فصل دوم

مروری بر تحقیقات گذشته

مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه­ مدلسازی رآکتور بستر چکه­ای

در سال ۲۰۰۳، برسا و همکاران^[۴۹] مطالعه­ ای آزمایشگاهی به منظور محاسبه­ی معادلات سینتیکی مربوط به هیدورژناسیون اجزای برش C₃ و C₄ انجام دادند. آن­ها از نتایج به دست آمده برای مدلسازی ریاضی یک بعدی و یک رآکتور ثابت استفاده کردند. به منظور مدلسازی رآکتور جریان رو به بالای^[۵۰] مورد مطالعه، از فرض خیس شوندگی کامل^[۵۱] و عدم وجود پراکندگی محوری^[۵۲] استفاده شد. نتایج مدلسازی نشان داد که افزایش دما فاکتوری اساسی در تعیین بازده رآکتور می­باشد]۲۹[. در همان سال، گروه تحقیقاتی دایتز و همکاران^[۵۳] از مدل پایای ^[۵۴] یک رآکتور بستر چکه­ای به منظور بررسی هیدروژناسیون متوالی ۱و۵و۹-سیکلو دو­دکا­تری­ان پرداختند. آن­ها در تحقیق خود از یک مدل غیر هم دمای ناهمگن^[۵۵] استفاده کردند و خیس شوندگی^[۵۶] جزئی کاتالیست و مقاومت­های انتقال جرم و حرارت در برابر سطح مشترک گاز- مایع، مایع- جامد و جامد- گاز را در نظم گرفتند]۲۹[.

کمی پس از آن و در سال ۲۰۰۴، لینج و همکارانش^[۵۷] به بررسی آزمایشگاهی و تئوری هیدروژناسیون آلفا میتل استایرن توسط رآکتور بستر چکه­ای آزمایشگاهی تحت عملیات تناوبی اجباری^[۵۸] پرداختند. بدین منظور آن­ها از یک مدل پراکندگی محوری گسترش یافته که تغییرات خیس شوندگی جزئی سطح کاتالیست را هم در نظر می­گیرد استفاده کردند، نتایج نشان داد که در حالت عملیات اجباری درصد تبدیل آلفا میتل استایرن بیش­تر از حالت پایا می­باشد. نویسندگان نتایج را به تغییرات زمان ماند در مایع^[۵۹] و تغییرات خیس شوندگی جزئی کاتالیست نسبت دادند]۳۱[.
در سال ۲۰۰۸، لیو و همکاران^[۶۰] ضمن انتخاب هیدروژناسیون دی سیکلو پنتادین به عنوان یک مورد مطالعاتی، به بررسی پنج استراتژی عملیاتی شامل نوسانات On- Off و Peak Base مربوط به شدت جریان مایع یا غلظت و همچنین نوسانات ترکیبی شدت جریان مایع و غلظت پرداختند. در نهایت بیان گردید که نوسانات شدت جریان مایع می ­تواند واکنش هیدروژناسیون را بهبود ببخشد]۳۲[.
در سال ۲۰۱۲، ایلیوتا^[۶۱] با انجام یک مدلسازی دو بعدی، غیر هم دما و غیر پایا توانست فرآیندهای انتقال مومنتوم، جرم و آنتالپی مربوط به حذف سولفور از نفت گاز توسط رآکتور سه فازی یکپارچه^[۶۲] را بررسی نماید. آن­ها به منظور اثبات برتری رآکتور تحت مطالعه نسبت به رآکتور متعارف بستر چکه­ای، به مقایسه نتایج این دو نوع رآکتور تحت سرعت مایع برابر پرداختند. آنان نتایج به دست آمده را به کاهش مقاومت نفوذی داخلی و خارجی نسبت دادند. همچنین نتایج نشان داد که بازده بالاتر در قبال سایز بزرگتری از رآکتور دست یافتنی خواهد بود]۳۳[.
اخیراً در سال ۲۰۱۳، روجاس و زپیری^[۶۳] تحقیقی به منظور انتخاب معادلات ترمودینامیکی مناسب جهت شبیه سازی یک رآکتور بستر چکه­ای هیدروژناسیون بنزین پیرولیز^[۶۴] تحت رژیم جریان حبابی انجام دادند. آنان پیشنهاد دادند که معادله حالت Soave-Redlich-Kwong با قاعده­ی ترکیب^[۶۵] Panagiotopoulo- Reid که توسط Sim Sci اصلاح شده است می ­تواند به طور مؤثری تعادل مایع- بخار مربوط به هیدروژن و بنزین پیرولیز را بیان کند]۳۴ [.

مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه­ سینتیک هیدروژناسیون بوتادین

در سال ۲۰۰۱، آردیاکا و همکارانش^[۶۶] با بکارگیری داده ­های آزمایشگاهی به توسعه یک مدل سینتیکی Langmuir-Hinshelwood بر اساس مکانیزم ابتدایی پرداختند و سرانجام توانستند مدلی مناسب را برای هیدروژناسیون هم زمان ۱و۳-بوتادین و نرمال بوتن­ها در حضور کاتالیست Pd/Al₂O₃ ارائه دهند]۳۵[. در همان سال گروه آردیاکا و همکاران با انجام آزمایشی جداگانه توانستند روابط سینتیکی دیگری را برای هیدروژناسیون فاز مایع ۱و۳-بوتادین و نرمال بوتن­ها استخراج کنند. به علاوه، سه ساختار آزمایشگاهی شامل رآکتور دوغابی^[۶۷]، رآکتور سبد چرخان^[۶۸] و سیستم جریان گردشی به همراه رآکتور بستر ثابت خارجی^[۶۹] نیز مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج توانست برتری سیستم جریان گردشی نسبت به دو سیستم دیگر را به اثبات برساند. آنان بازده ضعیف دو تجهیز دیگر را به فعالیت شدید کاتالیست و همین­طور ساختار پوسته تخم مرغی^[۷۰] آن نسبت دادند]۳۶[.
پس از آن در سال ۲۰۰۴، آلویس و همکاران^[۷۱] مطالعات خود را به بررسی تأثیر افزودنی^[۷۲] ایزوپرین^[۷۳] بر بهبود انتخاب­گری^[۷۴] در واکنش هیدروژناسیون ۱و۳-بوتادین­های موجود برش غنی از ۱-بوتن اختصاص دادند. نتایج نشان داد که قدرت جذب سطحی ایزوپرین کم­تر از ۱و۳- بوتادین و بیش­تر از ۱-بوتن می­باشد، از این رو، توانایی ایزوپرین در افزایش انتخاب­گری در فرایند پالایش ۱-بوتن به اثبات رسید]۳۷[.
پس از آن و در سال ۲۰۰۷، ست و همکاران با بهره گرفتن از یک مکانیزم ساده­ی Langmuir-Hinshelwood و با در نظر گرفتن نفوذ داخلی درون ذرات کاتالیست به محاسبه­ی رفتار سینتیکی ۱و۳- بوتادین در حضور نرمال بوتن­ها و ایزوبوتن پرداختند. نویسندگان نشان دادند که سرعت هیدروژناسیون ایزوبوتن تحت تأثیر ۱و۳-بوتادین می­باشد ]۳۸[.
در تحقیق دیگری که در سال ۲۰۱۲ توسط آلویس و دوستانش انجام شد به منظور کمی سازی رفتار سینتیکی واکنش هیدروژناسیون ۱و۳-بوتادین حول کاتالیست Pd/Al₂O₃، دو مدل سینتیکی متفاوت پیشنهاد گردید. مدل­ها تنها در فرضیات مربوط به مرحله­ جذب سطحی بوتادین با یکدیگر اختلاف دارند که این امر خود موجب به وجود آمدن عبارات بازدارنده^[۷۵] برای اجزای هیدروکربنی می­شوند. آنالیز نتایج به وضوح نشان داد که هر دو عبارت سینتیکی دارای توانایی یکسانی در انطباق با داده ­های آزمایشگاهی هستند ]۳۹[.
خلاصه­ای از مقالات منتشر شده با موضوع مدلسازی سینتیکی هیدروژناسیون ۱و۳-بوتادین در جدول زیر آمده است:

فصل سوم

مدلسازی رآکتور بستر چکه­ای هیدروژناسیون ۱و۳-بوتادین

شرح مدل ریاضی

مراحل انتقال جرم و فرضیات حاکم

همان­گونه که پیش از این اشاره شد، محققان زیادی در زمینه­ مدلسازی رآکتورهای بستر چکه­ای فعالیت کرده اند که عمده­ی تحقیقات با تمرکز ویژه بر روی رآکتورهای آزمایشگاهی بوده است. به هر روی، همچنان فقدان مطالعه­ ای جدی در زمینه­ رآکتورهای صنعتی و به منظور پیش ­بینی رفتار رآکتورهای بزرگ سایز، فشار بالا و بسیار پیچیده­ عملیاتی همچنان احساس می­ شود.
هدف اصلی این بخش توسعه یک مدل ریاضی ساده اما دقیق جهت بررسی عملکرد رآکتور تحت مطالعه می­باشد. بدین منظور، معادلات موازنه­ی جرم و انرژی به عنوان ساختار اصلی مدل در نظر گرفته شد. این معادلات می­بایست با سینتیک واکنش مناسب، معادلات ترمودینامیکی و روابط تجربی تلفیق گردند. به علاوه، باید شرایط مرزی به منظور آغاز حل عددی مدل تعیین گردند. برای محاسبه­ی دقیق و سریع نتایج لازم است که رآکتور آدیاباتیک، یک بعدی و پایای هیدروژناسیون تحت شرایط ساده شده زیر مدلسازی شود:
رآکتور تحت شرایط پایا عمل می­ کند
به دلیل طول عمر بالای کاتالیست از غیر فعال شدن آن صرف نظر می­گردد
تبخیر مایع صورت نمی­گیرد
با توجه به سینتیک انتخابی محدودیت نفوذ داخلی برقرار است
دمای کاتالیست یکنواخت فرض شده است
رآکتور به علت وجود بستر کاتالیستی غیرمتحرک دارای جریان قالبی می­باشد
به دلیل سرعت بالای جریان برگشتی کاتالیست به طور کامل خیس می­ شود
برای مدلسازی رآکتور لازم است تا در ابتدای امر با مراحل اصلی انتقال جرم آشنا شویم. این مراحل برای یک المان کوچک از رآکتور به طول ΔZ در تصویر ۷ نشان داده شده است. همان گونه که در تصویر نشان داده شده است نفوذ هیدروژن از درون فیلم جداکننده­ی جریان­های مایع و گاز به عنوان اولین مرحله در توصیف فرایند انتقال جرم تلقی می­گردد. مرحله­ دوم شامل انتقال اجزای فاز مایع به منظور دست یابی به سطح کاتالیست که درواقع فاز جامد را تشکیل می­دهد می­باشد. در این نقطه واکنش بین هیدروژن حل شده و واکنش­گرهای فاز مایع اتفاق می­افتد.

معادلات جرم و انرژی

معادله­ موازنه­ی جرم برای هیدروژن فاز گازی را می­توان توسط فرمول زیر بیان کرد:

«و گویند که آفت ملک شش چیز است: حرمان و فتنه و هوا و خلاف روزگار و تنگخویی و نادانی. حرمان آن است که نیکخواهان را از خود محروم گردند و اهل رای و تجربت را نومید فروگذارد، و فتنه آنکه جنگهای ناپیوسان و کارهای نااندیشیده حادث گردد و شمشیرهای مخالف از نیام برآید، و هوا؛ مولع بودن به زنان و شکار و سماع و شراب و امثال آن، و خلاف روزگار؛ وبا و قحط و غرق و حرق و آنچه بدین ماند، و تنگخویی؛ افراط خشم و کراهیت و غلو در عقوبت و سیاست، و نادانی؛ تقدیم نمودن ملاطفت در مواضع مخاصمت و بکار داشتن مناقشت بجای مجاملت .» (نصرالله منشی، ۱۳۸۶: ۸۱- ۸۰)
در مرزباننامه، به تطبیق ملک موروث که از ابا واجداد بی هیچ رنج وتعبی به ارث میبردند و ملک مکتسب که با چکاچک شمشیر و با جنگ وخونریزی قبضه شده پرداخته شده است. در اینجا، حکومتی را که به صورت اکتسابی و با تکیه بر قدرت به دست آمده، مستحکمتر از حکومتهای موروثی دانسته است.
«و ملک موروث را سیاستی است که ملک مکتسب را نیست. چه، آن که پادشاهی به عون بازوی اکتساب گیرد و آب نهال ملک از چشمه شمشیر دهد، ناچار موارد و مصادر کار شناخته و مقتضیات حال و مال دانسته. پس در بستن و گشادن و گرفتن و دادن، راتق و فاتق کار و خافض و رافع حال خویش هم او شاید.اما آن که بی‏معانات طلب و مقاسات تعب، به پادشاهی رسد و ساخته و پرداخته دیگران، در دامن مراد او افکنند و مفاتیح امور دولت، در آستین تدبیر او نهند، اگر از رسوم و حدود گذشتگان بگذرد و از جاده محدود ایشان به خطوه‏ای تخطی کند، خلل‏ها به مبانی ملک و دولت راه یابد،و از قلّت مبالات او در آن تغافل و توانی، کثرت خرابی در اساس مملکت لازم آید.» (وراوینی، ۱۳۸۳: ۴۹-۴۸ )
در کلیله و دمنه، در داستان «سه ماهی که در آبگیری بودند» سه نوع حکومت را در شرایط یکسان و در مقابل خطری که آنها را به یک اندازه تهدید میکند، ترسیم میکند. گاهی حکومتها، در مقابل خطرات بزرگی نظیر تهدید دشمن یا جنگ کشور دشمن با مردم سرزمینشان، بلافاصله واکنش نشان میدهند، گاهی آرامش خود را حفظ میکنند تا آنگاه که خطر به نزدیکی آنها رسیده ولی آنها با تدبیر و درایت آن را برطرف میسازند و گاه، حکومتیان یک کشور چنان در خواب و گمراهی غرق میشوند که به هیچ وجه متوجه خطر نمیشوند تا آنگاه که کشور و قدرتشان در این جهالت و کوته فکری از دستشان برود. بی شک دو حکوت اول و دوم به ترتیب مورد ستایش سیاسیون میباشد لیکن حکومت سوم بزرگترین تهدید برای بقای خود میباشد. در داستان مذکور، کشور به برکه و پادشاه یا حکومت به ماهی تشبیه شده است:

