میکروارگانیسم‌ها چگونه 'COD' را در فاضلاب می‌خورند؟ مقاله‌ای 'پاک‌کننده‌های نامرئی' تصفیه‌خانه‌های فاضلاب را آشکار می‌کند.

مردم معمولاً توالت را می ریزند یا آب شویی سبزیجات را می ریزند، اما ممکن است به ندرت به این فکر کنند که چه مقدار آلاینده در این فاضلاب پنهان شده است.امروز ما در مورد یک شاخص فوق العاده مهم در تصفیه فاضلاب صحبت خواهیم کرد - COD (نیاز اکسیژن شیمیایی)، و اینکه چگونه یک گروه از "صفایان میکروبی" ساکت این آلاینده ها را تمیز می کنند.

اول از همه، بفهم که علت مرگ چیه؟

اصطلاح COD کاملا حرفه ای به نظر می رسد. به سادگی، به کل مقدار مواد موجود در فاضلاب اشاره دارد که می توانند توسط اکسیدان های شیمیایی "سوخته" شوند.مواد ارگانیک مانند بقایای آشپزخانه و فاضلاب ارگانیک از کارخانه ها حاوی مقدار زیادی از عناصر کربن هستندمقدار اکسیژن مصرف شده در این فرآیند اکسیداسیون COD است. هرچه مقدار آن بالاتر باشد، مقدار بیشتری "چیزهای کثیف" در فاضلاب وجود دارد.اگر به طور مستقیم به رودخانه ریخته شود، ماهي ها و ميگو ها در آب رنج مي برند

میکروارگانیسم ها: "قوه اصلی" دستگاه های تصفیه فاضلاب

فاضلاب وارد کارخانه تصفیه می شود، و کارگران واقعی تجهیزات تصفیه بلند نیستند، بلکه میکروارگانیسم هایی هستند که فقط می توانند تحت میکروسکوپ دیده شوند.اونا مثل گروه کوچکي از کارگران هستند که کارشون رو به طور واضح تقسيم شده، بعضی ها در "خوردن گوشت در گاز های بزرگ" برای تجزیه مولکول های بزرگ ارگانیک خوب هستند، در حالی که دیگران می توانند ترکیبات دشوار را به آرامی به مواد بی ضرر تبدیل کنند.این میکروارگانیسم ها عمدتا به سه دسته تقسیم می شوند:باکتری ها، قارچ ها و پروتوزوها. بهترین "کارگران" هنوز هم باکتری ها هستند. بیایید بر روی آنها تمرکز کنیم.

استراتژی "سه مرحله ای" برای تجزیه میکروبی COD

مرحله ۱: جذب و جذب - "خوردنی را به خانه بیاورید"

ماده ارگانیک موجود در فاضلاب یا مانند تکه های بزرگی از گوشت چرب (مواد ارگانیک با وزن مولکولی بالا) یا گوشت کوچک (مواد ارگانیک با وزن مولکولی پایین) است.میکروارگانیسم ها مانند ما غذا را با دست خود نمی گیرندآن ها یک ماده چسبناک را بر روی سطح سلول های خود ترشح می کنند، مانند قرار دادن یک "پوش چسبناک" بر روی آن ها.در حالی که مولکول های بزرگ ارگانیک به سطح سلول چسبیده می شوند.، در انتظار مرحله بعدی تجزیه

به عنوان مثال، این مثل سفارش غذا خوردن است، که در آن ماده ی ارگانیک مولکولی کوچک یک بشقاب میوه ای پیش برش است که می تواند مستقیماً در دهان شما قرار گیرد؛ماده ارگانیک با وزن مولکولی بالا یک هندوانه کامل است که قبل از خوردن باید برش داده شود.

مرحله ۲: تجزیه درون سلولی - "بیایید بخوریم! غذا را جویدن و هضم کنیم"

بعد از جذب مولکول های بزرگ آلی به سطح میکروارگانیسم ها، آن ها چیزی به نام آنزیم های خارج سلولی را "به بیرون می پاشند".این آنزیم ها مانند چاقوی تیز هستند که می توانند نشاسته را به گلوکز تبدیل کنند، پروتئین به اسیدهای آمینه و چربی به اسیدهای چرب و گلیسیرول. پس از تجزیه، مولکول های ارگانیک کوچک می توانند به آرامی از غشای سلولی عبور کرده و به داخل سلول های میکروب وارد شوند.

مولکول های ارگانیک کوچک وارد سلول ها می شوند و تحت یک سری واکنش های شیمیایی پیچیده قرار می گیرند، شبیه به هضم در بدن ما.که میکروارگانیسم ها عناصر کربن را در مواد آلی "سوخته" می کننداین فرآیند نیاز به کمک اکسیژن دارد که معمولاً به عنوان درمان هوازی شناخته می شود.برخی از میکروارگانیسم ها بسیار منحصر به فرد هستند و می توانند در محیط های بدون اکسیژن کار کنندکه درمان آناروبي است.

