Medicine

میکروبیولوژی محیط

میکروبیولوژی محیط

میکروبیولوژی محیط

¯ انواع طعم وبوي آب با اصلاحات زير شناخته مي شوند:

¯ خاكي «Earthy»

¯ ما ستي يا كپكي «Musty»

¯ ماهي «Fishy»

¯ علفي«Grassy»

¯ چوب«Woody»

ميكروارگانيسم هاي مسئول در ايجاد طعم وبو با توجه به مسائل زيبايي شناختي آب:

1-باكتري هاي هتروتروفيك

2-اكتينوميست ها

3-قارچ هاي كوچك يا مخمرها

4-باكتري هاي احيا كننده سولفات «مثل دي سولفوويبريو ودي سولفوريكانس»

5-باكتري هاي احيا كننده سولفيت مثل كلستر يديوم

6-باكتري هاي رسوب دهنده آهن مثل گاليونلا و لپتوتريكس

اوتريفيكاسيون در منابع آب:

جلبكها معمولا به صورت طبيعي در منابع آب وجود دارند.در صورتي كه مواد مغذي مورد نياز آنها مثل فسفر وازت به مقدار زياد .ارد آب شود باعث رشد بيش از اندازه جلبكها مي شود تا حدي كه كل سطح آب را پوشانده واز عبور نور به لايه هاي پائيني جلوگيري مي كند .اين پديده با عناويني چون اوتريفيكاسيون،شكوفايي جلبكي يا Algabloom شناخته مي شود.

¯ مشكلات ناشي از اوتريفيكاسيون:

· جلبكها سطح اب را مي پوشانند.

· طعم و بوي ناشي از جلبكها.

· محدود شدن دسترسي به اب.

· رفتن جلبكهاي مرده به كف منبع اب .

· كاهش اكسيژن اب توسط باكتريها

· از بين رفتن ماهيها

· سمومي كه جلبكها وارد منبع اب ميكنند.اين سموم معمولا” بر روي سيستم عصبي اثر مي گذارند.اثر انها نوروتوكسين ميباشد.سيانوباكتريها مي تواننداين سموم را وارد اب نمايند

¯ متابوليسم ميكروبي:

ميكروارگانيسم ها جهت رشد و تكثير به مواد و عناصر متعددي نياز دارند.به طور كلي عناصر اصلي كه وارد يك سلول مي شوند عبارتند از :s,p,o,n,h,c.مواد مغذي كه جهت بيوسنتزميكروارگانيسم ها لازم است عبارتند از:

كاتيون هايي چون fe,k,na,m g,ca.وانيون هايي چون سولفات و كلرور وعناصر جزيي (micro element)مانند ni,zn,cu,co و سلنيوم وموليبدن و… اين عناصر به عنوان كوفاكتوربراي انزيم ها و فاكتورهاي رشد مثل ويتامين ها مورد استفاده قرار مي گيرند .

به طور كلي ميكروارگانيسم ها نيازبه يك منبع كربن و يك منبع انرژي دارند.

¯ طبقه بندي متابوليكي ميكروارگانيسم ها بر اساس اين دو منبع به شرح زير است :

· از نظر منبع انرژي:

فتوتروف : منبع انرژي نور خورشيد است .

شيموتروف: از واكنش هاي شيميايي انرژي مي گيرند

· از نظر منبع كربن:

اتوتروف:منبع كربن ان ها كربن معدني است .

هتروتروف:منبع كربن انها كربن الي است .

· نوع ديگر تقسيم بندي بر اساس دهنده ي الكترون(electron donor)مي باشد.

اگر دهنده ي الكترون ماده ي الي باشد ارگانوتروف واگر ماده ي معدني باشد ليتوتروف ناميده مي شود.

¯ فتوتروف :اين ميكروارگانيسم ها دو دسته هستند:

1. فتواتوتروف(جلبك ها ,سيانوباترها,باكتري هاي فتوسنتز كننده )واز اب،هيدروژن، سولفيد هيدروژن به عنوان دهنده ي الكترون استفاده مي كنند .

2. فتوهتروتروف (فتوارگانوتروف)اين گروه شامل تمام هتروتروف هاي اختياري است مانند باكتري هاي غير سولفوره ارغواني

¯ كموتروف (شيميوتروفها):

اين ميكروارگانيسم ها ه انرژي خود را از طريق اكسيداسيون تركيبات الي وغير الي بدست مي اورند وبه دو گروه تقسيم مي شوند:

الف-ليتوتروف ها (شيميواتوتروف):از دي اكسيد كربن به عنوان منبع كربن و از تركيبات غير الي مثلH2,NH4,NO2.Feبه عنوان منبع انرژي استفاده مي كنند واكثر انها هوازي هستند

مهمترين ميكروارگانيسم هاي موجود در اين دسته شامل باكتري هاي نيتريفاير(نيترات ساز),باكتري هاي اكسيد كننده ي گوگرد (اين باكتري هاازH2Sگوگرد و يا تيوسولفات به عنوان منبع انرژي استفاده مي كنند.)