«آوردهاند که در آبگیری دور و از تعرض گذریان مصون، سه ماهی بود، دو حازم و یکی عاجز. از قضا روزی دو صیاد بران گذشتند با یکدیگر میعاد نهادند که جال بیارند و هر سه ماهی بگیرند. ماهیان این سخن بشنودند. آنکه حزم زیادت داشت و بارها دستبرد زمانه جافی دیده بود و شوخ چشمی سپهر غدار معاینه کرده و بر بساط خرد و تجربت ثابت قدم شده، سبک، روی به کار آورد و از آن جانب که آب درآمدی برفور بیرون رفت. در این میان صیادان برسیدند و هر دو جانب آبگیر محکم ببستند.
دیگری هم غوری داشت، نه از پیرایه خرد عاطل بود و نه از ذخیرت تجربت بیبهر. هرچند تدبیر در هنگام بلا، فایده بیشتر ندهد، و از ثمرات رای در وقت آفت تمتع زیادت نتوان یافت. و با اینهمه عاقل از منافع دانش هرگز نومید نگردد، و در دفع مکاید دشمن تاخیر صواب نبیند. وقت ثبات مردان و روز مکر خردمندانست . پس خویشتن مرده ساخت و بر روی آب ستان میرفت . صیاد او را برداشت و چون صورت شد که مرده است بینداخت. به حیلت خویشتن در جوی انداخت و جان به سلامت ببرد .
و آنکه غفلت بر احوال وی غالب و عجز در افعال وی ظاهر بود حیران و سرگردان و مدهوش و پای کشان، چپ و راست می رفت و در فراز و نشیب می دوید تا گرفتار شد .» (نصرالله منشی،۹۲:۱۳۸۶ -۹۱)
پادشاه باید همواره تجارب گذشتگان را چراغ راه خود سازد از شکست آنان درس بگیرد تا قدم در این بیراههی تباهی ونیستی نگذارد. نادانی گردابی است که حاکم، رعیت و تمام مملکت را به کام خود فرو خواهد برد.
علت توجه تام به شاه و حاکم، همانا قطبیت و مرکزیت داشتن آنها در جوامع شرقی-به خصوص ایران-است.این گونه کتاب‏ها، صرفا برای اصلاح حال شاه و حاکم(حکومت) نوشته شده‏اند و از حقوق سیاسی و اجتماعی مردم، کمتر سخن به میان آمده است. نه این که مردم حقوقی نداشتند، بلکه تحقق این حقوق، بسته به لطف و عنایت شاه و حاکم بود. حاکم وظایفی برای خود نمی‏شناخت و از مردم، توقع اطاعت محض داشت.
انتقال قدرت یا کسب آن، هرگز از راه های قانونی یا رضایت مردم نبود تا نیازی به اجرای قانون یا توجه به منافع و جلب توجه و تأمین نظرات افراد جامعه باشد. مبنای قدرت، زور بود و زور هرگز ملزم به رعایت حقوق مردم نیست.
۵-۴-۱-۱- فضایل اخلاقی پادشاه
آنچه در متن در ذیل فضایل اخلاقی پادشاه ذکر شده، مطالبی است که در دو کتاب مرزباننامه و کلیله و دمنه، به صورت مستقیم خطاب به پادشاه بیان شدهاند البته فضایل اخلاقیای که پس از مباحث مربوط به اخلاق پادشاه ذکر میشود ادامهی منطقی همین رذایل و فضایل اخلاقی پادشاه میباشد. کتابهای کلیله و دمنه و مرزباننامه، سیاستنامههایی هستند که اکثر مطالب آنها در حوزهی اخلاق سیاسی و سیاست مدن و در حقیقت خطاب به پادشاه نوشته شدند. حتی حکایاتی که در متن این دو اثر ادبی آمده در حقیقت در جهت ایضاح مفاهیم سیاسی میباشند که در این باره در مباحث بعد بیشتر توضیح دادیم.
از سوی دیگر نباید از نظر دور داشت که گاهی منظور از پادشاه در نقل رذایل یا فضایل، عامه مردم هم میباشند. در کتابهای کلیله و دمنه و مرزباننامه فضایل و رذایل اخلاقی در قالب داستانهایی از زبان حیوانات بیان شده که مبین خفقان سیاسی آن دوران میباشد در این دو کتاب همه مسایل اخلاقی و ضد اخلاقی به صورت آشکار به آنان اشاره نشده، برخی از این اخلاقیات بینابین حکایات آمده و تا تمام داستان خوانده نشود معلوم نمیشود که قصد نویسنده بیان کدام نکتهی اخلاقی است چه بسا که چندین فضیلت یا رذیلت اخلاقی ذکر شده باشد اما در پایان داستان، نویسنده، نتیجهی اخلاقی دیگری را غیر از آنچه خواننده در ذهن خود داشته بیان نموده است.
۵-۴-۱-۱-۱- داشتن حزم و آیندهنگری
مهمترین مشخصه هر دربار، وجود افراد نخبه سیاسی است که در قدیم تحت عنوان حکیم از آنها نام برده میشد. دربار انوشیروان ساسانی به نام بزرگمهر شناخته میشود. دربار سلجوقیان به واسطه مردان بزرگی همچون خواجه نظامالملک طوسی توانست امپراطوری روم شرقی را از میان بردارد و آن را ضمیمه خاک ایران نماید. آیندهنگریهای سیاسی مردانی چون خواجهنظامالملک را در کتاب ارزشمند وی سیاستنامه در بخشی که مربوط به اسماعیلیان است میتوانیم بیابیم. بیشک اگر در درباری وزرایی کاردان وجود نداشته باشد، آنگاه پادشاه میبایست خود، جور نبود وزیر دوراندیش را بکشد. حال اگر پادشاه نیز از توجه به مهمات کشورش غافل باشد، آن کشور به زودی به تاراج دشمن خواهد رفت. پس از نابودی کشور، به جای پذیرش گناه خویش، دیگران رامتهم میکند:
«و عاجزتر ملوک آن است که از عواقب کارها غافل باشد و مهمات ملک را خوار دارد، و هرگاه که حادثه بزرگ افتد و کار دشوار پیش آید موضع حزم و احتیاط را مهمل گذارد، و چون فرصت فایت شود و خصم استیلا یافت نزدیکان خود را متهم گرداند و به هر یک حوالت کردن گیرد». (همان، ۹۶)
این مورد تلمیحی به یک حادثه تاریخی مربوط به دوران غزنویان دارد و آن، کوتاهی امیرمسعود در رابطه با ماجرای سلجوقیان است. او نیز پس از شکست و انهزام در مقابل ترکمانان سلجوقی، نزدیکان خود را متهم به کوتاهی در امر کنترل این قوم کرده بود.
در کلیله، یکی از مواردی که میتواند عاقبت کارها[ی پادشاه] را مورد تهدید قرار دهد، عدم گوش سپردن به اندرزهاست:
«…و هرکه سخن ناصحان، اگر چه درشت و بی محابا گویند، استماع ننماید عواقب کارهای او از پشیمانی خالی نماند، چون بیماری که اشارت طبیب را سبک دارد و غذا و شربت بر حسب آرزو و شهوت خورد، هر لحظه ناتوانی مستولیتر و علت مزمنتر شود… » (نصرالله منشی، ۱۳۸۶: ۹۶)
طبق باور ایرانیان باستان، پادشاه دارای فر ایزدی و الموید من عند الله بود که پادشاه با وجود این فر ایزدی میتوانست با وجههای دینی و اخلاقی بر مردم حکمرانی کند. البته نباید از نظر دور داشت که پادشاهان ایران باستان هرگز ادعای خدایی نداشتهاند بلکه میکوشیدند تا با تکیه بر دین یکتاپرستی به اخلاق عالیه متخلّق شوند و خدا را همیشه ناظر و حاضر ببینند و عدالت را سرلوحه کردار خویش قرار دهند. از طرف دیگر حکم پادشاه همانند قضای الهی غیر قابل تغییر میباشد. همین امر نیز باعث میشد پادشاه، بر اساس تدبیر و تفکر حکم خویش را جاری کند از آنکه کوچکترین لغزش پادشاه غیرقابل جبران بود.
«پادشاه نشاید که بیتأمل و تثبت فرمان دهد که امضاء فرمان او به نازلهی قضا ماند که چون از آسمان به زمین آمد، مردّ آن، به هیچ وجه نتوان اندیشید و اشارت پادشاه بیمقدمات تدبیر چون تیر تدبیر بود که از قبضه مشیت بیرون رود به هیچ سپر عصمت دفع آن ممکن نگردد. » (وراوینی، ۱۳۸۳: ۴۷)
۵-۴-۱-۱-۲- مشورت و نصیحت پذیری
در قدیم، اغلب شاهان (شواهد نشاندهندهی آن است که در ادوار اسلامی به این سو) جمعی از ظریفان، شاعران، مطربان و بذلهگویان را در نزد خویش گرد میآوردند و با آنان وقت
می گذراندند. متاسفانه گاهی پادشاه، از این ندما به عنوان مشاور خود استفاده میکرد و
بی شک مشخص است که چه بر سر مملکتهایی با این دسته سیاستمدار میآمده است.
بیشک ضعف این کشورها در دون همتی شاهانی است که به جای مشورت با مردان بزرگ با مشتی رند و میخوار و دلقک به بحث و بررسی اوضاع سیاسی کشور میپردازند. نویسنده مرزباننامه، مهمترین دلیل بیارزش شدن مشاوره را در درباری که خود شاهد آن بوده، دونهمتی پادشاه دانسته از این روی میگوید: «شاه نباید بدون مشورت کار کند و بایستی همت بلند داشته باشد.» (وراوینی، ۱۳۸۳ :۳۰)
گاهی پادشاه، به درباریان خویش اجازه سخنگفتن میدهد ولیکن، چون نصیحت واندرز، به دلیل سرزنشهای موجود در آن، با طبیعت انسانی سازگاری ندارد، پادشاه به دقت به آن گوش نمیدهد، از این روی، صاحب مرزبان نامه معتقد است، صرف اجازه ایراد اندرز و پند، حلال مشکلات نیست، بلکه باید، «حسن استماع» هم بر آن قید شود.
«اکنون که تمکین سخن گفتن فرمودی، حسن استماع مبذول فرمای که لوایم نصح، ملایم طبیعت انسانی نیست. قالاللّهتعالی: لَقَدْ أَبْلَغْتُکُمْ رِسالَهَ رَبِّی وَ نَصَحْتُ لَکُمْ وَ لکِنْ لا تُحِبُّونَ النَّاصِحِینَ.^[۱۰]شکوفه گفتار، اگر چه برگ لطیف برآرد، چون به صبای صدق اصغا پروریده نگردد، ثمره کردار از وی چشم نتوان داشت… » (همان، ۴۵)
پادشاه باید زیردستان خود را به خوبی بشناسد و تا میزان اخلاص آنان را درنیابد قادر نیست به اندازه قدرت و توان و کاردانی آنان به ایشان مسئولیت واگذار نماید.
«[کلیله] گفت: واجب است بر کافه خدم و حشم ملک که آنچه ایشان را فراز آید از نصیحت باز نمایند و مقدار دانش و فهم خویش معلوم رای پادشاه گردانند، که ملک تا اتباع خویش را نیکو نشناسد و براندازه رای و روییت و اخلاص و مناصحت هریک واقف نباشد از خدمت ایشان انتفاعی نتواند گرفت و در اصطناع ایشان مثال نتواند داد.
چه دانه مادام که در پرده خاک نهان است هیچ کس در پروردن او سعی ننماید، چون نقاب خاک از چهره خویش بگشاد و روی زمین را زیور زمردین بست معلوم گردد که چیست، لاشک آن را بپرورند و از ثمرت آن منفعت گیرند و هرکه هست براندازه تربیت از او فایده توان گرفت. و عمده در همه ابواب اصطناع ملوک است، چنانکه گفتهاند:
من همچو خار و خاکم، تو آفتاب و ابر گلـها و لاله ها دهم ار تربیـــت کنی»
در بابهای مختلف کلیله و دمنه که بنگریم رد پاهایی بسیار قوی از فضایل نصیحت ومشورت به چشم میخورد، که این خود به صورت غیرمستقیم اشارهای به خودکامگی و استبداد شاهان آن دوران دارد.
یکی از مهمترین بابهایی که در مورد مشاوره و نصیحت آمده باب بوم و زاغ است که نتیجهی اخلاقی آن، نابودی ملتی به علت نادیده گرفتن نصیحت و اندرز بزرگان (حکومت)کشور تفسیر میشود . کلیله بر آن است که بفهماند پادشاه برای دوام قدرت و حکومت خویش می بایست از نصایح درباریان خود بهرمند باشد. پادشاه نیز به تربیت و پرورش اطرافیان خویش توجه کافی مبذول بدارد . پادشاه اگر شخص بی کفایت و نالایقی را در صدر کارها قرار دهد و او را بر انسانهای کاردان و خردمند ترجیح دهد در نزد خردمندان سرزنش خواهد شد و شایسته ملامت خواهد بود:
«و از حقوق رعیت بر ملک آنست که هر یک را بر مقدار مروت و یکدلی و نصیحت بدرجهای رساند، و به هوا در مراتب تقدیم و تاخیر نفرماید، وکسانی را که در کارها غافل و از هنرها عاطل باشند بر کافیان هنرمند و داهیان خردمند ترجیح و تفضیل روا ندارد ، که دو کار از عزایم پادشاهان غیب نماید: حلیت سر بر پای بستن، و پیرایه پای بر سر آویختن. و یاقوت و مروارید را در سرب و ارزیز نشاندن در آن تحقیر جواهر نباشد لکن عقل فرماینده به نزدیک اهل خرد مطعون گردد.» (کلیله و دمنه ، ۱۳۸۶: ۶۸)
اجرای کارها به نحو احسن به وسیلهی خردمندان و انسانهای آگاه امکان پذیر است نه با زیادی یاران :
«و انبوهی یاران که دوربین و کاردان نباشند عین مضرت است ، و نفاذ کار با اهل بصیرت و فهم تواند بود نه به انبوهی انصار و اعوان .وهرکه یاقوت با خویشتن دارد گران بار نگردد و بدان هر غرض حاصل آید. وآنکه سنگ در کیسه کند رنجور گردد و روز حاجت بدان چیزی نیابد … و هرکه سخن ناصحان، اگر چه درشت و بیمحابا گویند، استماع ننماید عواقب کارهای او از پشیمانی خالی نماند، چون بیماری که اشارت طبیب را سبک دارد و غذا و شربت بر حسب آرزو و شهوت خورد، هر لحظه ناتوانی مستولیتر و علت زمنتر شود… » (نصرالله منشی، ۱۳۶۲: ۹۶).
نزدیکترین افراد به پادشاه حساسترین مناصب را در دربار از آن خود میخواستند و پادشاه بدون توجه به کفایت و کاردانی آنان، پستهای حساس مملکتی را به آنان واگذار مینمود نکتهی اخلاقی که نصرالله منشی به آن اشاره میکند این است که حاکم نباید خردمندان گمنام را فروگذارد و حقیر بشمارد و بیهنرانی را که پدرانشان در دربار صاحب منصبی بودند اکرام کند و بر صدر بنشاند:
گیرم پدر تو بود فاضل از فضل پدر تو را چه حاصل
«و مرد دانا حقیر نشمرد صاحب مروت را اگرچه خامل منزلت باشد، چه پی از میان خاک برگیرند و از او زینها سازند و مرکب ملوک شود و کمانها راست کنند و بصحبت دست ملوک و اشراف عزیز گردد.و نشاید که پادشاه خردمندان را به خمول اسلاف فروگذارد و بیهنران را به وسایل موروث، بیهنر مکتسب، اصطناع فرماید بل که تربیت پادشاه بر قدر منفعت باید که در صلاح ملک از هر یک بیند، چه اگر بیهنران خدمت اسلاف را وسیلت سعادت سازند خلل به کارها راه یابد و اهل هنر ضایع مانند.
و هیچ کس به مردم از ذات او نزدیکتر نیست، چون بعضی ازآن معلول شود به داروهایی علاج کنند که از راه های دور و شهرهای بیگانه آرند. و موش مردمان را همسرایه و هم خانه است، چون موذی میباشد او را از خانه بیرون میفرستند و در هلاک او سعی واجب میبینند. و باز اگر چه وحشی و غریب است چون بدو حاجت و از او منفعت است به اکرامی هرچه تمامتر او را بدست آرند و از دست ملوک برای او مرکبی سازند. » (همان، ۶۹- ۶۸)
این بخش از سخنان کلیله یادآور اندرزنامه بزرگمهر است و احتمالا تحت تاثیر آن نوشته شده است. در اینجا، وظایف پادشاه در قبال رعیت ذکر شده است. پادشاه میتواند با تقویت افراد خبره و آگاه، تسلط خود را بر مردم بیفزاید. پادشاه با برگزیدن و پروردن نزدیکان خود، حس احترام به خود را در رعیت برمیانگیزد و مردم نیز در مقابل، با تکریم نزدیکان شاه، برتری و بزرگی پادشاه را همراه با نوعی حس احترام نشان میدهند. مردم در حقیقت دولت را به خاطر کارگزاران دانا و خردمند مورد ستایش و فرمانبرداری قرار میدهند.
در باب بوم و زاغ خصوصیات مشاورین این چنین بر شمرده میشود:
«و در میان زاغان پنج زاغ بود به فضیلت رای و مزیت عقل مذکور و به یمن ناصیت و اصابت تدبیر مشهور، و زاغان در کارها اعتماد بر اشارت و مشاورت ایشان کردندی.» (همان، ۲۲۸)
در ادامهی داستان، ملک زاغان با مشاورین خود رایزنی میکند و حسن و اهمیت مشاوره را از عدت و سپاه واجبتر و مهمتر میداند و نشانهی بخردی برمیشمارد. پادشاه زاغان نتیجهی مشاوره را یاری بخت مساعد میداند و برآن است که آنکه رای ناصحان را نشنود نتیجهای معکوس از آنچه ذکر شده خواهد گرفت. اقبال کسی که سخن ناصحان را میشنود همانند سایهی چاه دایمی است نه زوالپذیر و فانی، بختش بیدار و فتح و ظفر با او یار .
«ملک گفت: اگر جنگ را کراهیت میداری پس چه بینی؟ گفت: در این کار تامل باید کرد، و در فراز و نشیب و چپ و راست آن نیکو بنگریست، که پادشاهان را به رای ناصحان آن اغراض حاصل آید که به عدت بسیار و لشکر انبوه ممکن نباشد. و رای ملوک به مشاورت وزیران ناصح زیادت نور گیرد، چنانکه آب دریا را به ممد جویها مادت حاصل آید .
و بر خردمند اندازه قوت و زور خود و مقدار مکیدت و رای دشمن پوشیده نگردد، و همیشه کارهای جانبین بر عقل عرضه میکند، و در تقدیم و تاخیر آن به انصار و اعوان که امین و معتمد باشند رجوع مینماید. چه هرکه به رای ناصحان مقبول سخن تمام هنر استظهار نجوید درنگی نیفتد تا آنچه از مساعدت بخت و موافقت سعادت بدو رسیده باشد ضایع و متفرق شود. چه اقسام خیرات به دالت نسب و جمال نتوان یافت، لکن به وسیلت عقل و شنودن نصایح ارباب تجربت و ممارست بدست آید.
و هرکه از شعاع عقل غریزی بهرومند شد و استماع سخن ناصحان را شعار ساخت اقبال او چون سایه چاه پایدار باشد، نه چون نور ماه در محاق و زوال، دست مریخ سلاح نصرتش صیقل کند، و قلم عطارد منشور دولتش توقیع کند. و ملک امروز به جمال عقل ملکآرای متحلی است .
نرسد عقل اگر دو اسپه کند در تگ وهم بی غبار ملک » (همان، ۱۹۷)
در همین داستان، مشاور دانا که میبیند که زاغ در لباس دوستی قصد نابودی بومان را کرده از در نصیحت وارد میشود و دشمن را ناصحی میداند که به سبب دوری مسافت کاری برای نابودی آنان از دستش بر نمیآید و منتظر فرصتی است تا اسرار را هویدا کند .

