نام پژوهشگر: داوود بی ریا
پیمان دریکوند زهرا اعتمادی فر
سوخت های حاصل از نفت، حاوی انواع ترکیبات آلی سولفوردار هستند که در هنگام سوختن آن ها، ترکیبات سمی سولفور دی اکسید تولید و منجر به ایجاد آلودگی اتمسفر و خاک می شود.طی مرحله هیدرودسولفوریزاسیون نفت خام در پالایشگاه برای حذف سولفور، ترکیبات آلی سولفوردار از جمله دی بنزوتیوفن (dbt)، بدون تغییرباقی می مانند. ترکیب dbt اغلب به عنوان یک مدل برای انجام آزمایش های سولفورزدایی زیستی استفاده می شود. اهداف این پایان نامه مشتمل بر ایموبیلیزه کردن رودوکوکوس اریتروپولیس سویه r1 با استفاده از کلسیم آلژینات و نانومگنت، بررسی راهکار های افزایش قدرت سولفورزدایی سلول های ایموبیلیزه و همچنین جداسازی میکروارگانیسم های جدید با توانایی تبدیل dbt به 2- هیدروکسی بی فنیل (2-hbp) می باشد. ایموبیلیزاسیون سویه r1 از طریق کلسیم آلژینات انجام گرفت و تاثیر فاکتور های مختلف شامل قطر کپسول های آلژینات، غلظت آلژینات، سورفکتانت های غیر یونی و همچنین تاثیر نانو گاما اکسید آلومینیوم بر میزان سولفورزدایی در طراحی آزمایش به روش تاگوچی بررسی گردیدند. آزمایش های طراحی شده در این حالت، در محیط دو فازی انجام گرفت و میزان مصرف dbt و تولید 2-hbp از طریق hplc آنالیز شد. تاثیر فاکتور ها بر سولفورزدایی به صورت زیر به دست آمد: نانو اکسید آلومینیوم < سورفکتانت < اندازه دانه های آلژینات < غلظت آلژینات. همچنین مورفولوژی سطح و برش عرضی دانه های آلژینات و جذب نانو ذرات اکسید آلومینیوم در سطح سلول ها، از طریق میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مطالعه شد و درصد سلول های زنده (viability) محصور در کپسول های آلژینات بوسیله فلوسیتومتری اندازه گیری شد و مشخص شد که درصد باکتری های زنده پس از چهار مرحله واکنش، 74% بود. علاوه بر این، از کوفاکتور های nad و fad در جلوگیری از کاهش قدرت سولفورزدایی سلول های ایموبیلیزه در استفاده های مکرر استفاده شد. تولید نانو مگنت به دو روش شیمیایی مختلف انجام گرفت و ویژگی های مغناطیسی و مورفولوژیکی آن ها بوسیله آزمایش هایی همچون طیف نگاری تفرق اشعه ایکس (xrd) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (tem) مورد بررسی قرار گرفت. نانو-مگنت مناسب، جهت انجام ایموبیلیزاسیون مورد استفاده قرار گرفت و فاکتور های موثر بر سولفورزدایی، جهت طراحی آزمایش انتخاب شد. طراحی آزمایش باکس-بنکن بر پایه روش سطح-پاسخ (rsm) انجام پذیرفت و آزمایش های طراحی شده، در محیط دو فازی انجام گرفت. میزان مصرف dbt و تولید 2-hbp از طریق gc-fid اندازه گیری شد. حداکثر تولید 2-hbp در غلظت mm dbt 76/6 و دمای 63/29 و 84/6 ph به دست آمد. علاوه بر ایموبیلیزاسیون سویه r1 به دو روش ذکر شده، جداسازی میکرو ارگانیسم های سولفورزدا جهت دستیابی به سویه های میکروبی جدید با توان تولید 2-hbp از dbt انجام گرفت. دو سویه باکتریایی از خاک های آلوده به نفت و گازوئیل مناطق مختلف ایران جداسازی شد و در پایگاه اطلاعاتی ncbi به عنوان سویه جدید به نام های رودوکوکوس اریتروپولیس pd1 با شماره دسترسی jx625154 و پانی باسیلوس والیدوس pd2 با شماره دسترسی kc161368 ثبت گردیدند. فاکتور های موثر بر میزان سولفورزدایی سویه های جدید به روش یک فاکتور در هر زمان، انتخاب شده و از طریق طراحی آزمایش باکس-بنکن، تاثیر هر فاکتور در حالت رشد (محیط آبی) و