باكتري هاي اهن(باكتري هاي اسيددوستي هستند كه انرژي خود را ازطريق اكسيداسيون

Fe3+ Fe2+ بدست مي اورند مثل باسيلوس فرواكسيدانس و سايرباكتريهاي اهن مثل كرنوتريكس،تيوتريكس،گاليون لا

و در نهايت باكتريهاي هيدروژن(از هيدروژن به عنوان منبع انرژي و ازدي اكسيد كربن به عنوان منبع كربن استفاده مي كنند)

ب- هتروتروف(ارگانوتروف):شايعت� �ين گروه تغذيه اي در بين ميكروارگانيسمها هستندو شامل اكثر باكتريها،قارچها وپروتوزوئرها

مي باشند.

¯ منحني رشد باكتريها:

از ديدگاه ميكروبيولوژيستها اين منحني شامل7مرحله است:

مرحله ي تاخيري،مرحله شروع رشد،مرحله رشد لگاريتمي،مرحله كاهش رشد،مرحله رشد ثابت،مرحله شروع مرگ و در نهايت مرحله افزايش مرگ و مير.

اما از ديدگاه مهندسين محيط زيست اين منحني شامل سه يا چهار مرحله است:

مرحله رشد لگاريتمي،مرحله رشد ثابت و مرحله مرگ

· مرحله تاخيري(مرحله سكون)lag phase:

در اين مرحله سلول با محيط جديد تطبيق پيدا مي كند و بر تعداد ان افزوده نمي شود. بسته به سن سلول ,محيط كشت و عوامل مختلف محيطي طول اين مرحله متفاوت است.

· مرحله رشد لگاريتمي(نمايي)log phase:

تعداد ميكروبها در زمانt=تعداد اوليه ميكروبها*عدد نپر

Xt=X0*e

در اين مرحله تعداد ميگروارگانيسمها مواد غذايي را مصرف كرده و تعدادشان به صورت نمايي يا لگاريتمي افزايش مي يابد. تحت شرايط مطلوب تعداد سلول ها در 15-20دقيقه دو برابر مي شود. معمولا روش هاي تصفيه ي بيولوژيكي فاضلاب در اين فاز به بهره برداري نمي رسندهرجند سرعت تصفيه ي فاضلاب در اين مرحله زياد بوده و ميكروارگانيسم ها مواد غذايي را سريعتر مصرف مي كنند اما به تبع مصرف غذا اكسيژن نيز مورد نياز خواهد بود و بديهي است جهت تامين اكسيژن زياد انرژي وهزينه ي بيشتري مورد نياز است. بعضي روش هاي لجن فعال مانند روش هوادهي پربار,روش اكسيژن خالص در اين فاز بهره برداري مي شوند.

· مرحله ي رشد ثابت(كاهش رشد)stationary phase:

در اين مرحله ميزان توليد با ميزان مرگ و مير برابر است. اكثر فرايندهاي بيولوژيكي تصفيه ي فاضلاب در اين فاز بهره برداري مي شوند. از ديدگاه مهندسين بهداشت محيط مهمترين مرحله است.

· فاز مرگ و ميرdeath phase:

در اين مرحله تعداد ميكروارگانيسم ها به سرعت رو به زوال مي گذارد به اين فاز فاز خود تخريبيendogenous phase))نيز گفته مي شود . در هوادهي ممتد در لجن فعال از اين فاز استفاده مي شود و كمترين لجن توليدي را دارد.

¯ پارامترهاي سينتيك رشد ميكروبي:

سه پارامتر مهم وجود دارد :

1-ضريب رشد (باردهي رشد) 2- ميزان رشد ويژه 3- ميزان جذب ويژه ي ماده غذايي (سوبستره)

1- ضريب يا باردهي رشد (y):برابر است با مقدار توده ي ميكروبي به وجودامده به ازاي سوبستره ي مصرفي.

سوبستره همان BODفاضلاب است. بسته به نوع ميكروارگانيسم،دما،PHوپذيرن ده ي نهايي الكترون و ضريب رشد ويژه متغير خواهد بود. اين ضريب براي ميكروارگانيسم هاي هوازي بين 0.4-0.6ميباشد در حالي كه براي ميكروارگانيسم هاي بي هوازي 0.2ميباشد .

2-ميزان رشد ويژه:

ميزان رشد ويژه با استفاده از معادله ي مونود تعيين مي شود:

µ=µmax*S/Ks+S

µ= ميزان رشد ويژه

µmax = ميزان رشد ويژه ي حداكثر

:S غلظت سوبستره

Ks :غلظتي از سوبستره است كه در آن ميزان رشد ويژه برابر است با نصف ضريب رشد ويژه حداكثر است.