۱-۳ لزوم انجام تحقیق
در سال‌های اخیر با توجه به توسعه و گسترش شهرها و افزایش تراکم جمعیت، تعداد طبقات زیرزمین و عمق گودبرداری افزایش‌یافته است .پایداری خاک به‌عنوان یکی از مسائل مهم در مهندسی ژئوتکنیک مطرح است .لذا شناسایی و اجرای روش‌هایی که به کمک آن‌ها بتوان این مشکلات را تا حد امکان رفع نمود لازم و ضروری به نظر می‌رسد. در بعضی موارد کار ساخت نیازمند گودبرداری با شیب قائم است. نیاز به سیستم نگهداری موقتی دارد تا دیواره‌های گود عمیق را پایدار نگه دارد. سرعت و کیفیت ساخت پروژه را ارتقاء دهد و اطمینان حاصل دهد که آسیب‌های جانی و مالی محتمل رخ نمی­دهد. طراحی سیستم‌های نگه‌دارنده گودهای عمیق نیازمند تحلیل دقیق، طراحی و مانیتور کردن عملکرد آن است. در سال­های اخیر استفاده از سیستم­های ترکیبی موردتوجه قرارگرفته است که سازه ترکیبی میخ­کوبی و انکر یکی از آن‌هاست و اهمیت این روش ترکیبی در این است که این روش علاوه بر تامین پایداری کافی و کنترل تغییرشکل­های سازه نگهبان، هزینه­ های اجرایی را نیز کاهش می­دهد که در گودبرداری­های عمیق مزایای این روش نسبت به سایر روش­ها بارزتر است. در این پژوهش این سیستم ترکیبی جدید بررسی می­ شود.
۱-۴ فصل بندی مطالب
این پژوهش در ۵ فصل ارائه می­گردد که عبارت‌اند از:
فصل اول به بیان اهداف و لزوم انجام پژوهش می ­پردازد.
فصل دوم مروری بر مطالعات انجام‌شده درزمینه روش­های مختلف پایدارسازی توسط دو روش میخ‌کوبی و انکراژ صورت گرفته است می­پردازیم و کلیاتی از روش میخ­کوبی و انکراژ، موارد کاربرد، آشنایی با مراحل اجرا و نکات فنی و اجرایی پرداخته می­ شود.
در فصل سوم نرم‌افزارPlaxis را معرفی می­کنیم و نحوه مدل‌سازی در آن را شرح می­دهیم سپس یک صحت­سنجی عددی و یک صحت­سنجی موردی انجام می­دهیم.
در فصل چهارم بر اساس ضوابط آئین‌نامه‌ای تحلیل و طراحی سازه نگهبان میخ­کوبی شده و سازه ترکیبی میخ­کوبی و انکر بیان می­گردد و نتایج مدل­سازی­ها در شرایط و تحت پارامتر­های مختلف مقایسه و بررسی می­گردد.
در فصل پنجم نتیجه ­گیری­های حاصل از این پژوهش را بیان خواهیم کرد و پیشنهاد‌هایی را برای سایر محققین بیان می­کنیم و امیدواریم که این پژوهش نقشی هرچند کوچک در پیشبرد اهداف جامعه مهندسی داشته باشد.

