باکتری های تصفیه فاضلاب

باکتری های تصفیه فاضلاب ، شامل جمعيت مخلوطي از ميكروارگانيسم ها بـا تنـوع گـسترده است و فقط باکتری ها عمل تصفیه را انجام نمی دهند بلکه باكتري ها ، پروتوزوئر ها ، قارچ ها ، روتيفرها و احتمالاً جلبك ها نیز درگیـرتصفیه هستند.اساس طراحي فرآيندهاي تصفيه بيولوژيكي يا انتخاب نوع فرآيند بيولـوژيكي مـورد اسـتفاده بـه فهـم فعاليتهاي بيو شيميايي ميكروارگانيسم ها وابسته است. تقسيم بندي ميكروارگانيسم ها بر اساس منبـع كربن سلولي، دهنده الكترون، پذيرنده الكترون و محصولات نهايي در جدول زیر خلاصه شـده اسـت.

ميكروارگانيسم هاي مختلف مي تواننـد محـدوده وسـيعي از گيرنـده هـاي الكتـرون شـامل اكـسيژن، نيتريت، نيترات، آهن سه ظرفيتي، سولفات و تركيبات آلي و دي اكسيد كربن را استفاده كننـد. طـرح كلي برخي از انواع متداول متابوليسم باكتريايي در شكل زیر آمده است كه نشان دهنده منبـع كـربن سلول و منبع توليد انرژي مي باشد.

دو موضوع مهم كه در اين قسمت به آن توجه شده است، عبارتند از:

1. نيازهاي مواد غذايي عمومي ميكروارگانيسم هايي كه بطور معمـول در تـصفيه فاضـلاب كـاربرد دارد.
2. طبيعت متابوليسم ميكروبي بر اساس نياز به اكسيژن مولكولي

منبع كربن و انرژي براي رشد ميكروبي

يك ارگانيسم به منظور تكثير و عملكرد مناسب بايد منبع انرژي، كربن براي سنتز مواد سلولي جديـد و عناصر غير آلي(مغذي) مانند نيتروژن، فسفر، سولفور، پتاسيم، كلسيم و منيزيم داشـته باشـد. مـواد مغذي آلي نيز(عوامل رشد) ممكن است براي سنتز سـلولي مـصرف شـود. منبـع كـربن و انـرژي كـه معمولاً بعنوان سوبسترا مطرح ميشوند و نيازهاي غذايي و عوامل رشد براي انواع مختلف ارگانيسم ها است.

منابع كربن: ميكروارگانيسم ها، كربن را براي رشد سلولي از مواد آلي يا دي اكسيد كربن بدست مـي آورند. ارگانيسم هايي كه از كربن آلي براي تشكيل سـلولهاي جديـد اسـتفاده مـي كننـد، هتروتـروف ناميده مي شود؛ در حاليكه ارگانيسم هايي كه كربن سلولي را از دي اكسيد كربن مي گيرند، اتـوتروف نام دارد. تبديل دي اكسيد كربن به تركيبات كربن سلولي نياز به فرآيند احياء دارد كه نيازمند مصرف انرژي است. بنابراين ارگانيسم هاي اتوتروف نسبت به هتروتروف ها بايـد بيـشتر انـرژي خـود را بـراي سنتز مصرف كنند كه در نتيجه معمولاً بازده پايين تري در توليد جرم سلولي و سرعتهاي رشد دارند.

منابع انرژي باکتری های تصفیه فاضلاب :

انرژي مورد نياز براي سنتز سلولي ممكـن اسـت از طريـق نـور خورشـيد و يـا واكـنش اكسيداسيون شيميايي تهيه شود.باكتريها براي كسب انرژي، مواد آلي يا معدني را اكـسيد مـيكننـد. ارگانيسم هايي كه قادر به استفاده نور بعنوان منبـع انـرژي مـي باشـند، فتـوتروف ناميـده مـي شـود. ارگانيسم هاي فتوتروف ممكن است هتروتروف(مانند باكتري احياء كننده گوگردي SRB ) يا اتوتروف (آلگ و باكتري فتوسنتتيك) باشند. باکتری های تصفیه فاضلاب و ارگانيسمهايي موجود در سیستم تصفیه كه انرژي خود را از واكنشهاي شيميايي بدست مي آورند، تحت عنوان شيميوتروف ها شناخته مي شوند. فتوتروف ها مانند شيميوتروف ها نيز ممكن اسـت هتروتروف (مانند پروتزوئر، قارچ و بيشتر باكتريها) و يا اتـوتروف (ماننـد باكتريهـاي نيتريفـاير) باشـند.