براي يك سيستم هوازي اين ضريب برابر با 0.5وبراي سيستم بي هوزاي برابر با 0.2 ميباشد(واحد ان 1/dاست)

ضريب رشد ويژه برابر است با عكس زمان ماند جامدات بيولوژيكي

معادله ي مونود رابطه ي بين ميزان رشد ويژه وغلضت سوبستره را بيان مي كند

¯ متابوليسم ميكروبي:

· متابوليسم:مجموعه واكنشهاي شيميايي كه درون موجود زنده اتفاق مي افتد و شامل كاتابوليسم و انابوليسم مي باشد.

· كاتابوليسم:تجزيه و ازاد كردن انرژيexergonic

· انابوليسم:ساختن و سنتز همراه با گرفتن انرژيendergonic

واكنشهاي شيميايي يكي از اين دو دسته هستند:

· اكسيداسيون(oxidation ):بدست اوردن اكسيژن,از دست دادن هيدروژن,از دست دادن الكترون

ماده ي اكسيد كننده =oxidantماده ي اكسيد كننده ماده اي است كه با گرفتن الكترون يا هيدروژن ودادن اكسيژن به تركيبات ديگر انها را اكسيد مي كند .

· ماده ي احيا كننده=:reductantماده اي است كه با دادن الكترون و گرفتن اكسيژن از مواد انها را احيا ميكند .

اكسيداسيون و احيا واكنش هايي هستند كه هميشه همزمان و توام اتفاق مي افتند و واكنش هاي redoxخوانده مي شوند.در اين واكنش ها گيرنده و دهنده ي الكترون خواهيم داشت(پذيرنده ي الكترون acceptorودهنده ي الكترون donor)

¯ تقسيم بندي بر اساس پذيرنده ي الكترون:

1- تنفس هوازيairobic respirationواكنش هايي كه پذيرنده ي نهايي الكترون اكسيژن مولكولي است تنفس هوازي گويند .

C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O

38ADP+38P 38ATP

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

¯ معادله كلي واكنش هوازي:

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

واكنشهاي هوازي يا به شكل اكسيداسيون ويا به صورت تنفس خود تخريبي است منظور از تنمفس خود تخريبي اين است كه ميكروارگانيسمها در حضور O2و فقدان مواد غذايي شروع به خوردن يكديگر ميكنند. اين واكنش به صورت زير نشان داده ميشود:

C5 H7 NO2 5CO2+H2 O+energy2

2-تنفس بي هوازيAnaerobic respiration:

در تنفس بيهوازي پذيرنده الكترون اكسيژن و تركيبات مختلف اكسيژن دار نيست .

3-تنفس غير هوازيAnoxic:

فرايندهايي كه در غياب اكسيژن مولكولي اتفاق مي افتد و نيترات,سولفاتو نيتريت به عنوان پذيرنده الكترون عمل ميكند.در منابع قديمي واكنشهاي غيرهوازي نيز جزيي از واكنشهاي بيهوازي

دسته بندي مي شوند در حال حاضر دو تعريف براي غير هوازي وجوددارد:تعريف اول كه در بالا ذكرشد.

تعريف دوم :واكنشهايي كه از تركيبات داراي اكسيژن باند شده به عنوان پذيرنده الكترون استفاده كنند. در واكنشهاي غير هوازي مهمترين ماده نيترات است و به ترتيب اهميت ساير ترييبات كه عبارتند از :سولفات ،مواد الي داراي اكسيژن،دي اكسيدكربن و كربنات.

¯ پتانسيل اكسيداسيون و احيا(ORC):

پتانسيل اكسيداسيون واحيا مقدار نسبي مواد اكسيد شده است (نيترات و سولفات) در اب و فاضلاب اين پتانسيل توسط يك pHسنج الكترومتريك اندازه گيري ميشود و بر حسب ميلي ولت بيان ميشود.مقادير مثبت ORP نشان دهنده ي حالت اكسيداسيون و مقادير منفي ان نشان دهنده ي حالت احيا است . مطابق جدول زير با توجه به مقدار ORPپذيرنده الكترون تعيين ميشود:
تنفس
نوع شرايط
پذيرنده الكترون
ORP(mv)

هوازي
oxic
O2
50+>

انوكسيك(غيرهوازي)
بيهوازي
NO2 NO3
50-تا50+

تخمير(احيا سولفات)
بيهوازي
SO4
50-<

تخمير(توليداسيد)
بيهوازي
مواد الي
100-<

تخمير(توليد متان)
بيهوازي
CO2
300-<

اولويت بندي پذيرنده هاي الكترون:

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

معروفترين واكنش غيرهوازي دنيتريفيكاسيون است.

در شرايط بيهوازي پذيرنده الكترون ماده الي خواهد بود.

Post Comment