APPLICATION OF ENZYME TO BIOREMEDIATE WATER FROM ETHYLENE DICHLORIDE AND OIL. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF APPLICATION_OF_ENZYME_TO_BIOREMEDIATE_WATER_FROM_ETHYLENE_DICHLORIDE_AND_OIL.pdf Download (3MB) | Preview

Arabic Abstract

يتناول مشروع الدراسة البحثية (تطبيقات استخدام الإنزيمات لمعالجة المياه حيوياُ من مادة الايثلين دايكولورايد (EDC) والزيت والشحوم الصناعية) امكانية استخدام الانزيمات لتحفيز الكائنات الحية الدقيقة والتي تعيش في المياه الجوفية وذلك لزيادة كفاءتها وذلك لمعاجلة المياه الملوثة بالمواد الهيدروكربونية المذكورة في عنوان الرسالة بدلاُ من استخدام البكتيريا والمعالجة الكيميائية. وقد تم تصميم والتخطيط للتجربة بهدف محاكاة الواقع الفعلي للظروف الجيولوجية والجوية الخاصة بالمياه الجوفية. وقد استخدم في الدراسة ثلاث من المنتجات العالمية المعروفة في مجال المعالجة الحيوية للمياه الملوثة وخاصاً المياه الملوثة بالزيوت البترولية في ضل توافر الكائنات الحية الدقيقة في المياه الجوفية. ويعد المصدر الرئيس لتلوث المياه الجوفية بالزيوت البترولية ومادة الـ(EDC) هو الحوادث الصناعية والتسريبات النفطية خصوصا عن النقل من مكان الى اخر. ومن الملاحظ ان مادة الـ(EDC) عادةً ما تستقر في قاع المياه الجوفية وتكون ملاصقة للأتربة التي تحتوي المياه وذلك بسبب انخفاض نسبة ذوبانها في المياه (0.869 g/100 ml at 20ºC) وارتفاع كثافتها. في حين ان الزيوت البترولية تطفو على سطح الماء بسبب انخفاض كثافتها. تم تصميم التجربة لقياس نسبة تدني المواد الملوثة للمياه عند استخدام ثلاث انواع من الانزيمات التجارية المحفزة للكائنات الحية الدقيقة (كل نوع من الإنزيمات على انفراد) على أن تخضع لثلاث درجات حرارة مختلفة (4 درجات مئوية و 25 درجة مئوية و 37 درجة مئوية). وتحت كل درجة حرارة تم تجهيز مجموعة من العينات والتي كانت تحتوي على جرعات مختلفة من المنتجات الثلاثة (1%، 2%، 4%) من اجمالي حجم انبوب الاختبار)، اضافة الى اخضاع العينات لدرجات مختلفة من الحمضية والقلوية (pH) (4، 7، 10). وقد تم عمل تجربتين الاولى او الرئيسية حيث كانت مدة مراقبة العينات ثمانية اسابع. في حين ان التجربة الثانية (كان الهدف منها تأكيد النتائج وصلاحية اجراءات التحاليل) والتي كانت مدة مراقبة العينات 6 اسابيع. استخدم لتحليل العينات الوسائل النظرية وذلك لمراقبة التغيرات الفيزيائية مثل اللون والرائحة, في حين استخدم جهازي الـ(GC/MS & GC/FID) لمراقبة التدني في مستوى انخفاض الملوثات وذلك بشكل اسبوعي. وقد اظهرت نتائج التجربة قدرة الانزيمات على تخفيف تركيز الملوثات الهدروكربونيه بنسب تتراوح بين 5% (في التجربة الرئيسية) و 7% في التجربة الثانية. وقد كان من اهم النتائج عدم تأثير درجة الحمضية على عملية المعالجة في جميع العينات المستخدمة. كما ان نسبة انخفاض معدل المواد الملوثة كان يعتمد على درجة الحرارة ومقدار الجرعات المستخدمة للمعالجة