استخراج آنزیم‌های هیدرولیز‌کننده آمیلاز، پروتئاز، و لیپاز از پسماند‌های آلی کشاورزی و خانگی منتخب به منظور تجزیه آنتی‌بیوتیک‌های گروه سولفانامید (سولفاستامید، سولفاتیازول، سولفامتاکسازول، و سولفادیازین) از فاضلاب صنایع دارویی به روش فرآیند بیولوژیکی هوازی

در دنیای امروز، مدیریت پسماندهای آلی به یکی از دغدغه‌های اساسی در حوزه توسعه پایدار تبدیل شده است. پسماندهای آلی شهری و کشاورزی، که بخش عمده‌ای از زباله‌های تولیدی جوامع انسانی را تشکیل می‌دهند، علی‌رغم مزایای فراوان، همچنان یک چالش زیست محیطی در ایران به شمار می‌روند. تنها درصد کمی از این پسماندها برای تولید کمپوست یا انرژی تجدیدپذیر استفاده می‌شوند، در حالی که بیشترین بخش آن‌ها بدون استفاده از ظرفیت‌های بازیافت، به محل‌های دفن زباله منتقل می‌شوند. به طور معمول حدود ۷۰ درصد از زباله‌های جامد شهری را پسماندهای آلی تشکیل می‌دهند که شامل مواد غذایی، پسماند میوه‌ها، برگ‌ها، چوب، و دیگر مواد قابل تجزیه هستند. مدیریت پسماندهای کشاورزی در ایران یکی از مسائل مهم و چالش‌برانگیز است، زیرا این پسماندها می‌توانند تاثیرات قابل توجهی بر سلامت عمومی و اقتصاد کشور داشته باشند. تولید سالانه حدود ۱۷۰ میلیون تن زباله کشاورزی نشان‌دهنده حجم عظیمی از مواد است که باید به شیوه‌ای موثر و پایدار مدیریت شوند. مدیریت ناکارآمد این پسماندها می‌تواند منجر به آلودگی خاک، آب‌های زیرزمینی و سطحی، و همچنین انتشار گازهای گلخانه‌ای مانند متان و اکسیدهای نیتروژن شود که دوست‌دار محیط زیست نیستند و بر تغییرات اقلیمی تاثیر می‌گذارند. علاوه بر این، پسماندهای کشاورزی می‌توانند به عنوان میزبان بیماری‌های گیاهی و حیوانی عمل کنند و سلامت انسان را به خطر بیندازند. بنابراین، فناوری‌های سازگار با محیط زیست و پایدار با هزینه کم برای مدیریت و استفاده مجدد از زباله‌های آلی یک نیاز مبرم محسوب می‌گردد.
با توجّه به حجم تولیدی بالای پسماندهای آلی، استفاده از این ضایعات تجزیه پذیر- که معمولاً به محیط دفع می‌شوند- به منظور تولید آنزیم‌های تجزیه‌کننده می‌تواند راهکاری موثر برای مدیریت پسماند و ارتقای توسعه پایدار در ایران باشد. آنزیم ها از منابع مختلف استخراج می‌شوند امّا بطور کلی آنزیم‌های با منشا گیاهی نسبتاً ارزان‌تر هستند و می‌توان آن‌ها را از پسماندهای آلی تولیدی در مکان‌های مختلف تهیّه کرد. آنزیم‌ها، که از زنجیره‌های پروتئینی، اسیدهای آلی و نمک‌های معدنی تشکیل شده‌اند، از طریق فرآیندهای تخمیری تولید می‌شوند. استفاده از آنزیم‌های استخراج شده از پسماندهای آلی، نه تنها هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد، بلکه به افزایش دسترس‌پذیری زیستی میکروارگانیسم‌ها و تجزیه ترکیبات پیچیده به مواد ساده‌تر کمک می‌کند.
گزارش‌های متعدد، نشان از مصرف بالای آنتی بیوتیک‌ها، در ایران دارند که از میانگین جهانی بالاتر است. ۸۰-۵۰% از کل ترکیبات آنتی بیوتیکی از طریق ادرار و مدفوع قابل دفع هستند که در اثر تصفیه جزیی در تصفیه‌خانه فاضلاب می‌توانند به محیط زیست راه یابند. آنتی بیوتیک ها به عنوان دارو، برای درمان و جلوگیری از بیماریهای عفونی تحت داروهای انسانی و حیوانی در محیط پرورش آبزیان و در دام‌های اهلی، به عنوان افزایش دهنده رشد آنها تعریف می‌شود. در سال‌های ۲۰۱۰ تا ۲۰۱۵، مصرف آنتی‌بیوتیک‌ها در سطح جهانی ۳۵ درصد افزایش یافته است. آنتی بیوتیک‌ها براساس ساختار شیمیایی شامل بتالاکتام‌ها، سولفانامید‌ها، آمینوگلیکوسایدها، گلیکوپپتیدها، لینکومایسین، ماکرولیدها، پلی پپتیدها، ریفامایسین، تتراسایکلین، کلرامفنیکل و کوئینول‌ها می‌باشند.
غلظت سولفانامید‌ها در فاضلاب صنایع دارویی متفاوت بوده و حضور این آنتی‌بیوتیک در فاضلاب می‌تواند مشکلات زیست محیطی متعددی ایجاد کند. آلودگی به این آلاینده نو ظهور، یک تهدید رو به رشد برای تنوع زیستی آبی و خاکی است. ورود آنتی بیویتک‌ها می‌تواند ساختار اکولوژیکی میکروبی در محیط را نابود کند و با مختل کردن زنجیره غذایی، تهدید جدی برای انسان‌ها ایجاد کند. علاوه بر‌این، خاصیت تجمع‌پذیری زیستی این آلاینده و آلاینده‌های با ماهیت مشابه، در دراز‌ مدّت منجر به تجمع این آلاینده‌ها در محیط زیست طبیعی می‌گردد. استفاده از آنزیم‌ها برای حذف سولفانامید‌ها از فاضلاب صنایع دارویی مزایایی دارد. آنزیم‌ها به عنوان کاتالیزورهای زیستی، می‌توانند سولفانامیدها را به مولکول‌های کوچکتر تجزیه کنند. این مولکول‌های کوچکتر معمولاً اثرات سمی کمتری دارند و به راحتی توسط میکروارگانیسم‌ها مصرف می‌شوند. از آنجا که آنزیم‌ها می‌توانند در شرایط محیطی مختلف، از جمله در دماهای بالا، pH متفاوت و حضور آلاینده‌های مختلف، فعال باشند، ابزار مناسبی برای حذف آنتی بیوتیک‌های گروه سولفانامید از فاضلاب صنایع دارویی هستند. علاوه بر این، استفاده از آنزیم‌ها برای تصفیه فاضلاب دارای مزایای اقتصادی نیز است. تولید آنزیم‌ها از منابع زیستی مانند میکروارگانیسم‌ها و پسماندهای زیستی، هزینه‌های کمتری نسبت به فرآیندهای شیمیایی دارد. با توجه به اینکه استفاده از ضایعات آلی در تولید آنزیم‌های تجزیه زیستی می‌تواند به کاهش ضایعات و ارتقای توسعه پایدار کمک کند، این پایان‌نامه با هدف استخراج آنزیم‌های هیدرولیز کننده از پسماند‌های آلی برای حذف آنتی‌بیوتیک‌های گروه سولفانامید (سولفاستامید، سولفاتیازول ، سولفامتاکسازول و سولفادیازین) از فاضلاب صنایع دارویی به روش فرآیند بیولوژیکی هوازی طراحی شده است.