experiment. Chemosphere, 83(1), 34-40. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2011.01.020
Bhattacharya, M., Guchhait, S., Biswas, D., & Singh, R. (2019). Evaluation of a microbial consortium for crude oil spill bioremediation and its potential uses in enhanced oil recovery. Biocatalysis and agricultural biotechnology, 18, 101034. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2019.101034
Brzeszcz, J., & Kaszycki, P. (2018). Aerobic bacteria degrading both n-alkanes and aromatic hydrocarbons: an undervalued strategy for metabolic diversity and flexibility. Biodegradation, 29(4), 359-407. https://doi.org/10.1007/s10532-018-9837-x
Callaghan, A. V. (2013). Metabolomic investigations of anaerobic hydrocarbon-impacted environments. Current Opinion in biotechnology, 24(3), 506-515. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2012.08.012
Câmara, J., Sousa, M., Neto, E. B., & Oliveira, M. (2019). Application of rhamnolipid biosurfactant produced by Pseudomonas aeruginosa in microbial-enhanced oil recovery (MEOR). Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, 9(3), 2333-2341. https://doi.org/10.1007/s13202-019-0633-x
Cameotra, S. S., & Makkar, R. S. (2010). Biosurfactant-enhanced bioremediation of hydrophobic pollutants. Pure and Applied Chemistry, 82(1), 97-116. https://doi.org/10.1351/PAC-CON-09-02-10
Chandra, S., Sharma, R., Singh, K., & Sharma, A. (2013). Application of bioremediation technology in the environment contaminated with petroleum hydrocarbon. Annals of microbiology, 63(2), 417-431. https://doi.org/10.1007/s13213-012-0543-3
Cheng, X., Hou, D., Mao, R., & Xu, C. (2018). Severe biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons in reservoired crude oils from the Miaoxi Depression, Bohai Bay Basin. Fuel, 211, 859-867. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.09.040
Cui, J., Chen, H., Sun, M., & Wen, J. (2020). Comparison of bacterial community structure and function under different petroleum hydrocarbon degradation conditions. Bioprocess and biosystems engineering, 43(2), 303-313. https://doi.org/10.1007/s00449-019-02227-1
Das, N., & Chandran, P. (2011). Microbial degradation of petroleum hydrocarbon contaminants: an overview. Biotechnology research international, 2011. https://doi:10.4061/2011/941810
Felix, A. K. N., Martins, J. J., Almeida, J. G. L., Giro, M. E. A., Cavalcante, K. F., Melo, V. M. M., . . . de Santiago Aguiar, R. S. (2019). Purification and characterization of a biosurfactant produced by Bacillus subtilis in cashew apple juice and its application in the remediation of oil-contaminated soil. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 175, 256-263. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2018.11.062
Fuentes, S., Méndez, V., Aguila, P., & Seeger, M. (2014). Bioremediation of petroleum hydrocarbons: catabolic genes, microbial communities, and applications. Applied microbiology and biotechnology, 98(11), 4781-4794. https://doi.org/10.1007/s00253-014-5684-9
Ghosal, D., Ghosh, S., Dutta, T. K., & Ahn, Y. (2016). Current state of knowledge in microbial degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs): a review. Frontiers in microbiology, 7, 1369. https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.01369
Hall, J., Matos, S., & Bachor, V. (2019). From green technology development to green innovation: inducing regulatory adoption of pathogen detection technology for sustainable forestry. Small Business Economics, 52(4), 877-889. https://doi.org/10.1007/s11187-017-9940-0
Hassanshahian, M., Amirinejad, N., & Behzadi, M. A. (2020). Crude oil pollution and biodegradation at the Persian Gulf: A comprehensive and review study. Journal of Environmental Health Science and Engineering, 18(2), 1415-1435. https://doi.org/10.1007/s40201-020-00557-x
Hussain, I., Puschenreiter, M., Gerhard, S., Schöftner, P., Yousaf, S., Wang, A., . . . Reichenauer, T. G. (2018). Rhizoremediation of petroleum hydrocarbon-contaminated soils: improvement opportunities and field applications. Environmental and Experimental Botany, 147, 202-219. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2017.12.016
Kamal, M. S., Razzak, S. A., & Hossain, M. M. (2016). Catalytic oxidation of volatile organic compounds (VOCs)–A review. Atmospheric Environment, 140, 117-134. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2016.05.031
Karlapudi, A. P., Venkateswarulu, T., Tammineedi, J., Kanumuri, L., Ravuru, B. K., ramu Dirisala, V., & Kodali, V. P. (2018). Role of biosurfactants in bioremediation of oil pollution-a review. Petroleum, 4(3), 241-249. https://doi.org/10.1016/j.petlm.2018.03.007
Kertesz, M. A., Kawasaki, A., & Stolz, A. (2019). Aerobic hydrocarbon-degrading alphaproteobacteria: Sphingomonadales. Taxonomy, genomics and ecophysiology of hydrocarbon-degrading microbes, 105-124. https://doi.org/10.1007/978-3-030-14796-9_9
Li, X., Li, H., & Qu, C. (2019). A review of the mechanism of microbial degradation of petroleum pollution. Paper presented at the IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. https://doi.org/10.1088/1757-899X/484/1/012060
Liu, X., Li, Z., Zhang, C., Tan, X., Yang, X., Wan, C., & Lee, D. J. (2020). Enhancement of anaerobic degradation of petroleum hydrocarbons by electron intermediate: Performance and mechanism. Bioresource technology, 295, 122305. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.122305
Meckenstock, R. U., Boll, M., Mouttaki, H., Koelschbach, J. S., Tarouco, P. C., Weyrauch, P., . . . Himmelberg, A. M. (2016). Anaerobic degradation of benzene and polycyclic aromatic hydrocarbons. Journal of molecular microbiology and biotechnology, 26(1-3), 92-118. https://doi.org/10.1159/000441358
Meckenstock, R. U., & Mouttaki, H. (2011). Anaerobic degradation of non-substituted aromatic hydrocarbons. Current Opinion in biotechnology, 22(3), 406-414. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2011.02.009
Megharaj, M., Ramakrishnan, B., Venkateswarlu, K., Sethunathan, N., & Naidu, R. (2011). Bioremediation approaches for organic pollutants: a critical perspective. Environment international, 37(8), 1362-1375. https://doi.org/10.1016/j.envint.2011.06.003
Mohammadi, L., Rahdar, A., Bazrafshan, E., Dahmardeh, H., Susan, M., Hasan, A. B., & Kyzas, G. Z. (2020). Petroleum hydrocarbon removal from wastewaters: A review. Processes, 8(4), 447. https://doi.org/10.3390/pr8040447
Mohammadkazemi, F., Azin, M., & Ashori, A. (2015). Production of bacterial cellulose using different carbon sources and culture media. Carbohydrate polymers, 117, 518-523. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.10.008
Niu, J., Liu, Q., Lv, J., & Peng, B. (2020). Review on microbial enhanced oil recovery: Mechanisms, modeling and field trials. Journal of Petroleum Science and Engineering, 192, 107350. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2020.107350
Nzila, A. (2018). Biodegradation of high-molecular-weight polycyclic aromatic hydrocarbons under anaerobic conditions: Overview of studies, proposed pathways and future perspectives. Environmental Pollution, 239, 788-802. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.04.074
Obayori, O. S., & Salam, L. B. (2010). Degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons: role of plasmids. Scientific Research and Essays, 5(25), 4093-4106. https://doi.org/10.5897/SRE.9000022
Ogbonna, D. N. (2018). Application of biological methods in the remediation of oil polluted environment in Nigeria. Journal of Advances in Biology & Biotechnology, 1-10. https://doi.org/10.9734/JABB/2018/41036
Olanrewaju, B. T., & Olubusoye, O. E. (2020). Reduction of Petroleum Consumption. https://doi.org/10.1007/978-3-319-71057-0_26-1
Ossai, I. C., Ahmed, A., Hassan, A., & Hamid, F. S. (2020). Remediation of soil and water contaminated with petroleum hydrocarbon: A review. Environmental Technology & Innovation, 17, 100526. https://doi.org/10.1016/j.eti.2019.100526
Park, S., Hong, J., Choi, S., Kim, H., Park, W., Han, S., . . . Ahn, Y. (2014). Detection of microorganisms using terahertz metamaterials. Scientific reports, 4(1), 1-7. https://doi.org/10.1038/srep04988
Pinheiro Pires, A. P., Arauzo, J., Fonts, I., Domine, M. E., Fernández Arroyo, A., Garcia-Perez, M. E., . . . Garcia-Perez, M. (2019). Challenges and opportunities for bio-oil refining: A review. Energy & Fuels, 33(6), 4683-4720. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.9b00039
Pinto, A., Lopes, M., Dordio, A., & Castanheiro, J. (2021). Microbe and Plant‐Assisted Remediation of Organic Xenobiotics. Handbook of Assisted and Amendment: Enhanced Sustainable Remediation Technology, 437-475. https://doi.org/10.1002/9781119670391.ch22
Robson, W. J., Sutton, P. A., McCormack, P., Chilcott, N. P., & Rowland, S. J. (2017). Class type separation of the polar and apolar components of petroleum. Analytical chemistry, 89(5), 2919-2927. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.6b04202
Ron, E. Z., & Rosenberg, E. (2014). Enhanced bioremediation of oil spills in the sea. Current Opinion in biotechnology, 27, 191-194. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2014.02.004
Sachsenhofer, R., Bechtel, A., Gratzer, R., Enukidze, O., Janiashvili, A., Nachtmann, W., . . . Yukler, M. (2021). Petroleum systems in the Rioni and Kura Basins of Georgia. Journal of Petroleum Geology, 44(3), 287-316. https://doi.org/10.1111/jpg.12794
Safdel, M., Anbaz, M. A., Daryasafar, A., & Jamialahmadi, M. (2017). Microbial enhanced oil recovery, a critical review on worldwide implemented field trials in different countries. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 74, 159-172. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.02.045
Sarsaiya, S., Awasthi, S. K., Jain, A., Mishra, S., Jia, Q., Shu, F., . . . Awasthi, M. K. (2019). Recent Developments in the Treatment of Petroleum Hydrocarbon and Oily Sludge from the Petroleum Industry. Biological Processing of Solid Waste, 277. https://doi.org/10.1201/b22333
Sharma, B., & Shukla, P. (2020). Futuristic avenues of metabolic engineering techniques in bioremediation. Biotechnology and Applied Biochemistry. https://doi.org/10.1002/bab.2080