فصل دوم

مطالعات انجام‌شده
۲-۱ مقدمه
همه‌ساله زمین‌لغزش‌هایی در نقاطی از جهان اتفاق می‌افتد که از آن جمله می‌توان به زمین‌لغزش‌های به وقوع پیوسته اخیر در ایتالیا، پاکستان، مکزیک و … اشاره نمود که خسارت‌های قابل‌توجهی را به وجود آورد.
باوجود فعالیت‌های کاهش‌دهنده ریسک ناپایداری که قبل از ساخت پروژه‌ها برنامه‌ریزی و طراحی می‌شود، بازهم عدم قطعیت‌ها به‌ خصوص مرتبط با شناخت خاک وجود دارد. بنابراین اهمیت آنالیز پایداری شیروانی‌های موجود آشکار می‌شود.
در طی دهه‌ های گذشته، تجربه رفتار شیروانی‌ها و اغلب با گسیختگی آن‌ها، منجر به افزایش درک ما درباره شناسایی ضرورت‌ها و محدودیت‌های آزمایش‌های آزمایشگاهی و درجا برای ارزیابی مقاومت‌های خاک ،توسعه انواع مؤثرتر و جدید ابزار گذاری برای مشاهده رفتار شیروانی‌ها، درک اصول مکانیک خاک که رفتار خاک را به پایداری شیروانی مرتبط می‌کنند، پروسه‌های تحلیلی اصلاح‌شده که با بررسی گسترده مکانیک آنالیزهای پایداری شیب تکمیل‌شده است، مقایسه جزئیات با رفتار صحرایی و استفاده از کامپیوترها برای انجام آنالیزهای کلی و دقیق شده است.
عملکرد شیروانی‌های مسلح شده توسط پایداری و تغییرشکل آن‌ها بیان می‌شود. تغییرشکل‌های شیروانی‌های می‌تواند به سازه‌های مجاور، تأسیسات و خیابان‌های اطراف آسیب برساند. شدت و مقدار این آسیب به بزرگی و الگوی توزیع تغییرشکل‌های خاک در محدوده شیروانی‌های وابسته است. پایداری و تغییرشکل‌های شیروانی‌های به برگ خریدهایی، وابسته می‌باشند. تجربه نشان داده است که پیش‌بینی میزان تغییرشکل‌ها بسیار پیچیده و فرایندی وقت‌گیر است. ازاین‌رو همواره محققین مختلف سعی در ارائه روش‌های ساده‌تر و دقیق‌تر در پیش‌بینی میزان تغییرشکل‌های شیروانی‌های داشته‌اند.
میخ­­کوبی­ ^[۱]یکی از انواع عملیات مسلح کردن خاک است که در پایدارسازی شیب‌ها و گودبرداری‌ها از سه دهه اخیر در جهان به‌ خصوص فرانسه، آلمان و اخیراً در آمریکا رایج شده است. فرضیه اصلی این نوع مقاوم‌سازی، مسلح کردن زمین به‌منظور افزایش مقاومت برشی خاک و مقید کردن جابه‌جایی آن است. انتقال نیروی کششی تولیدشده از میخ­خاک­ها به زمین با بهره گرفتن از اصطکاک ایجادشده میان آن دو، فرض اصلی طراحی است. قابل‌ذکر است که این سیستم، به مهندسان اجازه می‌دهد که از زمین برای ایجاد سازه‌های نگهبان نیز استفاده کنند.روش میخ­کوبی از مزیت‌های زیادی نسبت به روش‌های معمول مقاوم‌سازی مانند دیوارهای حائل برخوردار است به‌علاوه دارای هزینه‌های کمتری نیز است لذا روز­به­روز تقاضای مهندسین برای استفاده از این روش افزایش می­یابد.
۲-۲ پیشینه میخ‌کوبی خاک
مبدأ اصلی روش میخ­کوبی خاک را می‌تواند سازه نگهبان بکار رفته در حفاری فضاهای زیرزمینی که درروش تونل سازی اتریشی استفاده می­ شود دانست و تدبیر به‌کارگیری آرماتورهای فولادی غیر­فعال و شاتکریت ^[۲]در نگهداری شیب‌های سنگی به اوایل دهه ۱۹۶۰ برمی‌گردد. از اولین موارد به‌کارگیری روش میخکوبی خاک، پروژه تعریض راه‌آهن در نزدیکی ورسایلز فرانسه در سال ۱۹۷۲ بود. ازآنجاکه این روش مقرون‌به‌صرفه و سریع‌تر از دیگر روش‌های نگهداری بود، به‌سرعت در فرانسه و دیگر کشورهای اروپایی به کار گرفته شد]۱.[
اولین پروژه دیوار خاک میخکوبی شده در آمریکا در سال ۱۹۷۶ مورد بهره‌برداری قرار گرفت. در کشورهای پیشرفته، این روش به دلیل هزینه کمتر و سرعت اجرایی بالاتر به‌سرعت جایگزین روش‌های دیگر نگهداری خاک گردیده است. در اروپا دو مجموعه تحقیقاتی گسترده، درباره خاک میخکوبی شده ثبت‌شده است. اولین مورد آن در اواخر دهه ۱۹۷۰ در دانشگاه کارلس روهه آلمان و دومین مورد در دهه ۱۹۸۰ توسط دولت فرانسه است. در پروژه تحقیقاتی فرانسه، بر روی ۶ دیوار میخ‌کوبی شده در مقیاس واقعی، آزمایش‌های لازم صورت گرفت، تا مبنایی برای تنظیم یک استاندارد درزمینه طراحی و اجرای این نوع سازه‌ها در فرانسه گردد. نتایج این مطالعات نشان می‌دهد که:
- عمل کرد دیوار خاک میخکوبی شده مشابه دیوارهای حائل وزنی است.
- عمق نفوذ لازم هر میخ به داخل خاک معمول در محدوده ارتفاع دیوار قرار دارد.
الیاس و یوران در سال ۱۹۹۰ اثر خزش ^[۳]درازمدت خاک را در کرنش دیوارهای میخکوبی شده بررسی کردند.]۲[تامسون و میلر در ۱۹۹۰ اثر ترکیبی میله‌های فولادی و دوغاب ^[۴]را در عملکرد دیوارهای میخکوبی شده به کمک ابزارهای کرنش‌سنج در پروژه‌ای در واشنگتن بررسی نمودند]۳[.بایرن در سال ۱۹۹۲ اندرکنش خاک- میله را بررسی کرد و مقدار بار حداکثر و محل کرنش ماکزیمم را در پیش‌بینی نمود. در سال ۱۹۹۶ سازمان بزرگراه‌های آمریکا^[۵] مرجعی در ارتباط با طراحی و ساخت دیوارهای خاک میخکوبی شده منتشر کرد، که خلاصه‌ای از تحقیقات صورت گرفته در آلمان و فرانسه و آمریکا بود. در این مرجع، از روش تعادل حدی برای تحلیل استفاده می‌شود]۴[.
بریو و همکاران در سال ۱۹۹۷ مدل خاک مسلح شده در محل تکیه‌گاه‌های پل را شبیه‌سازی کرده و راهکارهایی را ارائه نمودند.ژانگ و همکاران در سال ۲۰۰۲ مدل‌سازی سه‌بعدی دیوارهای خاک میخکوبی شده را به‌منظور پیش‌بینی حرکت خاک در مراحل مختلف اجرای دیوار انجام دادند که نتایج حاصله انطباق مناسبی با مقادیر اندازه‌گیری شده داشت]۵[.
چوک و همکاران در ۲۰۰۵ دیوارهای خاک میخکوبی شده در خاک‌های سست را که تحت اثر نفوذ آب‌های سطحی قرار دارند، مدل‌سازی نمودند و به این نتیجه رسیدند که اتصال انتهای میله‌ها به سطح دیوار نقش عمده‌ای در کاهش تغییر مکان دیوارهای خاک میخکوبی شده در زمینه‌ای سست دارد]۶[.چنگ و همکاران در سال ۲۰۰۸ به بررسی شیب بهینه برای سطح دیوارهای خاک میخکوبی شده پرداختند و رابطه بین شیب خاک‌ریز با شیب میله‌ها را در حالت بهینه به دست آوردند]۷[.
سیواکومار و همکاران در سال ۲۰۰۸ ، مدل‌سازی عددی دیوارهای خاک میخکوبی شده را در شرایط لرزه‌ای انجام دادند، که نتایج نشان داد که تسلیم خاک به کمک میله‌های فولادی موجب عملکرد بهتر گودبرداری در هنگام زلزله می‌گردد. وان هو و همکاران در سال ۲۰۰۸ مدل‌سازی دیوارهای خاک میخکوبی شده را به‌منظور بررسی رابطه بین نیروی بیرون کشیدگی در میله‌ها با اتساع خاک انجام دادند]۸[. لی و همکاران در سال ۲۰۰۹ اثر فشار سربار و زاویه اتساع خاک را بر مقاومت بیرون کشیدگی میله‌ها بررسی کرده و نشان دادند که مقاومت بیرون کشیدگی با افزایش زاویه اتساع خاک به‌طور عمده‌ای افزایش می‌یابد]۹[. وی و چنگ در ۲۰۱۰ روش‌های تعادل حدی و کاهش مقاومت را در مسائل مختلف مربوط به دیوارهای میخکوبی شده، مورد مقایسه قراردادند]۱۰[.
۲-۳ مطالعات انجام‌شده درروش میخ‌کوبی
میخکوبی روش مسلح کردن درجای خاک است. مفهوم پایه‌ای میخکوبی شامل مسلح کردن زمین توسط المان‌های غیرفعال و نزدیک به هم، به‌منظور ایجاد سازه ثقلی منسجم است و بدین‌وسیله مقاومت برشی کلی خاک محل افزایش می‌یابد و جابجایی آن محدود می‌شود. سیستم میخکوبی برای کاربردهای موقت و دائمی می‌تواند لحاظ شود. دیوار میخکوبی می‌تواند بارهای قائم استاتیکی و دینامیکی را، بدون متحمل شدن جابجایی‌های بیش‌ازاندازه، تحمل کند. میخکوبی شامل میلگرد فولادی است که می‌تواند تنش‌های کششی، برشی و ممان خمشی را تحمل کند. رویه و نمای میخکوبی المان باربر قابل‌توجهی نیست اما نسبتاً، پایداری موضعی خاک بین لایه­ های مسلح را تأمین، و از فرسایش و هوازدگی سطح جلوگیری می­ کند. این رویه عموماً شامل یک‌لایه نازک شاتکریت مسلح است.
فان و لئو^[۶] در سال۲۰۰۷ زاویه بهینه میخ برای شیروانی میخکوبی شده با انواع شرایط هندسی و اثر طول میخ بر ضریب اطمینان را موردبررسی قرارداد. آن‌ها نتیجه گرفتند اگر L/Hبزرگ‌تر از ۱ باشد اثر طول میخ بر پایداری کلی تقریباً ناچیز است. همچنین نشان دادند که اثر طول میخ در ۳/۱ پایینی شیب‌بر پایداری شیب بسیار مهم است]۱۱[.ساباتی­نی^[۷] در سال ۱۹۹۵نشان داد که مقدار کلی طول موردنیاز میخ‌ها کاهش می‌یابد اگر میخ‌ها در قسمت پایینی شیب قرار گیرند. بر اساس آنالیز گود ۵/۴ متری با شیب ۷۰درجه، پیشنهاد شد که میخ‌ها باید در قسمت میانی بلندتر باشند تا طول کلی مسلح کننده‌ها مینیمم شود. بعلاوه پیشنهاد کرد که قرارگیری افقی میخ‌ها بهینه‌ترین جهت است، به‌جز برای پایین‌ترین میخ‌ها که بر اساس تحلیل تعادل حدی انجام گرفت. شفیعی در سال۱۹۸۶ تحقیقاتی را در مورد اثر جهت‌یابی میخ‌ها بر تغییرشکل دیوارهای میخکوبی شده با بهره گرفتن از روش اجزاء محدود انجام داد. دیوارها با شیب میخ‌های ۰و۳۰درجه نسبت به افق تحلیل شدند. تغییرشکل در نمای دیواری که میخ‌های۳۰درجه نصب بودند بزرگ‌تر از میخ‌های افقی بود]۱۲[.جویل در سال۱۹۸۰ یک سری آزمایش‌های برش مستقیم آزمایشگاهی برای بررسی اثر شیب میخ‌های انعطاف‌پذیر برافزایش مقاومت برشی توده خاک در گسیختگی انجام داد. زاویه بهینه میخ‌ها نسبت به نرمال سطوح برش خورده به‌منظور بسیج کردن ماکزیمم مقاومت برشی در توده خاک حدود۳۰درجه است. پائولو در سال ۲۰۰۵نشان داد که اگر ردیف اول عمیق‌تر نصب شود خیز قابل‌توجهی رخ می‌دهد که جبران آن در ادامه ساخت مشکل است. طول آزاد بلندتر مخصوصاً برای مهاری اول، منجر به خیز کمتر می‌شود. وی اثر زاویه اصطکاک داخلی خاک، شیب و تراز مهاری، بر نیروی مهاری را موردبررسی قرارداد.]۱۳[
۲-۴ اجرای روش میخ‌کوبی
این روش شامل یک شیب میخ‌کوبی شده متشکل از سه بخش توده خاک، تسلیح کننده‌ها و رخ پوش شیب است. تسلیح کننده‌ها باعث افزایش مقاومت و سختی توده خاک شده و در برابر تنش‌های جانبی ناشی از سربار و یا وزن توده خاک مقاومت می‌نمایند و به این وسیله موجب پایداری شیب می‌گردند. تحلیل‌های عددی انجام‌گرفته نشان می‌دهد که رفتار شیب میخ‌کوبی شده بیش از اینکه وابسته به شرایط انتهایی تسلیح کننده‌ها باشد به مشخصات سطح تماس تسلیح کننده و خاک اطراف آن بستگی دارد. میخکوبی خاک در طیف وسیعی از خاک‌ها شامل رس، ماسه، سنگ‌های هوازده، نیم‌رخ شیب‌های هوازده، خاک‌های لایه­ای و ناهمگن امکان‌پذیر است. ولی انجام این روش در رس‌های نرم و پلاستیک، خاک‌های با دانسیته پائین و یا اشباع توصیه نمی‌شود. شکل(۲-۱) گودبرداری مرحله‌به‌مرحله و اجرای میخکوبی را نشان می‌دهد.
شکل ۲-۱ : مراحل اجرای میخ‌کوبی]۱۴[
۲-۴-۱ گودبرداری 
گودبرداری اولیه تا عمقی صورت می‌پذیرد که دیواره گودبرداری شده بتواند در مدت کوتاهی بین ۲۴ تا ۴۸ ساعت پایداری خود را حفظ کند. عمق گودبرداری جهت تأمین کوتاه‌مدت پایداری در بین ۱ تا ۲ متر است. عرض گودبرداری انجام‌شده حداقل باید به‌اندازه‌ای باشد که بتوان ابزارهای لازم را در محل مستقر کرد. عرض مش فولادی در تعیین عرض گودبرداری مؤثر است، درعین‌حال خاک‌برداری در عرض‌های بزرگ‌تر از ۱۲ متر موجب افزایش تغییرشکلهای افقی می‌گردد. پانل‌های خاک‌برداری، یک‌درمیان برداشت می‌شوند.
۲-۴-۲ حفاری چال برای اجرای میخ
چال‌های موردنظر با طول، قطر و شیب مشخص اجرا می‌شوند و امتداد آن‌ها تقریباً افقی است.
۲-۴-۳ نصب میخ و دوغاب ریزی
در این مرحله میلگردهای فولادی (میخ‌ها) در چال‌های پیش حفاری‌شده کار گذاشته می‌شوند. میلگردهای به‌کاررفته شده اغلب تو پر هستند اما می‌توان از میلگردهای توخالی نیز مطابق به آیین‌نامه اجرایی وزارت راه آمریکا مربوط به میخکوبی با میلگردهای توخالی نیز استفاده کرد. جهت آنکه راستای میلگردها دقیقاً در امتداد محور استوانه چال‌های حفرشده باشد از ابزاری به نام مرکز کننده استفاده می‌شود که باعث می­ شود میلگرد دقیقاً در وسط گمانه قرار بگیرد و ضخامت دوغاب در اطراف آن یکسان شود. میلگردها در داخل مرکز کننده‌ها فرورفته و سپس در داخل چال، جاگذاری می‌شوند. چنانچه شرایط خوردگی شدید باشد از غلاف‌های پلاستیکی مخصوصی جهت محافظت از میخ‌ها استفاده می‌شود. در همین حال یک لوله دوغاب ریزی به انتهای چال رفته و فضای خالی باقی‌مانده را از انتها تا ابتدای چال دوغاب ریزی می‌کند. شیب چال‌های حفر همان‌طور که پیش‌ازاین نیز گفته شد به مقدار ملایمی در پایین سطح افق قرار دارد. لذا دوغاب با نیروی وزن واردشده بر آن به‌خوبی در حفره‌ها جا می‌گیرد. به چنین روشی، روش دوغاب ریزی ثقلی گفته می‌شود که جزء روش‌های متداول در میخکوبی به‌حساب می‌رود. پیش از مرحله بعدی، نوارهای زهکشی ژئوکاپوزیتی بر روی سطح گودبرداری و به‌طور تقریبی بین شبکه میخ‌های بیرون آمده کار گذاشته می‌شود. نوارهای زهکشی تا قسمت تحتانی گودبرداری ادامه می‌یابد تا زه آب جمع شده را به پاشنه دیوار هدایت و خارج کند].۱۴[
۲-۴-۴ ساخت پوشش شاتکریت موقتی
قبل از آنکه مرحله بعدی گودبرداری شروع شود شاتکریت جهت یکپارچه‌سازی ابتدای میخ‌ها و کل سیستم بر روی سطح گود پاشیده می‌شود. نحوه متداول اجرا به این صورت است که از یک پوشش شاتکریت با تسلیح فولادی استفاده می­ شود. تسلیح فولادی اغلب شبکه مش بندی شده از سیم‌های به هم جوش‌خورده است. طول پانل‌های مش فولادی جوش‌خورده باید به‌اندازه‌ای باشد که هر پانل با پانل کنار تااندازه‌ای همپوشانی داشته باشد. در این مرحله لایه‌نازک بتن شاتکریت بر روی سطح گود پاشیده می‌شود. بعدازآن یک صفحه فولادی بر روی نوک میخ کار گذاشته می‌شود. از واشر و مهره‌های شش‌گوش برای اتصال میخ به صفحه پلیت استفاده می‌شود. توجه شود که مدت ۷۲ ساعت لازم است تا بتن شاتکریت به مقاومت سه‌روزه تقریباً معادل ۱۰٫۵ مگاپاسگال برسد و بعد گودبرداری مرحله بعد انجام شود.
۲-۴-۵ ساخت دیواره میخ‌کوبی شده تا عمق موردنظر 
مراحل ۱ تا ۴ تا عمق موردنظر جهت گودبرداری ادامه می‌یابد. در هر مرحله از گودبرداری، نوارهای زهکشی قایم که در انتهای گود به‌صورت لوله‌ای جمع شده است، در امتداد بعدی گودبرداری گسترده می‌شود. سپس پانل‌های مش بندی جدید بر روی پوشش کار گذاشته می‌شود. شاتکریت با همپوشانی قابل قبولی نسبت به لایه بالایی شاتکریت بر روی دیوار پاشیده می‌شود. در انتهای گود نوار زهکشی دوباره لوله شده تا برای مرحله بعدی استفاده شود.
۲-۴-۶ ساخت پوشش دائمی و نهایی 
وقتی گودبرداری تا عمق موردنظر ادامه یافت، سیستم میخکوبی شده در تمام سطح دیوار نصب شد و نیز آزمایش‌های لازم جهت اطمینان از عدم رخداد هر نوع گسیختگی انجام گرفت، ممکن است پوشش نهایی و دائمی ساخته شود. همان‌طور که گفته شد از پوشش دائمی در شرایطی استفاده می‌شود که از دیوار میخکوبی جهت سیستم پایدارسازی دائمی گود بهره گرفته‌شده باشد. برای پوشش‌های دائمی ممکن است از بتن مسلح درجا، شاتکریت مسلح و یا پانل‌های پیش‌ساخته استفاده شود.]۱۴[
تسلیح فولادی شامل سیستم مش بندی شده از سیم‌های به هم جوش‌خورده است. طول پانل‌های شبکه فولادی جوش‌خورده باید به‌اندازه‌ای باشد که هر پانل با پانل کناری تااندازه‌ای همپوشانی داشته باشد. در این مرحله لایه‌نازک بتن شاتکریت بر روی سطح گود پاشیده می‌شود. بعدازآن یک صفحه )پلیت فولادی( بر روی نوک میخ کار گذاشته می‌شود. از واشر و مهره‌های شش‌گوش برای اتصال میخ به صفحه استفاده می‌شود. توجه شود که مدت۷۲ ساعت لازم است تا بتن شاتکریت به مقاومت ۳ روزه با مقدار تقریبی ۵/۱۰مگاپاسگال برسد و بعد گودبرداری مرحله بعد انجام شود.
۲-۴-۷ مقاومت چسبندگی بین خاک و ملات در دیوارهای میخ‌کوبی شده
ظرفیت بیرون کشیدگی میخ یک عامل مهم در تحلیل و طراحی دیوارهای میخکوبی شده است، که به دو عامل اصلی اندازه مجموعه میخ و مقاومت چسبندگی بین خاک و ملات بستگی دارد. از بین این دو عامل اندازه مجموعه میخ با توجه به فرضیات طراحی مشخص بوده ولی به دلیل عدم شناخت کافی در مورد رفتار اندرکنشی بین خاک و ملات در طول میخ نمی­ توان مقدار دقیقی برای این پارامتر مشخص کرد، و از طرفی یک فرایند استاندارد آزمایشگاهی خاص نیز برای آن وجود ندارد. بنابراین در مرحله طراحی این پارامتر اغلب توسط مهندس طراح فرض می‌گردد )با توجه به شرایط میدانی و شرایط خاک( و سپس به‌وسیله آزمایش بیرون کشیدگی در طی ساخت اصلاح می‌شود.
۲-۴-۸ تأثیر شرایط خاک بر مقاومت بیرون کشیدگی میخ
ویژگی‌هایی از خاک که روی مقاومت بیرون کشیدگی اثر می‌گذارند شامل مقاومت، اندازه ذرات، اتساع و درجه اشباع خاک می‌باشند. یکی از مهم‌ترین پارامترهای تأثیرگذار بر مقاومت بیرون کشیدگی میخ، خاک اطراف میخ است. برای مثال، اگر یک میخ با روش یکسان در رس سیلتی، ماسه و شن ماسه دار نصب شود، ممکن است مقادیر مقاومت بیرون کشیدگی حدود۴۰-۸۰ کیلو پاسکال، ۱۰۰ کیلو پاسکال و ۲۰۰ کیلو پاسکال حاصل شود. اندازه و شکل ذرات که بستگی به اتساع خاک‌دارند، به‌طور عمده روی رفتار بیرون کشیدگی و مقاومت بیرون کشیدگی مؤثرند. برای خاک‌هایی که دارای ذرات بزرگ‌تر و یکنواخت­تر با اشکال نامنظم هستند، هنگام بیرون کشیدن میخ ذرات چرخیده و تغییر آرایش داده که منجر به اتساع خاک می‌شود. اگر اتساع خاک محدود شود، افزایش تنش قائم نتیجه می‌شود که آن نیز منجر به افزایش مقاومت بیرون کشیدگی می‌شود. به مطالعه تأثیر اتساع روی مقاومت بیرون کشیدگی پرداخت]۱۴[.
۲-۵ شرایط مطلوب خاک برای میخ‌کوبی
سیستم دیوارهای خاکی میخکوبی شده^[۸] در خاک‌های مختلفی با موفقیت اجراشده است. عموماً در این‌گونه خاک‌های مطلوب، سختی‌ها و پیچیدگی‌های ساخت به‌طور درازمدت وجود نداشته است. مواردی که میخکوبی خاک توجیه اقتصادی و فنی داشته است عبارت‌اند از:
- خاک‌هایی که در هنگام گودبرداری هر فاز، قادر به پایداری بدون حائل به ارتفاع ۱ تا ۲ متر به‌صورت قائم یا نزدیک به قائم برای مدت‌زمان ۱ تا ۲ روز باشند.

قانون مجازات اسلامی مشتمل بر جرایم و مجازاتهای حدود، قصاص ، دیات و تعزیرات اقدامات تامینی و تربیتی ، شرایط وموانع مسئولیت کیفری وقواعد حاکم بر آن است که هر رفتاری اعم از فعل یا ترک فعل که در قانون برای آن مجازات تعیین شده است جرم محسوب می شود وکلیه قوانین جزای ایران درباره کلیه اشخاص که در قلمرو حاکمیت زمینی ، دریایی و هوایی جمهوری اسلامی ایران مرتکب جرم شود اعمال می شود، مگر آن که به موجب قانون ترتیب دیگری مقرر شده باشد.

