میان فاکتورهای ذکر شده فقط نیتروژن و فسفر را می توان از طریق جلوگیری از دفع فاضلابهای تصفیه نشده به محیط کنترل نمود. این دو، عناصر مغذی جهت رشد گیاهان و جلبک در دریاچه ها هستند که از بین آنها، عنصر فسفر از نظر مغذی بودن بیشتر مورد توجه است و می توان از طریق کنترل آن رشد گیاهان و آلاینده های سطحی را کنترل نمود. علاوه بر آن در بین همه نوترینتها، تنها فسفر است که از طریق اتمسفر یا منابع طبیعی در دسترس نیست؛ به همین دلیل فسفر به عنوان نوترینت محدود کننده در دریاچهها و دیگر منابع آبی مشابه در نظر گرفته میشود. فسفر در دریاچه ها و مخازن آبی، از منابع خارجی ناشی شده و به شکل معدنی فسفاتPO42- جذب می گردد و وارد ساختار ترکیبات آلی میشود. وقتی ارگانیسمهای جاذب فسفات
میمیرند در طول عمل تجزیه شدن آنها، فسفر به صورت معدنی آزاد میگردد (Ahn et al, 2007).
۲-۳- اثرات یوتریفیکاسیون بر روی منابع آب قابل استفاده برای انسان
اثرات یوتریفیکاسیون بر روی منابع آب قابل استفاده برای انسان و مشکلات زیست محیطی و بهداشتی ناشی از آن مسئله اصلی تحقیق است. با توجه به افزایش مواد مغذی به ویژه فسفات این پدیده تشدید میشود به همین دلیل به دنبال عاملی هستند که این فرایند را کنترل کند بنابراین دانشمندان تصمیم به شناسایی و جدا سازی باکتریهای مذکور کردند.
با ورود فاضلابهای شهری، پسابهای کشاورزی، دترجنتها، آفت کشها و موادی که حاوی ترکیبات آلی، نیتروژن و فسفات هستند، جلبکها و سیانوباکترها بیش از حد رشد نموده و کدورت آبها رخ داده است که به دنبال آن مرگ آبزیان اتفاق میافتد. به دلیل اینکه افزایش فسفات و نیتروژن نقش اساسی در این فرایند دارد، توجه ویژهای در جهت حذف آنها از محیط صورت گرفته است و همچنین مقدار این مواد در آبها به عنوان یکی از شاخصهای استاندارد سلامتی آب و پساب قلمداد شده است. امروزه برای حذف این آلایندهها مطالعات زیادی انجام شده و روش های مختلف شیمیایی و بیولوژیکی نیز به کار برده شده است. در روش شیمیایی با استفاده از مواد شیمیایی و رسوب دادن، آلاینده ها را از محیط جدا میکنند. این روش اغلب هزینه بر و گاهی نیز به دلیل سمیت مواد اضافه شده به محیط آسیب وارد میشود. در روشهای بیولوژیکی با استفاده از میکروارگانیسم های جاذب فسفات و دنیتریفیکانتها حذف این مواد از محیط صورت می گیرد. این روش به دلیل هزینه پایین، کم خطر بودن و رسیدن این مواد به حد استاندارد بین المللی مورد توجه قرار گرفته است. به فرایند استفاده از میکروارگانیسم ها در جهت حذف آلایندههای محیطی Bioremediation اطلاق میگردد. حذف بیولوژیک فسفات توسط باکتریهای حذف کنندهی فسفات یکی از مهمترین فرآیندهای Bioremediation به شمار میرود. بیشترین کاربرد این
باکتریها در تصفیه فاضلاب در فرایند لجن فعال است. در این روش طی فرایند هوازی، باکتری ها فسفات را جذب و به صورت پلی فسفات ذخیره می کنند (Hupfer & Gloss; 2008 و Taheriyoun et al, 2010.).
فسفات به دلایل مختلف از جمله اهمیت آن در سنتز سلولی اسیدهای نوکلئیک و بخش فسفولیپیدی غشای سلولی و ATP، همچنین نقش آن در تولید مکملهای پر انرژی و ذخیرهسازی انرژی به عنوان عامل کنترل کننده رشد سلولی مورد توجه میباشد. در نتیجه، تلاشهایی در جهت حذف فسفات به صورت میکروبی طی پروسهای تحت عنوان افزایش بیولوژیکی حذف فسفات صورت گرفته است که فسفات حذف شده توسط میکروارگانیسمها از توده پساب به عنوان پلی فسفات داخل سلولی در میآید که این پلی فسفات یک ترکیب با انرژی بالاست و هیدرولیز آن میتواند انرژی واکنشهای بیوشیمیایی گوناگون درون سلولی را تأمین نماید (Blackall et al, 2002).
