الناس عادة ما يسحبون المرحاض أو يصبون مياه غسل الخضار، ولكن ربما نادرا ما يفكرون في كمية الملوثات المخفية في هذه المياه الصرفية.اليوم سوف نتحدث عن مؤشر بالغ الأهمية في معالجة مياه الصرف الصحي - COD (طلب الأكسجين الكيميائي)وكيف تقوم مجموعة من "منظفات الميكروبات" الصامتة بتنظيف هذه الملوثات.
أولاً، فهم سبب الوفاة؟
يبدو مصطلح COD مهنياً للغاية. ببساطة، يشير إلى الكمية الإجمالية للمواد في مياه الصرف الصحي التي يمكن "حرقها" بواسطة المواد المأكسة الكيميائية.تحتوي المواد العضوية مثل بقايا المطبخ والمياه العضوية الصرفية من المصانع على كمية كبيرة من عناصر الكربونكمية الأكسجين المستهلكة في عملية الأكسدة هذه هي COD. كلما ارتفعت القيمة ، زادت "الأشياء القذرة" الموجودة في مياه الصرف الصحي.إذا تم تفريغها مباشرة في النهر، الأسماك والروبيانات في الماء سوف يعانون.
الكائنات الدقيقة: "القوة الرئيسية" لمصانع معالجة مياه الصرف الصحي
تدخل مياه الصرف الصحي إلى محطة معالجة المياه، والعمال الحقيقيين ليسوا معدات معالجة عالية، ولكن الكائنات الحية الدقيقة التي يمكن رؤيتها فقط تحت المجهر.هم مثل مجموعة من العمال الصغار مع تقسيم واضح للعمل، بعضها جيد في "أكل اللحوم في قضمات كبيرة" لتحلل الجزيئات العضوية الكبيرة، في حين أن البعض الآخر يمكن أن تمضغ ببطء المركبات الصعبة إلى مواد غير ضارة.هذه الكائنات الدقيقة تنقسم أساسا إلى ثلاث فئاتالبكتيريا، الفطريات، البروتوزوا. "العمال" الأكثر مهارة ما زالوا البكتيريا. دعونا نركز عليها.
استراتيجية "ثلاث خطوات" للتحلل الميكروبي لـ COD
الخطوة الأولى: الامتصاص والاستيعاب - "أحضر الطعام إلى المنزل"
المادة العضوية في مياه الصرف الصحي إما مثل قطع كبيرة من اللحوم الدهنية (المادة العضوية ذات الوزن الجزيئي العالي) أو اللحوم الصغيرة المقطعة (المادة العضوية ذات الوزن الجزيئي المنخفض).الكائنات الدقيقة لا تلتقط الطعام بأيديها كما نفعليفرزون مادة لزجة على سطح خلاياهم مثل وضع "طلاء لزج" عليهم عندما تتدفق مياه الصرف الصحيفي حين أن الجزيئات العضوية الكبيرة سوف تكون "ملصقة" على سطح الخليةفي انتظار الخطوة التالية من التحلل
على سبيل المثال، هو مثل طلب الطعام الخارجي، حيث الجزيئات الصغيرة من المادة العضوية هو طبق الفاكهة المقطوعة مسبقا التي يمكن أن تكون معبأة مباشرة في فمك؛المادة العضوية ذات الوزن الجزيئي العالي هي البطيخ الكامل الذي يحتاج إلى شق قبل تناوله.
الخطوة الثانية: التحلل داخل الخلايا - "دعونا نأكل! مضغ وتهضم الطعام"
بعد أن يتم امتصاص جزيئات عضوية كبيرة على سطح الكائنات الحية الدقيقة، فإنها "تفرق" ما يسمى إنزيمات خارج الخلية.هذه الإنزيمات مثل السكاكين الحادة التي يمكنها تقسيم النشا إلى الجلوكوز، البروتين إلى أحماض أمينية، والدهون إلى الأحماض الدهنية والجليسرول. بعد التحلل، يمكن للجزيئات العضوية الصغيرة أن تمر بسلاسة عبر غشاء الخلية وتدخل إلى داخل الخلايا الميكروبية.
الجزيئات العضوية الصغيرة التي تدخل الخلايا تخضع لسلسلة من التفاعلات الكيميائية المعقدةحيث "تحرق" الكائنات الدقيقة عناصر الكربون في المواد العضوية، إطلاق الطاقة للحفاظ على أنشطة الحياة. هذه العملية تتطلب مساعدة الأكسجين، والتي يشار إليها عادة باسم العلاج الهوائي. ومع ذلك،بعض الكائنات الحية الدقيقة فريدة جدا ويمكن أن تعمل في البيئات بدون أوكسجين، وهو علاج بدون هواء.
