د.م عبد الرزاق
03-04-2008, 07:55 AM
السلام عليكم و رحمة الله
عمليات الاستقلاب البكتيري الرئيسية في المعالجة البيولوجية
إعداد د.م عبد الرزاق محمد سعيد التركماني
على الرغم من أن هناك عدة آلاف من التفاعلات الكيميائية المنخرطة في عملية استقلاب الخلية البكتيرية فإنه بالإمكان تحديد ثلاثة عمليات رئيسة هامة في المعالجة البيولوجية لمياه الصرف الصحي. و هذه العمليات هي:
أ- الهضم
ب- التنفس
ت- النمو و الانقسام
و هذه العمليات الثلاث متكاملة فيما بينها ضمن الخلية البكتيرية كما هو موضح بالشكل(1):
http://4enveng.com/userimages/09900000.jpg
الشكل(1) العمليات البكتيرية الرئيسة في المعالجة البيولوجية لمياه الصرف الصحي
الشكل السابق يظهر خطوات هضم الكربون العضوي. فقسم من الكربون العضوي يتم تحويله عبر عملية الاستقلاب أو التنفس إلى منتج نهائي هو ثاني أكسيد الكربون، أي أن هذا الجزء العضوي الكربوني قد تم فقدانه كليا". الجزء المتبقي من الكربون العضوي يتحول إلى لخلايا بكتيرية جديدة بفعل عمليات التمثيل البنيوي و النمو. و هذا الجزء الكربوني يبقى ضمن النظام. إن الهدف من التنفس هو تأمين الطاقة اللازمة للنمو و لصيانة البكتريا.
العمليات الثلاثة هذه ( الهضم و التنفس والنمو) تسير معا" بنفس الوقت و لا يمكن أن تجري إحداها أسرع من العمليات الأخرى. و هذا بدوره يقودنا إلى أن قياس معدل الهضم هو نفسه قياس معدل التنفس أو معدل النمو.
تجدر ملاحظة أنه في المعالجة البيولوجية فإن هذه العمليات الرئيسة الثلاثة تقابل ما يلي:
- الهضم (التحلل البيولوجي)
- التنفس ( متطلبات التهوية)
- النمو (إنتاج الكتلة الحيوية)
و من أجل فهم ما يحدث خلال كل عملية سوف يتم التوسع في شرح هذه المراحل الثلاث حسب الآتي:
أ- الهضم (Ingestion)
في هذه المرحلة يتم مرور المركبات الكربونية العضوية و بعض الجزيئات الأخرى من الوسيط المحيط (السائل الممزوج Mixed Liquor) الى داخل الخلية البكتيرية و ذلك عبر اختراق جدارها الخلوي و غشاءها الداخلي. إن الجدار الخلوي لا يشكل اكثر من حاجز و لكن الغشاء الداخلي(Inner Membrane) فهو الذي يتحكم فعليا" بمرور المواد الى داخل الخلية البكتيرية. إن الشوارد و على سبيل المثال شاردة الصوديوم تمر بسبب ان تركيزها في السائل الممزوج أكبر منها ضمن الخلية. و تستمر بالدخول حتى يتساوى التركيز داخل و خارج الخلية. و بشكل مشابه فإن الجزيئات العضوية تمر الى داخل الخلية على الرغم من وجود آليات متنوعة متوضعة في الغشاء الداخلي للخلية و التي تساعد أيضا" الجزيئات العضوية الصغيرة على المرور. و أما الجزيئات الكبيرة فلا يمكنها المرور، و حتى يتم استخدامها من قبل الخلية البكتيرية من اجل التغذية و النمو فإن الخلية تفرز أنزيمات الى الوسط المائي حيث تقوم بتفكيك هذه المواد المعقدة الى جزئيات بسيطة يمكنها المرور الى داخل الخلية حيث يتم هضمها. إن هناك العديد من الأنواع البكتيرية و هذا يساعد في إفراز الأنزيم المناسب للمادة المعقدة المراد تحطيمها، مع العلم أن آلية إفراز أنزيمات خاصة غير واضحة. و بمعنى آخر، إن الخلية البكتيرية تتطلب وجود مركب كيميائي معين ضمن المياه من اجل تغيير مورثاتها الجينية و ذلك لتصنيع و تركيب الأنزيم المطلوب استخدامه في الهضم. و هذا المبدأ هو الأساس لعملية التأقلم في الحمأة المنشطة.
