آلودگی فلزات سنگین یک تهدید بزرگ زیست¬محیطی در سراسر جهان می باشد. در میان فلزات سنگین، فلز سرب از نظر انتشار، گسترده ترین عنصر سنگین و سمی در محیط زیست است. این آلاینده از منابع طبیعی و زمین¬زاد از قبیل سنگ ها و کانی های فلزدار و منابع انسان¬زاد مانند، کشاورزی، معدنکاری، صنایع باتری سازی، رنگ کاری و... نشأت می گیرند. در این پژوهش به منظور بررسی آلودگی سرب با منشأ زمین¬زاد و انسان¬زاد و همچنین با هدف پاکسازی زیستی سرب با استفاده از باکتری¬های بومی منطقه، نمونه برداری از منابع آب زیر¬زمینی و پساب صورت گرفت. نمونه های انسان¬زاد از کارخانجات باتری¬سازی اتومبیل و صنایع رنگ و لعاب برداشت¬شد، زیرا قسمت عمده پساب این صنایع آلوده به سرب می¬باشد. نمونه های زمین¬زاد از منطقه معدنی تاریک دره تربت¬جام برداشت¬شد. منطقه اکتشافی تاریک دره در 30 کیلومتری شمال¬غرب تربت جام استان خراسان¬رضوی قرار دارد. در این مطالعه به منظور بررسی منشأ و میزان آلودگی سرب در منطقه تاریک دره، تعداد 8 نمونه از منابع آب شرب ساکنین منطقه برداشت و پارامترهای ph، ec، tds و t در زمان نمونه برداری اندازه گیری شد. غلظت کاتیون ها در آب به روش icp-ms و غلظت آنیون ها به روش تیتراسیون اندازه¬گیری شد. در نمونه های آب برداشت شده ضمن تعیین تیپ و رخساره، شاخص های فلزی mi و hpi محاسبه و با استفاده از نمودار گیبس منشأ یون¬های اصلی موجود در آب¬های¬زیرزمینی تعیین شد. همچنین، کیفیت منابع آب از نظر شرب و کشاورزی مورد ارزیابی قرار گرفت. مطالعه زمین شناسی زیست محیطی حاضر نشان می دهد که حضور عنصر سمی سرب در آب شرب منطقه تاریک دره، منبع زمین زاد داشته و لیتولوژی منطقه، منشاء اصلی آلودگی به شمار می¬رود و فرآیندهای طبیعی فعال موجب ورود عناصر سمی نظیر سرب به محیط آب شده¬است. با توجه به محرز شدن آلودگی سرب در نقاط نمونه¬برداری، چگونگی پاکسازی آن مورد بررسی قرار گرفت. تکنیک های پاکسازی سرب از آب زیرزمینی و خاک ها و فاضلاب های صنعتی را می توان در 3 گروه بزرگ طبقه بندی کرد که شامل: فرآیندهای پاکسازی شیمیایی، بیوشیمیایی/ بیولوژیکی/ جذب زیستی، و فیزیکوشیمیایی است. در این مطالعه، از روش جذب زیستی بوسیله بیومس باکتریایی به منظور پاکسازی عنصر سرب بهره¬گرفته¬شد. بدین¬منظور بعد از جمع¬آوری نمونه¬های خاک، آب و پساب، نمونه¬ها کشت¬داده شدند و 422 جدایه باکتریایی بدست¬آمد که در مرحله اول غربال¬سازی، با روش الایزا تنها 35 جدایه مقاوم به سرب تشخیص داده¬شد و میزان حداقل غلظت بازدارنده رشد تا3125mg/l و حداقل غلظت کشنده باکتری تا 6250 mg/lتعیین¬شد. در مرحله دوم غربال¬سازی، از بین 35 جدایه تعداد 8 جدایه بهترین هاله جذب فلز سرب را در روش پومپل نشان¬دادند. پس از انجام تست کمی در هشت سویه، در نهایت دو سویه as2 و as10 با میزان حذف بیشتر سرب در مدت زمان کوتاهتر، برای انجام بهینه سازی حذف سرب انتخاب¬شدند. در بهینه سازی تک متغیره تأثیر فاکتورهای ph، غلظت سرب اولیه، دما، مقدار تلقیح، nacl%، یون¬های فلزی، منابع کربن و نیتروژن مختلف، مدت زمان مجاورسازی سویه ها با سرب، بر رشد سویه ها و میزان حذف سرب مورد سنجش قرار گرفت. در سویه as2 درصد حذف