ب-بحث تعویق صدور حکم
به موجب ماده ۳۹قانون مجازات اسلامی درجرایم موجب تعزیر تا درجه شش و هشت دادگاه می تواند پس از احراز مجرمیت متهم با ملاحظه وضعیت فردی و خانوادگی و اجتماعی و سوابق و اوضاع واحوالی که موجب ارتکاب جرم گردیده است درصورت وجودشرایط قانونی احکام را به تعویق اندازد که از آن جمله می توان به مواردی اشاره کرد که شامل حال مجرم می گردد که عبارتند از وجود جهات تخفیف ، پیش بینی اصلاح مرتکب، جبران ضرر و زیان یا برقراری ترتیبات جبران و فقدان سابقه کیفری موثر ، در این خصوص محکومیت موثر از محکومیتی است که محکوم را به تبع اجرای حکم از حقوق اجتماعی محروم می کند تعویق ساده مرتکب بطور کتبی متعهد می گردد، در مدت تعیین شده بوسیله داده های مرتکب جرمی می شود اما در تعویق مراقبتی علاوه بر شرایط تعویق ساده مرتکب متعهد می گردد ترتیبات و شرایط مقرر بوسله ی دادگاه رعایت کند یا بر موقع به اجرا بگذارد در کلیه این تعویق ها دادگاه نمی تواند قرارهای خودرا بصورت غیابی صادر کند. ( گلدوزیان، ۱۳۹۰، ۱۲۸)
ج- بحث تعلیق اجرای مجازات
تعلیق مجازات یک وسیله اغماض وارفاقی است که دادگاه با رعایت شرایطی به مجرم اعطا می کند اما در قانون مجازات اسلامی ، تعریفی از تعلیق مجازات دیده نمی شود به طور کلی تعلیق مجازات عبارت از روش قانونی تعدیل مجازات است که به موجب آن دادگاه با رعایت شرایطی می تواند اجرای مجازاتی را که در دادنامه قید نموده است برای مدت معینی با هدف اصلاح و تربیت مجرم به تاخیر اندازد بنابراین تعلیق اجرای مجازات یکی از راه های قانونی اعطای فرصت به مجرم برای خوددداری و از ارتکاب جرم و آماده شدن برای بازگشت مجرم به زندگی عادی در جامعه است.
ویژگی های خاص تعلیق عبارتند از :
تعلیق مجازات حقی برای مجرم محسوب نمی شود بلکه وسیله و ابزاری است که برای ارفاق و کمک به دادگاه واگذار شده است تا با اجرای آن مجرم قابلیت بازگشت به زندگی اجتماعی را بدون تحمیل مجازات احراز نماید.
تعلیق مجازات یک اغماض موقتی است و بستگی به وفاداری و اطاعت مجرم ازاجرای دستورات دادگاه در مهلت مقرر در حکم دارد.
تعلیق مجازات تاسیس است که زمینه فردی کردن مجازات با شخصیت مجرم را فراهم می کند و رابطه مستقیمی با نوع جرم ونوع مجازات مقرردر قانون مجازات اسلامی دارد یا به عبارت دیگر دادگاه نمی تواند همه مجازاتها را معلق کند.
معافیت قطعی مجرم برای عدم اجرای مجازات تعلیق شده منوط به حسن رفتار محکوم مطابق دستوردادگاه در تمام مدت تعلیق می باشد.
در قانون مجازات اسلام تنها آن دسته از مجرمینی استحقاق این ارفاق را پیدا می کنند که برای نخستین بار مرتکب جرم قابل تعزیر شده باشند.
در صورتی که مجرم در خلال مهلت قانونی تعلیق مجددا مرتکب جرم گردد، حکم تعلیق او فسخ خواهد شد .
د-موضوع تخفیف مجازات در قانون مجازات اسلامی
تخفیف در لغت به معنای سبک کردن، کاستن، تسکین دادن و آرام دادن است.
تخفیف مجازات : کاستن میزان مجازات تعزیری یا بازدارنده متهمی که به جهتی از جهات مخففه قانون موارد ۶گانه ماده ۲۲ قانون مجازات اسلامی مستحق تخفیف است منظور از تخفیف مجازات این است که قاضی میزان مجازات رااز حداقل تعیین شده در قانون کمتر و خفیفتر نماید و الاحکم مجازات به حداقل قانونی ، تخفیف مجازات محسوب نمی گردد.
ماده ۲۲ قانون مجازات اسلامی :دادگاه می تواند در صورت احراز جهات مخففه ، مجازات تعزیری و یا بازدارنده راتخفیف دهد و یا تبدیل به مجازات از نوع دیگری نماید که مناسب تر به حال متهم باشد، جهات مخففه عبارتند از :
گذشت شاکی یامدعی خصوصی
اظهارات و راهنمای های متهم که در شناختن شرکا ومعاونان جرم و یا کشف اشیایی که از جرم شده است از قبیل :رفتار و گفتار تحریک آمیز مجنی علیه با وجود انگیزه شرافتمنانه در ارتکاب جرم
اعلام متهم قبل از تعقیب و یا اقرار او در مرحله تحقیق که موثر درکشف جرم باشد.
وضع خاص متهم و یا سابقه او
اقدام یا کوشش متهم به منظور تخفیف اثرات جرم وجبران زیان ناشی از آن.
تبصره ۱:دادگاه مکلف است جهات تخفیف مجازات را در حکم صریحا قید کند.
تبصره ۲: چنانچه نظیر جهات مخففه مذکور در این ماده در مواد خاص پیش بینی شده باشد دادگاه نمی تواند به موجب همان جهات دوباره مجازات را تخفیف دهد.
ز- بحث مجازاتهای جایگزین
مجازاتهای جایگزین عبارت است از دوره مراقبت ، خدمات عمومی رایگان، جزای نقدی جزای نقدی روزانه ومحرومیت از حقوق اجتماعی است که در صورت گذشت شاکی و وجودجهات تخفیف با ملاحظه نوع جرم وکیفیت ارتکاب آن، آثار ناشی از جرم، سن ، مهارت، وضعیت و شخصیت وسابقه مجرم، وضعیت بزه دیده و سایر اوضاع واحوال تعیین واجرا می شود دادگاه در ضمن حکم و تناسب مجازات با مورد حکم و در ضمن حکم نمی تواند به بیش از دو نوع از مجازات های جایگزین حکم دهد.
بیشترین کارایی نتایج حاصله از تشکیل پرونده شخصیت در مرحله قضایی می‌باشد. چون در این مرحله است که قاضی کیفری باید با ملاحظه نظرات کارشناسان علوم مختلف، در ابتدا میزان مسئولیت کیفری مجرم را مشخص نماید و در ثانی مجازات مناسب با شخصیت واقعی وی را تعیین نماید.
مکتب دفاع اجتماعی نوین با تاکید و تکیه بر ضرورت وجود مسئولیت، توضیح می‌دهد که مسئولیت، واقعیتی است که باید همیشه مورد توجه قرار گیرد. ولی طریق و هدف از احراز مسئولیت در این مکتب متفاوت از مکاتب دیگر است. مسئولیت دفاع اجتماعی، فقط ناظر و منحصر به واقعیت‌های زمان ارتکاب جرم نمی‌باشد، بلکه کشف واقعیت‌های گذشته و حال و آینده است که میتوان بر مبنای آن واقعیت‌ها، برای اصلاح و آینده‌سازی او برنامه‌ریزی کرد. این شناسایی و معرف به مسئولیت فرد در گروه شناسایی شخصیت و منش افراد است. پرونده شخصیت، مرجع و منبع تحصیل یک چنین اطلاعاتی باید باشد. بعد از اینکه قاضی در پرونده مطروحه با توجه به پرونده شخصیت، مسئولیت کیفری را متوجه اراده آزاد مجرم دانست و میزان آنرا مشخص کرد؛ در مرحله بعد باید مجازات مناسب شخصیت واقعی مجرم را بیابد به نحوی که بتواند وی را اصلاح و جامعه پذیر کند یا در صورت لزوم مجازات مجرم را معلق نماید یا در صورت وجود حالت خطرناک در مجرم، اقدام به تعیین اقدامات تامینی و تربیتی مناسب نماید.
( قاسمی ، ۱۳۷۴،۱۲۴)
مجازات چه معلق بماند و چه اجرا شود، در هر صورت باید نتیجه‌ای باشد که قاضی کیفری ازملاحظه پرونده شخصیت و ارزیابی نظرات کارشناسان علوم مختلف به دست می‌آورد. قاضی می‌تواند با ملاحظه پرونده مجرم راه میانه را برگزیند و در صورتی که مجرم نه شایستگی تعلیق دارد و نه جرم او در حدی است که مجازات اصلی را برای وی تعیین نماید می‌تواند مجازات را آنقدر تخفیف دهد که با شخصیت واقعی مجرم همساز شود. در واقع فرایندی که طی می‌شود تا مجازات مجرم با شخصیت واقعی وی هماهنگ شود؛ فرایند فرد سازی مجازات نامیده می‌شود. در صورتی که این فرایند به درستی طی شود و عدالت کیفری در مورد مجرم اجرا شود بدون شک هم باعث اصلاح مجرم و هم به تبع آن مانع تکرار جرم می‌شود و هم دفاع جامعه در مقابل مجرمین خطرناک تامین خواهد شد. مهمترین آثار اجرایی که می‌توان آن‌ها را ناشی از تشکیل پرونده شخصیت ذکر کرد برقراری عدالت کیفری با ایجاد زمینه‌های آن است که این عدالت در نتیجه شناسایی شخصیت واقعی مجرم و فردی کردن مجازات، توسط قاضی کیفری، حاصل می‌شود. به تبع آن اصلاح حال مجرمین، کاهش جرایم در جامعه، بازپروری مجرمین، کاهش آمار زندانیان، صرفه اقتصادی دولت و احساس حس عدالت در مردم را از نتایج آن می‌توان نام برد.
دو- در مرحله اجرای حکم
در فصل‌های پیشین بیان کردیم که هدف از اجرای مجازات‌ها از تحمیل عذاب و شکنجه به مجرم تغییر پیدا کرده و هدف ارشادی، تربیتی به خود گرفته است. به اقتضای این تغییر، در هدف و رسالت حقوق کیفری، محل اجرای مجازات‌ها نیز که قبلاً زندان‌هایی با دخمه‌هایی تنگ و تاریک و فاقد هر گونه امکان رفاهی و بهداشتی بود به ساختمان‌های مجهز با امکانات ضروری فردی، تغییر پیدا کرده است.
با وجود تمام این تغییرات و پیشرفت‌هایی که در سیستم اجرای مجازات زندان پیش آمده باز عدالت کیفری تامین نمی‌شود و لزوم توجه به تفاوت‌های فردی و تفاوت در جرایم ارتکابی مجرمین زندانی و تفاوت در میزان خطری که از جانب آنان جامعه را تهدید می‌کند.لازم است که رفتار و کردار زندانیان در زندان لحاظ شود و در صورتی که فرد زندانی در شرایطی قرار گرفت که نیازی به ادامه حبس وی نباشد، زمینه‌های آزادی وی فراهم شود. بدین جهت، ضرورت تشکیل پرونده شخصیت برای زندانی احساس می‌شود. پس لازم است که افرادی که حکم مجازات آنها صادر می‌شود و روانه زندان می شوند برایشان پرونده شخصیت تشکیل شود و آنها از لحاظ سلامت، اخلاق، رفتار و … مورد شناسایی قرار گیرند و مدارک آنها در پرونده زندانشان بایگانی شود و علاوه بر آن حسن اخلاق و سلوک آنها نیز در این پرونده ثبت شود. تشکیل پرونده شـخصیت در این مرحله می‌تواند آثار بسیار مثبتی همراه داشته باشد.
آثار اجرایی آن در ابتدا به این صورت است که زندانیان براساس جنسیت، سن، وضع سلامتی و روانی، از هم تفکیک می‌شوند یا تفکیک براساس نوع جرائم ارتکابی و مدت محکومیت، صورت می‌گیرد. این به این معنی است که بیماران روانی که نیاز به مراقبت‌های ویژه‌ای دارند در سلول‌های جداگانه نگهداری می‌شوند تا هم بهتر مراقبت شوند و هم بقیه زندانیان در آسایش بهتر به سر برند.
یا معتادین به مواد مخدر و الکل از بقیه محکومین جداسازی می‌شوند تا دیگران تحت تاثیر آنها قرار نگیرند و آلوده نشوند. یا زندانیان محکوم به جرایم مالی از مابقی زندانیان جداسازی می‌شوند تا آثار سوء ناشی از اختلاط باعث مجرمیت آنها نشود. یا مجرمین سیاسی که براساس اعتقاد و حس انسانیت خود در زندان به سر می‌برند از بقیه مجرمین جداسازی می‌شوند تا آلوده به جرائم دیگر نشوند. چون رسالت اصلی زندان در عصر حاضر، انتقام یا تعذیب زندانی نیست، بلکه هدف اصلاح و بازپروری مجرم زندانی می‌باشد.
ولی در مرحله دوم، از آثاری که پرونده در مرحله اجرایی دارد می‌توان به آزادی مشروط، عفو و بخشودگی اشاره کرد.
الف ـ آزادی مشروط
مقصود از پیش‌بینی این قانون، جلوگیری از اقامت در زندان به دلیل اثر سوء زندان می‌باشد و این مقصود، موکول به انتخاب درست مقدمات و وسایل امر می‌باشد. تشکیل پرونده شخصیت برای تک تک زندانیان و ثبت نحوه رفتار و سلوک آن‌ها، باعث می‌شود که اگر در مرحله‌ای از مدت حبس زندانی، مربیان و کارشناسان تشخیص دهند که زندانی تنبیه شده و اصلاح پذیرفته و توانایی بازگشت به دامن خانواده و اجتماع را دارد ولی هنوز مدت مجازات وی سپری نشده است؛ وی را با شرایطی آزاد نمایند و از آثار سوء زندان بر زندانی بکاهند.
۳-نظام باز و نیمه باز اجرای مجازات حسب حبس
نظام باز ونیمه باز شده ای است که بر اساس آن محکوم می تواند در زمان اجرای حکم حبس ،فعالیتهای حرفه ای ، آموزش و حرفه آموزش درمانی و نظامی آن را در خارج از زندان انجام د هد اجرای این نوع فعالیتها زیر نظر مراکز است که در سازمان زندانهاواقدامات تامینی و تربیتی تاسیس می شود.
ب ـ عفو بخشودگی
عفو و بخشودگی نیز، یکی از تاسیسات حقوق کیفری است که استفاده صحیح از آن، موکول به وجود پرونده شخصیت می‌باشد. تا چنانچه ضرورتی برای بودن فرد در زندان نباشد، شرایط آزادی او از طریق عفو فراهم شود. شاید در ابتدا احساس شود که با وجود آزادی مشروط، نیازی به تاسیس حقوقی عفو نباشد ولی باید متذکر شد که آزادی مشروط، شرایطی دارد که اگر فراهم نباشد نمی‌توان زندانی را قبل از سپری نمودن مدت معین آزاد کرد. عفو آن شرایط را ندارد.
تشکیل پرونده شخصیت برای زندانیان این حسن را دارد که در صورتی که زندانی، مدت معین حبس را تحمل نکرده ولی شرایط آزادی از زندان را داراست با بهره گرفتن از این تاسیس حقوقی آزاد شود تا از آثار سوء ماندن در زندان در امان بماند. بحث مفصل در مورد عفو و بخشودگی در فصول آینده خواهد آمد.
سه- لزوم تشکیل پرونده شخصیت در مرحله پس از اجرای حکم
رسالت حقوق کیفری در پشت در دادگاه‌ها یا پشت‌ میله‌های زندان تمام نمی‌شود. بلکه باید گفت؛ فردای روزی که مجازات مجرم به پایان می‌رسد. روز اعلام نتیجه تلاش متصدیان و تلاش گران حقوق کیفری است. باید دید که آیا تلاش بانیان حقوق کیفری به نتیجه مثبتی انجامیده است یا نه؟ آیا هزینه‌های صرف شده به اصلاح و بازپروری مجرم انجامیده است یا نه؟ آیا برنامه‌های اعمال شده در زندان صحیح بوده یا نه؟ آیا مجرم یا زندانی آمادگی برگشت به آغوش خانواده و جامعه را دارد یا نه؟
در اکثر کشورهای دنیا، قوانین از زندانیان بعد از خروج از زندان حمایت می‌نمایند. با تشکیل سازمان‌های حمایتی تلاش می‌کنند تا با فراهم نمودن شغل مناسب و درآمد کافی از زندانیان حمایت نمایند. در ایران نیز آیین‌نامه امور زندان‌ها و اقدامات تامینی و تربیتی کشور جمهوری اسلامی طی موادی (۶۰۵-۶۰۸) از مراکز مراقبت بعد از خروج از زندان صحبت کرده است و مواد (۲۵۶ و ۲۵۷) برای آماده نمودن زندانیان برای بازگشت به محیط خارج از زندان، شرایطی را پیش‌بینی نموده است.
پرونده شخصیت، این امکان را فراهم می‌سازد که استعدادهای فرد شناخته شود و به فراخور استعداد فرد، حرفه‌ای آموخته شود یا آموزشی داده شود وگرنه سعی و تلاش در آموزش شخصی که استعداد کارهای فنی را ندارد کاری عبث و بیهوده خواهد بود و اطلاعاتی که ما را به این موضوع راهنمایی می‌کند در پرونده شخصیت، موجود خواهد بود و حتی پس از ترخیص از زندان نیز، باید گزارش‌های مددکاران اجتماعی در مورد مددجوها، در پورنده شخصیت آنها بایگانی شود.
مهمترین آثار اجرایی که تشکیل پرونده شخصیت پس از اجرای حکم و آزادی زندانی دارد این است که زندانی به حال خود رها نشده و طبق آموزشی که زندانی در زندان، براساس استعداد خود دیده است مشغول به کار شده و با مراقبت دائمی و ویژه از زندانی توسط مددکاران اجتماعی، مانع از آن می‌شود که وی، مجدداً مرتکب جرم شود. چون در صورتی که زندانی حمایت نشود جامعه وی را نخواهد پذیرفت. چون او به محیط زندان عادت کرده است، دست به ارتکاب جرم زده و مجددا به محیط زندان برمی‌گردد.
ولی پرونده شخصیت باعث می‌شود که وی همیشه تحت مراقبت بوده و در صورت نیاز به کمک، از طرف مددکاران اجتماعی مورد حمایت قرار گیرد. به طور خلاصه می‌توان گفت که این پرونده، در این مرحله باعث ادامه فرایند اصلاح مجرم و مانع تکرار جرم می‌شود.
بخش دوم: شیوه‌های فردی کردن مجازات‌ها
گفتار اول: فردی کردن تقنینی مجازات‌ها

