میکروبیولوژی محیط

انواع طعم وبوی آب با اصلاحات زیر شناخته می شوند:

¯ خاکی «Earthy»

¯ ما ستی یا کپکی «Musty»

¯ ماهی «Fishy»

¯ علفی«Grassy»

¯ چوب«Woody»

میکروارگانیسم های مسئول در ایجاد طعم وبو با توجه به مسائل زیبایی شناختی آب:

1-باکتری های هتروتروفیک

2-اکتینومیست ها

3-قارچ های کوچک یا مخمرها

4-باکتری های احیا کننده سولفات «مثل دی سولفوویبریو ودی سولفوریکانس»

5-باکتری های احیا کننده سولفیت مثل کلستر یدیوم

6-باکتری های رسوب دهنده آهن مثل گالیونلا و لپتوتریکس

اوتریفیکاسیون در منابع آب:

جلبکها معمولا به صورت طبیعی در منابع آب وجود دارند.در صورتی که مواد مغذی مورد نیاز آنها مثل فسفر وازت به مقدار زیاد .ارد آب شود باعث رشد بیش از اندازه جلبکها می شود تا حدی که کل سطح آب را پوشانده واز عبور نور به لایه های پائینی جلوگیری می کند .این پدیده با عناوینی چون اوتریفیکاسیون،شکوفایی جلبکی یا Algabloom شناخته می شود.

¯ مشکلات ناشی از اوتریفیکاسیون:

· جلبکها سطح اب را می پوشانند.

· طعم و بوی ناشی از جلبکها.

· محدود شدن دسترسی به اب.

· رفتن جلبکهای مرده به کف منبع اب .

· کاهش اکسیژن اب توسط باکتریها

· از بین رفتن ماهیها

· سمومی که جلبکها وارد منبع اب میکنند.این سموم معمولا" بر روی سیستم عصبی اثر می گذارند.اثر انها نوروتوکسین میباشد.سیانوباکتریها می تواننداین سموم را وارد اب نمایند

¯ متابولیسم میکروبی:

میکروارگانیسم ها جهت رشد و تکثیر به مواد و عناصر متعددی نیاز دارند.به طور کلی عناصر اصلی که وارد یک سلول می شوند عبارتند از :s,p,o,n,h,c.مواد مغذی که جهت بیوسنتزمیکروارگانیسم ها لازم است عبارتند از:

کاتیون هایی چون fe,k,na,m g,ca.وانیون هایی چون سولفات و کلرور وعناصر جزیی (micro element)مانند ni,zn,cu,co و سلنیوم ومولیبدن و... این عناصر به عنوان کوفاکتوربرای انزیم ها و فاکتورهای رشد مثل ویتامین ها مورد استفاده قرار می گیرند .

به طور کلی میکروارگانیسم ها نیازبه یک منبع کربن و یک منبع انرژی دارند.

¯ طبقه بندی متابولیکی میکروارگانیسم ها بر اساس این دو منبع به شرح زیر است :

· از نظر منبع انرژی:

فتوتروف : منبع انرژی نور خورشید است .

شیموتروف: از واکنش های شیمیایی انرژی می گیرند

· از نظر منبع کربن:

اتوتروف:منبع کربن ان ها کربن معدنی است .

هتروتروف:منبع کربن انها کربن الی است .

· نوع دیگر تقسیم بندی بر اساس دهنده ی الکترون(electron donor)می باشد.

اگر دهنده ی الکترون ماده ی الی باشد ارگانوتروف واگر ماده ی معدنی باشد لیتوتروف نامیده می شود.

¯ فتوتروف :این میکروارگانیسم ها دو دسته هستند:

1. فتواتوتروف(جلبک ها ,سیانوباترها,باکتری های فتوسنتز کننده )واز اب،هیدروژن، سولفید هیدروژن به عنوان دهنده ی الکترون استفاده می کنند .

2. فتوهتروتروف (فتوارگانوتروف)این گروه شامل تمام هتروتروف های اختیاری است مانند باکتری های غیر سولفوره ارغوانی

¯ کموتروف (شیمیوتروفها):

این میکروارگانیسم ها ه انرژی خود را از طریق اکسیداسیون ترکیبات الی وغیر الی بدست می اورند وبه دو گروه تقسیم می شوند:

الف-لیتوتروف ها (شیمیواتوتروف):از دی اکسید کربن به عنوان منبع کربن و از ترکیبات غیر الی مثلH2,NH4,NO2.Feبه عنوان منبع انرژی استفاده می کنند واکثر انها هوازی هستند

مهمترین میکروارگانیسم های موجود در این دسته شامل باکتری های نیتریفایر(نیترات ساز),باکتری های اکسید کننده ی گوگرد (این باکتری هاازH2Sگوگرد و یا تیوسولفات به عنوان منبع انرژی استفاده می کنند.)