حالت استفاده از بیومس سلولی (محیط دو فازی)، بر میزان سولفورزدایی و همچنین بر سایر فاکتور ها مورد ارزیابی قرار گرفت. آنالیز های سویه pd1 از طریق hplc و آنالیز های سویه pd2 از طریق gc-fid انجام شد. بهینه دما، ph و غلظت dbt در سولفورزدایی سویه pd1 به ترتیب 37/26، 72/6 و 37/7 و برای سویه pd2 به ترتیب 73/27، 62/6 و 86/7 به دست آمد. در بخش بیوانفورماتیک، مدل سه بعدی آنزیم dszc (آنزیم کلیدی مسیر 4s در سولفورزدایی از dbt) پیش بینی شد و با استفاده از نرم افزار mvd، جهش های نقطه ای در ساختار آنزیم، جهت افزایش میزان هدروفوبیسیته انجام گرفت. نتایج حاصل نشان داد که با اعمال این موتاسیون ها می توان به آنزیم با قابلیتهای بهتر در سولفور زدایی از dbt در محیط دو فازی دست یافت. سلول های ایموبیلیزه شده به دو روش استفاده از کلسیم آلژینات و نانو مگنت و همچنین سویه های باکتریایی جداسازی شده، می توانند کاندیدا های مناسبی جهت سولفورزدایی از نفت خام هیدرودسولفوریزه شده در پالایشگاه محسوب شوند.
راضیه برین سعود بهشتی
آلودگی های ایجاد شده توسط هیدروکربن های نفتی در محیط های خاکی و آبی، پدیده رایجی است که مشکلات عمده ای برای محیط زیست و اجتماع ایجاد می کنند. برای اجرای زیست پالایی خاک های آلوده نفتی به عنوان یکی از روش های موثر و به صرفه، به میکروارگانیسم هایی با توانایی بالا برای تولید بیوسورفکتانت و نیز تجزیه زیستی ترکیبات نفتی نیاز است. بدین منظور نمونه های خاک آلوده به نفت از پالایشگاه اصفهان برای جداسازی میکروارگانیسم های مناسب تهیه گردید.هجده گونه باکتری از این نمونه ها جداسازی شد و قابلیت تولید بیوسورفکتانت این گونه ها و تجزیه زیستی هیدروکربن های نفت سفید(کروسین) در محیط مایع و در شرایط کشت خالص باکتریایی مورد بررسی قرار گرفت. برای مطالعه تجزیه زیستی هیدروکربن ها از آنالیز gc (کروماتوگرافی گازی) استفاده شد و قابلیت تولید بیوسورفکتانت آن ها با اندازه گیری کشش سطحی و شاخص امولسیفیکاسیون انجام پذیرفت. نتایج نشان داد که همگی این سویه ها مولد بیوسورفکتانت و قادر به مصرف هیدروکربن های نفت سفید به عنوان منبع کربن و انرژی بودند. با توجه به نتایج به دست آمده از میان سویه های جداشده، شش سویه به نام های b وs و e و hو l و n که توانایی بالایی در تخریب زیستی سریع نفت سفید و کاهش کشش سطحی داشتند، به عنوان سویه های مناسب برای ادامه آزمایشات انتخاب شدند. در مرحله بعد شناسایی مولکولی سویه های منتخب انجام شد و نتایج نشان داد که این سویه ها از نوع سودوموناس آئروژینوزا و باسیلوس سابتیلیس می باشند. سپس در بخش طراحی آزمایشات جهت فرآیند زیست پالایی خاک آلوده به نفت خام در بیوراکتور دوغابی (که با توجه به مزایای این بیوراکتور نسبت به سایرین و با توجه به امکانات موجود، این نوع بیوراکتور برای انجام آزمایشات در نظر گرفته شد)، اثر دور همزن، زمان ماند، مقدار تلقیح و محتوی جامد بر درصد کاهش میزان کل هیدروکربن های نفتی موجود در بیوراکتور، توسط روش طراحی عاملی جزئی و کامل با نرم افزار minitab بررسی گشت. نتایج نشان داد به غیر از پارامتر محتوی جامد سایر عامل ها مهم می باشند و مخلوط این سویه ها قابلیت بالایی در تصفیه زیستی خاک و کاهش میزان کل هیدروکربن های نفتی تا 81% را در طی مدت 7 روز دارند و بنابراین می توان از آن ها برای زیست پالایی خاک های آلوده نفتی در محیط زیست استفاده نمود.