ب – النمو البكتيري (Growth of Bacteria)
تظهر البكتيريا مقدرة عجيبة على النمو. فبعض أنواع البكتيريا يمكن ان تضاعف عددها في غضون عشرين دقيقة و ذلك بحال توفر الشروط المناسبة للنمو مثل درجة الحرارة و درجة باهاء المياه(pH) و المواد العضوية والمغذيات(فوسفور- نتروجين...) ..الخ. و يقاس معدل النمو بالزيادة الحاصلة في عدد البكتريا مع مرور الوقت. الشكل (2) يوضح منحني النمو البكتيري و يبن معدل النمو الأعظمي تحت الشروط المثالية.
http://4enveng.com/userimages/0991.jpg
الشكل (2) منحني النمو البكتيري
إن المواد الملوثة العضوية (Substrate)أو بمعنى آخر المواد العضوية القابلة للتحلل البيولوجي(BOD) هي المواد الرئيسية اللازمة للنمو البكتيري. و كلما زاد تركيز المواد الملوثة العضوية كلما زاد معدل النمو البكتيري و بشكل أسّي (Exponentially) حتى يصل الى معدل النمو الأعظمي و هنا يثبت بدون اي زيادة حتى تنخفض تراكيز المواد العضوية الملوثة حيث يبدأ معدل النمو بالتناقص التدريجي. و عند التراكيز المنخفضة جدا" للمواد الملوثة العضوية تدخل البكتيريا في مرحلة التنفس و لا تنمو و لكنها بنفس الوقت تبقى حية.
إن ميل منحني النمو البكتيري يعتبر هاما" في معرفة طبيعة الملوثات بشكل عام. فكلما كان الميل شديدا" كلما دل على وجود ألفة عالية بين المواد الملوثة ( انظر للشكل ، المنحي X) و البكتريا و كلما كان الاستهلاك سريعا". لا يشترط أن تكون المواد الملوثة ذات الألفة الكبيرة مع البكتيريا عند تواجدها بتراكيز مرتفعة أن تحظى بنفس الألفة عند وجودها بتراكيز منخفضة حيث بالإمكان تواجد مواد ملوثة أخرى ذات ألفة مع البكتريا أكبر عند التراكيز المنخفضة للمواد الملوثة. و هنا بهذه الحالة سيكون ميل منحني النمو أكبر مما هو عليه من ميل النمو للمواد الملوثة ذات التركيز المرتفعة و لكنه بنفس الوقت فإن ارتفاع منحني النمو البكتيري سيكون أخفض (انظر للشكل 3، المنحني Y). بعض البكتريا الخيطية تنشأ في أحواض التهوية بسبب وجود الألفة العالية بين المواد العضوية الملوثة و البكتريا.
للمزيد يرجى مراجعة الرابط التالي:
http://4enveng.com/pdetails.php?id=34
عمليات الاستقلاب البكتيري الرئيسية في المعالجة البيولوجية
إعداد د.م عبد الرزاق محمد سعيد التركماني
على الرغم من أن هناك عدة آلاف من التفاعلات الكيميائية المنخرطة في عملية استقلاب الخلية البكتيرية فإنه بالإمكان تحديد ثلاثة عمليات رئيسة هامة في المعالجة البيولوجية لمياه الصرف الصحي. و هذه العمليات هي:
أ- الهضم
ب- التنفس
ت- النمو و الانقسام
و هذه العمليات الثلاث متكاملة فيما بينها ضمن الخلية البكتيرية كما هو موضح بالشكل(1):
http://4enveng.com/userimages/09900000.jpg
الشكل(1) العمليات البكتيرية الرئيسة في المعالجة البيولوجية لمياه الصرف الصحي
الشكل السابق يظهر خطوات هضم الكربون العضوي. فقسم من الكربون العضوي يتم تحويله عبر عملية الاستقلاب أو التنفس إلى منتج نهائي هو ثاني أكسيد الكربون، أي أن هذا الجزء العضوي الكربوني قد تم فقدانه كليا". الجزء المتبقي من الكربون العضوي يتحول إلى لخلايا بكتيرية جديدة بفعل عمليات التمثيل البنيوي و النمو. و هذا الجزء الكربوني يبقى ضمن النظام. إن الهدف من التنفس هو تأمين الطاقة اللازمة للنمو و لصيانة البكتريا.
العمليات الثلاثة هذه ( الهضم و التنفس والنمو) تسير معا" بنفس الوقت و لا يمكن أن تجري إحداها أسرع من العمليات الأخرى. و هذا بدوره يقودنا إلى أن قياس معدل الهضم هو نفسه قياس معدل التنفس أو معدل النمو.
