شناسایی و مبارزه با رشد جلبکی در منابع آب با استفاده از نانوذرات اکسید روی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکترای مهندسی نانومواد، گروه تکنولوژی نانوذرات، پژوهشکده فرآوری مواد معدنی جهاد دانشگاهی واحد تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استادیار، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی کردستان، سنندج، ایران

3 دکترای مهندسی نانو مواد، گروه تکنولوی نانوذرات، پژوهشکده فرآوری مواد معدنی جهاد دانشگاهی واحد تربیت مدرس، تهران، ایران

4 دبیر کمیته تحقیقات آب منطقه‌ای اردبیل

چکیده

افزایش غلظت مواد مغذی مانند نیترات و فسفات موجب شکوفایی جلبک در منابع آب می‌شود. این شکوفایی جلبکی باعث تغییر در طعم و بوی آب شده و کیفیت آب را کاهش می‌دهد. در این پژوهش رشد جلبکی در منابع آب (سد یامچی اردبیل) با استفاده از نانو ذرات اکسید روی بررسی شد. بعد از کشت جلبک‌های جمع‌آوری شده از سد یامچی و سپری شدن زمان لازم به‌منظور رشد جلبک‌، شناسایی جلبک‌ها، با تهیه لام و مشاهده در زیر میکروسکوپ انجام شد. نتایج نشان داد گونه‌های کلادوفورا و اوگلنا در محیط کشت رشد بیشتری داشتند. برای حذف و جلوگیری از رشد جلبک، نانوذرات اکسید روی با استفاده از روش شیمیایی تولید شد. نانوذرات اکسید روی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری و پراش اشعه ایکس مشخصه‌یابی شد. نتایج نشان داد که قطر نانوذرات بین 10 تا 30 نانومتر و فاز نانوذرات اکسید روی هگزاگونال و بدون هیچ ناخالصی است. اثر نانوذرات با غلظت‌های مختلف بین صفر تا ppm 3 برای جلوگیری از رشد جلبکی مطالعه شد. به‌منظور تعیین دز مهارکننده رشد جلبک‌ها ابتدا از غلظت‌های کم نانوذرات اکسید روی استفاده شد. نتایج نشان داد که در غلظت‌های کمتر از 1 میلی‌گرم در لیتر نانو ذرات اکسید روی، کاهشی در رشد جلبک‌ها مشاهده نمی‌شود. اما در غلظت‌های بیش از 1 میلی‌گرم در لیتر، کاهش قابل توجهی در میزان جلبک‌ها مشاهده شد، به‌طوری که در غلظت‌های بالای 2 میلی‌گرم در لیتر، هیچ‌گونه رشد جلبکی رخ نداد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation and Control of Algal Grwoths in Water Resources Using Zn Oxide Nanoparticles

نویسندگان [English]

  • Mehdi Eskandary 1
  • Saeed Dehrstani Athar 2
  • Bahram Abdollahi nejand 3
  • Babak Khayyat Rostami 4
1 PhD of Nanomaterials Engineering, Department of Nanotechnology, Research Institute of Mineral Processing, Academic Center Education, Culture and Research (ACECR), Tehran, Iran
2 Ass. Prof., Faculty of Public Health, Kurdistan University of Medical Sciences, Sanandaj, Iran
3 PhD of Nanomaterials Engineering, Department of Nanotechnology, Research Institute of Mineral Processing, Academic Center for Education, Culture and Research (ACECR), Tehran, Iran
4 Research Committee Secretary, Ardabil Regional Water Board, Ardabil
چکیده [English]

Increasing nutrients such as nitrates and phosphates in water resources lead to the growth of various algal species, causing undesirable odors and taste in the water. This study investigated the identification and removal of harmful algal growths by Zinc oxide nanoparticles (using Ardabil Yamichi Dam reservoir as a case study). Samples were initially collected from the Yamichi Dam reservoir and the algae in the water samples were cultivated. Enough time was allowed for the algae to grow before they were identified under the microscope. The results showed that most of the algal species grown in the culture medium belonged to the species Cladophora and Euglena. Zinc oxide nanoparticles were then synthesized to be used in the removal and/or inhibition of algal growths. ZnO nanoparticles were subsequently characterized by transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction (XRD) methods which revealed that the size of the ZnO nanoparticles was in the range of 10‒30 nanometers and further that the nanoparticles were pure and of a  hexagonal phase. In continuation, the capability of ZnO nanoparticles with concentrations in the range of 0-3 ppm to inhibit algal growth was investigated. Results showed that no reduction was observed in algal growth for Zinc oxide nanoparticle concentrations below 1 mg/lit. At concentrations between 1 to 2 mg/lit, however, a significant reduction was observed in algal growth. Finally, it was found that algal growths completely stopped at ZnO concentrations beyond 2 mg/lit

کلیدواژه‌ها [English]

  • Alga Growth
  • Zinc oxide nanoparticles
  • Water resources
  • Biomas
1. Grant, W.D., and Tindall, B.J. (1986). “The alkaline saline environment.” In Microbes in extreme environments, Academic Press, London.