Shen, T., Pi, Y., Bao, M., Xu, N., Li, Y., & Lu, J. (2015). Biodegradation of different petroleum hydrocarbons by free and immobilized microbial consortia. Environmental Science: Processes & Impacts, 17(12), 2022-2033. https://doi.org/10.1039/C5EM00318K
Shen, Y., Li, J., He, F., Zhu, J., Han, Q., Zhan, X., & Xing, B. (2019). Phenanthrene-triggered tricarboxylic acid cycle response in wheat leaf. Science of the Total Environment, 665, 107-112. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.02.119
Souza, E. C., Vessoni-Penna, T. C., & de Souza Oliveira, R. P. (2014). Biosurfactant-enhanced hydrocarbon bioremediation: An overview. International Biodeterioration & Biodegradation, 89, 88-94. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2014.01.007
Tao, W., Lin, J., Wang, W., Huang, H., & Li, S. (2020). Biodegradation of aliphatic and polycyclic aromatic hydrocarbons by the thermophilic bioemulsifier-producing Aeribacillus pallidus strain SL-1. Ecotoxicology and environmental safety, 189, 109994. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2019.109994
Tommasi, I. C. (2019). Carboxylation of hydroxyaromatic compounds with HCO3− by enzyme catalysis: recent advances open the perspective for valorization of lignin-derived aromatics. Catalysts, 9(1), 37. https://doi.org/10.3390/catal9010037
Tong, K., Zhang, Y., Liu, G., Ye, Z., & Chu, P. K. (2013). Treatment of heavy oil wastewater by a conventional activated sludge process coupled with an immobilized biological filter. International Biodeterioration & Biodegradation, 84, 65-71. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2013.06.002
Truskewycz, A., Gundry, T. D., Khudur, L. S., Kolobaric, A., Taha, M., Aburto-Medina, A., . . . Shahsavari, E. (2019). Petroleum hydrocarbon contamination in terrestrial ecosystems—fate and microbial responses. Molecules, 24(18), 3400. https://doi.org/10.3390/molecules24183400
Ukhurebor, K. E., Athar, H., Adetunji, C. O., Aigbe, U. O., Onyancha, R. B., & Abifarin, O. (2021). Environmental implications of petroleum spillages in the Niger Delta region of Nigeria: A review. Journal of Environmental Management, 293, 112872. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112872
Unimke, A., Mmuoegbulam, O., & Anika, O. (2018). Microbial degradation of petroleum hydrocarbons: realities, challenges and prospects. Biotechnology Journal International, 1-10. https://doi.org/10.9734/BJI/2018/43957
Varjani, S. J. (2017). Microbial degradation of petroleum hydrocarbons. Bioresource technology, 223, 277-286. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.10.037
Varjani, S. J., & Upasani, V. N. (2017). A new look on factors affecting microbial degradation of petroleum hydrocarbon pollutants. International Biodeterioration & Biodegradation, 120, 71-83. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2017.02.006
Waikhom, D., Ngasotter, S., Soniya Devi, L., Devi, S., & Singh, A. S. (2020). Role of Microbes in Petroleum Hydrocarbon Degradation in the Aquatic Environment: A Review. Int. J. Curr. Microbiol. Appl. Sci, 9, 2990-2903. https://doi.org/10.20546/ijcmas.2020.905.342
Wang, D., Lin, J., Lin, J., Wang, W., & Li, S. (2019). Biodegradation of petroleum hydrocarbons by Bacillus subtilis BL-27, a strain with weak hydrophobicity. Molecules, 24(17), 3021. https://doi.org/10.3390/molecules24173021
Wartell, B., Boufadel, M., & Rodriguez-Freire, L. (2021). An effort to understand and improve the anaerobic biodegradation of petroleum hydrocarbons: A literature review. International Biodeterioration & Biodegradation, 157, 105156. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2020.105156
Wilkes, H., Buckel, W., Golding, B. T., & Rabus, R. (2016). Metabolism of hydrocarbons in n-alkane-utilizing anaerobic bacteria. Journal of molecular microbiology and biotechnology, 26(1-3), 138-151. https://doi.org/10.1159/000442160
Xu, D., Zhang, K., Li, B.-G., Mbadinga, S. M., Zhou, L., Liu, J.-F., . . . Mu, B.-Z. (2019). Simulation of in situ oil reservoir conditions in a laboratory bioreactor testing for methanogenic conversion of crude oil and analysis of the microbial community. International Biodeterioration & Biodegradation, 136, 24-33. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2018.10.007
Xu, X., Liu, W., Tian, S., Wang, W., Qi, Q., Jiang, P., . . . Yu, H. (2018). Petroleum hydrocarbon-degrading bacteria for the remediation of oil pollution under aerobic conditions: a perspective analysis. Frontiers in microbiology, 9, 2885. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.02885
Yuan, P., Wang, J., Pan, Y., Shen, B., & Wu, C. (2019). Review of biochar for the management of contaminated soil: Preparation, application and prospect. Science of the Total Environment, 659, 473-490. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.12.400
Zhang, J., Gao, H., & Xue, Q. (2020). Potential applications of microbial enhanced oil recovery to heavy oil. Critical reviews in biotechnology, 40(4), 459-474. https://doi.org/10.1080/07388551.2020.1739618
پژوهش و فناوری محیط زیست،1400 6(10)، 135-150
| ||||||
مطالعۀ کارایی روشهای مختلف تجزیۀ زیستی میکروبی در حذف آلایندههای هیدروکربنی نفت خام
|
[1] *پست الکترونیکی نویسنده مسئول: a.hashemizadeh@hsu.ac.ir
Journal of Environmental Research and Technology, 6(10)2021. 135-150
|
Study of the different microbial biodegradation methods efficiency in the removal of crude oil hydrocarbon contaminants Farhood Navaie1, Abbas Hashemizadeh*21 1-BSc student, Department of Petroleum Engineering, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran. 2-Assistant Professor, Department of Petroleum Engineering, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran. |
Abstract Petroleum hydrocarbon contaminations are one of the hardest compounds in terms of decomposition and control and classified as stable and important organic contaminants which have adverse effects on human health and his environment and coping with the environmental contamination caused by petroleum hydrocarbon is an important issue for the world and human societies. Although removal of these contaminants from the environment is a major problem, biodegradation (which uses natural microbial biodegradation) is an ecofriendly and economical approach to control these types of contaminants and has become a main method for cleaning up environments contaminated with petroleum hydrocarbons. The present study provides a comprehensive, up-to-date and efficient review of the bioremediation of petroleum hydrocarbon contaminants, taking into account the hydrocarbon alterations by microorganisms with a particular focus on the new insights gained in recent years. Also, the metabolism of hydrocarbons in microorganisms has been described by reviewing the researches presented in recent years. The results of the study show well that petroleum hydrocarbon contaminants are biodegradable to an acceptable degree using some microorganisms such as oleophilic and their removal is cost-effective and economical by this method. Also, microbial biodegradation of petroleum hydrocarbon contaminants uses the enzymatic catalytic activities of microorganisms and increases the degradation of contaminants several times more than traditional methods. |
Keywords: Microbial degradation, Petroleum hydrocarbon contaminants, Biodegradation, Bioremediation. |
|
[1] *Corresponding author E-mail address: a.hashemizadeh@hsu.ac.ir
مقدمه
امروزه هیدروکربنهای نفتی یک منبع مهم انرژی و ماده اولیه برای صنایع مختلف هستند و افزایش تقاضا برای فرآورده‌های نفتی در زندگی روزمره ممکن است باعث کمبود آنها و افزایش هزینه شود زیرا هنوز گزینه‌های مناسب و رایج جایگزین یافت نمی‌شوند (اولانرواجو1 و همکاران، 2020). آلایندههای هیدروکربنهای نفتی ترکیبات آلی هستند که فعالیّت‌های انسانی مانند روان آب‌های صنعتی و شهری، رهاسازی پساب، فعالیّت‌های سکوهای بهره‌برداری نفت در دریا و خشکی و همچنین نشت‌های تصادفی باعث انتشار این آلایندهها میشوند این در حالی است که همواره محیطهای دریایی به عنوان آخرین و بزرگترین محل برای آلایندههای هیدروکربنهای نفتی در نظر گرفته میشوند (محمدی2 و همکاران، 2020).
حذف آلایندههای هیدروکربن و بازیافت بیشتر نفت خام دو چالش اصلی بهره‌وری محیط زیستی در صنعت نفت هستند. نفت خام اغلب از پارافین، مواد معطر، رزین و آسفالتین تشکیل میشود و مخلوطی از انواع هیدروکربنهای ساده و پیچیده است که میتواند توسط چندین میکروارگانیسم طبیعی که هرکدام قادر به تجزیۀ گروه خاصی از مولکولهای هیدروکربن هستند، تخریب شود (وانگ3 و همکاران، 2019؛ حسن‌شاهيان4 و همکاران، 2020). هیدروکربنهای نفتی عمدتا از نسبت‌های مختلف کربن و هیدروژن تشکیل شده اند، با این حال اغلب، مقداری نیتروژن، گوگرد و اکسیژن دارند. نفت خام را میتوان بر اساس درصد نسبی مواد تشکیل دهنده سنگین وزن مولکولی موجود در آن به عنوان نفت سبک، متوسط یا سنگین طبقه بندی کرد (پین‌هیرو5 و همکاران، 2019). ترکیب نفت خام ممکن است با محل و سن یک میدان نفتی و همچنین عمق چاه نفت متفاوت باشد (ساکسن هوفر6 و همکاران، 2021). حدود 85 درصد از اجزای تشکیل دهنده انواع نفت خام را میتوان به چهار بخش الف) اشباع (آلیفاتیک)، ب) مواد معطر (هیدروکربنهای حلقهای)، ج) رزین‌ها و د) آسفالتینها تقسیم کرد که آسفالتینها خود بر اساس ساختارهای شیمیایی به آلکانها (پارافین‌ها) و سیکلوآلکانها دستهبندی میشوند (آگباجی7 و همکاران، 2021). هیدروکربنهای معطر دارای یک یا چند حلقۀ معطر هستند که معمولاً با گروههای مختلف آلکیل جایگزین میشوند. رزین‌ها و آسفالتینها دارای ترکیب‌های کربنی بسیار پیچیده در کنار بسیاری از اتم‌های نیتروژن، گوگرد و اکسیژن و در مقایسه با بخش‌های اشباع و معطر، حاوی ترکیب‌های قطبی غیرهیدروکربنی هستند (رابسون8 و همکاران، 2017)؛ این در حالی است که هر جز دارای یک رفتار شیمیایی منحصر به فرد است که بر تجزیۀ بیولوژیکی آنها تأثیر میگذارد. تاثیر این اجزای آلایندههای هیدروکربنی بر جامعه بشری شامل مرگ و میر ناشی از نکروز حاد، هیپوترمی، استنشاق، غرق شدن و بلعیدن ترکیب‌های سمی بشود و همچنین ترکیب‌های آلی فرار نفت‌خام که برای پوست و سایر بافت‌های انسان مضر است که از جمله تأثیرهای کوتاه‌مدت است (کمال9 و همکاران، 2016). تأثیرهای طولانی مدت بر روی سایر موجودات زنده شامل ناهنجاری‌های تکاملی حیوان‌های دریایی مانند کاهش فک، عدم تنوع رنگی در حیوان‌ها و غیره است که این اثرها باعث تغییر در جمعیّت یا جامعه گونه‌ای و در نتیجه باعث تغییر در کل بوم سازگان میشود (اوخوربور10 و همکاران، 2021).
