منحنی رشد باکتری های فاضلاب

در توضيح متابوليسم منحنی رشد باکتری های فاضلاب ، همزمان با مصرف سوبسترا توسـط ميكروارگانيـسمهـا و انجـام واكنش هاي اكسيد و احياء ، رشد با توليد سلولهاي اضافي اتفاق مي افتد. بنـابراين در تـصفيه فاضـلاب همزمان با اينكه سوبسترا در فاضلاب مصرف و تجزيه بيولوژيكي مي شود جرم سـلولي بطـور پيوسـته توليد مي شود. 

باكتريها مي توانند بصورت تقسيم دوتايي، شكل غير جنسي يا با جوانه زدن تكثيـر پيدا كنند. بطور معمول آنها به روش تقسيم دوتايي تكثير مي يابند؛ بطوريكه سلول اوليه به دو ارگانيسم جديد تبديل مي شود. زمان مورد نياز براي هر تقسيم كه تحت عنوان زمان تكثير نام دارد، مـي توانـد از چند روز تا كمتر از 20دقيقه متفاوت باشد. براي مثال اگر زمان تكثير 30دقيقه باشد، يك باكتري بعد از 12ساعت تبديل به  16777216 (بعبارتي 224) عدد باكتري مي شود. وزن يك سلول بـا فـرض باكتري كروي شكل با قطر 1 ميكرون  است. جرم بـاكتري در طول 12ساعت تقريباٌ  8.4ميكروگرم مي شود. بنابراين تعداد سلولها در مقايسه با جـرم
آنها نسبتاً زياد است. اين تغيير سرعت در جرم سلولي بـا گذشـت زمـان يـك مثـال فرضـي اسـت. منحنی رشد باکتری های فاضلاب در سيستم هاي تصفيه بيولوژيكي، بدليل محدوديت هاي محيطي مانند در دسترس نبودن سوبسترا و مواد مغذي، بصورت نامحدود به تكثير ادامه نمي دهد.

همانطور كه در شكل بالا نشان داده شده است، رشد باكتري در راكتـور منقطـع ، بوسـيله فازهـاي مشخص تقسيم بندي ميشود. منحني هاي نشان داده شده در شكل بالا بيـانگر ايـن اسـت كـه چـه اتفاقي در يك راكتور منقطع صورت مي گيرد. در زمان صفر، سوبسترا و مـواد مغـذي بـه مقـدار زيـاد وجود دارد و فقط جمعيت كمي از جرم سلولي وجود دارد . همزمان با مصرف شـدن سوبـسترا، 4فـاز مشخص رشد بصورت متوالي ايجاد ميشود :

1. فاز رشد تـأخيري : در منحنی رشد باکتری های فاضلاب ، فـاز تـأخيري تـا زمـان اضـافه شـدن بيـومس بيـانگر زمـان مـورد نيـاز بـراي ميكروارگانيسم ها در تطبيق با محيط جديد خود مي باشد . اين فـاز قبـل از انجـام تقـسيم سـلولي و توليد بيومس است. در حين فاز تأخيري ، القاء آنزيم ممكن است انجام شود و يـا سـلولها بـا تغييـرات شوري ، pH يا دما انطباق پيدا كنند . افزايش مقدار ظاهري فاز تاخيري ممكـن اسـت بـدليل غلظـت بيومس كم در شروع فعاليت تكثير باشد.
2. فاز رشد لگاريتمي :در حين فاز رشد لگاريتمي، سلولهاي باكتري با سـرعت مـاكزيمم تكثيـر مـي يابند ؛ زيرا هيچ محدوديتي ناشي از ميزان سوبسترا و مواد مغـذي وجـود نـدارد. منحنـي رشـد جـرم سلولي در اين فاز بصورت لگاريتمي افزايش مي يابد. در حضور سوبسترا و مواد مغذي نامحدود ، تنهـا عاملي كه بر رشد لگاريتمي تأثير دارد، دما مي باشد.
3. فاز ثابت: در طول اين فاز، غلظت جرم سلولي بطور نسبي با گذشت زمان ثابـت مـي مانـد. در ايـن فاز، رشد باكتري از حالت لگاريتمي طولاني تر نيست و ميزان رشد بوسيله مرگ سـلولها متـوازن مـي شود.
4. فاز مرگ و مير: سوبسترا در فاز مرگ و مير كاهش يافته است؛ بطوريكه هـيچ رشـدي اتفـاق نمـي افتد و تغيير در غلظت جرم سلولي بدليل مرگ سلولي است. كاهش لگاريتمي در غلظت جرم سـلولي، اغلب مشاهده ميشود؛ بطوريكه بخش تقريباً ثابتي از غلظت جرم سلولي باقيمانـده روزانه كـاهش مـي يابد.

رشد باكتريايي و بازده بيومس

در فرآيندهاي تصفيه بيولوژيكي ، رشد سـلولي همـانطور كـه در منحنی رشد باکتری های فاضلاب توضـيح داده شـد ، همزمـان بـا اكسيداسيون تركيبات آلي و غير آلي اتفاق مي افتد. نسبت حجم بيومس توليدي به حجم سوبـستراي مصرفي (گرم بيومس به گرم سوبسترا) بعنوان بازده بيومس تعريف مي شود و معمولاً به صورت دهنده الكترون مورد استفاده ، تعريف مي شود :

(سوبستراي مصرف شده بر گرم) / (جرم سلولي توليدي برحسب گرم) = Y

براي مثال بازده در واكنش هاي هتروتروفيك هوازي با سوبستراي آلـي بـصورت جـرم سـلولي توليـدي برحسب گرم به سوبسترا آلي تعريف مي شود و در نيتريفيكاسيون ، بازده بصورت جرم سلولي (گـرم) به نيتروژن آمونياكي (گرم) تعريف مي شود و در تجزيه اسيدهاي چرب فرار براي توليـد متـان بـه روش بي هوازي، بازده برابر VFAمصرفي (گرم)/ جرم سلولي(گرم)است. در محلهايي كه تركيبات خاصي مانند آمونياك ، اندازه گيري و شناسايي شده است، بازده بصورت حجم تركيـب مـورد اسـتفاده انـدازه  گيري مي شود.

براي تصفيه هوازي يا بـي هـوازي فاضـلاب شـهري و صـنعتي حـاوي مقـدار زيـادي تركيبات آلي، بازده براساس پارامترهاي قابل اندازه گيري منعكس كننـده مـصرف تركيـب آلـي كلـي مانند COD يا BOD تعيين ميشود. بنابراين، بازده برابـر جـرم سـلولي توليـدي برحـسب گـرم بـه COD حذف شده يا جرم سلولي توليدي بر حسب گرم به BODحذف شده خواهد بود.