شيميواتوتروف ها، انرژي را از اكسيداسيون تركيبات غير آلي احيـاء شـده ماننـد آمونيـاك ، نيتريـت ، آهن فروس و سولفيد بدست مي آورند. شـيميوهتروتروف هـا معمـولاً انـرژي خـود را از اكـسيداسيون تركيبات آلي بدست مي آورند. واكنش هاي شيميايي توليـد كننـده انـرژي در شـيميوتروفها، واكـنش هاي اكسيد و احياء مي باشد كه شامل انتقال الكترون از يك دهنده الكترون به يك گيرنـده الكتـرون است. دهنده الكترون اكسيد و گيرنده الكترون احياء مي شود. گيرنده و دهنده الكتـرون بـا توجـه بـه ميكروارگانيسم مي تواند تركيبات آلي يا غير آلي باشد. گيرنده الكترون ممكن اسـت در داخـل سـلول در حين متابوليـسم (آنـدوژنز) قابـل اسـتفاده باشـد و يـا از بيـرون سـلول (ماننـد اكـسيژن محلـول)باشد. اگزوژنز، ارگانيسم هايي كه توليد انرژي در آنها با انتقال الكترون به يك گيرنده الكترون خارجي توسط يك آنزيم صورت ميگيرد، در اصـطلاح متابوليـسم تنفـسي دارنـد. هنگاميكـه از يـك گيرنـدهالكترون داخلي استفاده شود، فرآيند را متابوليسم تخميري مينامند كـه بـازده انـرژي مـوثر كمتـري
نسبت به فرآيند تنفسي دارد. ارگانيسم هاي هتروتروف كه بطور كامل تخميـر كننـده هـستند، بـازده سلولي و سرعتهاي رشد كمتري نسبت به هتروتروفهاي تنفسي دارد.

وقتی باکتری های تصفیه فاضلاب،اكسيژن را بعنوان گيرنده الكترون استفاده می کنند، واكنش هوازي است و واكنـشهايي كه شامل ساير گيرنده هاي الكترون است ، بعنوان بي هوازي مطرح شده اند. عبـارت انوكـسيك بـراي متمايز كردن استفاده از نيترات يا نيتريت بعنوان گيرنده نهايي الكترون از ساير مواد تحت شـرايط بـي هوازي بكاربرده مي شود . احياء نيتريت يا نيترات تحت شرايط انوكسيك به گـاز نيتـروژن انجـام مـي شود و اين واكنش تحت عنوان دنيتريفيكاسيون بيولوژيكي نيز عنوان شده است. باکتری های تصفیه فاضلاب و ارگانيـسم هـايي كـه نيازهاي انرژي خود را فقط با اكسيژن بدست مي آورند، باکتری هاي هوازي اجباري نام دارند. تعدادي از باكتريها مي توانند از اكسيژن يا هنگامي كه اكسيژن در دسترس نباشد، از نيتريت / نيترات بعنوان گيرنده الكترون استفاده كنند. اين باکتری های تصفیه فاضلاب را باكتري هوازي اختياري ناميده مي شود. ارگانيـسم هايي كه انرژي را از طريق تخمير توليد مي كنند و فقط در محـيط فاقـد اكـسيژن وجـود دارنـد، بـي هوازي اجباري مي باشد . بي هوازيهاي اختياري توانايي رشد در حضور و يا غياب اكـسيژن مولكـولي را دارند و بر اساس توانايي متابوليكي آنها به دو زير گروه تقسيم مي شوند. بي هوازيهاي اختياري واقعـي كه با توجه به حضور يا غياب اكسيژن مولكولي مي تواننـد از حالـت اختيـاري بـه متابوليـسم تنفـسي هوازي تغيير پيدا كنند. بي هوازيهاي آئروتولرانت ،متابوليسم كاملاً تخميـري دارنـد؛ ولـي بـه حـضور اكسيژن مولكولي نسبتاً غير حساس مي باشند.