حمیده خواجه پور سید شهاب الدین آیت اللهی
ازدیاد برداشت میکروبی نفت یک روش اقتصادی، موثر و سازگار با محیط زیست است که برای برداشت نفت از مخزن مورد استفاده قرار می گیرد. مکانیسم های موثر در ازدیاد برداشت نفت در نتیجه فعالیت باکتری در مخازن عبارتند از: کاهش کشش بین سطحی (کاهش فشار مویینگی)، تغییر ترشوندگی، تولید گاز یا حلال، بستن انتخابی مسیرهای با تراوایی بالاتر، شکستن مولکول های سنگین نفتی و کاهش ویسکوزیته. در این میان، ترشوندگی یکی از مهمترین عوامل در بازیافت نفت است زیرا ترشوندگی یک محیط متخلخل از فاکتورهای اصلی کنترل کننده مکان نسبی جریان و توزیع سیالات به شمار رفته و بر کلیه خواص اساسی آن از قبیل فشار مویینگی، تراوایی نسبی، رفتار سیلاب زنی مخزن، خواص الکتریکی و مقدار آب و نفت باقی مانده در مخزن اثر می گذارد. بنابراین تأثیر باکتری بر سطح و بررسی مکانیسم های تغییر ترشوندگی توسط باکتری و اثر پارامترهای مختلف بر آن یکی از مسائل مهم و موثر در فرآیند ازدیاد برداشت میکروبی نفت است. میکرومدل های شیشه ای به عنوان نمونه های شبیه سازی شده سنگ مخزن در بررسی مکانیسم های موجود در محیط های متخلخل، جهت بهبود دانش محققان در مورد رفتار سیال های گوناگون درون سنگ مخزن کاربرد وسیعی را به خود اختصاص داده اند. بررسی ها با استفاده از یک گونه انتروباکتر جدا شده از خاک آلوده مخازن نفتی با قابلیت تحمل دما و شوری بالا و تولید بیوسورفکتانت در میکرومدل های شیشه-ای صورت گرفته اند. نفت دوستی پایدار میکرومدل ها با استفاده از روش زمان دهی با نفت خام حاصل شده و تأثیر تغییر ترشوندگی بر ازدیاد برداشت نفت، توزیع میکروسکوپی سیالات در میکرومدل و همچنین اثر آن بر نمودارهای تراوایی نسبی مورد مطالعه قرار گرفته است. میکرومدل مجهز به یک دوربین و یک دستگاه دیجیتال اندازه گیری فشار بوده و تصاویر تهیه شده در مراحل مختلف آزمایش با هدف تعیین میزان اشباعیت آب و نفت باقی مانده با استفاده از زبان برنامه نویسی labview آنالیز شدند. نتایج حاصل از تصاویر میکروسکوپی و همچنین میزان برداشت نفت که با نتایج تراوایی نسبی نمونه نیز مطابقت داشتند تغییر ترشوندگی مدل های نفت دوست را به سمت آب دوستی نشان دادند. این نتایج، ازدیاد برداشت را در مدل های نفت دوست توسط محلول باکتریایی تا %127 و در آزمایش تزریق بیوسورفکتانت فاقد سلول تا %10 نشان دادند. سطوح آب دوست در مجاورت باکتری و محصولات آن ها تغییر ترشوندگی چشمگیری از خود نشان ندادند. با توجه به بیشتر بودن میزان تغییر ترشوندگی و میزان ازدیاد برداشت نفت مدل های نفت دوست در حضور سلول های باکتری، چسبیدن باکتری و تشکیل بیوفیلم به عنوان مکانیسم غالب تغییر ترشوندگی سطح شیشه نفت دوست عنوان شد.
