باکتری ها در آب

باکتری ها در آب:

باکتری ها در آب گروه وسیع و متنوعی از میکروب های تک یاخته ای پیش هسته ای، با اندازه های متفاوت 0.5 تا μm 5 و اکثراً گوییزه (کروی شکل) یا میلیزه (میله ای شکل) هستند. اکثر  آنها به صورت تکی در محیط زیست حضور دارند، لیکن گونه های دو تایی (مثل باکتری های سرده Neisseria) چند تایی زنجیری (مثل باکتری های سرده Streptococcus)، چند تایی خوشه ای (مثل باکتری های سرده Staphylococcus) و رشته ­ای (مثل باکتری های سرده Streptomyces) نیز یافت می شوند.

لایۀ حاصل از رشد باکتری ها بر روی سطوح جامد را زی لایه (بیوفیلم) می نامند. باکتری ها در تمام زیستگاه های روی زمین حضور دارند. برای مثال، نوعاً در هر گرم خاک 40 میلیون و در هر میلی لیتر آب شیرین طبیعی یک میلیون و در کل زمین حدود 10²⁰ × 5 باکتری وجود دارد. شاخۀ علمی مطالعۀ باکتری ها را باکتری شناسی می نامند که خود شاخه ای از میکروب شناسی است.

در بدن انسان، ده برابر یاخته های انسانی، باکتری وجود دارد که بخش عمده آن ها روی پوست و در دستگاه گوارشی قرار دارند. اکثر این آن ها بی ضررند، لیکن تعدادی از آن ها مفید و تعدادی نیز باکتری های بیماری زا هستند و باعث بیماری های عفونی، همچون وبا، سیفلیس، سیاه زخم، جذام و طاعون، می شوند. باکتری ها نقش مهمی در صنایع لبنی، زیست فنّاوری، تولید آنتی بیوتیک، تصفیه فاضلاب و زی پالایی خاک های آلوده به عهده دارند.

منبع کربن برای رشد اکثر باکتری ها مواد آلی است که از محیط کسب می کنند (دگر پرورد)، امّا برخی از آن ها کربن را از تثبیت کربن دیو کسید به دست می آورند (خود پرورد). از باکتری های خود پرورد می توان از سیانو باکتری ها (جلبک های آبی – سبز)، باکتری های ارغوانی و باکتری های گوگردی سبز نام برد.

باکتری ها ممکن است هوازی مطلق، بی هوازی مطلق یا دو گونه زی و نیز سرما دوست، میان دما دوست یا گرما دوست باشند. pH محیط نیز از عوامل مهم رشد باکتری هاست و معمولاً pH بهینه رشد آن ها بین 6.5 تا 7.5 است. در جدول ۱، عملکرد متابولیسمی تعدادی از باکتری های شیمی پرورد متداول در آب و فاضلاب آمده است.

تولید مثل باکتریایی

ساز و کار عمده در تولیدِ مثل باکتری_­ ها، شکافت دو تایی است. در شکافت دو تایی، هر باکتری پس از مدت مشخصی به دو باکتری جدید تقسیم می شود. مدت لازم برای تقسیم شدن هر باکتری را مدت دو تا شدگی می نامند. مدت دو تا شدگی برای گونه های مختلف باکتریایی، از کمتر از ۲۰ دقیقه تا چند روز متفاوت است. حتی مدت دو تا شدگی برای هر گونه خاص نیز ممکن است ثابت نباشد و به دما، دسترسی به غذا و به دیگر عوامل محیطی بستگی دارد.

اگر t_double مدت دو تا شدگی برای یک گونه باکتری خاص باشد، پس از مدت t، تعداد باکتری ها از معادله زیر به دست می آیند:

که در آن، n (=t/t_double)  تعداد دو تا شدگی، N₀ تعداد باکتری های اولیه و N_t تعداد باکتری ها پس از مدت t است. برای مثال، اگر زمان دو تا شدگی min۳۰ باشد، پس از h ۱۲، از یک باکتری تعداد ۲۱۶’۷۷۷’۱۶ باکتری به دست می آید. بدیهی است که در عمل، باکتری ها به طور نامحدود افزایش نمی یابد که این به دلیل محدودیت های غذایی، فضا و غیره است.

به طور کلی، منحنی رشد باکتریایی در یک رآکتور ناپیوسته شامل چهار مرحله است: (۱) مرحله تأخیر (مرحله خوگیری میکروب ها)، (۲) مرحله رشد سریع، موسوم به رشد نمایی، (۳) مرحله رشد کاهشی [پس از محدود شدن غلظت مواد آلی با دیگر عوامل رشد] و (۴) مرحله خود خوری، موسوم به واپاشی نمایی (شکل ۱)

تأثیر باکتری ها بر کیفیت منابع آب

نقش اصلی اکولوژیکی باکتری ها، تبدیل مواد آلی به ترکیبات معدنی بنیادی، همچون کربن دیو کسید، آب، آمونیاک، فسفات و سولفات است. در آب های سطحی، در صورت حضور مواد آلی، بر اثر تنفس هوازی باکتریایی، غلظت مواد آلی و اکسیژن محلول کاهش و غلظت کربن دیو کسید، آمونیاک و دیگر محصولات اُکسیده افزایش می یابد. در اکوسیستم های آبی، در لایۀ آب مجاور سطح ته رسوبات و نیز درلایۀ سطحی ته رسوبات، مقادیر قابل توجهی مواد آلی تازه و تخریب پذیر وجود دارد. لذا معمولاً فعالیت باکتریایی هوازی در این لایه ها به بیشترین حدّ می رسد و، در نتیجه، اکسیژن محلول این لایه ها به مصرف می رسد. اکسیژن خواهی رسوب (SOD)، به اکسیژن محلول موردِ نیاز تنفس هوازی باکتری ها و دیگر موجودات ساکن در لایه سطحی ته رسوبات و نیز واکنش های اکسایش شیمیایی گونه های کاهیده (مثل Fe²⁺ ، Mn²⁺  و S^2-) موجود در این لایه گفته می شود. گونه های کاهیده در ته رسوبات از تولیدات تنفس بی هوازی در لایه های زیرین ته رسوبات هستند. برخی از واکنش های نوعی اکسایش گونه های کاهیده به قرار زیر است: