زیست تخریب پذیری(Biodegradation )

آگرواینفیلتراسیون از طریق تزریق مستقیم آگروباکتریوم به گیاه
آگرواینفیلتراسیون (Agroinfiltration)
اردیبهشت ۲۲, ۱۳۹۸
انجام محاسبات پیچیده ریاضی توسط گیاهان
اردیبهشت ۲۲, ۱۳۹۸
کپک لجن زرد درحال رشد در یک ظرف حاوی کاغذ مرطوب

کپک لجن زرد درحال رشد در یک ظرف حاوی کاغذ مرطوب

زیست تخریب­پذیری به معنای تجزیه­ی مواد توسط باکتری­ها، قارچ­ها یا دیگر ابزار­های بیولوژیکی است. مفهوم زیست تخریب­پذیری از مواد کودپذیر (قابل کمپوست شدن) متمایز است، اگرچه اغلب این معانی تلفیق می­شوند. درحالی­که زیست تخریب­پذیری  تنها به معنای تجزیه شدن توسط میکروارگانیسم­ها است، “کمپوست شدن” همراه تجزیه هوازی با اکسیژن و یا بی­هوازی بدون اکسیژن می­باشد. سورفاکتانت زیستی، که یک سورفاکتانت خارج سلولی ترشح شده توسط میکروارگانیسم­هاست، فرآیند زیست تخریب­پذیری را افزایش می­دهد.

مواد زیست تخریب­پذیر، عموماً مواد آلی هستند که به­عنوان یک ماده­ی غذایی برای میکروارگانیسم­ها به­کار می­روند. از آنجا که میکروارگانیسم­ها بسیار متعدد و متنوع هستند طیف وسیعی از ترکیبات از جمله هیدروکربن­ها (به­عنوان مثال نفت)، پلی­کلریدبای­فنیل­ها (PCB ها)، هیدروکربن­های آروماتیک چندحلقه­ای (PAH ها) و مواد دارویی را تجزیه می­کنند؛ تجزیه­ی مواد زیست تخریب­پذیر ممکن است شامل هر دو مرحله­ی زیستی و غیر­زیستی باشد.

عوامل مؤثر بر سرعت تجزیه در زیست تخریب پذیری

در عمل، تقریباً تمام ترکیبات و مواد شیمیایی تحت تجزیه­ی زیستی قرار می­گیرند ولی مهم سرعت نسبی چنین فرآیند­هایی است: نور، آب و اکسیژن از عوامل اصلی سرعت تجزیه هستند (۱). علاوه بر این عوامل دما نیز مهم است زیرا فعالیت واکنش­های شیمیایی در دماهای بالاتر سریع­تر می باشد. ترکیبات قبل از تجزیه توسط ارگانیسم­ها، باید به صورت محلول درآیند(۲).

زیست تخریب­پذیری می­تواند از چند راه اندازه­گیری شود به طور مثال آزمون­های تنفس­سنجی (Respirometry) می­توانند برای سنجش فعالیت میکروب­های هوازی استفاده شوند. برای این کار ابتدا یک نمونه از مواد زائد جامد در یک ظرف به همراه میکروارگانیسم­ها و خاک قرار داده می­شود، سپس مخلوط هوا­دهی شده و طی دوره­ی چند روزه که میکروارگانیسم­ها نمونه را ذره ذره هضم می­کنند دی­اکسیدکربن تولید می شود. در این شرایط مقدار CO2 حاصله به­ عنوان شاخص تجزیه به­کار می­رود. زیست تخریب­پذیری می­تواند توسط میکروب­های بی­هوازی صورت پذیرد در این صورت میزان گاز متان تولید شده یکی از شاخص­های تجزیه خواهد بود.

در متون علمی، این فرآیند زیست­پالایی  (bio-remediation) نامیده می­شود(۳).

 

زمان تقریبی برای تجزیه ترکیبات در یک محیط دریایی در جدول ذیل آورده شده است(۴).