التنفس الهوائي: النسخة الهوائية من "حرق المواد العضوية"
في بيئة غنية بالأكسجين، الكائنات الدقيقة تشبه "محرك التوربو" وتتحلل المواد العضوية بسرعة كبيرة.تنتج ثاني أكسيد الكربون، الماء، وكمية كبيرة من الطاقة. يتم استخدام جزء من هذه الطاقة لتوليف المواد اللازمة لنمو الميكروبات، مثل البروتينات والأحماض النووية.الجزء الآخر يستخدم للحفاظ على أنشطة الكائنات الدقيقة اليوميةمثل السباحة للبحث عن الطعام
التنفس اللاهوائي: النسخة اللاهوائية من "التهوية البديلة"
عندما لا يكون هناك أوكسجين، فإن الكائنات الحية الدقيقة لديها أيضاً طرق. سوف تبحث عن مواد أخرى يمكن أن تحل محل الأوكسجين، مثل النترات والكبريتات.هذه المواد يمكن أن تتقبل أيضا الإلكترونات التي يتم إطلاقها خلال تحلل المادة العضوية و "التنفس" الكاملومع ذلك ، فإن العلاج اللاهوائي أبطأ من العلاج الهوائي و ينتج غازات رائحة مثل الميثان و كبريتات الهيدروجين (لذا فإن الخزانات الاهوائية لها أحيانا رائحة كريهة).لكن لديها أيضا فوائد، يمكنها التعامل مع المواد العضوية العنيدة التي لا تستطيع الكائنات الدقيقة الهوائية التعامل معها، ويمكن أيضا أن تنتج الغاز الحيوي كمصدر للطاقة.
الخطوة الثالثة: التوليف والتحول - "أنت ممتلئة، حان الوقت لنمو جسمك"
لا تحلل الكائنات الحية الدقيقة المواد العضوية فقط للحصول على الطاقة، بل أيضاً "لتنمية أجسامها".سوف يستخدمون المنتجات الوسيطة المنتجة أثناء عملية التحلل لتوليف المواد الخلوية اللازمة لنموهم وتكاثرهمببساطة، هذا يعني تحويل "الطعام" الذي تأكله إلى "لحمك".تشكيل "مجموعات صغيرة" مرئية التي نسميها في كثير من الأحيان الحمأة النشطة أو فيلم بيولوجي.
عندما تتناول الكائنات الحية الدقيقة ما يكفي من الطعام والشراب ، ينخفض COD في مياه الصرف الصحي أيضًا. بعد المعالجة ، تخضع المياه إلى الرواسب لفصل الكائنات الحية الدقيقة عن المياه.يمكن تصريف المياه النظيفة أو إعادة استخدامهافي حين أن الكائنات الحية الدقيقة "التي تزيد من الدهون" سيتم معالجتها وتحويلها إلى سماد أو سلخ للصرف.
"المزاج الخفيف" الذي يؤثر على كفاءة عمل الميكروبات
على الرغم من أن الكائنات الدقيقة هي القوة الرئيسية في العمل ، إلا أنها لديها أيضًا "ميزة" ولا تعمل بشكل جيد في البيئات غير المناسبة:
-درجة الحرارة: معظم الكائنات الحية الدقيقة تفضل بيئة 20-35 درجة مئوية.وسوف تنخفض كفاءة تفكيكها.
قيمة الـ PH: قيمة الـ pH بين 6.5-8.5 هي الأكثر ملاءمة ، حيث أن الحموضة المفرطة أو القليلية يمكن أن تضر بالبنية الخلوية للميكروبات.
- نسبة المواد الغذائية: تحتاج الكائنات الدقيقة أيضا إلى "التغذية المتوازنة" عند العمل، بالإضافة إلى المواد العضوية، فإنها تحتاج أيضا كمية مناسبة من النيتروجين والفوسفور وعناصر أخرى،تماماً كما يأكل الناس اللحوم والخضروات بطريقة متوازنة.
المواد السامة: المعادن الثقيلة والمواد الكيميائية والمواد الأخرى تشبه "السم" للميكروبات، وتركيز مرتفع جدا يمكن أن "يسم" مباشرة.
المستقبل: جعل الكائنات الحية الدقيقة تعمل بكفاءة أكبر
يدرس العلماء كيفية جعل الكائنات الحية الدقيقة تزيل COD بشكل أفضل. على سبيل المثال عن طريق الهندسة الوراثية الكائنات الحية الدقيقة لتتحلل أكثر صعوبة في معالجة الملوثات.تطوير عمليات معالجة مياه الصرف الصحي الجديدة التي تجمع بين المعالجة الهوائية والهوائية لتحسين كفاءة المعالجةربما يوما ما، هذه الكائنات الدقيقة الصغيرة يمكن أن تساعدنا على التعامل مع المشاكل الكبيرة مثل تلوث البلاستيك وتسرب النفط!
في المرة القادمة التي تمر بها من قبل محطة معالجة مياه الصرف الصحي، لا تقلل من شأن تلك البرك والأنابيب غير واضحة،التي تخفي المليارات من "منظفات الميكروبات" التي تقوم باستمرار بتنظيف المياه القذرة ليلا ونهاراعلى الرغم من صغر حجمها، فإنها تحمي بيئتنا المائية وهي بالتأكيد أقوى "حراس البيئة" على الأرض!