سید وحید نیک نژاد اکرم زمانی
در تولید فرآورده های زیستی با ارزش افزوده پایین، انتخاب یک سوبسترای ارزان قیمت که دارای بازده بالایی از محصول باشد، می تواند قیمت تمام شده محصول را تا حد زیادی کاهش دهد. در این تحقیق فرآیند تولید صمغ زانتان توسط دو سویه زانتوموناس پلارگونی ptcc1474 و زانتوموناس کمپستریس ptcc1473 با استفاده از سوبستراهای مختلف بررسی شده است. به این منظور با انجام آزمایش های رگرسیون، تاثیر متغیرهای نوع سوبسترا (نشاسته هیدرولیز شده و گلوکز)، نوع سویه (زانتوموناس پلارگونی و زانتوموناس کمپستریس)، غلظت سوبسترا ( g/l 20، 30 و 40) و زمان محصول گیری (24، 48 و 72 ساعت) مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد نوع سویه، غلظت سوبسترا و زمان محصول گیری عوامل بسیار موثر بر تولید بوده ولی نوع سوبسترا تاثیر چندانی بر میزان تولید زانتان ندارد. همچنین با انجام آزمایش های بهینه سازی برای هر دو سویه، مقدار منابع کربن (نشاسته هیدرولیز شده، نشاسته میوه بلوط)، منبع نیترژن و فسفر با استفاده از روش پاسخ سطح باکس-بنکن بهینه شد. برای منبع کربن آب پنیر نیز منبع فسفر و منیزیم با استفاده از روش پاسخ سطح باکس-بنکن بهینه شد. برای سویه زانتوموناس کمپستریس سطوح بهینه g/l21/53 منبع کربن (نشاسته هیدرولیز شده)، g/l50/8 منبع نیتروژن و g/l10 منبع فسفر، برای تولید g/l 88/9 صمغ زانتان و همچنین برای سویه زانتوموناس پلارگونی سطوح بهینه g/l70 منبع کربن (نشاسته هیدرولیز شده)، g/l17/8 منبع نیتروژن و g/l10 منبع فسفر برای تولید g/l 98/9 صمغ زانتان توسط نرم افزار به دست آمد. در یک فرمانتور 5 لیتری با دور همزن rpm400 و %60 هوادهی، غلظت های g/l40 منبع کربن (نشاسته هیدرولیز شده)، g/l4 منبع نیتروژن و g/l10 منبع فسفر، g/l 3/16 از صمغ زانتان تولید شد. برای سویه زانتوموناس کمپستریس سطوح بهینه g/l100 منبع کربن (نشاسته میوه بلوط)، g/l3 منبع نیتروژن و g/l5 منبع فسفر جهت تولید g/l 93/19 صمغ زانتان و برای سویه زانتوموناس پلارگونی سطوح بهینه g/l100 منبع کربن (نشاسته میوه بلوط)، g/l12 منبع نیتروژن و g/l5 منبع فسفر جهت تولید g/l 07/19 صمغ زانتان بدست آمدند. برای سویه زانتوموناس کمپستریس سه سطح بهینه g/l03/68 منبع کربن (آب پنیر)، g/l09/13 منبع فسفر و g/l25/1منبع منیزیم جهت تولید g/l 67/16 صمغ زانتان و همچنین برای سویه زانتوموناس پلارگونی سه سطح بهینه g/l75/79 منبع کربن (آب پنیر)، g/l33/5 منبع فسفر و g/l62/0 منبع منیزیم جهت تولید g/l 80/12 صمغ زانتان به دست آمد. به منظور استفاده مجدد از سلول ها، ابتدا تثبیت سلولی برای هر دو سویه با استفاده از کلسیم آلژینات بررسی شد. سپس برای بهبود تثبیت سلولی از روش تثبیت تلفیقی از دو ماده کلسیم آلژینات و پلی وینیل الکل استفاده شد. تولید صمغ زانتان توسط سلول های تثبیت شده و با استفاده از دو سوبسترای گلوکز و نشاسته هیدرولیز شده بررسی شد. دانه های به دست آمده از روش تثبیت تلفیقی از استحکام مکانیکی بسیار بالاتری برخوردار بوده و در تعداد چرخه بیشتری قابل استفاده بودند. همچنین سلول های تثبیت شده به روش تلفیقی دارای بازده تولید زانتان بسیار بالاتری نسبت به سلول های تثبیت شده در کلسیم آلژینات بودند.