تنفس هوازی: نسخه هوازی از "سوزان ماده آلی"

در یک محیط غنی از اکسیژن، میکروارگانیسم ها مانند رانندگان یک " موتور توربو شارژ شده" هستند، مواد آلی را با سرعت بسیار سریع تجزیه می کنند.تولید دی اکسید کربن، آب و مقدار زیادی انرژی. بخشی از این انرژی برای سنتز مواد مورد نیاز برای رشد میکروبی، مانند پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک استفاده می شود.بخش دیگر برای حفظ فعالیت های روزانه میکروارگانیسم ها استفاده می شود.، مثل " شنا کردن " برای جستجوی غذا

تنفس بی هوا: نسخه بی هوا از "هضم جایگزین"

هنگامی که اکسیژن وجود ندارد، میکروارگانیسم ها نیز راه هایی دارند. آنها به دنبال مواد دیگری هستند که می توانند جایگزین اکسیژن شوند، مانند نیترات و سولفات.این مواد همچنین می توانند الکترون های آزاد شده در طول تجزیه ماده ی آلی و کامل "تنفس" را بپذیرندبا این حال، درمان بی هوازی آهسته تر از درمان بی هوازی است و گاز های بویایی مانند متان و هیدروژن سولفید تولید می کند (بنابراین مخازن بی هوازی گاهی اوقات بوی بد دارند).اما مزايايش هم داره، می تواند مواد ارگانیک سخت گیر را که میکروارگانیسم های هوازی نمی توانند آن را اداره کنند، و همچنین می تواند گاز زیستی را به عنوان یک منبع انرژی تولید کند.

مرحله سوم: سنتز و تحول - "تو پر شده ای، وقت آن رسیده که بدنت رشد کند"

میکروارگانیسم ها ماده ی آلی را نه تنها برای بدست آوردن انرژی، بلکه برای رشد بدنشان تجزیه می کنند.آنها از محصولات متوسط تولید شده در طول فرآیند تجزیه برای سنتز مواد سلولی مورد نیاز برای رشد و تولید مثل خود استفاده می کنندبه عبارت ساده، این به معنای تبدیل کردن "غذای" شما به "گوشت" خودتان است. همانطور که میکروارگانیسم ها به تکثیر خود ادامه می دهند، تعداد میکروارگانیسم ها در فاضلاب افزایش می یابد.شکل گیری "گروه های کوچک" قابل مشاهده است که ما اغلب به عنوان لجن فعال یا biofilm اشاره می کنیم.

هنگامی که میکروارگانیسم ها به اندازه کافی غذا می خورند و می نوشند، COD در فاضلاب نیز کاهش می یابد. پس از درمان، آب برای جدا کردن میکروارگانیسم ها از آب تحت رسوب قرار می گیرد.آب پاک می تواند تخلیه شود یا دوباره استفاده شود، در حالی که میکروارگانیسم های "فطری" بیشتر پردازش می شوند و به کود یا لجن برای دفن زباله تبدیل می شوند.

"تضطرب کم" که بر کارایی میکروب ها تاثیر می گذارد

اگرچه میکروارگانیسم ها نیروی اصلی در کار هستند، اما آنها نیز "طاقت" دارند و در محیط های نامناسب به خوبی کار نمی کنند:

- دمای هوا: اکثر میکروارگانیسم ها محیط 20 تا 35 درجه سانتیگراد را ترجیح می دهند.و کارایی تجزیه آنها کاهش می یابد..

- ارزش PH: ارزش pH بین 6.5-8.5 مناسب ترین است، زیرا اسیدیت بیش از حد یا قلیایی می تواند به ساختار سلولی میکروارگانیسم آسیب برساند.

- نسبت مواد مغذی: میکروارگانیسم ها همچنین نیاز به یک "تغذیه متعادل" در هنگام کار دارند، علاوه بر مواد آلی، آنها همچنین به مقدار مناسب نیتروژن، فسفر و سایر عناصر نیاز دارند.درست مثل اینکه مردم گوشت و سبزیجات را به شکل متعادل می خورند.

مواد سمی: فلزات سنگین، عوامل شیمیایی و سایر مواد مانند "سم" برای میکروارگانیسم ها هستند و غلظت بیش از حد می تواند مستقیماً آنها را "سم" کند.

آینده: کارآمدتر کردن میکروارگانیسم ها

دانشمندان در حال مطالعه چگونگی ایجاد میکروارگانیسم ها برای حذف بهتر COD هستند. به عنوان مثال با مهندسی ژنتیکی میکروارگانیسم ها برای تجزیه آلودگی های سخت تر برای درمان؛توسعه فرآیندهای جدید تصفیه فاضلاب که ترکیبی از تصفیه هوازی و بی هوازی برای بهبود کارایی تصفیه استشاید یک روز، این میکروارگانیسم های کوچک هنوز هم می توانند به ما کمک کنند تا با مشکلات بزرگ مانند آلودگی پلاستیک و نشت نفت مقابله کنیم!

دفعه بعد که از کنار یک کارخانه تصفیه فاضلاب رد میشی، اون استخر ها و لوله های بی نظیر رو دست کم نگیرکه ميلياردها "ميکروب پاک کننده" را پنهان می کنند که روز و شب به طور مداوم آب کثيف را پاک می کننداگرچه آنها کوچک هستند، اما از محیط آب ما محافظت می کنند و قطعاً قدرتمندترین "حافظان محیط زیست" روی زمین هستند!