تجدر ملاحظة أنه في المعالجة البيولوجية فإن هذه العمليات الرئيسة الثلاثة تقابل ما يلي:
- الهضم (التحلل البيولوجي)
- التنفس ( متطلبات التهوية)
- النمو (إنتاج الكتلة الحيوية)
و من أجل فهم ما يحدث خلال كل عملية سوف يتم التوسع في شرح هذه المراحل الثلاث حسب الآتي:
أ- الهضم (Ingestion)
في هذه المرحلة يتم مرور المركبات الكربونية العضوية و بعض الجزيئات الأخرى من الوسيط المحيط (السائل الممزوج Mixed Liquor) الى داخل الخلية البكتيرية و ذلك عبر اختراق جدارها الخلوي و غشاءها الداخلي. إن الجدار الخلوي لا يشكل اكثر من حاجز و لكن الغشاء الداخلي(Inner Membrane) فهو الذي يتحكم فعليا" بمرور المواد الى داخل الخلية البكتيرية. إن الشوارد و على سبيل المثال شاردة الصوديوم تمر بسبب ان تركيزها في السائل الممزوج أكبر منها ضمن الخلية. و تستمر بالدخول حتى يتساوى التركيز داخل و خارج الخلية. و بشكل مشابه فإن الجزيئات العضوية تمر الى داخل الخلية على الرغم من وجود آليات متنوعة متوضعة في الغشاء الداخلي للخلية و التي تساعد أيضا" الجزيئات العضوية الصغيرة على المرور. و أما الجزيئات الكبيرة فلا يمكنها المرور، و حتى يتم استخدامها من قبل الخلية البكتيرية من اجل التغذية و النمو فإن الخلية تفرز أنزيمات الى الوسط المائي حيث تقوم بتفكيك هذه المواد المعقدة الى جزئيات بسيطة يمكنها المرور الى داخل الخلية حيث يتم هضمها. إن هناك العديد من الأنواع البكتيرية و هذا يساعد في إفراز الأنزيم المناسب للمادة المعقدة المراد تحطيمها، مع العلم أن آلية إفراز أنزيمات خاصة غير واضحة. و بمعنى آخر، إن الخلية البكتيرية تتطلب وجود مركب كيميائي معين ضمن المياه من اجل تغيير مورثاتها الجينية و ذلك لتصنيع و تركيب الأنزيم المطلوب استخدامه في الهضم. و هذا المبدأ هو الأساس لعملية التأقلم في الحمأة المنشطة.
ب – النمو البكتيري (Growth of Bacteria)
تظهر البكتيريا مقدرة عجيبة على النمو. فبعض أنواع البكتيريا يمكن ان تضاعف عددها في غضون عشرين دقيقة و ذلك بحال توفر الشروط المناسبة للنمو مثل درجة الحرارة و درجة باهاء المياه(pH) و المواد العضوية والمغذيات(فوسفور- نتروجين...) ..الخ. و يقاس معدل النمو بالزيادة الحاصلة في عدد البكتريا مع مرور الوقت. الشكل (2) يوضح منحني النمو البكتيري و يبن معدل النمو الأعظمي تحت الشروط المثالية.
http://4enveng.com/userimages/0991.jpg
الشكل (2) منحني النمو البكتيري
إن المواد الملوثة العضوية (Substrate)أو بمعنى آخر المواد العضوية القابلة للتحلل البيولوجي(BOD) هي المواد الرئيسية اللازمة للنمو البكتيري. و كلما زاد تركيز المواد الملوثة العضوية كلما زاد معدل النمو البكتيري و بشكل أسّي (Exponentially) حتى يصل الى معدل النمو الأعظمي و هنا يثبت بدون اي زيادة حتى تنخفض تراكيز المواد العضوية الملوثة حيث يبدأ معدل النمو بالتناقص التدريجي. و عند التراكيز المنخفضة جدا" للمواد الملوثة العضوية تدخل البكتيريا في مرحلة التنفس و لا تنمو و لكنها بنفس الوقت تبقى حية.
إن ميل منحني النمو البكتيري يعتبر هاما" في معرفة طبيعة الملوثات بشكل عام. فكلما كان الميل شديدا" كلما دل على وجود ألفة عالية بين المواد الملوثة ( انظر للشكل ، المنحي X) و البكتريا و كلما كان الاستهلاك سريعا". لا يشترط أن تكون المواد الملوثة ذات الألفة الكبيرة مع البكتيريا عند تواجدها بتراكيز مرتفعة أن تحظى بنفس الألفة عند وجودها بتراكيز منخفضة حيث بالإمكان تواجد مواد ملوثة أخرى ذات ألفة مع البكتريا أكبر عند التراكيز المنخفضة للمواد الملوثة. و هنا بهذه الحالة سيكون ميل منحني النمو أكبر مما هو عليه من ميل النمو للمواد الملوثة ذات التركيز المرتفعة و لكنه بنفس الوقت فإن ارتفاع منحني النمو البكتيري سيكون أخفض (انظر للشكل 3، المنحني Y). بعض البكتريا الخيطية تنشأ في أحواض التهوية بسبب وجود الألفة العالية بين المواد العضوية الملوثة و البكتريا.
للمزيد يرجى مراجعة الرابط التالي:
http://4enveng.com/pdetails.php?id=34