من الانزيمات. حيث لوحظ انه كلما انخفضت درجة الحرارة وارتفع معدل الجرعة كلما كانت نسبة انخفاض المواد الملوثة أكبر حيث كانت نسبة تدني مستوى المواد الملوثة بمقدار 6% عند درجة حرارة 4 درجات مئوية وجرعة 2 ملل. وعلى العكس في حال ارتفاع درجة الحرارة وانخفاض ألجرعة فعند درجة حرارة 37 درجة مئوية وجرعة 0.5 ملل كانت نسبة انخفاض المواد الملوثة 3%. اما يخص نتائج التجربة الثانية فقد كانت مماثلة في النتائج للتجربة الاولى فيما يخص العينات المحكمة الاغلاق. اما ما يخص العينات الغير مغلقة والتي كانت تحت الظروف الهوائية (aerobic conditions) فقد كانت النتائج معاكسة للنتائج الخاصة بالعينات المغلقة. حيث لوحظ ارتفاع نسبة انخفاض المواد الملوثة عند ارتفاع درجة الحرارة وارتفاع معدل الجرعة حيث كانت نسبة انخفاض الملوثات في درجة حرارة 37 درجة مؤوية وجرعة 2 ملل 33%. وانخفاض معدل نسبة تدني المواد الملوثة (18%) في درجة حرارة الغرفة وفي حال كانت الجرعة 0.5 ملل. ولكن بشكل عام تكون نسبة تدني الملوثات في كلتا الحالتين الخاصة بالعينات المفتوحة هي ضعف افضل حالات الانخفاض في نسبة الملوثات في العينات المغلقة. ومن الملاحظات الهامة هو عدم تغير لون او رائحة العينة مع مرور وقت التجربة. كما لوحظ ان نسبة انخفاض الملوثات في الاسبوعين الاولى من التجربة كانت عالية والتي تصل الى 20% في حين تتدنى في الاسابيع اللاحقة. وبذلك اثبتت الدراسة نجاح وفاعلية مبدأ استخدام الانزيمات كمواد للمعالجة الحيوية بدلاً من استخدام المعالجة الكيميائية. وقد اعطت الدراسة نقطة انطلاق لباحثين في المستقبل لإجراء دراسات اوسع في ضل الظروف الجيولوجية المحيطة بالمياه الجوفية الخاضعة للدراسة اضافة الى بعض التوصيات الخاصة بتحسين اداء الانزيمات عملياً. خرج المشروع في نهاية بالنتائج الرئيسية التالية: 1. اثبت المشروع نجاح استخدام الإنزيمات كوسيط لعملية معالجة المياه من المواد الملوثة (H.C and EDC). وقد خرجت التجربة المعملية بنتائج مشجعة ولكنها تحتاج إلى مزيد من الدراسة والبحث العلمي من قبل العلماء المختصين بالمجال البيئي والشركات العاملة في هذا المجال. 2. يعتر استخدام الإنزيمات كمادة محفزة للكائنات الحية الدقيقة التي تتغذى على المواد الملوثة امن واسلم للبيئة وللصحة العامة، حيث لم تظهر أي مواد أو مخرجات ثانوية مضرة بالبيئة أو الصحة العامة، بالإضافة إلى أن النتائج النهائية أظهرت اتجاه درجة الحمضية إلى الاعتدال بعد أن كانت درجة الحمضية عالية أو منخفظه في بداية التجربة. 3. فعالية الإنزيمات المحفزة للكائنات الحية الدقيقة لمعالجة المياه من المواد الملوثة، تختلف من منتج الى آخر. ويوضح الجدول التالي متوسط نسبة انخفاض المواد الملوثة بنهاية التجربة العلمية في ظل محدودية الأكسجين خلال فترة التجربة: PRODUCT AVERAGE REDUCTION RATE P1 4.4% P2 4.2% P3 4.0% 4. يعتبر توفر الأكسجين وارتفاع درجة الحرارة من أهم العوامل المساعدة على تسريع عملية المعالجة الحيوية للمياه الملوثة.