جنسهای گوناگونی از باکتریهای جاذب فسفات مورد مطالعه و بررسی قرار گرفتهاند که شاخصترین آنها جنس Acinetobacter است. برخی دیگر از باکتری ها نیز که در این زمینه مورد توجه میباشند عبارتند از: Pseudomonas،Borkholderia، Brevundimonas،Flovobacterium، Corynebacterium و چندین جنس دیگر که از محیط های آلوده و فاضلاب ها جداسازی شده اند (Kulaev et al, 2004).
۲-۴- تصفیه زیستی فاضلاب
تصفیه زیستی فاضلاب یکی از مهمترین فرایندهای بیوتکنولوژکی است که در آن میکروارگانیسم ها نقش کلیدی در حذف آلاینده های آلی بازی می کنند. از سیستم لجن فعال جهت تصفیه فاضلاب از طریق فرایند اکسیداسیون زیستی حاصل از هوادهی به طور گسترده در کشورهای توسعه یافته مورد استفاده قرار میگیرد. تعیین و تخمین ساختار جامعه میکروبی از اهمیت زیادی برای بهبود عملکرد راکتور برخوردار است. (Pholchan et al, 2010) جمعیت های میکروبی در یک سیستم لجن فعال توسط عواملی از جمله مشخصات زیستی فاضلاب خام و شرایط راهبری و فرایندی سیستم تحت تاثیر قرار می گیرد. تنوع در جمعیت های باکتریایی در یک بیو راکتور لجن فعال بستگی به تنوع ترکیبات آلی موجود در فاضلاب ورودی، ترکیبات حد واسط تولیدی در طی واکنش زیستی و شرایط فرایندی دارد که بعضا” بسیار متنوع و پویا می باشند. پیش از این، بر اساس ژن ۱۶srRNA تعداد گونه های باکتریایی موجود دربیو راکتور لجن فعال ۱۷ تا ۲۶۸ گونه شناسایی و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته شده است. جوامع باکتریایی به طور مداوم حتی در یک بیو راکتور بسیار پایدار ساختار خود را تغییر می دهند (Wagner. and Loy ; 2002)در حال حاضر، طیف گسترده ای از بیو راکتورها برای تبدیل مواد آلی به محصولات بی ضرر و حتی با ارزش وجود دارد. امروزه بسیاری از این تلاش ها در حذف آلاینده های خاص مانند نیتروژن و فسفر انجام
میشود(Villaverde, Santiago ; 2004). توده زیستی لجن فعال حاوی گونههای متنوعی از باکتریها، قارچها، تکیاخته، روتیفر و لارو نماتد میباشد. تصفیه زیستی فاضلابهای صنعتی با استفاده از لجن فعال به علت نسبت پایین BOD/COD و وجود آلایندههای سمی در بعضی موارد با مشکل مواجه است. ازجمله دلایلی که برای این مشکلات در انواع فاضلابهای صنعتی وجود دارد میتوان به حضور آلایندههای سمی با غلظتهای متفاوت، جمعیت کم باکتریهای سازگار با توجه به غلظت سوبسترا (نسبت نامناسب F/M)، شرایط فیزیکی نامناسب، درصد کم سلول های زنده و تولید متابولیتهای سمی اشاره نمود (Gulyas ; 1994).