آرزو رنجبر داوود بی ریا
تمیز کردن مخازن ذخیره نفت خام از رسوبات نفتی یکی از چالش های عمومی در صنایع نفت می باشد. جهت رفع این مشکل روش های مختلف مکانیکی، شیمیایی، حرارتی و یا تلفیقی از آن ها به کار برده شده است. هزینه های بالا، ایمنی پایین و شرایط عملیاتی دشوار در اغلب این روش ها، انگیزه ای برای یافتن راه حل های مناسب تر برای این مسئله می باشد. به عنوان نمونه می توان کاربرد میکروارگانیسم های مناسب و متابولیت های آن ها را به عنوان راه حلی جایگزین در نظر گرفت که در پژوهش حاضر مورد مطالعه قرار گرفته است. نمونه لجن نفتی که از مخازن پالایشگاه کرمانشاه تهیه شده بود با اعمال حرارت در کف ارلن های آزمایشگاهی تثبیت گردید. بوشنل- هاس ، محیط کشت حاوی نمک های معدنی به ارلن ها افزوده گردید و از مجموعه ی 6 نمونه باکتری که همگی از خاک های آلوده نفتی جدا شده بودند تلقیح صورت گرفت. این باکتری ها قابلیت بالایی را در تجزیه ی زیستی هیدروکربن ها و تولید بیوسورفکتانت از خود نشان داده بودند. شرایط عملیاتی مختلفی مانند سرعت هم زدن، نسبت باکتری تلقیح شده به وزن رسوب و زمان انکوباسیون، با روش رویه سطح پاسخ بهینه سازی گردید. زمان ماند به عنوان تأثیرگذارترین فاکتور شناخته شد. شرایط بهینه ی آزمایشات، برای سرعت هم زدن، میزان باکتری تلقیح شده و زمان ماند به ترتیب معادل rpm 190، cells/10gr sludge 107 و 15 روز، تعیین گردید. نتایج نشان داد که مجموعه میکروبی مورد استفاده در شرایط بهینه به کار رفته در آزمایشات، به طور کامل رسوب نفتی را از کف فلاسک جدا می کند. مقدار کاهش وزن رسوب حداقل معادل 10 درصد وزن اولیه مشاهده می شود. در نهایت سیستمی در مقیاس پایلوت طراحی شد و به منظور ایجاد اختلاط و هوادهی مناسب برای رشد و اثر گذاری میکروارگانیسم ها بر رسوبات مذکور، مقدمات لازم فراهم گردید. در این سیستم، هوادهی و سیرکولاسیون، توسط پمپی صورت می گرفت. کشش سطحی نهایی محیط کشت برابر 8/42 میلی نیوتن بر متر و میزان جداسازی و حذف در پایان دوره ی 21 روزه، معادل 5/61 % وزن اولیه، گزارش گردید. مکانیزم های غالب در حذف و جداسازی رسوب، در هم چنین سیستمی به تأثیر هم زمان، بیوسورفکتانت های تولیدی و تجزیه زیستی هیدروکربن ها توسط باکتری ها و تنش برشی، مربوط می شود.