باکتری های اهن(باکتری های اسیددوستی هستند که انرژی خود را ازطریق اکسیداسیون

Fe3+ Fe2+ بدست می اورند مثل باسیلوس فرواکسیدانس و سایرباکتریهای اهن مثل کرنوتریکس،تیوتریکس،گالیونلا

و در نهایت باکتریهای هیدروژن(از هیدروژن به عنوان منبع انرژی و ازدی اکسید کربن به عنوان منبع کربن استفاده می کنند)

ب- هتروتروف(ارگانوتروف):شایعترین گروه تغذیه ای در بین میکروارگانیسمها هستندو شامل اکثر باکتریها،قارچها وپروتوزوئرها

می باشند.

¯ منحنی رشد باکتریها:

از دیدگاه میکروبیولوژیستها این منحنی شامل7مرحله است:

مرحله ی تاخیری،مرحله شروع رشد،مرحله رشد لگاریتمی،مرحله کاهش رشد،مرحله رشد ثابت،مرحله شروع مرگ و در نهایت مرحله افزایش مرگ و میر.

اما از دیدگاه مهندسین محیط زیست این منحنی شامل سه یا چهار مرحله است:

مرحله رشد لگاریتمی،مرحله رشد ثابت و مرحله مرگ

· مرحله تاخیری(مرحله سکون)lag phase:

در این مرحله سلول با محیط جدید تطبیق پیدا می کند و بر تعداد ان افزوده نمی شود. بسته به سن سلول ,محیط کشت و عوامل مختلف محیطی طول این مرحله متفاوت است.

· مرحله رشد لگاریتمی(نمایی)log phase:

تعداد میکروبها در زمانt=تعداد اولیه میکروبها*عدد نپر

Xt=X0*e

در این مرحله تعداد میگروارگانیسمها مواد غذایی را مصرف کرده و تعدادشان به صورت نمایی یا لگاریتمی افزایش می یابد. تحت شرایط مطلوب تعداد سلول ها در 15-20دقیقه دو برابر می شود. معمولا روش های تصفیه ی بیولوژیکی فاضلاب در این فاز به بهره برداری نمی رسندهرجند سرعت تصفیه ی فاضلاب در این مرحله زیاد بوده و میکروارگانیسم ها مواد غذایی را سریعتر مصرف می کنند اما به تبع مصرف غذا اکسیژن نیز مورد نیاز خواهد بود و بدیهی است جهت تامین اکسیژن زیاد انرژی وهزینه ی بیشتری مورد نیاز است. بعضی روش های لجن فعال مانند روش هوادهی پربار,روش اکسیژن خالص در این فاز بهره برداری می شوند.

· مرحله ی رشد ثابت(کاهش رشد)stationary phase:

در این مرحله میزان تولید با میزان مرگ و میر برابر است. اکثر فرایندهای بیولوژیکی تصفیه ی فاضلاب در این فاز بهره برداری می شوند. از دیدگاه مهندسین بهداشت محیط مهمترین مرحله است.

· فاز مرگ و میرdeath phase:

در این مرحله تعداد میکروارگانیسم ها به سرعت رو به زوال می گذارد به این فاز فاز خود تخریبیendogenous phase))نیز گفته می شود . در هوادهی ممتد در لجن فعال از این فاز استفاده می شود و کمترین لجن تولیدی را دارد.

¯ پارامترهای سینتیک رشد میکروبی:

سه پارامتر مهم وجود دارد :

1-ضریب رشد (باردهی رشد) 2- میزان رشد ویژه 3- میزان جذب ویژه ی ماده غذایی (سوبستره)

1- ضریب یا باردهی رشد (y):برابر است با مقدار توده ی میکروبی به وجودامده به ازای سوبستره ی مصرفی.

سوبستره همان BODفاضلاب است. بسته به نوع میکروارگانیسم،دما،PHوپذیرنده ی نهایی الکترون و ضریب رشد ویژه متغیر خواهد بود. این ضریب برای میکروارگانیسم های هوازی بین 0.4-0.6میباشد در حالی که برای میکروارگانیسم های بی هوازی 0.2میباشد .

2-میزان رشد ویژه:

میزان رشد ویژه با استفاده از معادله ی مونود تعیین می شود:

µ=µmax*S/Ks+S

µ= میزان رشد ویژه

µmax = میزان رشد ویژه ی حداکثر

:S غلظت سوبستره

Ks :غلظتی از سوبستره است که در آن میزان رشد ویژه برابر است با نصف ضریب رشد ویژه حداکثر است.