باتوجّه به بررسی آخرین مطالعات صورت گرفته، در حال حاضر بسیاری از کشور‌ها در سراسر جهان با مشکلات فراوانی ناشی از آلایندههای هیدروکربنهای نفتی روبرو هستند که خود یکی از آلایندههای آلی پایدار11 هستند. پاکسازی این مکانهای آلوده با تجزیۀ بیولوژیکی گزینه مناسبی است زیرا روشهای معمول فیزیکی و شیمیایی برای پاکسازی از نظر فنی و همچنین اقتصادی چالش‌زا به نظر میرسد (ورجانی12 و همکاران، 2017). سلولهای میکروبی ساکن نسبت به سلولهای میکروبی آزاد برای بهبود بقا و حفظ عوامل تجزیۀ بیولوژیکی در مکانهای آلوده برتری دارند. با این حال رویکردهای تجزیۀ بیولوژیکی فعلی با تعدادی محدودیت مواجهاند که شامل ویژگیهای آلایندهها، تواناییهای ضعیف جوامع میکروبی در شرایط خاص، وجود زیستی کمتر آلایندهها و شرایط رشد میشود (مگرج13 و همکاران، 2011). عوامل موثر بر میزان تخریب بیولوژیکی میکروارگانیسمها، روند تغییرات میکروبی آلایندههای هیدروکربنهای نفتی، مسیرهای تخریب آلایندههای هیدروکربن و انواع فناوری‌های زیست پالایی و فرآیندها هستند و در Error! Reference source not found.) ابعاد مختلف تجزیه زیستی آلایندههای هیدروکربنی که در مطالعات اخیر به آنها پرداخته شد را مشاهده می‌کنید. عوامل یاد شده در کنار محدودیت‌های موجود برای هر رویکرد تجزیۀ بیولوژیکی اتخاذ شده، ساز و کار موثر را مشخص میکنند (ورجانی و همکاران، 2017؛ محمدی و همکاران، 2020).
شکل 1- تجزیه زیستی آلایندههای هیدروکربنی نفت
با توجّه به تاثیر آلایندههای هیدروکربنی نفتی و میزان تاثیر آنها که مورد بحث قرار گرفت، درک عوامل موثر بر زیست پالایی و تخریب میکروبی ضروری است. این مطالعه به صورت انتخابی به بررسی و ارائه دیدگاه انتقادی در مورد فراهمی زیستی بسترها، میکروارگانیسمها در تجزیۀ آلایندههای هیدروکربنی نفت خام و روشهای مولکولی برای توصیف آنها، ساز و کارهای تخریب تحت شرایط هوازی و بی هوازی، عوامل تجاری تجزیۀ زیستی تجاری در دسترس و عوامل موثر بر تجزیۀ زیستی این آلایندهها می‌پردازد. همچنین در مورد عوامل موثر بر میزان تجزیۀ بیولوژیکی، متابولیسم میکروبی آلایندههای هیدروکربنهای نفتی، مسیرهای تخریب آلایندههای هیدروکربن و انواع فناوری‌های تصفیۀ بیولوژیکی بحث شده است و بررسی عوامل پالایش زیستی، ارگانیسمهای اصلاح شده ژنتیکی و تجزیۀ بیولوژیکی آلایندههای هیدروکربنهای نفتی توسط میکروارگانیسمها صورت گرفته است. هدف از پژوهش حاضر گسترش دامنه پالایش زیستی آلایندههای هیدروکربنهای نفتی ضمن در نظرگرفتن فرآیند تجزیه و سرنوشت هیدروکربنهای نفتی در محیط زیست و انتخابی آگاهانه از فرآیند بهینه و موثر است.
· آلایندههای هیدروکربنهای نفتی
آلایندههای هیدروکربنهای نفتی بدلیل خاصیّت آبگریزی خود قبل از تخریب توسط میکروبها، نیاز به انحلال دارند (ژو14 و همکاران، 2018). مواد فعّال سطحی15، سطح ترکیب‌ها آبگریز را افزایش داده و باعث افزایش حلالیت آنها در آب میشوند، از این رو وجود مواد فعّال سطحی ممکن است تخریب میکروبی آلایندهها را افزایش دهد (کاموترا16 و همکاران، 2010). تماس سلول با بسترهای آبگریز بسیار مهم است زیرا مرحلۀ اولیه تخریب هیدروکربن آلیفاتیک و آروماتیک اغلب با واکنشهای اکسیداسیون و توسط اکسیژن‌سازهای مرتبط با سطح سلول انجام میشود (فوئنتس17 و همکاران، 2014). دو روش معمولاً برای دسترسی باکتریها به آلایندههای هیدروکربنی نفت به عنوان بستر در نظر گرفته شده است که روش اول جذب سطحی در اثر تماس مستقیم سلول با هیدروکربن و روش دوم پیوستن مواد فعال سطحی زیستی18 با واسطه تماس سلول با هیدروکربنهای نامیزه19 شده است (یونیمکی20 و همکاران، 2018). در روش دوم و برای جذب واسطه با مادۀ فعال سطحی، اکثر باکتریهای تجزیهکننده آلایندههای هیدروکربنهای نفتی تولیدکننده و ترشح‌کنندۀ مواد فعال سطحی زیستی با مواد شیمیایی متنوع هستند که امکان نامیزه شدن ترکیب‌ها آبگریز را فراهم میکنند (کارلاپودی21 و همکاران، 2018). مواد فعال کنندۀ سطح میتوانند هیدروکربنهای آبگریز را مانند یک روکش بپوشانند تا مجموعه کامل از طریق غشای سلول منتقل شود که باعث انجام متابولیسم درون سیتوپلاسم میشود (فلیکس22 و همکاران، 2019).
· حذف آلایندههای هیدروکربنهای نفتی
بسیاری از روشهای رایج فیزیکی و شیمیایی به دلیل هزینه‌های حفاری و حمل و نقل مواد آلوده در نتیجۀ مقابله در محل، گران هستند (کوی23 و همکاران، 2020). همانطور که در جدول 1) مشاهده میشود، برخی از این روش‌ها عبارتند از شستشوی خاک، غیرفعّالسازی شیمیایی مثل استفاده از پرمنگنات پتاسیم و پراکسید هیدروژن به عنوان یک اکسیدکنندۀ شیمیایی برای معدنی‌کردن آلایندههای غیر محلول، سوزاندن و همچنین سایر تکنیکهای فیزیکی و شیمیایی مانند پراکندگی، رقت، جذب، واجذب و تبدیل غیر زنده و غیره است (هال24 و همکاران، 2019). بالابودن هزینه‌ها و کارایی محدود این روشهای مقابله و پاک‌کردن فیزیکی و شیمیایی باعث توسعۀ فناوری‌های جایگزین برای کاربردهای درجا، به ویژه بر اساس تواناییهای بازسازی بیولوژیکی گیاهان و میکروارگانیسمها شده است (استوار و همکاران، 1399). تصفیۀ زیستی سایت‌های آلوده به نفت با استفاده از روشهای بیولوژیکی مانند کاربرد موجودات زنده برای تخریب و سم‌زدایی آلایندهها را میتوان فناوری سبز تعریف کرد که یک تکنیک کارآمد، مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست می‌باشد (ورجانی و همکاران، 2017).
جدول 1- مقایسۀ کلی روشهای حذف آلایندههای هیدروکربنهای نفتی
حذف آلاینده | مثالی از روش حذف | مزایا | معایب |
فیزیکی | شست‌وشوی خاک | سهولت انجام | هزینۀ زیاد |
شیمیایی | غیر فعّالسازی شیمیایی | مقرون به صرفه | آلودگی محیط‌زیستی |
بیولوژیکی | زیست پالایی/ تخریب میکروبی | دوستدار محیط‌زیست | تهیّه میکروارگانیسم |
زیست پالایی آلایندهها، یک روش نوآورانه در حذف آلایندههای هیدروکربنهای نفتی است که در آن میکروارگانیسمها آلایندههای آلی خطرناک را بدون تأثیر منفی بر محیط به ترکیب‌ها بیضرر مانند CO2، CH4، H2O و زیست توده تغییر داده (تن‌زاده و همکاران، 1395) و باعث میشوند که تجزیۀ بیولوژیکی یکی از سازوکارهای اصلی برای از بین بردن آلایندههای هیدروکربنی از محیط شود (آباتنه25 و همکاران، 2017؛ ورجانی و همکاران، 2017).
