مروری بر کارایی پلاسمای تخلیه و جلبک ها برای تصفیه پسماند

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه بیوتکنولوژی، دانشکده علوم و فناوری‌های همگرا، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 گروه بیوتکنولوژی، دانشکده علوم و فناوری‌های همگرا، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران،

چکیده
هدف: با توجه به بحران آب، توسعه فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته و نوآورانه پاک، برای تجزیه انواع ترکیبات آلی مضر در فاضلاب، به موضوع اصلی بسیاری از گروه‌های تحقیقاتی تبدیل‌شده­است. درواقع افزایش مداوم غلظت آنتی‌بیوتیک‌ها در محیط ‌زیست به­دلیل سمی­بودن و ماندگاری آن‌ها یک خطر بالقوه جدی است. متأسفانه، روش‌های تصفیه مرسوم، مانند روش‌های مورداستفاده در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب، برای تصفیه پساب‌های آنتی‌بیوتیکی، کارآمد نیستند. اخیراً فنّاوری‌هایی برپایه جلبک‌ها و همچنین پلاسمای تخلیه سرد مطالعه و توسعه داده شده­اند. دلیل توجه این فرآیندها، هزینه کم انرژی و کارکرد آسان آنها بوده است.
مواد و روش‌ها: در این مقاله مروری، مکانیسم‌های جذب زیستی، تجمع زیستی و تجزیه زیستی با استفاده از کنسرسیوم جلبک-باکتری ها برای حذف آنتی‌بیوتیک‌ها، ادغام جلبک‌ها با سایر میکروارگانیسم‌ها و تأثیر عوامل مختلف بر اثربخشی آلودگی‌زدایی توسط پلاسمای تخلیه موردبررسی قرارگرفته است. علاوه بر آن مکانیسم‌های تولید و واکنش ترکیبات فعال در دستگاه‌های پلاسمای تخلیه، پتانسیل و طراحی رآکتور در مقیاس آزمایشگاهی، ترکیب پلاسمای تخلیه برای آلودگی‌زدایی با سایر فرآیندها، پس‌وپیش از تصفیه به همراه استفاده از جلبک‌ها به‌عنوان پیش ساز برای تولید و اصلاح بیوچار با مواد دیگر برای بهبود ظرفیت حذف آنتی‌بیوتیک‌ها بیشتری قرارگرفته است.
نتایج،: نتایج نشان می دهد استفاده از فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته و مهندسی ژنتیک برای افزایش ظرفیت تجزیه آنتی‌بیوتیکی و دستگاه‌های بیوالکتروشیمیایی از اهمیت بسیاری برخوردار است.
نتیجه‌گیری: تاکنون پیشرفت های قابل توجهی در فنّاوری‌های حذف آنتی‌بیوتیک‌ها باواسطه جلبک‌ها به همراه پلاسمای تخلیه سرد حاصل شده است و بینش‌های جدیدی را برای کاهش آلودگی پسماند در محیط‌های آبی به وجود آورده است. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

A review of the efficiency of discharge plasma and algae for wastewater treatment

نویسندگان English

Bahareh Nowruzi 1
Nedasadat SafarabadiFarahani 1
Mohammad Jabari 2
1 Department of Biotechnology, Faculty of Converging Sciences and Technologies, Islamic Azad University Science and Research Branch, Tehran, Iran
2 Department of Biotechnology, Faculty of Converging Sciences and Technologies, Islamic Azad University Science and Research Branch, Tehran, Iran
چکیده English

Owing to the water crisis, the development of innovative and clean advanced oxidation processes to decompose a variety of harmful organic compounds in wastewater has become the main challenge for many research teams. In fact, continuous increasing concentrations of antibiotics in the environment is a serious potential hazard due to their toxicity and persistence. Unfortunately, conventional treatment techniques, such as those utilized in wastewater treatment plants, are not efficient for the treatment of wastewater containing antibiotics. Recently, technologies based on algae as well as cold discharge plasma are among the processes that have been widely studied and developed due to their low energy cost and easy operation. In this review article, the mechanisms of bioabsorption, bioaccumulation and biodegradation using algae-bacteria consortia to remove antibiotics, the integration of algae with other microorganisms, and the effect of various factors on the effectiveness of decontamination by discharge plasma have been investigated. In addition, the production and reaction mechanisms of active compounds in discharge plasma systems, the potential and design of the laboratory-scale reactor, the combination of discharge plasma for decontamination with other processes, post- and pre-treatment along with the use of algae as a precursor for the production and modification of biochar With other materials to improve the removal capacity of a more attention hass in algae-mediated antibiotic removal technologies with cold plasma and provides insights for reducing waste consumption in aquatic environments.