محصول زمان تجزیه
دستمال توالت ۴-۲ هفته
روزنامه ۶ هفته
هسته­ی سیب ۲ ماه
جعبه­ی مقوایی ۲ ماه
پوشش موم کارتن شیر ۳ ماه
دستکش­های پنبه­ای ۵-۱ ماه
دستکش­های پشمی ۱ سال
تخته سه­لا ۳-۱ سال
میله­های چوبی نقاشی شده ۱۳ سال
کیسه­های پلاستیکی ۲۰-۱۰ سال
قوطی­های حلبی ۵۰ سال
پوشک­های یکبار مصرف ۱۰۰-۵۰ سال
بطری­های پلاستیکی ۱۰۰ سال
قوطی­های آلومینیومی ۲۰۰ سال
بطری­های شیشه­ای نا­معین

 

 

 

مواد شوینده و زیست تخریب پذیری

مواد شوینده از جمله موادی هستند که در راستای افزایش سرعت زیست تخریب پذیری دستخوش تغییر می­شوند. در جوامع پیشرفته، شوینده­های رختشویی بر پایه­ی آلکیل­بنزن­سولفونات خطی هستند زیرا آلکیل­بنزن­سولفونات­های شاخه­دار که در زمان­های قدیم مورد استفاده بوده، به دلیل تجزیه­پذیری بسیار آهسته­شان کنار گذاشته شدند(۵).

4-(5-دودسیل) بنزن¬سولفونات که جزء دو¬دسیل¬بنزن¬سولفونات خطی می¬باشد.

4-(5-دودسیل) بنزن سولفونات که جزء دو دسیل بنزن سولفونات خطی می باشد.

یک آلکیل¬بنزن¬سولفونات شاخه¬دار که در کشورهای توسعه یافته تدریجاً حذف شده است.

یک آلکیل بنزن سولفونات شاخه دار که در کشورهای توسعه یافته تدریجاً حذف شده است.

پلاستیک­ها و زیست تخریب پذیری

پلاستیک­ها با سرعت بسیار متغیری تجزیه می­شوند. لوله­کشی­های بر­پایه­ی PVC خصوصاً برای هدایت فاضلاب انتخاب می­شوند زیرا PVC زیست تخریب پذیری  بسیار آهسته­ای دارد. این در حالی است که استفاده از برخی از مواد پلاستیکی که در محیط زیست به راحتی تجزیه می شوند برای بسته­بندی مواد مختلف در حال گسترش می باشد(۶).  پلیمر­هایی همچون پلی­کاپرولاکتون (polycaprolactone)، پلی­استر­ها و استر­های معطر آلیفاتیک جزء پلیمرهای مصنوعی با سرعت زیست تخریب پذیری بالا هستند. پلی ۳- هیدروکسی­بوتیرات (مشتق شده از پلی­لاکتیک­اسید) و پلی­کاپرولاکتون­های نمونه­های بارزی از این دست مواد می باشند.  سلولز استات و سلولوئید (نیترات سلولز) نیز مثال هایی از پلاستیک­های بر پایه­ی سلولز با سرعت تجزیه بالا می­باشند.

در شرایط کم­اکسیژن، پلاستیک­های زیست تخریب­پذیر آهسته­تر تجزیه می­شوند و مشابه فرآیند تجزیه در سایر مواد آلی، متان تولید می­کنند. این فرآیند تجزیه در یک توده­ی اختصاصی کمپوست تسریع می­شود. پلاستیک­های بر­پایه­ی نشاسته در طول دو تا چهار ماه در یک محفظه­ی کمپوست خانگی تجزیه می­شوند، در حالی­که پلی­لاکتیک­اسید در این شرایط تا حد زیادی تجزیه نمی شود و به دماهای بالاتری نیاز دارد. ترکیبات پلی­کاپرولاکتون و پلی­کاپرولاکتون­های نشاسته­ای کند­تر تجزیه می­شوند اگرچه محتوای نشاسته­ای آن­ها، تجزیه را سرعت می­بخشد، اما این فرآیند چند ماه طول می­کشد.