استفاده از میکروارگانیسم به عنوان ابزار افزایش‌دهنده تواناییهای کاتالیزوری موجودات زنده برای افزایش میزان تخریب آلایندهها مفید است و همچنین میتواند برای ازدیاد برداشت نفت میکروبی26 نیز مورد استفاده قرار گیرد (صافدل27 و همکاران، 2017). پالایش زیستی میکروبی هیدروکربنهای نفتی به طور گستردهای برای تصفیۀ آلودگی هیدروکربنهای نفتی در هر دو بوم سازگان 28خاکی و آبی استفاده میشود و این در حالی است که برخی میکروارگانیسمها توانایی تخریب آلکانها و یا مواد معطر را دارند و در مناطق آلوده با توجه به محیط سازگار شده و جهش‌های ژنتیکی ایجاد شده در نسل‌های بعدی، برای تبدیل شدن به مواد تجزیه‌کنندۀ هیدروکربنها آماده میشوند (عباسیان29 و همکاران، 2015). بطور کلی میکروارگانیسمها مانند باکتریها، قارچها و جلبکها به دلیل توانایی تخریب آلایندههای هیدروکربنی نفتی به عنوان تجزیه کننده‌های اولیه و بیشترین عوامل فعال در تخریب آلایندههای نفتی گزارش شدهاند (مکن استاک30 و همکاران، 2016؛ عباسیان و همکاران، 2015). تجزیۀ بیولوژیکی آلایندهها شامل واکنشهای متابولیکی پیدرپی توسط آنزیمها انجام میشود (سرسایا31 و همکاران، 2019) و در اکثر آنزیمهای میکروارگانیسمها برای تجزیۀ زیستی بر روی پلاسمیدها32 رمزگذاری میشوند. پلاسمیدها روی کروموزوم قرار دارند که نقش آنها در تخریب هیدروکربن به‌خصوص ترکیب‌ها پیچیده اهمیّت مییابد (اوبایوری33 و همکاران، 2010). به منظور تخریب و تجزیۀ هیدروکربنهای نفت خام میتوان سامانه‌های مختلف آنزیمی را واسطه قرار داد که عموما حملۀ اولیه با مکانیزم‌های الف) اتصال سلولهای میکروبی به لایه‌های زیرین و ب) تولید مواد زیستی، مواد فعال سطحی زیستی یا بیوپلیمرها، حلال‌ها، گازها و اسیدها صورت می‌پذیرد (دَس34 و همکاران، 2011؛ الحواش35 و همکاران، 2018). ترکیبات آلی، مانند هیدروکربنها، میتوانند به عنوان اهداکننده الکترون موردنیاز برای مسیرهای متابولیک میکروارگانیسمها و گاهی اوقات تنها منبع کربن مورد استفاده قرار گیرند (لیو36 و همکاران، 2020). همانطور که در 
شکل 2) قابل مشاهده است، نمای کلی سه مسیر ممکن استفادۀ میکروارگانیسمهای تخریبکننده هیدروکربنهای نفتی رسم شده است. سه روش ممکن، برای استفاده از هیدروکربنهای نفتی فوتوتروف37- ضداکسیژن، کموتروف38- هوازی و کموتروف- بی هوازی هستند. حملۀ اولیه داخل سلولی آلایندههای آلی یک فرآیند اکسیداسیون است، سپس اکسیژنازها و پراکسیدازها فعال‌سازی را انجام داده و نقش کاتالیزور برای ترکیب اکسیژن را به عهده می‌گیرند (ویلکس39 و همکاران، 2016). مسیرهای تخریب محیطی، آلایندههای هیدروکربنهای نفت خام را گام به گام از واسطه‌های متابولیسم به واسطۀ مرکزی تبدیل میکنند. سنتز زیست توده سلولی از متابولیتهای پیش‌ساز مرکزی مانند سوکسینات، استات و پیروات صورت می‌گیرد و مسیر اصلی و رایج تخریب زیستی این آلایندههای آلی را رقم می‌زند (
شکل 2) (عباسیان و همکاران، 2015)، با وجود این مسیرهای تخریب متنوع و ژن‌های کاتابولیک برای تخریب زیستی گروه هیدروکربنهای خاص گزارش شده است که بسته به طول زنجیره و نوع آلایندههای هیدروکربنهای نفتی، آنزیمهای مختلفی برای ورود اکسیژن در بستر مورد نیاز است تا تجزیۀ بیولوژیکی آغاز و انجام شود (تروسکویچ40 و همکاران، 2019).
شکل 2- نمای کلی مسیربالقوۀ تجزیۀ هیدروکربنهای نفتی توسط میکروارگانیسمها
· تجزیۀ بیولوژیکی
پالایش زیستی (شامل استفاده از میکروارگانیسمها) به منظور تجزیۀ مواد آلی خطرناک به ماده‌های بیضرر مانند دیاکسیدکربن و آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. تکنیکها و ابزارهای زیست شناسی مولکولی مدرن دانش فعلی ما را در ارتباط با میکروارگانیسمهایی که امکان رشد در محیطهای کشت را ندارند افزایش داده‌اند. روش بیحرکتی41 در مواقع نشت نفت خام در دریا که میکروبها یا آنزیمها در یک فضای محدود با روشهای شیمیایی یا فیزیکی بیحرکت میشوند به طور وسیع استفاده میشود و امکان استفادۀ مجدد از آنها را میدهد (تانگ42 و همکاران، 2013). راندمان تخریب هیدروکربنهای پلی آروماتیک در فیلتر هوادهی بیولوژیکی43 به روش بی حرکتی با میکروارگانیسمهای B350M و B350 به ترتیب 90 و 84 درصد گزارش شده است (ورجانی و همکاران، 2017).
مواد فعال سطحی تولید شده توسط میکروارگانیسمها به عنوان ماده فعال سطحی زیستی عمل کرده و باعث شکاف در میان آلایندههای هیدروکربنی، تشکیل گروه مولکولی به‌هم پیوسته44 در غلظت بحرانی خود، افزایش تحرک، وجود زیستی و قرار گرفتن در معرض باکتریها میشوند که نتیجه آن تخریب بیولوژیکی هیدروکربن خواهد بود (کامارا45 و همکاران، 2020؛ نئو46 و همکاران، 2020). میزان فعالیّت تجزیۀ بیولوژیکی به شرایط رشد میکروبها از جمله مواد مغذی، امکان‌پذیری زیستی بستر، میزان دسترسی به اکسیژن، پذیرندههای الکترون، دما، pH، شوری و فشار بستگی دارد (غُسَل47 و همکاران، 2016). در ادامه ضمن تشریح این موارد به بررسی جدیدترین تکنیکهای مولکولی برای توصیف میکروارگانیسمهای تخریب کننده هیدروکربن و عامل‌های موثر بر تخریب میکروبی این آلایندهها پرداخته میشود.
· میزان جذب میکروبی و تخریب زیستی هیدروکربن
میزان جذب میکروبی و به دنبال آن تخریب زیستی هیدروکربن به حلالیت آبی هیدروکربنها بستگی دارد. حلالیت زیاد آلایندهها در آب ممکن است برای میکروارگانیسمهای تخریبکننده هیدروکربنهای نفتی مضر باشد (آمودو48 و همکاران، 2013). در روند جذب از بخش‌های مختلف نفتی، n-آلکانها با طول میانی C10-C25 توسط میکروارگانیسمها ترجیح داده میشوند و از این رو به راحتی قابل تجزیۀ زیستی هستند. آلکانهای زنجیره بلند یعنی C25-C40 از نظر ماهیت به دلیل حلالیت آبی ناچیز آبگریز هستند و برای تجزیۀ بیولوژیکی مشکل ایجاد میکند (پینتو49 و همکاران، 2021). آلکانها و سیکلوآلکانهای شاخهای کندتر از آلکانهای خطی ذکر شده تخریب میشوند ولی با این حال، با کاهش درجه آلکیلاسیون بنزنها و هیدروکربنهای پلیآروماتیک50، میزان حلالیت آروماتیک در آب افزایش مییابد (جلیل‌زاده و همکاران، 1396). مواد آروماتیک بسیار متراکم، ساختارهای سیکلوپارافینی و مواد آسفالتی به دلیل وزن مولکولی بالا و نقاط جوش زیاد مقاومت زیادی در برابر تخریب میکروبی دارند (ورجانی و همکاران، 2017؛ آمودو و همکاران، 2013). میکروارگانیسمهای تخریبکنندۀ هیدروکربن در بسیاری از محیطها حتی در محیطهای بکر وجود دارند. بطور مثال، در امتداد خطوط حمل و نقل اقیانوسی و در مناطق ساحلی آلوده به نفت، جمعیّت میکروبی تخریبکنندۀ هیدروکربن به طور قابل توجهی بالاتر از مناطق دریایی است که هیچگونه تماس قبلی با نفت خام نداشتند. جمعیّت میکروارگانیسمها با استفاده از هیدروکربن یک سال پس از نشت نفت میتواند افزایش هم داشته باشد یعنی میتوانند حتی یک سال پس از فعالیّت در صورت وجود هیدروکربن همچنان به تجزیه ادامه دهند. با این حال، با کاهش غلظت نفت در رسوبات دریایی، جمعیّت میکروبهای تجزیهکننده هیدروکربن کاهش مییابد تا زمانی که به سطوح مشابه آن در مکانهای غیرآلوده برسد (ران51 و همکاران، 2014). در میان تمام میکروبها، باکتریها به عنوان تجزیهکنندهها و استفادهکنندههای اولیه آلایندههای هیدروکربنهای نفتی گزارش میشوند. تخریب زیستی به عنوان یک فرآیند طبیعی بسته به نوع نفت ممکن است به کندی پیش برود، نفتهای خام سبک سریعتر از نفتهای سنگین تجزیه میشوند زیرا n-آلکانها میتوانند توسط طیف گستردهای از باکتریها تخریب شوند، اما توانایی تخریب ترکیب‌ها پیچیده مانند هیدروکربنهای پلیآروماتیک در تعداد بسیار کمی از این گونهها یافت میشود (بِرزِزکس52 و همکاران، 2018). نفت خام مخلوطی از هیدروکربنها است که میتواند توسط چندین ماده میکروبی طبیعی تخریب شود، هر کدام میتوانند گروه خاصی از ترکیب‌ها را استفاده یا تخریب نمایند. به طور کلی انشعاب متیل باعث افزایش مقاومت هیدروکربنها در برابر حمله میکروبی میشود. سیکلوآلکانها به ویژه نسبت به آلکانها در برابر تخریب میکروبی مقاوم هستند. ترکیب‌های آلی حلقوی پیچیده مانند هوپانها، پریستین و فیتان از ماندگارترین اجزای آلایندههای هیدروکربنهای نفتی در محیط هستند. هیدروکربنهای آروماتیک چند حلقهای به دلیل سمی بودن، کم فرار بودن، مقاومت در برابر تخریب میکروبی و میل زیاد به رسوب، بیشترین نگرانی را دارند ( دَس و همکاران، 2011). در شرایط مناسب نفت خام کاملاً قابل تجزیه است زیرا از آلکن‌های با زنجیره متوسط تشکیل شده است ولی نفتهای خام سنگین آسفالتنی- نفتنیک در یک دورۀ زمانی مناسب، تحت شرایط رشد مطلوب برای میکروارگانیسمها تقریباً 11 درصد قابل تجزیه است (وایخوم53 و همکاران، 2020). همانطور که در 
شکل 3) مشاهده می‌کنید، خلاصه‌ای از عوامل موثر بر جذب میکروبی و تخریب زیستی آلایندههای هیدروکربنهای نفتی، طرح شده است.
