بیوفیلم ها ستون فقرات درمان بیولوژیکی را در فیلترهای فریب دهنده تشکیل می دهند، جایی که آنها آلاینده های آلی را تجزیه می کنند و مواد مغذی را از فاضلاب حذف می کنند، هنگامی که این جوامع میکروبی با استرس مواجه می شوند - چه از بارهای شوک، تغییرات دما یا ترکیبات سمی - انعطاف پذیری آنها تعیین می کند که آیا سیستم همچنان به استانداردهای ناکارآمدی ادامه می دهد یا به عملکرد ضعیف تجزیه می شود و به طور فعال افزایش انعطاف پذیری بیوفیلم یک تکنیک های مدیریت حیاتی است که می تواند از این روش های مدیریت اساسی استفاده کند.

درک عوامل استرس بیوفیلم در عمق

قبل از پیاده سازی اقدامات انعطاف پذیر، ضروری است که عوامل استرس زا خاصی را درک کنیم که بی ثبات کننده ی بیوفیلم ها هستند.معماری بیوفیلم – که شامل سلول های جاسازی شده در یک ماتریس مواد پلیمری اضافی سلولی (EPS) می شود – می تواند با طیف وسیعی از چالش های زیست محیطی و عملیاتی مختل شود.

بارهای ارگانیک و سمی بالا

جهش های ناگهانی در تقاضای اکسیژن شیمیایی (COD) یا حضور مواد مهار کننده (مانند فلزات سنگین، فنول ها یا حلالها می توانند جامعه میکروبی را مختل کنند، ماتریس EPS ممکن است اشباع شود، که منجر به کاهش سلول و تجزیه و تحلیل ساختاری می شود: مطالعه ای که در تحقیقات آب [F:1] منتشر شده است نشان داد که فیلتر زیستی [F] برای روشن شدن حجم های مس (F4:5LT5.

دمای شدید

هر دو نرخ متابولیک پایین و بالا و کاهش تولید EPS در آب و هوای سرد، نرخ رشد بیوفیلم می تواند به نصف کاهش یابد، و جامعه را در برابر شستشو آسیب پذیرتر می کند، دماهای بالا می توانند آنزیم های طبیعت را تجزیه کنند و رشد باکتری های کنترل نشده را ترویج دهند، که منجر به ضخامت، مناطق ایروبیک می شود که سولفید هیدروژن را تولید می کنند.

کمبود اکسیژن

فیلترهای پیچ و خم به تهویه طبیعی یا اجباری برای حفظ شرایط هوازی در نزدیکی سطح بیوفیلم متکی هستند. انتشار اکسیژن به لایه های عمیق تر می تواند جامعه را به سمت موجودات تخمیر کننده یا سولفات تغییر دهد، کاهش بهره وری درمان و انسجام بیوفیلم.

شوک های شیمیایی و تغییرات pH

تغییرات pH آبروpt (پایین 6 یا بالاتر 9) یا قرار گرفتن در معرض ضد عفونی کننده هایی مانند کلر می تواند باعث مرگ و تخریب فوری سلول و ماتریس شود.حتی شوک های کوتاه مدت می توانند بیوفیلم را با حفره ها ترک کنند، و منطقه سطح آن و ظرفیت درمان آن را کاهش دهند.

دانلود بازی هیدرولیک Overload and Shear Stress

نرخ بارگذاری هیدرولیک بیش از حد سرعت مایع را افزایش می دهد، ایجاد نیروهای سنگین تر که بیوفیلم را از رسانه ها دور می کنند، به ویژه در طول حوادث طوفان در سیستم های فاضلاب ترکیبی مشکل ساز است.

استراتژی های اصلی برای تقویت انعطاف پذیری Biofilm

استراتژی های زیر به رایج ترین عوامل استرس اشاره می کنند و بر اساس هر دو تجربه عملیاتی و تحقیقات علمی است که می توان آنها را به صورت جداگانه یا در ترکیب برای یک رویکرد چندباره اجرا کرد.

بهینه سازی شرایط عملیاتی

حفظ pH پایدار (معمولا 6.5-8.5)، دما (20-35 درجه سانتیگراد برای اکثر جوامع mesophilic)، و اکسیژن حل شده (بالا از 2 mg / L در مایع فله) پایه ای برای رشد سالم بیوفیلم فراهم می کند که نظارت منظم با سنسورهای آنلاین و سیستم های خودکار می تواند مانع ایجاد استرس تدریجی شود.

۲- ایجاد فرهنگ های میکروبی با ثبات

معرفی سویه های میکروبی مقاوم در برابر استرس (از محیط های مشابه درمان یا در دسترس تجاری) می تواند جامعه بومی را تقویت کند. Bioaugmentation با autochthonous و گونه های مورد استفاده قرار می گیرد که قبلاً به شرایط محلی سازگار شده اند، اغلب بهترین نتایج را به عنوان مثال، یک گیاه درمانی در هلند با موفقیت استفاده می کند [Ful2]

۳- مکمل های Nutrient

بیوفیلم نیاز به یک نسبت متعادل کربن به نیتروژن-نیترووژن به فسفاتوس (C:N:P) برای متابولیسم مطلوب و تولید EPS دارد. مکمل با urea یا فسفریک در طول دوره های کم تغذیه می تواند از نازک شدن بیوفیلم جلوگیری کند.در عمل، نسبت 100:5:1 (BOD:N:P) یک هدف مشترک است.