کلیدواژه‌ها English

Cold discharge plasma
algae
waste treatment
water crisis
harmful organic compounds
نجفی، ی.، نوروزی، ب.، ساری، ا.ح. (1402). مقالۀ ترویجی: مروری بر کارایی ترکیبی فناوری پلاسما و سیانوباکتری‌ها در حذف فلزاتی چون روی، کلسیم و منزیم. فیزیک کاربردی ایران.
 
نوروزی، ب.، هاشمی، ن. (1402). مروری بر اثرات ضد میکروبی نانوذرات و فناوری پلاسمای سرد اتمسفر. مجله دانشکده پزشکی اصفهان.
 
Chabi, N., Baghdadi, M., Sani, A.H., Golzary, A. and Hosseinzadeh, M., 2020. Removal of tetracycline with aluminum boride carbide and boehmite particles decorated biochar derived from algae. Bioresource Technology316, p.123950.
 
Chen, S., Yuan, M., Feng, W., Liu, W., Zhang, W., Xu, H., Zheng, X., Shen, G., Guo, C. and Wang, L., 2020. Catalytic degradation mechanism of sulfamethazine via photosynergy of monoclinic BiVO4and microalgae under visible-light irradiation. Water Research185, p.116220.
 
Dalvi-Isfahan, M. and Mahmoodi-Eshkaftaki, M., 2024. Potential applications of atmospheric-pressure dielectric barrier discharge cold plasma for fruit preservation: Advantages, effects on quality characteristics, and limitations. Innovative Food Science & Emerging Technologies, p.103675.
 
Du, C., Zhang, Z., Yu, G., Wu, H., Chen, H., Zhou, L., Zhang, Y., Su, Y., Tan, S., Yang, L. and Song, J., 2021. A review of metal organic framework (MOFs)-based materials for antibiotics removal via adsorption and photocatalysis. Chemosphere272, p.129501.
 
Fan, J., Wu, H., Liu, R., Meng, L. and Sun, Y., 2021. Review on the treatment of organic wastewater by discharge plasma combined with oxidants and catalysts. Environmental Science and Pollution Research28(3), pp.2522-2548.
 
Feng, H., Sun, C., Zhang, C., Chang, H., Zhong, N., Wu, W., Wu, H., Tan, X., Zhang, M. and Ho, S.H., 2022. Bioconversion of mature landfill leachate into biohydrogen and volatile fatty acids via microalgal photosynthesis together with dark fermentation. Energy Conversion and Management252, p.115035.
 
Fu, X., Wang, H., Bai, Y., Xue, J., Gao, Y., Hu, S., Wu, T. and Sun, J., 2020. Systematic degradation mechanism and pathways analysis of the immobilized bacteria: Permeability and biodegradation, kinetic and molecular simulation. Environmental Science and Ecotechnology2, p.100028.
 
Gupta, C. and Prakash, D., 2020. Novel bioremediation methods in waste management: Novel bioremediation methods. In Waste management: concepts, methodologies, tools, and applications (pp. 1627-1643). IGI Global.
 
Gupta, R.K., Guha, P. and Srivastav, P.P., 2024. Effect of cold plasma treatment and plasma‐activated water on physicochemical and structural properties of starch: A green and novel approach for environmental sustainability. Plasma Processes and Polymers21(4), p.2300204.
 
Jiang, B., Zheng, J., Qiu, S., Wu, M., Zhang, Q., Yan, Z. and Xue, Q., 2014. Review on electrical discharge plasma technology for wastewater remediation. Chemical Engineering Journal236, pp.348-368.
 
 
Kiki, C., Rashid, A., Wang, Y., Li, Y., Zeng, Q., Yu, C.P. and Sun, Q., 2020. Dissipation of antibiotics by microalgae: kinetics, identification of transformation products and pathways. Journal of hazardous materials387, p.121985.
 