سرب از 1/87% (غلظت سرب اولیه 100میلی¬گرم بر لیتر) به 5/99% (غلظت سرب اولیه 500میلی¬گرم برلیتر) و ظرفیت حذف سرب از 218mg/g به 747mg/g و در سویه as10 درصد حذف سرب از 9/84% (غلظت سرب اولیه 100 میلی-گرم بر لیتر) به 4/99% (غلظت سرب اولیه 500 میلی¬گرم بر لیتر) و ظرفیت حذف سرب از 212mg/g به 745mg/g افزایش یافت. به¬منظور بررسی اثر برهمکنش فاکتورها بر حذف سرب، چهار فاکتور مهم ph، دما، غلظت سرب اولیه و مقدار تلقیح با روش طراحی سطح پاسخ مورد بررسی قرار گرفتند که طی آن، در سویه as2 درصد حذف سرب 99% و ظرفیت حذف سرب 891.2mg/g و در سویه as10 درصد حذف سرب 7/98% و ظرفیت حذف سرب 888.6mg/g افزایش یافت. بعد از بهینه سازی، آزمایش جذب زیستی سرب توسط دو سویه منتخب، بر روی پساب و خاک آلوده به سرب واقعی در طبیعت، انجام¬شد. حذف سرب موجود در پساب واقعی صنایع در شرایط بهینه، بوسیله سویه as2، با 4/98% و ظرفیت جذب 885mg/g و در سویه as10، با 2/98% و ظرفیت جذب 884mg/g صورت¬گرفت. همچنین، حذف سرب موجود در خاک¬ کشاورزی واقعی آلوده به این فلز در شرایط بهینه، بوسیله سویه as2، با 7/98% و ظرفیت جذب 888mg/g و در سویه as10، با 5/98% و ظرفیت جذب 886mg/g صورت¬گرفت. مکانیسم جذب سرب در دو سویه مورد بررسی قرار گرفت. حداکثر بازدهی حذف سرب در هر دو سویه، توسط باکتری فعال از نظر متابولیسمی رخ¬داد. نمونه¬فعال از نظرمتابولیسمی، علاوه بر اینکه از مکانیسم جذب زیستی همانند نمونه های غیرفعال برخوردار است، از روش تجمع زیستی نیز به منظور ذخیره فلز در درون خود استفاده می¬کند. جهت تعیین ظرفیت و مکانیزم جذب سرب توسط بیومس، ایزوترم¬های جذب سطحی مورد بررسی قرار گرفت. معادله¬های ایزوترم لانگمویر و فروندلیچ برای توصیف ریاضی جذب سطحی یون¬های سرب بر روی بیومس بکار می¬روند. از اینرو در این پژوهش، مدل¬های لانگمویر و فروندلیچ برای بررسی رابطه¬ی بین مقدار جذب سرب به وسیله بیومس و غلظت باقیمانده سرب در محلول تعادلی، مورد استفاده قرارگرفت. با توجه به نتایج بدست¬آمده از ایزوترم¬ها، مطابقت جذب سطحی این سویه ها با هر دو مدل لانگمویر و فروندلیچ اثبات¬شد و نتیجتأ، جذب سرب در سطح بیومس هم به صورت هموژن(یکنواخت) و هم هتروژن(غیریکنواخت) تشخیص داده¬شد و بنابراین ظرفیت جذب و شدت جذب در سطح بیومس بسیار بالا می¬باشد. ویژگی بیومس باکتریایی و مکانیسم¬های جذب زیستی با استفاده از روشهای sem و eds و mapping بررسی¬شد. pb(ii) جذب¬شده بر روی دو سویه مورد نظر با استفاده از eds آنالیز شد و مکانیسم تبادل یونی در طی جذب زیستی نمونه ها ثابت شد. با کمک عکس sem سطح دو باکتری مورد نظر مملو از فلز سرب نشان داد. قسمتهای نامشخص یا آسیب¬دیده و تغییر شکل¬یافته بوسیله یون فلزی نیز آشکار شد. در آزمایش دیگری، واجذب سرب از باکتری مورد بررسی قرار گرفت. 50% واجذب سرب از سویه as2 و 66% واجذب سرب از سویه as10 بدست¬آمد. در نهایت، سویه های جاذب سرب از محیط¬های آلوده، با استفاده از تکثیر و تعیین توالی ژن 16srrna شناسایی شدند. سویه as2 بیشترین شباهت (%99/99) را با bacillus aerius strain 24k و سویه as10 بیشترین شباهت (%89/99) را با bacillus tequilensis نشان¬دادند.