· ارگانیسمهای اصلاح‌شدۀ ژنتیکی
کنسرسیوم54 مصنوعی یا ارگانیسمهای اصلاح شده ژنتیکی55 با پتانسیل پالایش زیستی را میتوان با استفاده از ابزارهای پیشرفته علمی ایجاد کرد. ارگانیسمهای اصلاح شدۀ ژنتیکی را در شرایط آزمایشگاهی با کمک تکنیکهای مدرن زیست شناسی مولکولی با انتقال پلاسمیدهای حاوی مواد ژنتیکی لازم از میکروارگانیسمهای برونزا به بومی تهیه میکنند (شارما56 و همکاران، 2020). ارگانیسمهای اصلاح شده ژنتیکی که به این ترتیب تهیه میشوند توانایی تصفیۀ زیستی مکانهای آلوده با هیدروکربنهای نفتی را دارند (لی57 و همکاران، 2019). کنسرسیوم میکروبی بیحرکت نسبت به میکروب آزاد با دمای پایین، نسبت به شرایط قلیایی و اسیدی و غلظت‌های مختلف NaCl سازگارتر است و همچنین میتواند 47 درصد تخریب بیشتر نفت خام را ارائه دهد (شِن58 و همکاران، 2015). مهم ترین مشکلات این کنسرسیوم‌ها باز زیستی و تفاوت شرایط عملکردی و پایداری آنها در شرایط آزمایشگاهی با محیط طبیعی در طی تصفیۀ زیست محیطی هستند (اوسایی59 و همکاران، 2020؛ پین‌هیرو و همکاران، 2019). با توجّه به پیشرفت‌های اخیر، روش بیحرکتی سلولهای میکروبی برای تصفیۀ آلودگیهای صنعت نفت میتواند بیش از پیش مورد توجه محققان و فعالان صنعت قرار گیرد.
· نحوۀ عملکرد میکروارگانیسمها
استفاده میکروارگانیسمها از هیدروکربنهای نفتی میتواند به روشهای فوتوتروف، کم اکسیژن، کموتروف، هوازی و بیهوازی صورت پذیرد. مرحله اولیه تعامل بین آلایندههای نفتی و میکروارگانیسمها شامل تماس مستقیم بین آنها است. این برهمکنش مستقیم به ساختار دیوارۀ سلول، یعنی آبگریز بودن سطح آن بستگی دارد (سوزا60 و همکاران، 2014). در حین تماس مستقیم، هیدروکربنها به عنوان قطرههای زیر میکروسکوپی به سلول نفوذ میکنند و فعالیّت
شکل 3-نمودار عوامل موثر بر میزان جذب میکروبی و تخریب زیستی
مادۀ فعال سطحی و آبگریزی باعث تعامل بین میکروارگانیسم و بستر نامحلول میشود و بر محدودیت انتشار در حین انتقال بستر به سلول غلبه میکند. میکروبهای توانمند در تخریب نفت همراه با مادۀ فعال سطحی در شرایط بیاکسیژن برای متانوژنز61 درجا در مخازن نفت موثرتر هستند. میکروبهای تجزیهکننده هیدروکربنهای نفتی انواع مختلف مواد فعال سطحی زیستی را تولید میکنند که به سطح سلول متصل هستند یا میتوانند به عنوان مولکولهای خارج سلول آزاد شوند (ژو62 و همکاران، 2019). تولید مادۀ فعال سطحی زیستی به عنوان یک ویژگی اتکولوژیک63 است که فراهمی زیستی هیدروکربن (میزان دسترسی میکروارگانیسمها از نظر فیزیکی و شیمایی به ماده‌ها)، فعالیّت میکروبی و تماس و انتقال را در میکروارگانیسمها افزایش میدهد (کرتس64 و همکاران، 2019). مواد فعال سطحی زیستی به طور موثری میتوانند کشش‌بین سطحی نفت و آب و همچنین گرانروی نفت را در محل آلودگی کاهش دهند و تا 77 درصد هیدروکربنهای نفت خام را تجزیه میکنند (ورجانی و همکاران، 2017). عملکرد میکروارگانیسمها بر آلایندههای هیدروکربنهای نفتی شامل واکنشهای متابولیکی کاتالیز شده توسط انواع آنزیمها است. برخی از آنزیمهای مهم که نقش مهمی ایفا میکنند شامل اکسیژنازها، پراکسیدازها، ردوکتازها، هیدروکسیلازها و دهیدروژنازها هستند که برای هر دو مسیر هوازی و بیهوازی تخریب میکروبی آلایندههای هیدروکربنهای نفتی متداول هستند (نئو و همکاران، 2020).
· تجزیۀ هوازی
حملۀ اولیه داخل سلولی هیدروکربن آلی یک فرآیند اکسیداتیو است. فعال سازی و ترکیب اکسیژن واکنش اصلی آنزیمی است که توسط اکسیژنازها و پراکسیدازها کاتالیز میشود (عباسیان و همکاران، 2015). مونوکسیژنازها یک اتم اکسیژن را به زیرلایه منتقل میکنند و اتم اکسیژن دیگر را از آب کم میکنند. حلالیت پایین و ظرفیت جذب بالای هیدروکربنهای پلیآروماتیک اغلب تاثیر زیادی بر تجزیۀ بیولوژیکی دارد. دی اکسیژنازها هر دو اتم اکسیژن مولکولی (O2) را در محصولات واکنش ترکیب میکنند (آلگ بلی65 و همکاران، 2017). میزان حساسیت هیدروکربنهای نفتی نسبت به حمله میکروبی متفاوت هستند و معمولاً به ترتیب کاهش حساسیت بدین صورت رتبه‌بندی شدهاند: n-آلکانها، آلکانهای شاخهای، مواد معطر با وزن مولکولی کم، آلکانهای حلقوی (چاندرا66 و همکاران، 2013). یعنی به طور کلی، زنجیرههای جانبی آلکیل سیکلوآلکان تخریب را ساده‌تر میکنند.
هیدروکربنهای آروماتیک کمتر از هیدروکربنهای اشباع قابل تجزیۀ زیستی هستند (چِنگ و همکاران، 2018). در صورت باقی‌ماندن هیدروکربنهای آروماتیک پس از مرحله تجزیۀ اکسیژنولیک، ساختار حلقۀ میانی دیول توسط اکسیژنازهای اینترادیول یا اکسترادیول تجزیه میشود. حلقۀ بنزن توسط میکروبها از طریق مسیرهای مختلف توسط دو آنزیم اصلی مونوکسیژناز یا دیوکسیژناز شکافته میشود و حملۀ اول آنزیمی توسط فنول مونوکسیژناز انجام میشود و کاتکول را تشکیل می‌دهند. سپس کاتکول را میتوان از طریق تجزیۀ ارتو یا تجزیه از طریق آنزیمهای مناسب تخریب کرد که محصول این تجزیه در پی واکنشهای متوالی منجر به تشکیل واسطه‌های چرخۀ تری‌کربوکسیلیک اسید67 میشود و این به معنا تجزیه بیش از 90 درصدی هیدروکربنهای آروماتیک است (شِن68 و همکاران، 2019؛ تائو69 و همکاران، 2020).
· تجزیۀ بی هوازی
تجزیۀ بی هوازی هیدروکربنها میتواند از طریق دو فرآیند رخ دهد، راه اول از طریق اتصال اجزا اکسیداسیون ( مثلاَ یک هیدروکربن) برای تنفس با کاهش یک گیرنده الکترون بدون اکسیژن می‌باشد (به عنوان مثال، سولفات یا نیترات) و راه دوم انجام فرآیند تخمیر است (وارت‌ول70 و همکاران، 2021).
اولین باکتری بیهوازی که نشان داده شده است قادر به استفاده از n-آلکانها در شرایط کاملاً بیاکسیژن است، یک باکتری کاهندۀ سولفات بود گرچه تخریب بیهوازی بسیار گسترده است و در شرایط کمبود نیترات، آهن، منگنز و سولفات و همچنین شرایط متان‌زایی گزارش شده است (مکن استاک71 و همکاران، 2011). فعّالسازی اولیۀ هیدروکربنها برای تجزیۀ بیولوژیکی بیهوازی مرحله‌ای اساسی است و همانطور که در شکل 4) قابل مشاهده است، چهار واکنش کلی آنزیمی در آن شرکت دارند که عبارتند از: 1) افزودن فومارات، توسط آنزیم رادیکال گلیسیل برای تولید سوکسینات‌های جایگزین معطر (کالان72 و همکاران، 2013)، 2) متیلاسیون مواد آروماتیک جایگزین نشده، 3) هیدروکسیلاسیون یک جایگزین آلکیل از طریق دهیدروژناز و 4) کربوکسیلاسیون مستقیم (توماسی73 و همکاران، 2019). این واکنشهای فعال‌سازی در مسیرهایی تغذیه میشوند که منجر به اشباع حلقه واکنش، انجام واکنش اکسیداسیون و یا شکاف حلقه و تولید متابولیتهای مرکزی مانند بنزوئیل-کوآ میشوند که در نهایت با زیست توده، ترکیب یا کاملا اکسید میشوند و در شرایط ذکر شده تا چهار برابر بیشتر از روشهای متداول آلایندههای هیدروکربنهای نفتی را تخریب و به مواد زیست تجزیه پذیر تبدیل میکنند.
شکل 4- نمونه‌ای از مسیر تجزیۀ بیهوازی آلکان (وارت‌ول و همکاران، 2021)
در تخریب بیهوازی آلایندههای هیدروکربنهای نفتی، میکروارگانیسمها از گیرندههای جایگزین الکترون مانند سولفات، نیترات، آهن (III)، منگنز (II) یا دیاکسیدکربن استفاده میکنند (ویلکس74 و همکاران، 2016؛ مکن استاک و همکاران، 2016). برخی از باکتریهای اختیاری مثل سودوموناس‌ها75 و باکتریهای دسته‌ی کلاستیریدیا76 اغلب عملکرد متنوعی دارند و قادر به تخریب بسیاری از انواع هیدروکربنها در شرایط مختلف هستند. با این حال، آلکانهای شاخه دار و بیشتر هیدروکربنهای پلیآروماتیک با وزن مولکولی بالا هنوز یک مانع آشکار برای تبدیل و تجزیه هستند (وارت‌ول و همکاران، 2021).