Leng, L., Li, W., Chen, J., Leng, S., Chen, J., Wei, L., Peng, H., Li, J., Zhou, W. and Huang, H., 2021. Co-culture of fungi-microalgae consortium for wastewater treatment: A review. Bioresource technology330, p.125008.
 
Liang, Y., Zheng, L., Yang, Y., Zheng, X., Xiao, D., Ai, B. and Sheng, Z., 2024. Dielectric barrier discharge cold plasma modifies the multiscale structure and functional properties of banana starch. International Journal of Biological Macromolecules264, p.130462.
 
Li, S., Show, P.L., Ngo, H.H. and Ho, S.H., 2022. Algae-mediated antibiotic wastewater treatment: a critical review. Environmental Science and Ecotechnology9, p.100145.
 
Li, S., Zhang, C., Li, F., Hua, T., Zhou, Q. and Ho, S.H., 2021. Technologies towards antibiotic resistance genes (ARGs) removal from aquatic environment: a critical review. Journal of Hazardous Materials411, p.125148.
 
Lin, Y.C., Ho, S.H., Zhou, Y. and Ren, N.Q., 2018. Highly efficient adsorption of dyes by biochar derived from pigments-extracted macroalgae pyrolyzed at different temperature. Bioresource technology259, pp.104-110.
 
Luo, Y., Le-Clech, P. and Henderson, R.K., 2017. Simultaneous microalgae cultivation and wastewater treatment in submerged membrane photobioreactors: a review. Algal Research24, pp.425-437.
 
Nguyen, H.T., Yoon, Y., Ngo, H.H. and Jang, A., 2021. The application of microalgae in removing organic micropollutants in wastewater. Critical Reviews in Environmental Science and Technology51(12), pp.1187-1220.
 
Peng, J., Cao, K.L., Lv, S.B., Hu, Y.X., Lin, J., Zhou, Q.Z. and Wang, J.H., 2023. Algal strains, treatment systems and removal mechanisms for treating antibiotic wastewater by microalgae. Journal of Water Process Engineering56, p.104266.
 
Rabello, V.M., Teixeira, L.C.R.S., Gonçalves, A.P.V. and de Sá Salomão, A.L., 2019. The efficiency of constructed wetlands and algae tanks for the removal of pharmaceuticals and personal care products (PPCPs): a systematic review. Water, Air, & Soil Pollution230(10), p.236.
 
Seifi, G., Nowruzi, B. and Bagheri, F., 2024. The effect of dielectric barrier discharge plasma treatment on Dulcicalothrix alborzica (Nostocales, cyanobacteria) under lead stress. Bioremediation Journal, pp.1-14.
 
Silva, A., Delerue-Matos, C., Figueiredo, S.A. and Freitas, O.M., 2019. The use of algae and fungi for removal of pharmaceuticals by bioremediation and biosorption processes: a review. Water11(8), p.1555.
 
Song, K., Wang, H., Jiao, Z., Qu, G., Chen, W., Wang, G., Wang, T., Zhang, Z. and Ling, F., 2022. Inactivation efficacy and mechanism of pulsed corona discharge plasma on virus in water. Journal of hazardous materials422, p.126906.
 
Stratton, G.R., Bellona, C.L., Dai, F., Holsen, T.M. and Thagard, S.M., 2015. Plasma-based water treatment: Conception and application of a new general principle for reactor design. Chemical Engineering Journal273, pp.543-550.
 
Vertongen, R., De Felice, G., van den Bogaard, H., Gallucci, F., Bogaerts, A. and Li, S., 2024. Sorption-enhanced dry reforming of methane in a DBD plasma reactor for single-stage carbon capture and utilization. ACS Sustainable Chemistry & Engineering12(29), pp.10841-10853.
 
Wang, W., Sha, J., Lu, Z., Shao, S., Sun, P., Hu, Q. and Zhang, X., 2018. Implementation of UV-based advanced oxidation processes in algal medium recycling. Science of The Total Environment634, pp.243-250.
Zeghioud, H., Nguyen-Tri, P., Khezami, L., Amrane, A. and Assadi, A.A., 2020. Review on discharge Plasma for water treatment: Mechanism, reactor geometries, active species and combined processes. Journal of Water Process Engineering38, p.101664.
 
Zhang, C., Li, S. and Ho, S.H., 2021. Converting nitrogen and phosphorus wastewater into bioenergy using microalgae-bacteria consortia: a critical review. Bioresource technology342, p.126056.