حسگر زیستی می تواند قابلیت بالایی در بازار شناسایی عوامل آلوده کننده محیطی داشته باشد. تاکنون برای شناسایی آرسنیک در فاز محلول با استفاده از حسگر زیستی لومینسانس باکتریایی تحقیقی در ایران به عمل نیامده است لذا در این پژوهش برای تشخیص غلظت آرسنیک در نمونه های مختلف آلوده به آرسنیک منطقه خراسان رضوی از این نوع حسگر استفاده شده است. در ابتدا شرایط بهینه شدت نور حسگر زیستی لومینسانس حساس به آرسنیک تعیین گردید و منحنی کالیبراسیون نور لومینسانس باکتری مزبور رسم شد. سپس نمونه برداری از نمونه های آلوده به آرسنیک (آب و گیاه) صورت گرفت. نتایج بهینه سازی های انجام شده نشان داد که بیشترین میزان تولید نور لومینسانس در آخر فاز لگاریتمی و اوایل فاز سکون در دمای ?c 37 حجم µl 10 از دکانال با غلظت mm 18 و در ph 5/5 و 7 محلول آرسنیک اتفاق می افتد. با افزایش زمان القا حسگر زیستی توسط آرسنیک شدت نور لومینسانس افزایش می یابد. میزان ماندگاری حسگر زیستی موردبررسی همراه گلیسرول 20 % (حجمی/حجمی) در دمای °c 20- حداقل به مدت 6 ماه تائید گردید. پاسخ نوری حسگر زیستی به غلظت های آرسنیک بین محدوده ppb 90 – 0 با عدد رگرسیون 948/0 نسبتاً به صورت خطی بوده است و در مقادیر بالاتر پاسخ سلولی اثر سمیت آرسنیک بر سلول را نشان می دهد. آنالیزهای انجام شده بر روی هفت نمونه آب منطقه کوهسرخ نشان می دهد که نتایج حاصل از طیف سنج جذبی (aas) و حسگر زیستی دارای 28 % اختلاف می باشند. همچنین غلظت آرسنیک در 13 نمونه آب چاه زیرزمینی منطقه ای از خراسان رضوی بررسی شد که مقایسه نتایج حاصل از dc polarography و حسگر زیستی 38/15% منفی کاذب و 38/15% مثبت کاذب را نشان داد. نتایج نمونه های گیاهی اثر سمیت آرسنیک بر سلول های باکتری را نشان می دهد و می توان به بیشتر بودن آرسنیک از حد مجاز در این نمونه ها اشاره کرد. اگرچه فاکتورهای مختلفی ازجمله ph و فلزات مختلف بر روی پاسخ حسگر زیستی اثر دارند، بااین وجود استفاده از فنّاوری حسگر زیستی می تواند جایگزین مناسبی برای تشخیص حد مجاز آرسنیک در نمونه های آب باشد.

منطقه کوه زر با کانی سازی مس-طلای نوع غنی از اکسید آهن (iocg) در زون گسله ی واقع در بین دو گسل اصلی درونه و تکنار و در فاصله 40 کیلومتری غرب شهر تربت حیدریه در طول جغرافیایی ?50 و ?58 تا ?57 و ?58 شرقی و عرض ?20 و ?35 تا ?25 و ?35 شمالی قرار دارد. این منطقه که در بخش مرکزی کمربند ولکانیکی- پلوتونیکی خواف- بردسکن قرار دارد، عموماً توسط سنگ های ولکانیکی و پلوتونیکی ترشیاری پوشیده شده است. کانسار کوه زر به صورت رگه و رگچه در جنوب روستای فدیهه رخنمون دارد. واحدهای سنگی به جز چند رخنمون بسیار کوچک که از رسوبات ائوسن تشکیل شده، عمدتاً در برگیرنده سنگ های آذرین ائوسن است. این سنگ ها هم از نوع نفوذی (گرانودیوریت، مونزونیت، سینوگرانیت و غیره) و هم سنگ های آتشفشانی (گدازه، توف، لاپیلی توف، آگلومرا، برش ولکانیکی و ایگنیمبریت) را شامل می شود. بررسی خاک-های منطقه کوه زر آلودگی بیش از حد این خاک ها به فلزات سنگین را نشان می دهد. در آزمایشات خاک مشاهده گردید که با افزایش فاصله از معدن از میزان آلودگی خاک به مقدار بسیار زیادی کاسته شده است که علت آن نیز عدم تحرک فلزات سنگین در خاک های منطقه می باشد. از جمله علل عدم تحرک این فلزات در خاک ها می توان به ph خنثی منطقه، بافت ریزدانه خاک ها و به دام افتادن فلزات سنگین در فازهای اکسیدی، آلی و رسی اشاره کرد. در بررسی های آب منطقه با اندازه گیری آنیون ها و کاتیون های آب و نیز اسیدیته و هدایت الکتریکی، ارزیابی های کیفیت آب جهت مصارف کشاورزی، شرب و صنعتی انجام شد که در این بررسی ها مشخص گردید منابع آب منطقه کوه زر متأثر از سنگ های کربناته بوده، به ویژه این که در زون خرد شده گسلی نیز قرار دارد و از این نظر برای مصارف آبیاری، شرب و صنعت چندان مناسب نمی باشند. در اندازه گیری فلزات سنگین آب ها مشخص شد که به جز نمونه های zw1، zw5، zw6 و zw7 که مقادیر فلزات سنگین آنها بالاتر از حد استاندارد است، میزان آن در سایر نمونه های آب بسیار پایین و در بسیاری از نمونه ها زیر حد استاندارد می باشد که علت اصلی آن را می توان ph خنثی تا قلیایی منطقه ذکر کرد که سبب عدم تحرک فلزات سنگین می شود. همچنین با توجه به گستردگی منطقه می توان اظهار داشت امکان اینکه منشأ آب های منطقه از جایی غیر از نواحی معدنی بوده و تحت تأثیر اختلاط با آب های منطقه قرار گرفته است، بنابراین امکان آلودگی منابع آب مورد مطالعه کاهش یافته است.