· عوامل موثر بر تجزیۀ بیولوژیکی آلایندههای هیدروکربنی
عوامل موثر در تخریب زیستی آلایندههای هیدروکربنهای نفتی میکروارگانیسمها به محیط رشد بسیار حساس هستند و به تغییرات محیط پیرامونی آنها واکنش می‌دهند (پارک77 و همکاران، 2014). میزان تخریب زیستی تحت تأثیر عوامل زیادی قرار دارد که عبارتند از: الف) مشخصات آلایندهها، میزان دسترسی، نوع و طول هیدروکربنها، پراکندگی در فاز آبی و فرّار شدن (چاندرا و همکاران، 2013)؛ ب) میکروارگانیسمها، مسیرهای متابولیک سلولی و تغییرات ساختاری اجزا در حوزه‌های پلیمری خارج سلولی پیچیده؛ ج) شرایط محیطی مانند pH، دما، مقدار آب، میزان شوری، در میزان دسترسی اکسیژن و عوامل تغذیه‌ای مانند کربن و نیتروژن و سایر مواد مغذی (مکن استاک و همکاران، 2016) و د) خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک مانند ظرفیت نگهداری آب، رطوبت، نوع بافت، pH و غیره (یوان78 و همکاران، 2019). میزان تجزیۀ بیولوژیکی هیدروکربنها در خاک‌های آلوده وابسته به شرایط محیطی مطلوب برای تحریک فعالیّت تجزیۀ زیستی است و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی و فراهمی زیستی آلایندههای هیدروکاربن نقش بسیار مهمی در یک تخریب زیستی موفق دارد. میزان تخریب یک ترکیب معین در آلایندههای هیدروکربنی مختلف توسط موجودات زنده بیشتر به فراهمی زیستی آن ذره یا ترکیب وابسته است و ساختار شیمیای آن نقش اندکی را ایفا میکند (وایخوم و همکاران، 2020؛ ورجانی و همکاران، 2017). محصولات مختلفی از جمله گازها، فاکتورهای بیوسیم، بیوپلیمرها، حل‌کننده‌ها و اسیدها نیز توسط میکروارگانیسمهای تخریبکنندۀ آلایندههای هیدروکربن تولید میشوند که پالایش زیستی را تقویت و بازیافت نفت و درنتیجه میزان پاکسازی محیط را افزایش می‌دهند (اوسایی و همکاران، 2020؛ بهتاچاریا79 و همکاران، 2019).
· عوامل موثر بر تخریب زیستی و میکروبی
دما در پالایش زیستی نقش حیاتی دارد و بر وضعیت فیزیکی هیدروکربنهای موجود در سایت آلوده و نیز میکروبهای مصرفکننده آنها تأثیر میگذارد (اوسایی و همکاران، 2020). از سایر عوامل موثر بر سرعت رشد میکروبی میتوان حلالیت گاز، قالب80 خاک، متابولیسم میکروبها، وضعیت فیزیکی و شیمیایی آلایندهها را نام برد. افزایش دما باعث افزایش حلالیت آلایندههای آبگریز، کاهش گرانروی، افزایش انتشار و انتقال n-آلکانهای زنجیره بلند از فاز جامد به فاز مایع میشود. در دمای پایین گرانروی نفت افزایش مییابد، فراریت آلکانهای کوتاه زنجیر سمی کاهش مییابد و حلالیت در آب آنها کاهش مییابد که باعث تاخیر در شروع تخریب زیستی میشود زیرا آلایندههای هیدروکربنهای نفتی با کاهش نفوذپذیری هوا در خاک، رشد میکروبها را محدود میکنند (آدلی81 و همکاران، 2018). اکسیژن به عنوان گیرنده الکترون عمل میکند و فعالیّت میکروارگانیسمها را افزایش میدهد و در نتیجه روند تجزیۀ بیولوژیکی هوازی را افزایش میدهد. آلایندهها در اعماق دریا و اقیانوسها بسیار آهسته تخریب میشوند، زیرا بخش غیرقابل کنترل نفت میتواند برای سال‌ها یا حتی دهه‌ها باقی بماند. با افزایش غلظت نفت میزان تاخیر کاهش مییابد، در حالی که حداکثر نرخ تخریب و میزان تجمع مواد معدنی افزایش مییابد (اوسایی و همکاران، 2020؛ حوسین82 و همکاران، 2018). همانطور که در بخش قبلی میزان حساسیت هیدروکربنهای نفتی نسبت به حمله میکروبی بیان شد، تجزیه‌پذیری هیدروکربنهای نفتی نیز به ترکیب آنها وابسته است. ترتیب تجزیۀ بیولوژیکی هیدروکربنها را میتوان به صورت زیر دستهبندی کرد: آلکانهای خطی، آلکانهای شاخهای، آروماتیکهای آلکیل با وزن مولکولی کم، مونو آروماتیک، آلکانهای حلقوی، پلی آروماتیک و آسفالتینها (وایخوم و همکاران، 2020). از آنجا که تجزیۀ بیولوژیکی ذاتاً تحت تأثیر ترکیب‌ها آلاینده است، به طور معمول میزان تجزیۀ بیولوژیکی با کاهش وزن مولکولی و پیچیدگی ساختار شیمیایی هیدروکربن افزایش مییابد (نزیلا83 و همکاران، 2018).
· جامعۀ میکروبی و بستر مناسب آن
گروههای اصلی جوامع میکروبی از باکتریها، قارچها، جلبکها، پروتوزوآها و ویروسها تشکیل شدهاند (توکلی، 1399) که در تصفیۀ زیستی آلایندههای هیدروکربن استفاده میشوند. نوع و غلظت منبع کربن و نیتروژن مورد استفاده در محیط کشت، برای رشد میکروبی نقش حیاتی دارد. میکروارگانیسمها برای ترکیب در زیست توده به نیتروژن و فسفر نیاز دارند پس در دسترس بودن این عناصر غذایی در همان منطقه هیدروکربنها بسیار مهم است (محمدکاظمی84 و همکاران، 2015) هیدروکربنهای نفتی حاوی مقادیر کمی از برخی عناصر غذایی مانند نیتروژن و فسفر مورد نیاز برای رشد میکروبی هستند. باوجود این میتوان از اوره، فسفات، کودهای نیتروژن، فسفر و پتاسیم85، نمکهای آمونیوم و فسفات برای تنظیم نسبت‌های کربن، نیتروژن، فسفر و پتاسیم86 استفاده کرد (بِسکوسکی87 و همکاران، 2011). نیترات به عنوان بهترین منبع نیتروژن برای رشد و تولید ماده فعال سطحی زیستی توسط میکروارگانیسمها گزارش شده است. سایت آلوده به نفت خام حاوی نتیروژن، رشد میکروبی مناسبی داشته و میزان تخریب هیدروکربنها با کاهش فاز تأخیر رشد میکروبی و حفظ جمعیّت بالای میکروبها همراه است. همین‌طور، نشان داده شده است که مقادیر زیاد نیتروژن در خاک باعث فعالیّت میکروبی میشود و حفظ سطح نیتروژن 1800 میلی‌گرم نیتروژن بر یک کیلوگرم آب منجر به تخریب بهینه آلایندههای هیدروکربن میشود. غلظت بیش از حد مواد مغذی به ویژه غلظت بالای سطح نیتروژن-فسفر-پتاسیم فعالیّت تجزیۀ بیولوژیکی آلایندههای هیدروکربنی را مهار میکند ( دَس و همکاران، 2011؛ اوگبونا88 و همکاران، 2018). بسترهای انتقال آلایندههای هیدروکربنی به سلولهای میکروبی شامل الف) تعامل سلولهای میکروبی با آلایندههای هیدروکربنی محلول در فاز آبی، ب) تماس مستقیم سلولها با هیدروکربنها و ج) تعامل سلولها با ذرات هیدروکربن بسیار کوچکتر از خود؛ که نسبت به نوع محیط آلودگی و رویکرد تجزیۀ بیولوژیکی بسیار حائز اهمیّت است (تروسکویچ89 و همکاران، 2019).
نتیجه‌گیری
آلایندههای هیدروکربنهای نفتی آلایندههای پراهمیّتی هستند زیرا به دلیل واکنش کم در برابر تخریب، مقاوم هستند و بدلیل خاصیّت آبگریزی خود، قبل از تخریب توسط میکروبها، نیاز به انحلال دارند. این آلایندههای آلی‌پایدار، تهدیدی جدی برای سلامت انسان و محیط زیست هستند. تجزیۀ بیولوژیکی نقش مهمی در کاهش اثر هیدروکربنهای نفتی در محیطهای آلوده دارد. زیست پالایی به عنوان یک گزینۀ کارآمد، اقتصادی و متنوع برای مقابلۀ فیزیکی و شیمیایی معرفی شده است که در پژوهش حاضر، تخریب میکروبی به عنوان یک روش رایج و موثر در این زمینه، مورد واکاوی دقیق و جامع قرار گرفت. معمولاً دو روش برای دسترسی باکتریها به آلایندههای هیدروکربنی نفت به عنوان بستر مورد استفاده قرار می‌گیرد که روش اول جذب سطحی در اثر تماس مستقیم سلول با هیدروکربن و روش دوم پیوستن ماده فعال سطحی زیستی با واسطه تماس سلول با هیدروکربنهای نامیزه شده است. تجزیۀ بیولوزیکی این آلایندهها میتواند با استفاده از میکروارگانیسمهای اولئوفیلیک به صورت جداگانه یا کنسرسیوم میکروارگانیسمها برای کنترل محیط آلودگی انجام شود. مسیرهای کاتابولیک دخیل در تجزیه بیولوژیکی (هوازی/ بی هوازی) راهی برای طراحی راهبردهای کارآمد برای پالایش زیستی آلایندههای هیدروکربنهای نفتی تحت تأثیر محیطها هستند (
شکل 2).
گروههای اصلی جوامع میکروبی از باکتریها، قارچها، جلبکها، پروتوزوآها و ویروسها تشکیل شدهاند که در تصفیۀ زیستی آلایندههای هیدروکربن استفاده میشوند. بررسی تجزیۀ بیولوژیکی و به خصوص تجزیه هوازی و بی هوازی نشان داد که تأمین مواد مغذی لازم و گیرندههای الکترون با تعادل کنسرسیوم مناسب سویه‌های باکتریایی میتواند راه را برای یافتن روشهای افزایش پتانسیل تجزیۀ بیولوژیکی هموار کند و گزارش شده است که نوع و غلظت منبع کربن و نیتروژن مورد استفاده در محیط کشت برای رشد میکروبی نقش حیاتی دارد. میکروارگانیسمها برای ترکیب در زیست توده به نیتروژن و فسفر نیاز دارند، در دسترس بودن این عناصر غذایی در همان منطقه وجود هیدروکربنها بسیار مهم است. افزودن میکروارگانیسمهای تولید کننده ماده فعال سطحی زیستی میتواند عدم سهولت دسترسی به هیدروکربنها که به دلیل عدم حلالیّت آلایندهها با مشکل مواجه بودند را برطرف کند. همچنین نشان‌داده شد که بیحرکتی سلولهای میکروبی، تعداد باکتریها در طول دوره کمون و ثبات سلولهای میکروبی را در شرایط مختلف محیطی و در نتیجه تجزیۀ بیولوژیکی آلایندههای هیدروکربنهای نفتی را افزایش میدهد. در نهایت اگرچه مسیرهای تجزیۀ بیولوژیکی بسیاری از آلایندههای هیدروکربنی و میکروارگانیسمهای تجزیهکننده هیدروکربن از گروههای مختلف شناسایی شده و نحوۀ تخریب میکروبی آن آلودگی‌ها مشخص است، امّا هنوز آلودگی محیط زیست از طریق این ترکیب‌ها برای محققان و پژوهشگران یک مسئلۀ جهانی است.