کلستریدیوم لانگالی
باکتری کلستریدیوم لانگالی برای اولین بار در سال ۱۹۸۹ در دانشگاه آرکانزاس، از محیط کشتی که با فضولات مرغ^[۹۱] در ۵pH= تلقیح شده و در دمای ۳۷ درجه سانتیگراد تحت اتمسفر گاز سنتزی حاوی CO، H₂، CO₂ و CH₄ (به ترتیب ۷۳، ۱۵، ۱۰ و ۲%) انکوبیت شده بود جداسازی گردید. این ارگانیزم جداسازی شده برای تقدیر از پژوهشها و زحمات لارس لانگال^[۹۲] در مطالعه استوژنها و کلستریدیا به نام کلستریدیوم لانگالی نامیده شد [۴۶]. میکروگراف TEM این باکتری در شکل ۲-۱ نشان داده شده است.

شکل ‏۲‑۱: میکروگراف TEM باکتری کلستریدیوم لانگالی [۴۶]
همه گونه های باکتری لانگالی بی هوازی و گرم مثبت^[۹۳] بوده و حاوی ۲۲% مولی نوکلئوتید گوانین^[۹۴] و سیتوزین^[۹۵] (G+C) هستند [۴۶ ۱۲,]. باکتری توسط تاژک^[۹۶] حرکت می کند و سلولها به ندرت اسپورزایی^[۹۷] می کنند [۸۸]. گونه های مختلف این باکتری می توانند به صورت اتوتروف^[۹۸] با CO یا H₂/CO₂ رشد کرده و یا به صورت کموارگانوتروف^[۹۹] با انواعی از سوبستراها از جمله فرمات، اتانول، پیروات، فرمارات، اریتروز^[۱۰۰]، ترئوز^[۱۰۱]، آرابینوز^[۱۰۲]، زایلوز، گلوکز و فروکتوز رشد کند [۴۶]. تحمل گونه های مختلف این باکتری در برابر CO یکسان نیست، همچنین نرخ مصرف سوبسترای گازی و تولید محصول در آنها متفاوت است. میزان تولید اتانول در گونه های “وحشی^[۱۰۳]” این باکتری که در طبیعت یافت می شوند بسیار کم است. درگونه هایی از باکتری لانگالی که در دمای۳۷ درجه سانتیگراد فعالیت می کنند میزان تولید اتانول به استات (که ممکن است به صورت اسید استیک یا نمک استات باشند) ۱ به ۲۰ در حالت “وحشی” است. میزان اتانول تولیدی عموما ۲-۱ گرم در لیتر است. با وجود آنکه توانایی این باکتری برای تولید اتانول مورد توجه زیادی قرار گرفته است، اما به دلیل کم بودن میزان اتانول تولیدی نمی توان از گونه “وحشی” باکتری برای تولید اتانول در مقیاس تجاری استفاده کرد. با اندکی دستکاری در ترکیب مواد مغذی می توان به بازده تولید ۱ به ۱ اتانول و استات رسید اما میزان اتانول تولیدی کمتر از ۱۰ گرم بر لیتر است که موجب بازده محصول کم (۱۰ گرم در لیتر در روز) می گردد. علاوه بر این، پایداری محیط کشت نیز مساله است که در درجه اول به غلظت بالای اسید استیک (۳-۵/۲ گرم در لیتر) در کنار اتانول مربوط می شود. با افزایش شدت جریان گاز به منظور بهبود تولید اتانول، اثرات بازدارندگی روی محیط کشت ابتدا توسط استات و سپس CO ظاهر می گردد. در نتیجه، محیط کشت ناپایدار شده و توانایی خود را برای مصرف گاز و تولید محصول از دست می دهد [۱۲]. مطالعاتی برای افزایش تولید اتانول توسط این باکتری انجام گرفته است که در ادامه به آنها اشاره می گردد.
مسیر متابولیکی ^[۱۰۴] استوژنها
مسیر متابولیکی وود-لانگال^[۱۰۵] برای اولین بار توسط وود^[۱۰۶] و لانگال^[۱۰۷] برای استوژنها پیشنهاد گردید. این مسیر متابولیکی، تبدیل CO و H₂ به استیل-کوآنزیمA ^[۱۰۸] و محصولاتی نظیر استات را هدایت می کند. از آنجا که در این مسیر، استیل-کوآنزیم A به عنوان یک ترکیب واسطه است و کربن منوکسید دی هیدروژناز به عنوان یک انزیم کلیدی حضور دارند، این مسیر اغلب با عنوان “مسیر استیل-کوآنزیمA ” یا “مسیر کربن منوکسید دی هیدروژناز” نامیده می شود[۷۴] . باکتریهای استوژنیک از مسیر استیل-کوآنزیمA به عنوان مکانیزم غالب برای سنتز استیل-کوآنزیم A از CO₂ استفاده می کنند [۱۱]. به طور کلی، ارگانیزمهایی که CO را مصرف می کنند این توانایی را دارند که CO₂ و CO₂/H₂ را نیز با استفاده ازهمان آنزیمها و مکانیزم مشابه از طریق مسیر استیل-کوآنزیم A مصرف کنند. در واقع، توانایی میکروارگانیزمها برای تبدیل CO₂ به استات در حضور H₂ مدتها قبل از آنکه به قابلیت این ارگانیزمها برای مصرف CO پی برده شود، کشف شد .[۱۲]
مسیر استیل-کوآنزیمA ورودی پذیرنده الکترون برای فرایندی است که ذخیره کننده انرژی بوده و جذب CO₂ به درون بیومس و اجزای سلولی، به خصوص در ارگانیزمهای اتوتروف، از طریق این مسیر انجام می گیرد[۸۹]. این مسیر متابولیکی برگشت ناپذیر و غیر سیکلی بوده و در شرایط به شدت بی هوازی اتفاق می افتد و فرایند تخمیر باکتریایی استوژنها را هدایت می کند [۸۳, ۹۰]. مقدار ATPخالص تولید شده در این مسیر برای فراهم کردن انرژی لازم برای رشد سلولها صفر می باشد [۸۶]. این مسیر برای سنتز استیل-کوآنزیم A از دو شاخه متیل و کربونیل تشکیل می شود که از طریق آنها CO₂ به وسیله چندین واکنش آنزیمی تا سطح متیل و کربونیل کاهیده می شود. مسیر متابولیکی استیل-کو آنزیم A برای باکتریهای استوژنیک به صورت شماتیک در شکل ۲-۲ ارائه شده است [۱۱, ۱۲, ۲۸, ۲۹, ۷۴, ۹۱].
شکل ‏۲‑۲: مسیر متابولیکی استیل-کو آنزیم A برای باکتریهای استوژنیک
در شاخه متیلِ مسیر متابولیکی استیل-کوآنزیمA ، در مرحله اول CO₂ طبق واکنش زیر به فرمات (HCOO^-) کاهیده می شود [۹۲]:
CO₂ + NADPH → HCOO^- + NADP⁺ (۲-۵)
این واکنش به صورت برگشت پذیر توسط آنزیم فرمات دی هیدروژناز^[۱۰۹] که CO₂ را به فرمات کاهش می دهد کاتالیز می شود [۱۱, ۹۲]. فرمات تولید شده به عنوان ماده اولیه در سنتز شاخه متیلِ مسیر استیل-کوآنزیم A عمل می کند. فرمات توسط تتراهیدروفولیت^[۱۱۰](H₄folate) فعال شده و توسط آنزیم سنتزکننده۱۰-فرمیل-تتراهیدروفولیت^[۱۱۱] و واکنش زیر به ۱۰-فرمیل-تتراهیدروفولیت تبدیل می شود [۱۴, ۹۲]:
HCOOH + H₄folate + ATP → HCO-H₄folate + ADP + P_i (۲-۶)
آنزیم سیکلوهیدرولاز^[۱۱۲] این ترکیب واسطه را به ۱۰و۵-متنیل-تتراهیدروفولیت سیکلوهیدروژناز^[۱۱۳] تبدیل می کند [۱۴, ۹۲]:
HCO-H₄folate + H⁺ → CH-H₄folate⁺ + H₂O (2-7)
در واکنش کاهشی بعدی که به NADPH وابسته است، ۱۰و۵-متنیل-تتراهیدروفولیت توسط آنزیم متیلن-تتراهیدروفولیت دی هیدروژناز^[۱۱۴] به ۱۰و۵-متیلن-تتراهیدروفولیت کاهیده می شود [۱۴, ۹۲]:
CH-H₄folate⁺ + NADPH → CH₂-H₄folate + NADP⁺ (۲-۸)
سپس آنزیم متیلن-تتراهیدروفولیت رداکتاز^[۱۱۵] این ترکیب واسطه را به (S6)-5-متیل-تتراهیدروفولیت کاهش می دهد [۹۲]:
CH₂-H₄folate + ferredoxin_red → CH₃-H₄folate + ferredoxin_ox (۹-۲)
در آخرین مرحله از سنتز متیل، متیل-تتراهیدروفولیت به مرکز کبالت پروتئینِ کرینوئید/آهن-سولفور منتقل می شود. برای آنکه کرینوئید یک گروه متیل از ۵-متیل-تتراهیدروفولیت بپذیرد باید حتما کاهیده شود. این کاهش توسط فردوکسین کاهش یافته انجام می شود که ممکن است از پیروات و پیروات-فردوکسین اکسیدرداکتاز^[۱۱۶] یا CO و CODH مطابق واکنش زیر تولید شده باشد [۹۲]:
[Co⁺³-E] + 2ferredoxin_red → [Co⁺-E] + 2ferredoxin_ox (۲-۱۰)
سپس، کرنوئید کاهش یافته توسط آنزیم ترنس متیلاز^[۱۱۷] طبق واکنش زیر کاهیده می شود [۹۲]:
[Co⁺-E] + CH₃-H₄folate → [CH₃-Co-E] + H₄folate (2-11)
در شاخه کربونیلِ مسیر متابولیکی استیل کوآنزیم A، یک گروه کربونیل تشکیل می شود که سپس با گروه متیل که در شاخه متیل سنتز شده است در هم می پیوندند تا استیل کوآنزیم A به وجود آید. آنزیم CODH نقش مهمی را در شاخه کربونیل ایفا می کند. این آنزیم CO₂ را مطابق واکنش زیر به CO کاهش می دهد [۱۱]:
CO₂ + ۲H⁺ + ۲e^- → CO + H₂O (2-12)
آنزیم کلیدی Ni-CODH به دو گروه تقسیم می شود: ۱) CODH تک عملکردی؛ واکنش اکسیداسیون CO به CO₂ را کاتالیز می کند که متعاقبا می تواند به فرمات و سپس گروه متیل در مسیر استیل کوآنزیمA کاهیده شود و ۲) CODH دو عملکردی؛ CO₂را هنگامی که گروه کربونیل در مسیر استیل کوآنزیمA سنتز می شود به CO کاهش می دهد و همچنین همراه با آنزیم سنتز کننده استیل کوآنزیم A (ACS)، استیل کوآنزیم Aرا تولید می کند [۱۴]. در آخرین مرحله از سنتز استیل کوآنزیم A، CO (نیمه کربونیل) با گروه Co-متیلِ کرنوئید متیل دار شده (نیمه متیل) و کوآنزیم A متراکم می شود تا استیل کوآنزیم A را مطابق واکنش (۲-۱۳) تولید کند. این واکنش کاهشی در حضور آنزیمهای CODH/ACS انجام می گیرد [۱۴, ۹۲]:
[CH₃-Co-E] + CO + HS-CoA → CH₃COS-CoA + [Co-E] (2-13)
استیل کوآنزیمA تولید شده یک ماده اولیه ایده ال برای سنتز اجزای سلولی همچون اسیدهای آمینه، نوکلئوتیدها، لیپیدها و کربوهیدراتهاست [۹۲]. استیل کوآنزیم A می تواند به عنوان منبع کربن و انرژی در مسیر آنابولیکی و کاتابولیکی مورد استفاده قرار گیرد. در مسیر آنابولیک، استیل کوآنزیم A در حضور آنزیم سنتز کننده پیروات^[۱۱۸] به پیروات کربوکسیله می شود. سپس، پیروات به فسفوانول پیروات^[۱۱۹] که یک ترکیب واسطه در تشکیل اجزای سلولی است تبدیل می گردد. در مقابل، در مسیر کاتابولیکی، استیل کوآنزیم A دستخوش یک سری واکنش می شود تا ATP و استات تولید کند. تبدیل استیل کوآنزیم A به استات از طریق تشکیل استیل-فسفات(CH₃COO-P₃^2-) به عنوان یک ترکیب واسطه صورت می گیرد[۱۱, ۷۴] :
CH₃COS-CoA + Pi → CH₃COO-P₃^2- + HS-CoA (2-14)
واکنش (۲-۱۴) توسط آنزیم فسفوترانس استیلاز^[۱۲۰] کاتالیز می شود. در واکنش بعدی، استیل-فسفات به استات تبدیل می شود در حالیکه یک مولکول ADP در حضور آنزیم استات کیناز^[۱۲۱] به ATP فسفریله می شود [۷۴]:
CH₃COO-P₃^2- + ADP → CH₃COOH + ATP (2-15)
این مرحله از متابولیزم که منجر به تولید استات می شود اغلب به عنوان فاز استوژنیک (تولید اسید) شناخته می شود و باکتریهای استوژنیک آن را به مسیری که منجر به تولید الکل می شود ترجیح می دهند. تبدیل استیل کوآنزیم A به استات و ATP در فاز رشد انجام می گیرد، در حالیکه تولید اتانول و NADP در فاز عدم رشد^[۱۲۲] صورت می پذیرد. بنابراین، در فاز سالونتوژنیک^[۱۲۳] (تولید حلال) که اتانول از استیل کوآنزیم A تولید می شود رشد سلولی کند بوده و هیچ مولکول ATP ای در این فاز تولید نمی شود. در این فاز از فرایند تخمیر، پتانسیل کاهشی به شکل NADH توسط ارگانیزم مصرف می شود تا در حضور آنزیم استالدئید دی هیدروژناز^[۱۲۴]، استالدئید (CH₃CHO) تولید کند [۱۱]:
CH₃COS-CoA + NADH + H⁺ → CH₃CHO + NAD⁺ + HS-CoA (2-16)
CH₃CHO + NADH + H⁺ → CH₃CH₂OH + NAD⁺ (۲-۱۷)
استالدئید تولید شده در حضور آنزیم الکل دی هیدروژناز^[۱۲۵] به اتانول تبدیل می گردد.
عوامل موثر در تخمیر گاز سنتز
پارامترهای متعددی در فرایند تخمیر گاز سنتز نقش دارند که عبارتند از: ترکیب و غلظت مواد مغذی، دما، pH محیط کشت، میزان مایه تلقیح^[۱۲۶]، شدت جریان گاز و مایع، سرعت همزدن، حداکثر غلظت گاز که بازدارنگی سوبسترا ایجاد نمی کند و حداکثر غلظت محصول در محیط کشت که موجب بازدارندگی محصول نمی شود [۲۰]. مقدار بهینه این پارامترهای عملیاتی باید به درستی تعیین و به کار گرفته شود تا موجب بهبود رشد سلول و بازده محصول در فرایند تخمیر شود.