English Abstract

This project was designed at laboratory scale to study the influence of using three commercial enzymes as a bioremediation tool to treat/ recover ground water from EDC and Oil. The project designed at the laboratory to simulate the real environmental condition of ground water at semi aquifer geological structure. The objective of using enzymes is to increase the bioremediation process to treat ground water from EDC and oil by increasing the activities of the microorganisms which exist in the natural water. EDC and oil contaminate ground water as results of leaching through soil due the industrial accidents which were recorded during the previous 30 years. Due to the low Solubility of EDC in water (0.869 g/100 ml at 20ºC) and its high density, it dominated in the low layers of water and stay for long time before it treated naturally. On the other hand, oil take also long time for natural remediation. The project/ main experiment were monitored for 8 weeks while the confirmation experiment was monitored for 6 weeks. Several parameters were monitored physically such as color and odor, while the peak areas of EDC and oil were analyzed on weekly basis by means of the GC/MS and GC/FID. Results showed that the influence of enzymes to enhance the reduction rate of the EDC, oil was promising. Two experiments conducted during the project, the 1st experiment was conducted to test the reduction rate of the EDC and oil in the presence of the three products under the designed conditions, while the 2nd experiment was conducted at lower scale to confirm the results of the main experiment. The scope of the 2nd experiment was to test the reduction rate of the EDC only under two temperatures i.e. 25°C and 37°C. As a result of the two experiments, the overall average reduction rate of the three environmental conditions was about 5% for the main experiment and 7% for the confirmation experiment at the same environmental conditions. The reduction rate of the pollutants at the 1st two weeks was high comparing with the subsequent weeks, where it reach in some times 15%- 20 % from the initial concentration. The concentration of the pollutants increased again due the breakdown of the pollutants component. One of finding is the formation of EDC layer at the bottom of the test tubes under the water and oil layers, this finding lead to a result that the EDC will settle at the bottom layers of earth crust (soil). The physical properties of the sample i.e. color, odor did not change due to the introduction of the enzymes which means it is safer than the use of the chemical products. The pH of water was slightly moved from the acidic and bases situation to the neutral pH, which means that the enzymes help to neutralize the water pH. The effect of pH was not significant on the reduction rate of the pollutant, this result is not in line with the results of the previous studies. The results of the main experiments where the test tubes were sealed show that as the temperature and dose of the enzyme decreased as the reduction rate increase. The reduction rate at (4 °C, and 0.5 ml) was 6%, while at (37 °C and 2 ml), the reduction rate was 3% and the reduction rate was 5% at 25 °C and 1 ml dosage of enzyme. For the confirmation experiment where the test tubes were also sealed, the average reduction rate were between 3% and 5% also for the same conditions of the main experiment, however the reduction rate of the open test tubes were high comparing with the closed test tubes (between 18% and 37%). The reduction rate of the sample at 37 °C and 2 ml was 33%, while the average reduction rate of samples at 25 °C and with the same dose was 18%. The availability of the microorganisms was tested at the beginning of the two experiment and at the end of the experiment, and it shows that microorganisms are available at the beginning and at the end of the experiment. The study provided some recommendation to enhance the research on the bioremediation of water by means of enzymes rather than Bacteria. Finally by the end of the project, the following points were founded: 1. The project proved that the concept of using enzymes for the water treatment is a valid concept and it requires more studies from scientists and industries. The concept shows promising results need which require more improvements. 2. The use of enzymes is safer for environment since there are no consequences or byproduct as result of the treatment and recovery process and acceptable from human since there is no introduction of any more artificial products to treat the sources of drink and irrigation. 3. The efficiency of enzymes to treated water from tested pollutants (H.C and EDC) defer from product to the other, also it depends on the presence of Oxygen. The following table shows the overall reduction rate of pollutants in the tested samples under anaerobic conditions: PRODUCT AVERAGE REDUCTION RATE P1 4.4% P2 4.2% P3 4.0% 4. The presence of oxygen (aerobic conditions), and as the temperature increase leads to speed up the process of treating water from the pollutants.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Environmental
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Geosciences
Committee Advisor:	Al-Thukair, Assad Ahmed
Committee Members:	Chanbasha, Basheer and Al Hoashani, Khalid
Depositing User:	JABER MUHA ABDALLAH (g199325960)
Date Deposited:	16 Jan 2014 11:22
Last Modified:	01 Nov 2019 15:40
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139073