2. Qasim, S.R., Motley, E.D., and Zhu, G. (2000). Water works engineering: Planning, design and operation, Prentice-Hall, New Jersey.

3. Carmichael, W.W. (1992). “A review, cyanobacteria secondary metabolites –the cyanotoxins.” J. Appl Bacteriol, 72, 445-459.

4. Fleming, L.E., Rivero, C., Burns, J., Williams, Ch., ean, A.J., Shea, K.A., and Stinn, J. (2002). “Blue green algal (cyanobacterial) toxins, surface drinking water, and liver cancer in Florida.” Harmful Algae, 1 (2),
157-168.

5. Yonehara, Y. (2000). “Recent topics on marine antifouling coatings.” Bull. Soc. Sea Water Sci. Jpn., 54, 7-12.

6. Kupper, H., Setlik, I.M., Kupper, F.C., and Prasil, O. (2002). “Heavy metal-induced inhabitation of photosynthesis: Target of in vivo heavy metal chlorophyll formation.” J. Phycol., 38, 429-241.

7. Villadaa, L. G., Ricob, M., Altamiranoa, M., Sanchez-Martına, L., Lopez-Rodasa V., and Costasa E. (2004). “Occurrence of copper resistant mutants in the toxic cyanobacteria Microcystis aeruginosa: Characterization and future implications in the use of copper sulphate as algaecide.” Water Res., 38, 2207-2213.

8. Paulsson, M., Nystrom, B., and Hans, B. (2000). “Long-term toxicity of zinc to bacteria and algae in periphyton communities from the river Gota Alv, based on a microcosm study.” Aquat Toxicol., 47, 243-257.

9. Powell, C. (1996). “Disease doctor – how can algae buildup on porous surfaces in greenhouses be removed?.” Greenhouse Business, 41pp.

10. Huang, W., Lin, T., and Shin, F. (2011). “Photocatalytic inactivation of cyanobacteria with ZnO/g-Al2O3 composite under solar light.” J. Environ. Biol., 32, 301-307.

11. Aruoja, V., Dubourguier, C., Kasemets, K., and Kahru, A. (2009). “Toxicity of nanoparticles of CuO, ZnO and TiO2 to microalgae Pseudokirchneriella subcapitata.” Science of the Total Environment, 407, 1461-1468.

12. Aravantinou, A. F., Tsarpali, V., Dailianis, S., and Manaritotis, I.D. (2013). “Zinc Oxide (ZnO) nanoparticles toxic potency on different microalgae species.” Geophysical Research, 15, 11084-11084.

13.  Mortimer, M., Kasemets, K., and Kahru, A. (2010). “Toxicity of ZnO and CuO nanoparticles to ciliated protozoa Tetrahmena thermophila.” Toxicol, 269, 182-189.

14. Alum, A., Rashid, A., Mobasher, B., and Abbaszadegan, M. (2008). “Cement-based biocide coatings for controlling algal growth in water distribution canals.” Cement and Concrete Composites Agricultural, 30, 839-847.

15. Mane, P.C., Bhosle, A.B., Jangam, CM., and Vishwakrama, C.V. (2011). “Bioadsorption of selenium by pretreated algal biomass.” J. of Pelagia Research Library, 2, 202-207.

16. Eskandari, M., and Haghighi, N., Ahmadi, V., Haghighi, F., and Mohammadi, Sh.R. (2011). “Growth and investigation of antifungal properties of ZnO nanorod arrays on the glass.” Physica B., 406, 112-114.

17. Yu L.P., Fang, T., Xiong, D.W., Zhu, W.T., and Sima, X.F. (2011). “Comparative toxicity of nano-ZnO and bulk ZnO suspensions to zebrafish and the effects of sedimentation, OH production and particle dissolution in distilled water.” J. Environ. Monit., 13, 1975-1982