تاثیر ترکیب محیط کشت
باکتری به عنوان یک موجود زنده نیاز به منبع انرژی برای رشد و زنده ماندن دارد. همه باکتریها به عناصری مانند کربن، نیتروژن، سولفور و فسفر برای سنتز اجزای سلولی و محصول نیازمندند [۲۱]. در فرایند تخمیر گاز سنتز، اجزای گاز سنتز به عنوان منبع کربن و انرژی توسط باکتری مصرف می گردند. علاوه بر اینها، سلولها به مواد معدنی و ویتامینهای متعددی نیاز دارند تا فعالیت متابولیکی خود را در حد بالایی حفظ کنند [۱۴].
فرضیه ای وجود دارد که تولید حلال (الکل) به جای اسید توسط باکتریهای استوژنیک در شرایط عدم رشد بهبود می یابد که چنین شرایطی ممکن است با کمبود مواد مغذی (مثلا کمبود کربن، نیتروژن و فسفر در محیط کشت)، افزودن عوامل کاهنده^[۱۲۷]، تغییر محدوده pH، افزودن هیدروژن و تغییر اجزای محیط کشت ایجاد شود [۱۴, ۴۵, ۹۳]. مطالعه مسیر متابولیکی استیل کوآنزیم A نشان داده است که تولید استات از نظر میزان ATP موازنه است، درحالیکه، تولید اتانول موجب افزایش مصرف ATP می گردد که موجب رشد سلول نخواهد شد. بنابراین، برای افزایش میزان اتانول تولیدی نسبت به استات، می بایست عواملی که موجب رشد سلول نمی شوند مورد توجه قرار گیرند. پس از آنکه رشد سلول در محیط کشت به میزان مطلوبی رسید باید شرایطی حاکم شود که سلولها را در حالت عدم رشد قرار دهد [۴۵, ۵۴, ۹۳]. چنین شرایطی توسط فیلیپس و همکارانش^[۱۲۸][۴۱] برای بهینه سازی محیط کشت باکتری کلستریدیوم لانگالی به منظور افزایش تولید اتانول نسبت به استات مورد بررسی قرار گرفت. آنها غلظت ویتامین B را کاهش داده و عصاره مخمر^[۱۲۹] را از محیط کشت حذف کردند. در نتیجه، رشد سلول به میزان کمی کاهش یافت، اما اتانول به عنوان محصول عمده در مقایسه با استات تولید گردید. حداکثر میزان اتانول تولید شده در بیوراکتور همزن دار و در حالت پیوسته ۴۸ و ۲۳ گرم در لیتر با و بدون بازیافت سلول بود. در حالت بازیافت سلول، آنها موفق شدند ۲۱ مول اتانول به ازای هر مول استات تولید کنند. در آزمایشی دیگر، گدی و همکارانش^[۱۳۰] [۷۸] تاثیر غلظت عصاره مخمر در محیط کشت را روی توزیع محصول باکتری لانگالی در شرایط ناپیوسته مورد بررسی قرار دادند. در غلظتهای پائین عصاره مخمر (۰۰۵/۰، ۰۱/۰ و ۰۵/۰%) نسبت مولی اتانول به استات ۱۱/۰ بود، در حالیکه، این نسبت در غلظتهای بالاتر عصاره مخمر (۱/۰ و ۲/۰%) به ۰۵/۰ کاهش یافت. این نتایج بهبود تولید اتانول در شرایط عدم رشد را که با کاهش غلظت عصاره مخمر ایجاد شده بود تائید کرد. در آزمایشهای دیگری که توسط کلاسون و همکارانش^[۱۳۱][۴۵] انجام گرفت، اهمیت ترکیب محیط کشت در تخمیر ناپیوسته باکتری لانگالی مطالعه گردید. فرضیه ای وجود داشت که ناچار کردن باکتریها به رشد با یک نرخ کاهش یافته موجب اسپورزایی^[۱۳۲] شده و تولید اتانول را بهبود می بخشد. در طول فرایند تخمیر، گاز سنتز به عنوان منبع کربن اولیه بود اما عصاره مخمر با سلوبیوز^[۱۳۳]، رامنوز^[۱۳۴]، گالاکتوز^[۱۳۵] و نشاسته، هر کدام در آزمایشهای جداگانه، جایگزین گردید. استفاده از این مواد مغذی به جای عصاره مخمر موجب اسپورزایی گردیده و رشد سلول، تولید اتانول و نسبت محصولات را افزایش داد. بیشترین غلظت سلولی ۱۷۰ میلی گرم در لیتر، اتانول ۵۶/۰ میلی مول و نسبت اتانول به استات ۴۵/۰ با سلوبیوز حاصل گردید.
کمبود مواد مغذی در محیط کشت می تواند محدودیتهایی را در متابولیزم سلولی مانند نگهداری سلول، تولید آنزیمهای درون سلولی و تشکیل کوفاکتورها ایجاد کند. چنین شرایطی موجب به وجود آمدن حالت عدم رشد یا سلولهای در حال استراحت^[۱۳۶] می شود که مسیر متابولیکی باکتریها را از فاز تولید اسید به فاز تولید الکل جابجا می کند. با این حال، چنانچه قابلیت حیات سلولها در محیط کشت کم باشد و سطح فعالیت متابولیکی سلولها بسیار پائین باشد، ممکن است سلولها نتوانند آنزیمهای درست و کوفاکتورهایی مانند استالدئید دی هیدروژناز، استات کیناز و NADH را تولید کنند یا حاملهای الکترون را برای جذب سوبسترای کربنی یا ترکیبات واسطه متابولیکی مصرف کنند [۹۳]. در تحقیقی برای ایجاد شرایط عدم رشد به منظور افزایش تولید اتانول، کاتر و همکارانش^[۱۳۷] [۹۳]، تاثیر کمبود نیتروژن در محیط کشت را روی توانایی تولید اتانول و استات باکتریهای کلستریدیوم اتواتانوژنوم و لانگالی مورد بررسی قرار دادند. کلرید آمونیوم، پپتون پروتئوز^[۱۳۸]، عصاره مخمر و عصاره گوشت گاو^[۱۳۹] به عنوان منابع نیتروژن در محیط کشت مورد استفاده قرار گرفتند. آنها در آزمایشات خود هیچ تولید اتانولی (و یا مقدار بسیار اندکی) را در سلولهای لانگالی که در حالت عدم رشد بودند مشاهده نکردند. این مساله احتمالا به دلیل عملکرد ضعیف متابولیکی سلولها بوده است که نمی توانستند سوبسترا را مصرف کنند، همانگونه که تغییرات کمی در میزان مصرف سوبسترا مشاهده گردید. در مقابل، توانایی تولید اتانول در محیط کشت باکتری اتواتانوژنوم افزایش یافت که نشان می داد این باکتری نسبت به کمبود نیتروژن بسیار حساس بود. مانس و ویور^[۱۴۰] [۹۴]، سنتز پلی-۳-هیدروکسی آلکانوات^[۱۴۱] (PHA) را از سوبسترای گازی (CO و H₂) در محیط کشت نامتوازن گونه ای از باکتری رودوباکتر^[۱۴۲] مطالعه کردند. پلیمر PHA یک ترموپلاستیک با وزن مولکولی بالاست که به عنوان جزئی از توده سلولی شکل می گیرد و می توانند با بهره گرفتن از حلال استخراج گردد. آنها مشاهده کردند که در محیط کشت نامتوازن که در آن رشد سلولها با کمبود نیتروژن، نمکهای اصلی (MgSO₄، CaCl₂ و FeSO₄) و ویتامینهای ضروری محدود شده بود، تا حدود ۲۸% از وزن سلولی مربوط به گرانولهای PHA بود. با توجه به این نکته که بازده تولید PHA به نوع و میزان اسیدهای آلی موجود در محیط کشت بستگی داشت، با افزودن استات به محیط کشت، میزان PHA در وزن خشک سلول به ۷۹% افزایش یافت.
از آنجا که هزینه تمام شده محیط کشت یکی از شروط مهم برای تولید سوختهای بیولوژیکی در مقیاس صنعتی است، تلاشهایی در جهت کاهش این هزینه انجام شده است. کاندیانا و همکارانش^[۱۴۳] [۸۳] از عصاره پنبه دانه^[۱۴۴]، بدون افزودن هیچ ترکیب دیگری، به عنوان محیط کشت گونه ای از باکتری کلستریدیوم (P11)^[145] برای تولید اتانول استفاده کردند. آنها اظهار داشتند که عصاره پنبه دانه حاوی برخی ترکیبات معدنی و ویتامینها بود که بسیار به محیط کشت استاندارد این باکتری شباهت داشت و همچنین محتوی هیجده اسید آمینه بود. در محیط کشت ناپیوسته که حاوی ۵/۰ گرم در لیتر عصاره پنبه دانه بود، پس از ۱۵ روز، ۶۶/۲ گرم در لیتر اتانول تولید گردید، در حالیکه، غلظت استات در محیط بسیار کم بود. آنها پیشنهاد کردند که جایگزینی اجزای محیط کشت استاندارد این باکتری از جمله نمکهای معدنی و ویتامینها با عصاره پنبه دانه می تواند هزینه فرایند را تا میزان زیادی کاهش دهد.
تاثیر منبع آلی
منوکسید کربن به عنوان یکی از اجزای اصلی گاز سنتز یا هر گاز دودکش دیگری علاوه بر سمیت بالایش یک ماده اولیه تجدیدپذیر مناسب برای فرایندهای تخمیر میکروبی است. منوکسید کربن می تواند توسط باکتریهای مختلفی از جمله کربوکسیدوترفهای هوازی^[۱۴۶]، استوژنهای بی هوازی، فتوتروفها، باکتریهای کاهنده سولفور و متانوژنها متابولیز شود [۹۵]. هرچند، فرایند تخمیر بی هوازی CO ارجحیت دارد چرا که از الکترونهای موجود برای تولید ترکیبات بیوشیمیائی کاهش یافته به جای از بین رفتن برای تولید اکسیژن استفاده می گردد [۸۱]. میکروارگانیزمهای بی هوازی که می توانند به صورت کمولیتوتروف روی سوبستراهایی مانند CO و H₂/CO₂، که از اجزای اصلی گاز سنتزند، رشد کنند و یا به صورت کموارگانوتروف با منابع کربنی نظیر فروکتوز، استات، مالات^[۱۴۷]، گلوتامات^[۱۴۸]، فرمارات^[۱۴۹]، سوکسینات^[۱۵۰] و پیروات رشد کنند، گزینه های مناسبی برای این منظور هستند. آنها سوبستراهایی نظیر CO و CO₂ را در طی فرایند تخمیر مصرف می کنند تا انرژی لازم برای رشد و نگهداری باکتری را فراهم کرده و همچنین محصولات جانبی ای همانند اسیدهای آلی و الکلها و هیدروژن را متابولیز می کنند [۸۲].
کاتر و همکارانش^[۱۵۱] [۷۹] رشد باکتری لانگالی را روی گاز سنتز (۵۰% N₂، ۲۰% CO، ۲۰% CO₂ و ۱۰% H₂) با فروکتوز مقایسه کردند. رشد باکتری روی کربن قندی منجر به تولید محیط کشتی غلیظ ( ۱ گرم بر لیتر) در مقایسه با گاز سنتز (۵۶۲/۰ گرم بر لیتر) گردید. همچنین غلظت اتانول تولید شده با فروکتوز (۱۳ میلی مول در لیتر) بسیار بالاتر از گاز سنتز (۸/۳ میلی مول در لیتر) بود. این تفاوت در عملکرد سلولها احتمالا به دلیل محدودیتهای نفوذ درسطح مشترک گاز-مایع و/یا راندمان جذب و مکانیزم انتقال سوبسترای گازی بوده است. آنها همچنین در فرایند تخمیر گاز سنتز مشاهده کردند که تلقیح کردن محیط کشت با سلولهایی که با فروکتوز رشد داده شده موجب دانسیته سلولی بالاتر (۸۵۰/۰ گرم بر لیتر) در مقایسه با سلولهایی شدند که با گاز سنتز رشد داده شدند (۵۶۲/۰ گرم بر لیتر). از این نتایج چنین استدلال گردید که این تفاوت در عملکرد محیط کشت احتمالا به دلیل حضور مقادیر بیشتری از کوفاکتورهای درون سلولی، آنزیمها و انرژی در سلولهایی بود که با سوبسترای قندی رشد داده شده بودند. در آزمایشهای دیگری [۹۶]، آنها تاثیر عادت دادن سلول (مایه تلقیح) به منابع کربنی متفاوت (فروکتوز، فروکتوز-گاز سنتز و گاز سنتز) را روی رشد سلول و تولید محصول درفرایند تخمیر گاز سنتز بررسی کردند. بیشترین میزان رشد سلول و تولید اتانول از سلولهایی به دست آمد که از قبل به فروکتوز عادت داده شده بودند. تولید اتانول توسط این سلولها تقریبا ۵/۲ و ۵/۱ برابر سلولهایی بود که به گاز سنتز و فروکتوز-گاز سنتز عادت کرده بودند. عادت دادن سلولها به مصرف فروکتوز احتمالا سطح بالاتری از معادلهای انرژی (ATP/GTP) و توان کاهشی (NADH/NADPH) را برای مصرف گاز سنتز به عنوان منبع کربنی برای سلولها فراهم می کرد. گدی و همکارانش^[۱۵۲] [۳۰] باکتری باسیلوس سیمیتی^[۱۵۳] را که قادر به مصرف سریع CO و تولید هیدروژن بود جداسازی کردند. گونه بی هوازی ERIH2 در کاتالیز کردن واکنش جابجائی آب-گاز بیولوژیکی بسیار فعال بود و نرخ مصرف CO بالایی، تقریبا ۲۰ برابر باکتری روبروم در محیط کشت ناپیوسته، بدون نیاز به نور از خود نشان داد. اما، سلولها نرخ رشد ضعیفی داشتند. بنابراین، از برخی مکملهای رشد در محیط کشت باکتری استفاده گردید تا موجب تحریک رشد سلول شوند. محیط کشت حاوی ویتامینها، نمکها، مواد معدنی، تریپتیکیس^[۱۵۴]، عصاره مخمر و گلوکز به عنوان منبع کربنی ارزان بود. نتایج این تحقیق