منابع
استوار، فریبا؛ حسن زاده، مرضیه (1399). مروری بر رنگینه‌های صنعتی پرکاربرد و روشهای حذف آنها از آب و فاضلاب، پژوهش و فناوری محیط زیست، 7(5)، 29-37.
تن زاده، جینا؛ شارقی‌فر، مائده؛ پناهنده، محمد (1395). استفاده از میکروارگانیسمها در پاکسازی زیستی فلزات سنگین موجود در خاک، پژوهش و فناوری محیط زیست، 1(1)، 1-6.
توکلی، محدثه (1399). ارزیابی جاذبهای طبیعی در تصفیه آب و فاضلاب، پژوهش و فناوری محیط زیست، 7(5)، 39-54.
جلیل زاده،هامون؛ پارسا، مهران؛ گلریز ارم ساداتی، محمدرضا (1396). مروری بر آلودگیهای نفتی در دریای خزر، پژوهش و فناوری محیط زیست، 3(2)، 33-39.
Abatenh, E., Gizaw, B., Tsegaye, Z., & Wassie, M. (2017). The role of microorganisms in bioremediation A review. Open Journal of Environmental Biology, 2(1), 038-046.
Abbasian, F., Lockington, R., Mallavarapu, M., & Naidu, R. (2015). A comprehensive review of aliphatic hydrocarbon biodegradation by bacteria. Applied biochemistry and biotechnology, 176(3), 670-699. https://doi.org/10.1007/s12010-015-1603-5
Adeleye, A., Nkereuwem, M., Omokhudu, G., Amoo, A., Shiaka, G., & Yerima, M. (2018). Effect of microorganisms in the bioremediation of spent engine oil and petroleum related environmental pollution. Journal of Applied Sciences and Environmental Management, 22(2), 157–167-157–167. https://doi.org/10.4314/jasem.v22i2.1
Agbaji, J. E., Nwaichi, E. O., & Abu, G. O. (2021). Attenuation of petroleum hydrocarbon fractions using rhizobacterial isolates possessing alkB, C23O, and nahR genes for degradation of n-alkane and aromatics. Journal of Environmental Science and Health, Part A, 1-16. https://doi.org/10.1080/10934529.2021.1913013
Al-Hawash, A. B., Dragh, M. A., Li, S., Alhujaily, A., Abbood, H. A., Zhang, X., & Ma, F. (2018). Principles of microbial degradation of petroleum hydrocarbons in the environment. The Egyptian Journal of Aquatic Research, 44(2), 71-76. https://doi.org/10.1016/j.ejar.2018.06.001
Alegbeleye, O. O., Opeolu, B. O., & Jackson, V. A. (2017). Polycyclic aromatic hydrocarbons: a critical review of environmental occurrence and bioremediation. Environmental management, 60(4), 758-783. https://doi.org/10.1007/s00267-017-0896-2
Amodu, O. S., Ojumu, T. V., & Ntwampe, S. K. O. (2013). Bioavailability of high molecular weight polycyclic aromatic hydrocarbons using renewable resources. Environmental Biotechnology-New Approaches and Prospective Applications, 171. https://dx.doi.org/10.5772/54727
Beškoski, V. P., Gojgić-Cvijović, G., Milić, J., Ilić, M., Miletić, S., Šolević, T., & Vrvić, M. M. (2011). Ex situ bioremediation of a soil contaminated by mazut (heavy residual fuel oil)–A field experiment. Chemosphere, 83(1), 34-40. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2011.01.020
Bhattacharya, M., Guchhait, S., Biswas, D., & Singh, R. (2019). Evaluation of a microbial consortium for crude oil spill bioremediation and its potential uses in enhanced oil recovery. Biocatalysis and agricultural biotechnology, 18, 101034. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2019.101034
Brzeszcz, J., & Kaszycki, P. (2018). Aerobic bacteria degrading both n-alkanes and aromatic hydrocarbons: an undervalued strategy for metabolic diversity and flexibility. Biodegradation, 29(4), 359-407. https://doi.org/10.1007/s10532-018-9837-x
Callaghan, A. V. (2013). Metabolomic investigations of anaerobic hydrocarbon-impacted environments. Current Opinion in biotechnology, 24(3), 506-515. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2012.08.012
Câmara, J., Sousa, M., Neto, E. B., & Oliveira, M. (2019). Application of rhamnolipid biosurfactant produced by Pseudomonas aeruginosa in microbial-enhanced oil recovery (MEOR). Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, 9(3), 2333-2341. https://doi.org/10.1007/s13202-019-0633-x
Cameotra, S. S., & Makkar, R. S. (2010). Biosurfactant-enhanced bioremediation of hydrophobic pollutants. Pure and Applied Chemistry, 82(1), 97-116. https://doi.org/10.1351/PAC-CON-09-02-10
Chandra, S., Sharma, R., Singh, K., & Sharma, A. (2013). Application of bioremediation technology in the environment contaminated with petroleum hydrocarbon. Annals of microbiology, 63(2), 417-431. https://doi.org/10.1007/s13213-012-0543-3
Cheng, X., Hou, D., Mao, R., & Xu, C. (2018). Severe biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons in reservoired crude oils from the Miaoxi Depression, Bohai Bay Basin. Fuel, 211, 859-867. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.09.040
Cui, J., Chen, H., Sun, M., & Wen, J. (2020). Comparison of bacterial community structure and function under different petroleum hydrocarbon degradation conditions. Bioprocess and biosystems engineering, 43(2), 303-313. https://doi.org/10.1007/s00449-019-02227-1
Das, N., & Chandran, P. (2011). Microbial degradation of petroleum hydrocarbon contaminants: an overview. Biotechnology research international, 2011. https://doi:10.4061/2011/941810
Felix, A. K. N., Martins, J. J., Almeida, J. G. L., Giro, M. E. A., Cavalcante, K. F., Melo, V. M. M., . . . de Santiago Aguiar, R. S. (2019). Purification and characterization of a biosurfactant produced by Bacillus subtilis in cashew apple juice and its application in the remediation of oil-contaminated soil. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 175, 256-263. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2018.11.062
Fuentes, S., Méndez, V., Aguila, P., & Seeger, M. (2014). Bioremediation of petroleum hydrocarbons: catabolic genes, microbial communities, and applications. Applied microbiology and biotechnology, 98(11), 4781-4794. https://doi.org/10.1007/s00253-014-5684-9
Ghosal, D., Ghosh, S., Dutta, T. K., & Ahn, Y. (2016). Current state of knowledge in microbial degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs): a review. Frontiers in microbiology, 7, 1369. https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.01369
Hall, J., Matos, S., & Bachor, V. (2019). From green technology development to green innovation: inducing regulatory adoption of pathogen detection technology for sustainable forestry. Small Business Economics, 52(4), 877-889. https://doi.org/10.1007/s11187-017-9940-0
Hassanshahian, M., Amirinejad, N., & Behzadi, M. A. (2020). Crude oil pollution and biodegradation at the Persian Gulf: A comprehensive and review study. Journal of Environmental Health Science and Engineering, 18(2), 1415-1435. https://doi.org/10.1007/s40201-020-00557-x
Hussain, I., Puschenreiter, M., Gerhard, S., Schöftner, P., Yousaf, S., Wang, A., . . . Reichenauer, T. G. (2018). Rhizoremediation of petroleum hydrocarbon-contaminated soils: improvement opportunities and field applications. Environmental and Experimental Botany, 147, 202-219. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2017.12.016
Kamal, M. S., Razzak, S. A., & Hossain, M. M. (2016). Catalytic oxidation of volatile organic compounds (VOCs)–A review. Atmospheric Environment, 140, 117-134. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2016.05.031
Karlapudi, A. P., Venkateswarulu, T., Tammineedi, J., Kanumuri, L., Ravuru, B. K., ramu Dirisala, V., & Kodali, V. P. (2018). Role of biosurfactants in bioremediation of oil pollution-a review. Petroleum, 4(3), 241-249. https://doi.org/10.1016/j.petlm.2018.03.007
Kertesz, M. A., Kawasaki, A., & Stolz, A. (2019). Aerobic hydrocarbon-degrading alphaproteobacteria: Sphingomonadales. Taxonomy, genomics and ecophysiology of hydrocarbon-degrading microbes, 105-124. https://doi.org/10.1007/978-3-030-14796-9_9
Li, X., Li, H., & Qu, C. (2019). A review of the mechanism of microbial degradation of petroleum pollution. Paper presented at the IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. https://doi.org/10.1088/1757-899X/484/1/012060
Liu, X., Li, Z., Zhang, C., Tan, X., Yang, X., Wan, C., & Lee, D. J. (2020). Enhancement of anaerobic degradation of petroleum hydrocarbons by electron intermediate: Performance and mechanism. Bioresource technology, 295, 122305. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.122305
Meckenstock, R. U., Boll, M., Mouttaki, H., Koelschbach, J. S., Tarouco, P. C., Weyrauch, P., . . . Himmelberg, A. M. (2016). Anaerobic degradation of benzene and polycyclic aromatic hydrocarbons. Journal of molecular microbiology and biotechnology, 26(1-3), 92-118. https://doi.org/10.1159/000441358
Meckenstock, R. U., & Mouttaki, H. (2011). Anaerobic degradation of non-substituted aromatic hydrocarbons. Current Opinion in biotechnology, 22(3), 406-414. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2011.02.009
Megharaj, M., Ramakrishnan, B., Venkateswarlu, K., Sethunathan, N., & Naidu, R. (2011). Bioremediation approaches for organic pollutants: a critical perspective. Environment international, 37(8), 1362-1375. https://doi.org/10.1016/j.envint.2011.06.003
Mohammadi, L., Rahdar, A., Bazrafshan, E., Dahmardeh, H., Susan, M., Hasan, A. B., & Kyzas, G. Z. (2020). Petroleum hydrocarbon removal from wastewaters: A review. Processes, 8(4), 447. https://doi.org/10.3390/pr8040447
Mohammadkazemi, F., Azin, M., & Ashori, A. (2015). Production of bacterial cellulose using different carbon sources and culture media. Carbohydrate polymers, 117, 518-523. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.10.008
Niu, J., Liu, Q., Lv, J., & Peng, B. (2020). Review on microbial enhanced oil recovery: Mechanisms, modeling and field trials. Journal of Petroleum Science and Engineering, 192, 107350. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2020.107350