بسیاری از تولید کنندگان پلاستیک ادعا کرده­اند که پلاستیک­های آن­ها قابلیت کمپوست شدن را دارا هستند آن­ها معمولاً از نشاسته­ی ذرت در ترکیب پلاستیک­هایشان استفاده کرده­اند. هر چند این ادعا­ها زیر سؤال است چرا که طبق تعریف ارائه شده توسط صنعت پلاستیک سازی، قابلیت کمپوست شدن یعنی:

” چیزی که قادر است تحت تجزیه­ی بیولوژیکی قرار گرفته به­ طوری­که مواد حاصل از تجزیه آن با چشم قابل تشخیص نباشند و با یک سرعت سازگار با سرعت تجزیه مواد قابل کمپوست شدن، به دی­اکسید کربن، آب، ترکیبات آلی و بیومس (زیست­توده)  تجزیه شوند.”(۸)

اصطلاح “کمپوست شدن” معمولا برای توصیف زیست تخریب پذیری مواد مورد استفاده برای بسته­بندی به کار برده می­شد. در حالیکه تعاریفی حقوقی برای توانایی کمپوست شدن وجود دارد که طبق آنها فرآیندی که منجر به تولید کمپوست می­شود معرفی شده است. در ذیل چهار معیار ارائه شده توسط اتحادیه­ی اروپا برای تعریف قابلیت کمپوست شدن آمده است:(۱۰ و ۹)

  • ترکیب شیمیایی: باید فلزات سنگین و موادی فرار در آن محدود شده باشد.
  • زیست تخریب پذیری: که عبارت است از تبدیل بیش از ۹۰% ماده به دی­اکسیدکربن و آب توسط عمل میکروارگانیسم­ها در طول ۶ ماه.
  • توانایی تجزیه­پذیری: که عبارت است از خردشدن شدن ۹۰% از توده­ی اصلی به ذراتی که توانایی عبور از غربال ۲ میلی­متری را داشته باشند.
  • کیفیت: که شامل عدم وجود مواد سمی و مواد دیگری که مانع کمپوست شدن می­شوند.
پلی¬لاکتیک¬اسید نمونه¬ای از پلاستیک با سرعت زیست تخریب پذیری  بالا

پلی لاکتیک اسید نمونه ای از پلاستیک با سرعت زیست تخریب پذیری بالا

کپک لجن زرد درحال رشد در یک ظرف حاوی کاغذ مرطوب

کپک لجن زرد درحال رشد در یک ظرف حاوی کاغذ مرطوب

منابع:

  1. Sims, G. K. and A.M. Cupples. 1999. Factors controlling degradation of pesticides in soil. Pesticide Science 55:598–۶۰۱٫
  2. Sims, G.K. (1991). The effects of sorption on the bioavailability of pesticides. London: Springer Verlag. pp. ۱۱۹–۱۳۷٫
  3. “Measuring Biodegradability”, The University of Waikato, June 19, 2008
  4. “Marine Debris Biodegradation Time Line”. C-MORE, citing Mote Marine Laboratory, 1993.
  5. Kurt Kosswig,”Surfactants” in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, 2005, Weinheim. doi:1002/14356007.a25_747
  6. Kyrikou, Ioanna; Briassoulis, Demetres (12 Apr 2007). “Biodegradation of Agricultural Plastic Films: A Critical Review”. Journal of Polymers and the Environment. SpringerLink . 15 (2): 125–۱۵۰٫ doi:1007/s10924-007-0053-8. Retrieved 30 May 2015.
  7. “Microsoft Word – SECTION 6 BIODEGRADABILITY OF PACKAGING WASTE.doc” (PDF). Www3.imperial.ac.uk. Retrieved 2014-03-02.
  8. “Compostable.info”. Compostable.info. Retrieved 2014-03-02.
  9. http://greenplastics.com/wiki/EN_13432
  10. Breulmann et al. “Polymers, Biodegradable” in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry 2012 Wiley-VCH, Weinheim.doi:10.1002/14356007.n21_n01

 

Free WordPress Themes