نشان داد که در طول ۸ ساعت اول انکوباسیون، غلظت سلول به صورت قابل توجهی افزایش یافت، اما رشد سلول عمدتا بر روی تریپتیکیس و عصاره مخمر بود و مصرف گلوکز در این زمان کم بود. بعد از این ۸ ساعت، گلوکز با نرخ بالاتری مصرف گردید. بنابراین، این طور استنباط شد که عبور گلوکز از غشاء سلولی مرحله محدود کننده رشد بوده است. از آنجا که باکتری ERIH2، CO را به عنوان منبع کربن برای رشد مصرف نمی کرد، غلظت مناسبی از گلوکز مورد نیاز بود تا دانسیته سلولی بالایی را به وجود آورد. آنها به این نتیجه رسیدند که استفاده از یک محیط کشت غنی حاوی ۲۵ گرم در لیتر گلوکز، ۵ گرم در لیتر تریپتیکیس و ۲۰ گرم در لیتر عصاره مخمر منجر به غلظت بالای سلولی (۵ گرم در لیتر) گردید. در بررسی دیگری که توسط نجف پور و همکارانش [۶۱] انجام شد، تاثیر منابع قندی متفاوت روی رشد سلول و بازده تولید هیدروژن در واکنش جابجائی آب-گاز بیولوژیکی توسط باکتری روبروم مطالعه گردید. باکتری روبروم روی سه کربوهیدرات گلوکز، فروکتوز و ساکاروز و سه اسید آلی فرمات، استات و مالات رشد داده شد. فاز گاز حاوی ۵۵% CO، ۲۰% H₂، ۱۰% CO₂ و ۱۵% Ar بود. بالاترین بازده تولید بیومس (۴۷/۰ گرم سلول به گرم سوبسترا) از فروکتوز حاصل گردید، درحالیکه، استات مطلوبترین سوبسترا برای دستیابی به بیشترین بازده تولید هیدروژن (۸۶/۰ میلی مول H₂ به میلی مول CO) بود. آنها همچنین به این نتیجه رسیدند که مالات برای رشد سلول، و نه برای تولید H₂، سوبسترای مناسبی بود. در این تحقیق، استات به عنوان منبع کربنی مطلوب برای تولید هیدروژن پیشنهاد گردید چرا که استات می توانست به استیل کوآنزیم A تبدیل شده و وارد چرخه اسیدهای کربوکسیلیک^[۱۵۵]، که مسیر متابولیکی تولید H₂ در باکتریهای غیر-سولفوری ارغوانی است، شود [۹۷]. در تحقیق دیگری برای تعیین تاثر اجزای محیط کشت روی تولید اتانول و استات، گدی و همکارانش [۷۸] از محیط کشتی حاوی عصاره مخمر، نمکهای معدنی و ویتامینها بدون هرگونه منبع کربنی مانند CO یا گاز سنتز برای کشت باکتری لانگالی استفاده کردند. در این آزمایش، با وجود آنکه هیچ الکلی در محیط تولید نشد، اما مقدار قابل ملاحظه ای اسیدهای آلی تولید گردید که احتمالا به دلیل استفاده از عصاره مخمر به عنوان منبع کربنی در این شرایط توسط باکتریها بوده است.
تاثیر pH محیط کشت
یکی از عوامل موثر در تنظیم متابولیزم سوبسترا و تغییر پارامترهای فیزیولوژیکی از جمله pH داخلی، پتانسیل غشایی و نیروی محرک پرتون، pH محیط کشت است. بنابراین، pH محیط روی آزاد سازی محصولات متابولیکی، گزینش پذیری محصول و ترکیب آن نقش موثری دارد [۹۸]. برای هر ارگانیزمی محدوده pH ای وجود دارد که سلولها درآن ناحیه از نظر متابولیکی فعال هستند. هرگونه تغییری در این pH می تواند منجر به آسیب سلولها و حتی مرگ آنها شود که متعاقبا موجب کاهش فعالیت بیولوژیکی آنها می گردد. کاهش pH محیط کشت که با کم شدن جریان کربن و الکترون از سوبسترا به سمت توده سلولی همراه است موجب تضعیف رشد سلولها شده و روی بازده کلی تولید محصول در فرایند تاثیر می گذارد. هرچند، در مورد باکتریهای استوژنیک، این مساله یک حسن محسوب می گردد چرا که موجب جابجایی طیف محصول از فاز استوژنیک به فازسالونتوژنیک می شود که برای تولید محصولات کاهش یافته ای نظیر اتانول مطلوب است [۱۴]. در چنین مواردی، اسید استیک تولید شده که یک اسید آلی ضعیف است از میان غشاء سلولی به درون سلول نفوذ می کند. در هنگام نفوذ از دیواره سلولی، اسید استیک یونهای H⁺ را هدایت می کند و موجب کاهش pH درون سلولی می شود. هنگامی که pH درون سلولی کاهش یافت، pH بیرونی نقش مهمی را در خنثی کردن این شرایط با تولید حلال ایفا می کند [۸۳].
در تلاشی برای تولید بوتیرات از CO خالص توسط باکتری بوتیریباکتریوم متیلوتروفیکوم^[۱۵۶]، وردن و همکارانش^[۱۵۷] [۸۱] تاثیر pH محیط کشت را به عنوان عاملی موثر برای تحریک تولید بوتیرات مورد آزمایش قرار دادند. آزمایشهای ناپیوسته که با عبور پیوسته جریانی از CO همراه بود در۸/۶=pH آغاز گردید که در این حالت استات در محیط تولید شد اما هیچ تولید بوتیراتی مشاهده نگردید. بنابراین، در شروع فاز سکون با غلظت سلولی ۳/۰ گرم بر لیتر، pH از ۸/۶ به ۶ کاهش داده شد. در نتیجه، افزایش قابل توجهی در تولید بوتیرات به جای استات حاصل گردید. در این فرایند، مقدار ۶ گرم بر لیتر بوتیرات تولید شد. با وجود آنکه مکانیزمی که از طریق آن pH محیط روی تولید محصول تاثیر می گذاشت برای آنها مشخص نبود، آنها بر این عقیده بودند که این مساله به برخی تغییرات آنزیمی در تبدیل کاهشی استیل کوآنزیم A به بوتیرات مربوط می شد. بدین ترتیب که pH محیط کشت روی عملکرد آنزیمهای درگیر دراین فرایند به صورت مستقیم از طریق بازدارندگی pH و یا غیر مستقیم توسط واسطه ای که تحت تاثیر pH است، احتمالا بی کربنات، تاثیر می گذارد. برای امتحان درستی این فرضیه، آزمایشهای ناپیوسته مشابهی با جریان گازی حاوی ۸۰% CO و ۲۰% CO₂ در ۸/۶ pH= انجام شد. از CO₂ برای افزایش غلظت بی کربنات در فاز مایع استفاده گردید، اما نسبت استات به بوتیرات با افزایش CO₂ تغییر چندانی نیافت. بنابراین، آنها به این نتیجه رسیدند که احتمالا بی کربنات تنظیم کننده متابولیکی اولیه نبوده است. در مقابل، نتایج با فرض اثرگذاری pH به صورت مستقیم همخوانی بیشتری داشتند. برای میزان معادلی از COکه در فرایند تخمیر مصرف می شود، اسید استیک تولید شده محیط را بیش از اسید بوتیریک اسیدی می سازد چرا که ۵/۲ برابر بیشتر از اسید بوتیریک گروه کربوکسیل تولید می کند. پس در pH های پائین محیط کشت، تولید اسید بوتیریک به استات ارجحیت دارد تا از کاهش بیشتر pH محیط جلوگیری کند.
گدی و همکارانش [۷۸] نشان دادند که باکتری لانگالی در شرایط بهینه رشد (۷-۵=pH)، به جای اتانول، استات تولید می کند، در حالیکه اتانول به جای استات در شرایط عدم رشد در ۵/۴-۴=pH و بدون حضور عصاره مخمر تولید می گردد. با دانستن این موضوع، آنها از دو بیوراکتور همزن دار پیوسته به صورت سری استفاده کردند تا میزان تولید اتانول را افزایش دهند. در بیوراکتور اول pH روی ۵ تنظیم شد تا موجب افزایش رشد سلول شود و در بیوراکتور دوم pH به حدود ۵/۴-۴ کاهش داده شد و عصاره مخمر از محیط کشت حذف گردید تا رشد سلولی متوقف شده و تولید اتانول آغاز گردد. در نتیجه این تغییرات، با جریان گازی حاوی ۲۵/۵۵% CO، ۶۱/۱۰% CO₂، ۱۱/۱۸% H₂ و ۷۸/۱۵% Ar، میزان اتانول تولیدی در بیوراکتور اول و دوم به ترتیب به ۱ و ۳ گرم در لیتر رسید و نسبت مولی اتانول به استات از ۱ در بیوراکتور اول به ۴ در بیوراکتور دوم بهبود یافت. این نتایج نشان می دهد که تغییر pH بین دو بیوراکتور و کمبود عصاره مخمر قدم مهمی در افزایش تولید اتانول به جای استات بوده است.
سکائی و همکارانش^[۱۵۸] [۴۴] باکتری گرمادوستی از گونه مورلا^[۱۵۹] را از یک نمونه گِل که از چشمه آب گرم زیرزمینی جمع آوری شده بود جداسازی کردند که می توانست از H₂ و CO₂ در دمای ۵۵ درجه سانتیگراد اتانول تولید کند. فاز گازی حاوی ۸۰% H₂ و ۲۰% CO₂ به داخل سرم باتل فرستاده شد و فشار داخل باتل به ۱۹/۰ مگاپاسکال رسانده شد. پس از گذشت زمان ۱۵۶ ساعت، ۵/۱ میلی مول اتانول و ۵۷ میلی مول استات تولید گردید. تجمع استات در محیط کشت موجب کاهش شدیدی در pH محیط کشت گردید که بازدارندگی برای رشد سلول و تولید محصول ایجاد نمود. بنابراین، آزمایشهای جدیدی در فرمانتور که به منبع گاز متصل بود انجام شد که در آن pH محیط کشت قابل کنترل بود. کنترل pH محیط کشت در ۲/۶ منجر به تولید ۳۴۷ میلی مول استات در زمان ۲۲۰ ساعت گردید، اما تولید اتانول افزایش نیافت. از آنجا که ۵= pHبرای تولید اتانول مناسب بود، آزمایشها در pH رشد یعنی ۳/۶ آغاز گردید اما پس از کاهش اولیه، pH روی ۵ کنترل شد. در این محیط کشت ناپیوسته همراه با کنترل pH، حداکثر میزان اتانول تولیدی به ۸/۴ میلی مول رسید. رشد سلول و تولید اتانول و استات در محیط کشت به ترتیب ۳/۱، ۷/۳ و ۴/۲ بالاتر از شرایطی بود که pH محیط کشت کنترل نشد.
تاثیر عامل کاهنده^[۱۶۰]
آن دسته از باکتریها که نمی توانند در محیطی با پتانسیل کاهشی^[۱۶۱] بالا رشد کنند به عنوان باکتریهای لزوما بی هوازی^[۱۶۲] تعریف می شوند. پتانسیل کاهشی یا پتانسیل اکسیداسیون/احیاء نمایانگر تمایل یک سوبسترا یا محلول برای به دست آوردن الکترون و در نتیجه کاهیده شدن است. در محیط کشت، پتانسیل کاهشی با وجود اکسیژن افزایش می یابد که بازدارنده رشد باکتریهای لزوما بی هوازی است. بنابراین، تقلیل پتانسیل کاهشی محیط رشد برای کشت باکتریهای بی هوازی ضروری است. برای این منظور، عامل کاهنده به عنوان یکی از ترکیبات شیمیائی ضروری به محیط رشد افزوده می شود تا پتانسی کاهشی محیط را کم کند. در واقع، عامل کاهنده پتانسیل کاهشی محیط را کم می کند و آن را در مقدار بهینه قرار می دهد. برخی از عوامل کاهنده متداول عبارتند از: سیستئیسن اسیدی^[۱۶۳]، سدیم سولفید^[۱۶۴]، دیتیوتریتول^[۱۶۵]، سدیم تیوگلیکولات^[۱۶۶]، اسید آسکوربیک^[۱۶۷]، تیتانیوم (III)-سیترات^[۱۶۸]، فریسیانید پتاسیم^[۱۶۹]، متیل وایولوژن^[۱۷۰] و بنزیل وایولوژن^[۱۷۱] [۱۴, ۹۹-۱۰۱].
براساس گزارشهای موجود در متون، افزودن عامل کاهنده به محیط کشت باکتریهای کلستریدیوم در جابجائی متابولیزم باکتری به سمت فاز سالونتوژنیک موثر است. این مساله به در دسترس بودن مقادیر بیشتری از معادلهای کاهنده برای باکتری مربوط می شود که باکتری می تواند NADH لازم برای تبدیل استیل کوآنزیم A به اتانول را بسازد [۱۴]. در واقع، این عوامل کاهنده مسیر حرکت الکترونها را تغییر داده و جریان کربن را به سمتی هدایت می کنند که منجر به تولید اتانول به جای اسید شود. کلاسون و همکارانش^[۱۷۲][۴۵] امکان افزایش تولید اتانول به جای استات را در محیط کشت ناپیوسته باکتری لانگالی با افزودن مقادیر کمی (۳۰، ۵۰ و ۱۰۰ ppm) از عوامل کاهنده مختلف (سدیم تیوگلیکولات، اسید آسکوربیک، متیل وایولوژن و بنزیل وایولوژن) مورد مطالعه قرار دادند. افزودن ۱۰۰ppm عامل کاهنده به محیط کشت در تمامی موارد موجب رشد بسیار کم سلولها گردید. در مقابل، غلظتهای ۳۰ و ۵۰ ppm در بیشتر موارد موجب افزایش تولید اتانول نسبت به اسید گردید. بیشترین نسبت اتانول به استات (۱/۱) و تولید ۷/۳ میلی مول اتانول با بنزیل وایولوژن در غلظت ۳۰ ppm حاصل گردید. آنها به این نتیجه رسیدند که استفاده از عوامل کاهنده که موجب افزایش نسبت محصولات می شد همواره با رشد کندتر باکتری همراه بود چرا که ATP کمتری در فرایند تولید می گردید [۴۵].