Nzila, A. (2018). Biodegradation of high-molecular-weight polycyclic aromatic hydrocarbons under anaerobic conditions: Overview of studies, proposed pathways and future perspectives. Environmental Pollution, 239, 788-802. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.04.074
Obayori, O. S., & Salam, L. B. (2010). Degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons: role of plasmids. Scientific Research and Essays, 5(25), 4093-4106. https://doi.org/10.5897/SRE.9000022
Ogbonna, D. N. (2018). Application of biological methods in the remediation of oil polluted environment in Nigeria. Journal of Advances in Biology & Biotechnology, 1-10. https://doi.org/10.9734/JABB/2018/41036
Olanrewaju, B. T., & Olubusoye, O. E. (2020). Reduction of Petroleum Consumption. https://doi.org/10.1007/978-3-319-71057-0_26-1
Ossai, I. C., Ahmed, A., Hassan, A., & Hamid, F. S. (2020). Remediation of soil and water contaminated with petroleum hydrocarbon: A review. Environmental Technology & Innovation, 17, 100526. https://doi.org/10.1016/j.eti.2019.100526
Park, S., Hong, J., Choi, S., Kim, H., Park, W., Han, S., . . . Ahn, Y. (2014). Detection of microorganisms using terahertz metamaterials. Scientific reports, 4(1), 1-7. https://doi.org/10.1038/srep04988
Pinheiro Pires, A. P., Arauzo, J., Fonts, I., Domine, M. E., Fernández Arroyo, A., Garcia-Perez, M. E., . . . Garcia-Perez, M. (2019). Challenges and opportunities for bio-oil refining: A review. Energy & Fuels, 33(6), 4683-4720. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.9b00039
Pinto, A., Lopes, M., Dordio, A., & Castanheiro, J. (2021). Microbe and Plant‐Assisted Remediation of Organic Xenobiotics. Handbook of Assisted and Amendment: Enhanced Sustainable Remediation Technology, 437-475. https://doi.org/10.1002/9781119670391.ch22
Robson, W. J., Sutton, P. A., McCormack, P., Chilcott, N. P., & Rowland, S. J. (2017). Class type separation of the polar and apolar components of petroleum. Analytical chemistry, 89(5), 2919-2927. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.6b04202
Ron, E. Z., & Rosenberg, E. (2014). Enhanced bioremediation of oil spills in the sea. Current Opinion in biotechnology, 27, 191-194. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2014.02.004
Sachsenhofer, R., Bechtel, A., Gratzer, R., Enukidze, O., Janiashvili, A., Nachtmann, W., . . . Yukler, M. (2021). Petroleum systems in the Rioni and Kura Basins of Georgia. Journal of Petroleum Geology, 44(3), 287-316. https://doi.org/10.1111/jpg.12794
Safdel, M., Anbaz, M. A., Daryasafar, A., & Jamialahmadi, M. (2017). Microbial enhanced oil recovery, a critical review on worldwide implemented field trials in different countries. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 74, 159-172. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.02.045
Sarsaiya, S., Awasthi, S. K., Jain, A., Mishra, S., Jia, Q., Shu, F., . . . Awasthi, M. K. (2019). Recent Developments in the Treatment of Petroleum Hydrocarbon and Oily Sludge from the Petroleum Industry. Biological Processing of Solid Waste, 277. https://doi.org/10.1201/b22333
Sharma, B., & Shukla, P. (2020). Futuristic avenues of metabolic engineering techniques in bioremediation. Biotechnology and Applied Biochemistry. https://doi.org/10.1002/bab.2080
Shen, T., Pi, Y., Bao, M., Xu, N., Li, Y., & Lu, J. (2015). Biodegradation of different petroleum hydrocarbons by free and immobilized microbial consortia. Environmental Science: Processes & Impacts, 17(12), 2022-2033. https://doi.org/10.1039/C5EM00318K
Shen, Y., Li, J., He, F., Zhu, J., Han, Q., Zhan, X., & Xing, B. (2019). Phenanthrene-triggered tricarboxylic acid cycle response in wheat leaf. Science of the Total Environment, 665, 107-112. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.02.119
Souza, E. C., Vessoni-Penna, T. C., & de Souza Oliveira, R. P. (2014). Biosurfactant-enhanced hydrocarbon bioremediation: An overview. International Biodeterioration & Biodegradation, 89, 88-94. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2014.01.007
Tao, W., Lin, J., Wang, W., Huang, H., & Li, S. (2020). Biodegradation of aliphatic and polycyclic aromatic hydrocarbons by the thermophilic bioemulsifier-producing Aeribacillus pallidus strain SL-1. Ecotoxicology and environmental safety, 189, 109994. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2019.109994
Tommasi, I. C. (2019). Carboxylation of hydroxyaromatic compounds with HCO3− by enzyme catalysis: recent advances open the perspective for valorization of lignin-derived aromatics. Catalysts, 9(1), 37. https://doi.org/10.3390/catal9010037
Tong, K., Zhang, Y., Liu, G., Ye, Z., & Chu, P. K. (2013). Treatment of heavy oil wastewater by a conventional activated sludge process coupled with an immobilized biological filter. International Biodeterioration & Biodegradation, 84, 65-71. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2013.06.002
Truskewycz, A., Gundry, T. D., Khudur, L. S., Kolobaric, A., Taha, M., Aburto-Medina, A., . . . Shahsavari, E. (2019). Petroleum hydrocarbon contamination in terrestrial ecosystems—fate and microbial responses. Molecules, 24(18), 3400. https://doi.org/10.3390/molecules24183400
Ukhurebor, K. E., Athar, H., Adetunji, C. O., Aigbe, U. O., Onyancha, R. B., & Abifarin, O. (2021). Environmental implications of petroleum spillages in the Niger Delta region of Nigeria: A review. Journal of Environmental Management, 293, 112872. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112872
Unimke, A., Mmuoegbulam, O., & Anika, O. (2018). Microbial degradation of petroleum hydrocarbons: realities, challenges and prospects. Biotechnology Journal International, 1-10. https://doi.org/10.9734/BJI/2018/43957
Varjani, S. J. (2017). Microbial degradation of petroleum hydrocarbons. Bioresource technology, 223, 277-286. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.10.037
Varjani, S. J., & Upasani, V. N. (2017). A new look on factors affecting microbial degradation of petroleum hydrocarbon pollutants. International Biodeterioration & Biodegradation, 120, 71-83. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2017.02.006
Waikhom, D., Ngasotter, S., Soniya Devi, L., Devi, S., & Singh, A. S. (2020). Role of Microbes in Petroleum Hydrocarbon Degradation in the Aquatic Environment: A Review. Int. J. Curr. Microbiol. Appl. Sci, 9, 2990-2903. https://doi.org/10.20546/ijcmas.2020.905.342
Wang, D., Lin, J., Lin, J., Wang, W., & Li, S. (2019). Biodegradation of petroleum hydrocarbons by Bacillus subtilis BL-27, a strain with weak hydrophobicity. Molecules, 24(17), 3021. https://doi.org/10.3390/molecules24173021
Wartell, B., Boufadel, M., & Rodriguez-Freire, L. (2021). An effort to understand and improve the anaerobic biodegradation of petroleum hydrocarbons: A literature review. International Biodeterioration & Biodegradation, 157, 105156. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2020.105156
Wilkes, H., Buckel, W., Golding, B. T., & Rabus, R. (2016). Metabolism of hydrocarbons in n-alkane-utilizing anaerobic bacteria. Journal of molecular microbiology and biotechnology, 26(1-3), 138-151. https://doi.org/10.1159/000442160
Xu, D., Zhang, K., Li, B.-G., Mbadinga, S. M., Zhou, L., Liu, J.-F., . . . Mu, B.-Z. (2019). Simulation of in situ oil reservoir conditions in a laboratory bioreactor testing for methanogenic conversion of crude oil and analysis of the microbial community. International Biodeterioration & Biodegradation, 136, 24-33. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2018.10.007
Xu, X., Liu, W., Tian, S., Wang, W., Qi, Q., Jiang, P., . . . Yu, H. (2018). Petroleum hydrocarbon-degrading bacteria for the remediation of oil pollution under aerobic conditions: a perspective analysis. Frontiers in microbiology, 9, 2885. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.02885
Yuan, P., Wang, J., Pan, Y., Shen, B., & Wu, C. (2019). Review of biochar for the management of contaminated soil: Preparation, application and prospect. Science of the Total Environment, 659, 473-490. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.12.400
Zhang, J., Gao, H., & Xue, Q. (2020). Potential applications of microbial enhanced oil recovery to heavy oil. Critical reviews in biotechnology, 40(4), 459-474. https://doi.org/10.1080/07388551.2020.1739618
[1] Olanrewaju
[2] Mohammadi
[3] Wang
[4] Hassanshahian
[5] Pinheiro
[6] Sachsenhofer
[7] Agbaji
[8] Robson
[9] Kamal
[10] Ukhurebor
[11] Persistent Organic Pollutants (POPs)
[12] Varjani
[13] Megharaj
[14] Xu, X.
[15] Surfactants
[16] Cameotra
[17] Fuentes
[18] Biosurfactants
[19] Emulsion
[20] Unimke
[21] Karlapudi
[22] Felix
[23] Cui
[24] Hall
[25] Abatenh
[26] Microbial enhanced oil recovery (MEOR)
[27] Safdel
[28] Ecosystem
[29] Abbasian
[30] Meckenstock
[31] Sarsaiya
[32] Plasmids
[33] Obayori
[34] Das
[35] Al-Hawash
[36] Liu
[37] Phototroph
[38] Chemotroph
[39] Wilkes
[40] Truskewycz
[41] Immobilization method
[42] Tong
[43] Biological Aerated Filter (BAF)
[44] Micelle
[45] Câmara
[46] Niu
[47] Ghosal
[48] Amodu
[49] Pinto
[50] Poly-Aromatic Hydrocarbon (PAH)
[51] Ron
[52] Brzeszcz
[53] Waikhom
[54] Consortia
[55] Genetically Modified Organisms (GMOs)
[56] Sharma
[57] Li
[58] Shen, T.
[59] Ossai
[60] Souza
[61] Methanogenesis
[62] Xu, D.
[63] Autecological
[64] Kertesz
[65] Alegbeleye
[66] Chandra
[67] Tricarboxylic acid
[68] Shen, Y.
[69] Tao
[70] Wartell
[71] Meckenstock
[72] Callaghan
[73] Tommasi
[74] Wilkes
[75] Pseudomonas
[76] Clostridia
[77] Park
[78] Yuan
[79] Bhattacharya
[80] Matrix
[81] Adeleye
[82] Hussain
[83] Nzila
[84] Mohammadkazemi
[85] Nitrogen, Phosphorus and Potassium (N-P-K)
[86] Carbon, Nitrogen, Phosphorus and Potassium (C-N-P-K)
[87] Beškoski
[88] Ogbonna
[89] Truskewycz