برای یک سیستم هوازی این ضریب برابر با 0.5وبرای سیستم بی هوزای برابر با 0.2 میباشد(واحد ان 1/dاست)

ضریب رشد ویژه برابر است با عکس زمان ماند جامدات بیولوژیکی

معادله ی مونود رابطه ی بین میزان رشد ویژه وغلضت سوبستره را بیان می کند

¯ متابولیسم میکروبی:

· متابولیسم:مجموعه واکنشهای شیمیایی که درون موجود زنده اتفاق می افتد و شامل کاتابولیسم و انابولیسم می باشد.

· کاتابولیسم:تجزیه و ازاد کردن انرژیexergonic

· انابولیسم:ساختن و سنتز همراه با گرفتن انرژیendergonic

واکنشهای شیمیایی یکی از این دو دسته هستند:

· اکسیداسیون(oxidation ):بدست اوردن اکسیژن,از دست دادن هیدروژن,از دست دادن الکترون

ماده ی اکسید کننده =oxidantماده ی اکسید کننده ماده ای است که با گرفتن الکترون یا هیدروژن ودادن اکسیژن به ترکیبات دیگر انها را اکسید می کند .

· ماده ی احیا کننده=:reductantماده ای است که با دادن الکترون و گرفتن اکسیژن از مواد انها را احیا میکند .

اکسیداسیون و احیا واکنش هایی هستند که همیشه همزمان و توام اتفاق می افتند و واکنش های redoxخوانده می شوند.در این واکنش ها گیرنده و دهنده ی الکترون خواهیم داشت(پذیرنده ی الکترون acceptorودهنده ی الکترون donor)

¯ تقسیم بندی بر اساس پذیرنده ی الکترون:

1- تنفس هوازیairobic respirationواکنش هایی که پذیرنده ی نهایی الکترون اکسیژن مولکولی است تنفس هوازی گویند .

C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O

38ADP+38P 38ATP

C5 H7 N O2+5O2 5CO2+2H2O

¯ معادله کلی واکنش هوازی:

CHONS+O2+Nutrients CO2+NH3+C5 H7 N O2

واکنشهای هوازی یا به شکل اکسیداسیون ویا به صورت تنفس خود تخریبی است منظور از تنمفس خود تخریبی این است که میکروارگانیسمها در حضور O2و فقدان مواد غذایی شروع به خوردن یکدیگر میکنند. این واکنش به صورت زیر نشان داده میشود:

C5 H7 NO2 5CO2+H2 O+energy2

2-تنفس بی هوازیAnaerobic respiration:

در تنفس بیهوازی پذیرنده الکترون اکسیژن و ترکیبات مختلف اکسیژن دار نیست .

3-تنفس غیر هوازیAnoxic:

فرایندهایی که در غیاب اکسیژن مولکولی اتفاق می افتد و نیترات,سولفاتو نیتریت به عنوان پذیرنده الکترون عمل میکند.در منابع قدیمی واکنشهای غیرهوازی نیز جزیی از واکنشهای بیهوازی

دسته بندی می شوند در حال حاضر دو تعریف برای غیر هوازی وجوددارد:تعریف اول که در بالا ذکرشد.

تعریف دوم :واکنشهایی که از ترکیبات دارای اکسیژن باند شده به عنوان پذیرنده الکترون استفاده کنند. در واکنشهای غیر هوازی مهمترین ماده نیترات است و به ترتیب اهمیت سایر ترییبات که عبارتند از :سولفات ،مواد الی دارای اکسیژن،دی اکسیدکربن و کربنات.

¯ پتانسیل اکسیداسیون و احیا(ORC):

پتانسیل اکسیداسیون واحیا مقدار نسبی مواد اکسید شده است (نیترات و سولفات) در اب و فاضلاب این پتانسیل توسط یک pHسنج الکترومتریک اندازه گیری میشود و بر حسب میلی ولت بیان میشود.مقادیر مثبت ORP نشان دهنده ی حالت اکسیداسیون و مقادیر منفی ان نشان دهنده ی حالت احیا است . مطابق جدول زیر با توجه به مقدار ORPپذیرنده الکترون تعیین میشود:

تنفس	نوع شرایط	پذیرنده الکترون	ORP(mv)
هوازی	oxic	O2	50+>
انوکسیک(غیرهوازی)	بیهوازی	NO2 NO3	50-تا50+
تخمیر(احیا سولفات)	بیهوازی	SO4	50-<
تخمیر(تولیداسید)	بیهوازی	مواد الی	100-<
تخمیر(تولید متان)	بیهوازی	CO2	300-<

اولویت بندی پذیرنده های الکترون:

O2>NO3>Fe>SO4>SO>CO2>CO3

معروفترین واکنش غیرهوازی دنیتریفیکاسیون است.

در شرایط بیهوازی پذیرنده الکترون ماده الی خواهد بود.

سایت بهداشت محیط ایران

سایت بهداشت محیط ایران