۲-۵- موجودات هتروتروف
طیف وسیعی از موجودات هتروتروف که عبارتند از:
Achromobacter، Acinetobacter، Agrobacterium ،‌Alcaligens، Bacillus ، Flavobacterium
از رایجترین دنیتروفایرهای شناسایی شده در لجن فعال میباشند. این باکتریها هوازی، بیهوازی اختیاری با توانایی استفاده از اکسیژن آزاد و اکسیژن نیتریت یا نیترات هستند. اگر چه اکسیژن محلول
میتواند مانع از کاهش نیترات شود. باکتریهای Autotrophic (به عنوان مثال، Nitrosomonas europea) میتوانند از نیتریت برای اکسید کردن آمونیاک با تولید گاز نیتروژن (هنگامی که اکسیژن وجود ندارد) استفاده نمایند. فرآیندهای حذف زیستی عمدتاً شامل منطقه هوازی می باشد در پدیده نیتریفیکاسیون در شرایط فقدان اکسیژن نیترات تشکیل شده احیا می شود و ازت مولکولی آزاد می گردد (Ibanez, Jorge, 2007). باکتریهای هتروتروف باعث تجزیه مواد آلی در حضوراکسیژن و تولید مواد معدنی و دی اکسید کربن می شوند. نیتریفیکاسیون حذف آمونیوم توسط گروه خاصی از باکتری به نام نیتریفایر می باشد که در این فرایند، Nitrosomonas هیدرواکسید آمونیوم را به نیتریت تبدیل می کند و Nitrobacters نیتریت را به نیترات اکسید می نماید Sotomayor et al,2002)). افزایش حذف بیولوژیکی فسفات در یک الگوی هوازی- بی هوازی تصفیه ی فاضلاب انجام می شود. طی مرحله بی هوازی، فسفات در میکروارگانیسم های جمع کننده فسفات (PAOs) تجمع و با زنجیره کوتاه اسیدهای آلی در فاضلاب poly hydroxyl alkanoates (PHB) داخل سلولی را تشکیل می دهد که هیدرولیز پلی فسفات داخل سلولی را فراهم
میکند و انرژی مورد نیاز برای جداسازی اسید آلی تامین می شود. در طی مرحله هوازی، PHB صرف تولید انرژی برای رشد باکتریهای PAOs می شود. مقدار فسفات حذف شده از فاضلاب در طی مرحله هوازی بیشتر از مفدار اولیه آزاد شده طی مرحله بی هوازی می باشد. فسفات در سلول های باکتریایی انباشته شده و در نهایت از سیستم به همراه لجن مازاد حذف می شود(Mino, T. Tsuzuki, Y., Matsuo, T., 1987).
۲-۶- ارتباط بین چرخه فسفر و چرخه آهن
باید توجه داشت که ارتباط نزدیکی بین چرخه فسفر و چرخه آهن وجود دارد. در دریاچههای یوتروفیک در لایه هیپولیمنیون (سرد)، در صورت وجود آهن، فسفات و اکسیژن و درجه اسیدی بالای ۷ فسفات آهن نامحلول حاصل می گردد. این ماده بصورت یک لایه روی سطح لجن قرار می گیرد. بدین ترتیب تا رسیدن فصل پائیز تقریبا تمام فسفات موجود رسوب می کند. چون بستر دریاچه عاری از اکسیژن است، آهن سه ظرفیتی به آهن دوظرفیتی احیا می گردد. لذا فسفات دوباره آزاد شده وارد چرخه می گردد. آهن نیز با سولفید هیدروژن واکنش انجام داده و FeS و FeS2 بدست خواهد آمد. اکنون مشخص می شود که چرا میتوان به کمک نمکهای آهن سه ظرفیتی، فسفات را جذب و از آب زدود. از این فرآیند در تصفیه پیشرفته فاضلاب (توسعه فرآیندهای متفاوت تصفیه فاضلاب) استفاده میشود.در حالت دیگر حذف فسفر به کمک باکتریها انجام می گیرد. باکتریهای Acinetobacter و تعداد دیگری از انواع باکتری ها قادرند غلظت فسفات موجود در فاضلاب را در زمان کوتاهی (تا دوروز) به مقدار قابل توجهی کاهش دهند. در این رابطه بجز باکتریهای گرم منفی Acinetobacter باکتریهای میله ای گرم مثبت نیز شناسایی شدهاند (Liu, W.T., Mino, T., Matsuo, T., Nakamura, K., 1996).
۲-۷- اهمیت فسفر
مدتهاست که محققین به این نتیجه رسیدهاند که، فسفر برای همه ارگانیزمها از اهمیت حیاتی برخوردار است. میکروارگانیزمهای زیادی قادرند فسفر را بصورت زنجیره های بلند پلی فسفات (Volutin granula) ذخیره نموده و درصورت نیاز از آن استفاده کنند. این فرآیند در منابع آبی که به فاضلاب آلوده نیستند، مشاهده میشود. در تصفیه خانههای فاضلاب شهری نیز که فسفر همواره به میزان قابل توجهی موجود است، میکرو ارگانیزمها قادرند فسفر را در ساختار سلولی خود ذخیره نمایند (افزایش غلظت فسفر در لجن فعال). بقیه فسفات محلول در فاضلاب، باقیمانده و در منابع آب پذیرنده تخلیه می شود. به کمک روشهای معمول میتوان غلظت فسفر در ماده خشک لجن را از ۱ تا ۲ درصد به ۵ درصد افزایش داد و بدین ترتیب آن را از فاضلاب جدا نمود. اگر انواع مهم باکتری های Acinetobacter به طور متغیر تحت شرایط هوازی و بی هوازی قرار گیرند، تراکم آنها در لجن افزایش می یابد. در شرایط بی

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید