فرایند تجزیه و تصفیه توسط میکروارگانیسم­ ها

ميكروارگانيسم­ هاي مختلف مي­تواننـد محـدوده وسـيعي از گيرنـده هـاي الكتـرون شـامل اكـسيژن، نيتريت، نيترات، آهن سه ظرفيتي، سولفات و تركيبات آلي و دي اكسيد كربن را استفاده كننـد. طـرح كلي برخي از انواع متداول متابوليسم باكتريايي كه نشان دهنده منبـع كـربن سلول و منبع توليد انرژي مي­ باشد.

دو نکته مهم در تصفیه زیستی توسط باکتری­ها عبارتند از:

نيازهاي­ مواد غذايي عمومي ميكروارگانيسم­ هايي كه بطور معمـول در تصفیه فاضـلاب صنعتی كـاربرد دارد.

طبيعت متابوليسم ميكروبي بر اساس نياز به اكسيژن مولكولي.

منبع كربن و انرژي براي رشد ميكروبي:

هر ارگانيسم به منظور تكثير و عملكرد مناسب بايد منبع انرژي، كربن براي سنتز مواد سلولي جديـد و عناصر غير آلي(مغذي) مانند نيتروژن، فسفر، سولفور، پتاسيم، كلسيم و منيزيم داشـته باشـد. مـواد مغذي آلي نيز(عوامل رشد) ممكن است براي سنتز سـلولي مـصرف شـود. منبـع كـربن و انـرژي كـه معمولاً بعنوان سوبسترا مطرح مي­شوند . نيازهاي غذايي و عوامل رشد براي انواع مختلف ارگانيسم­ها است.

منابع كربن:

ميكروارگانيسم ها، كربن را براي رشد سلولي از مواد آلي يا دي اكسيد كربن بدست مـي­ آورند. ارگانيسم­ هايي كه از كربن آلي براي تشكيل سـلول­ هاي جديـد اسـتفاده مـي ­كننـد، هتروتـروف ناميده مي­ شود. در حاليكه ارگانيسم ­هايي كه كربن سلولي را از دي­اكسيد­كربن مي­گيرند، اتـوتروف نام دارد. تبديل دي­ اكسيدكربن به تركيبات كربن سلولي نياز به فرآيند احياء دارد كه نيازمند مصرف انرژي است. بنابراين ارگانيسم­ هاي اتوتروف نسبت به هتروتروف­ ها بايـد بيـشتر انـرژي خـود را بـراي سنتز مصرف كنند كه در نتيجه معمولاً بازده پايين ­تري در توليد جرم سلولي و سرعت ­هاي رشد دارند.

منابع انرژي:

انرژي مورد نياز براي سنتز سلولي ممكـن اسـت از طريـق نـور خورشـيد و يـا واكـنش اكسيداسيون شيميايي تهيه شود. باكتري ها براي كسب انرژي، مواد آلي يا معدني را اكـسيد مـي­كننـد. ارگانيسم­ هايي كه قادر به استفاده نور بعنوان منبـع انـرژي مـي باشـند، فتـوتروف ناميـده مـي­شـود. ارگانيسم­ هاي فتوتروف ممكن است هتروتروف مانند باكتري احياء كننده گوگردی يا اتوتروف (آلگ و باكتري فتوسنتتيك) باشند. باکتری­ های تصفیه فاضلاب و ارگانيسم ­هايي موجود در سیستم تصفیه كه انرژي خود را از واكنش­ هاي شيميايي بدست مي­آورند، شيميوتروف­ ها هستند. فتوتروف­ ها مانند شيميوتروف ­ها نيز ممكن اسـت هتروتروف (مانند پروتزوئر، قارچ و بيشتر باكتري­ ها) و يا اتـوتروف (ماننـد باكتري­ هـاي نيتريفـاير) باشـند.

ارگانیسم­ هایی که تولید انرژی در آنها با انتقال الکترون به یک گیرنده الکترون خارجی توسط یک آنزیم صورت می­گیرد، در اصطلاح متابولیسم تنفسی دارند.  هنگامی که از یک گیرنده الکترون داخلی استفاده شود، فرآیند را متابولیسم تخمیری می­نامند که بازده انرژی موثر کمتری نسبت به فرآیند تنفسی دارد. ارگانیسم­ های هتروتروف که بطور کامل تخمیرکننده ­اند، بازده سلولی و سرعت­ های رشد کمتری نسبت به هتروتروف­ های تنفسی دارد.

واکنش هوازی یا بی‌هوازی: 

هنگامی که اکسیژن بعنوان گیرنده الکترون استفاده شود، واکنش هوازی نامیده می­شود . واکنش هایی که شامل سایر گیرنده های الکترون است، بی­ هوازی تلقی می­شوند. عبارت انوکسیک برای متمایز کردن استفاده از نیترات یا نیتریت بعنوان گیرنده نهایی الکترون از سایر مواد تحت شرایط بی­ هوازی به کاربرده می­شود.
احیاء نیتریت یا نیترات تحت شرایط آنوکسیک به گاز نیتروژن انجام می­شود . این واکنش تحت عنوان دنیتریفیکاسیون بیولوژیکی نیز عنوان می­ شود. ارگانیسم­ هایی که نیازهای انرژی خود را فقط با اکسیژن بدست می­ آورند ،میکروارگانیسم­ های هوازی اجباری نام دارند . تعدادی از باکتری­ ها می­توانند از اکسیژن یا هنگامی که اکسیژن در دسترس نباشد، از نیتریت یا نیترات بعنوان گیرنده الکترون استفاده کنند. این باکتری­ ها، باکتری هوازی اختیاری نامیده می­ شود.

ارگانیسم ­هایی که انرژی را از طریق تخمیر تولید می­کنند و فقط در محیط فاقد اکسیژن وجود دارند، بی­ هوازی اجباری می­باشند. بی­ هوازی­ های اختیاری توانایی رشد در حضور و یا غیاب اکسیژن مولکولی را دارند .بر اساس توانایی متابولیکی آنها به دو زیر گروه تقسیم می­شوند. گروه اول، باکتری­ های بی­ هواز­ی­ های اختیاری واقعی که با توجه به حضور یا غیاب اکسیژن مولکولی می توانند از حالت اختیاری به متابولیسم تنفسی هوازی تغییر پیدا کنند. گروه دوم باکتری­ های بی­ هوازی­ های آئروتولرانت که به حضور اکسیژن مولکولی حساس هستند و در حضور آن که متابولیسم کاملاً تخمیری پیدا می­ کنند.