مدیریت بار شوک

افزایش تدریجی بارهای آلوده (به جای تغییرات گام) به بیوفیلم ها زمان می دهد تا آنزیم های سم زدایی را بالا ببرند و EPS اضافی تولید کنند.برای امکاناتی که زباله های صنعتی را درمان می کنند، نصب یک حوضه برابر سازی یا مخزن دور اجازه می دهد تا اپراتورهای به طور ناگهانی از طریق اقدامات سمی مانند بارش شیمیایی فلزات سنگین یا تنظیم - همچنین می توانند بالادستی را اجرا کنند.

۵- بهینه سازی طراحی رسانه و تهویه

انتخاب رسانه های فیلتر با مساحت بالا، فضای خالی بالا و ساختار پایدار (به عنوان مثال، جریان جریان جاده ای پلاستیک یا بسته بندی ساختار یافته) از دلبستگی بیوفیلم پشتیبانی می کند و باعث کاهش شیب دار می شود. تهویه مطبوع [FLT 1 از طریق سیستم های هوایی اجباری یا برج های بلند، اکسیژن مداوم را برای بیوفیلم تضمین می کند، جلوگیری از یک منطقه ماتریسی که باعث تضعیف آن می شود.

کنترل ضخامت Biofilm

بیوفیلم های ضخیم باعث محدودیت های انتشار می شوند و مستعد تخلیه هستند. شستشوی دوره ای یا گرفتگی هیدرولیک می تواند زیست توده های اضافی را در حالی که حفظ یک لایه پایدار است حذف کند.

رویکردهای پیشرفته برای شرایط حاشیه

هنگامی که استراتژی های معمولی کافی نیستند – مانند در طول قرار گرفتن در معرض سمی مداوم یا شرایط شدید آب و هوایی – ممکن است مداخلات پیشرفته بیشتری تضمین شود.این روش ها اغلب نیاز به اعتبار خلبان قبل از استقرار کامل دارند اما می توانند سود قابل توجهی در برابر انعطاف پذیری ارائه دهند.

پیش فرض و سیگنال Manipulation

Microbial communication از طریق مولکول های خودکار تنظیم تولید EPS و پاسخ های استرس (۳LT=۳) محققان نشان داده اند که اضافه کردن آرترمن های موجود (به عنوان مثال، acyl-homoersine lactones) می تواند سنتز و ضخامت بیوفیلم را تحت استرس سمی افزایش دهد.

Bioaugmentation با استراستین مهندسی شده

ارگانیسم های اصلاح شده ژنتیکی ( GMOs) قادر به تجزیه ترکیبات خاص جذب کننده یا تولید بیش از حد EPS می توانند مورد استفاده قرار گیرند، اگرچه موانع نظارتی وجود دارد.برای جایگزین های غیر GMO، غنی سازی انتخابی از سویه های بومی در سایت با استفاده از چرخه های تحریک کننده استرس (به عنوان مثال، قرار گرفتن مکرر در معرض سطوح پایین از یک سمی که پس از دوره بهبودی) می تواند باعث ایجاد انعطاف پذیر یا تقویت شود.

استفاده از Biocarriers و پوشش های حفاظتی

صرفه جویی در فیلم های زیستی در حامل های تخصصی (به عنوان مثال، دانه های کربن فعال شده، سنگ های رس یا فوم پلی) یک محیط میکرو محافظت شده مانند آلجینات هیدروژل ها را نیز می توان به رسانه ها برای بافر تغییرات pH و تبلیغات سمی کننده ها قبل از رسیدن به بیوفیلم اعمال کرد.

نظارت و مدیریت انطباق

انعطاف پذیری را نمی توان افزایش داد اگر اپراتورهای از علائم هشدار دهنده اولیه بی اطلاع باشند، یک برنامه نظارت قوی باید شامل موارد زیر باشد:

  • تجدید حیات آنلاین [FLT 1] برای اندازه گیری میزان جذب اکسیژن میکروبی (OUR) که به سرعت تحت استرس سمی کاهش می یابد.
  • میکروسکوپ اسکن لیزر کانکال (CLSM) یا دیگر تصویربرداری برای ردیابی ضخامت فیلم زیستی، منافذ و نسبت سلول زنده / مرده.
  • اندازه گیری [FLT1] (پروتئین ها و پلی ساکاریدها) به عنوان یک پروکسی برای یکپارچگی ساختاری.
  • تجزیه و تحلیل کیفیت مناسب [FLT 1] برای BOD، آمونیاک و فلزات سنگین، با آستانه های هشدار برای انحراف.

بررسی منظم داده ها به اپراتورهای اجازه می دهد تا نرخ بارگذاری، تکرار یا تکمیل قبل از آسیب بیوفیلم غیر قابل برگشت باشد. ) راهنمایی های بیشتری در مورد روش های نظارت و عیب یابی فراهم می کند.

مطالعات موردی در Biofilm Boost

برنامه های دنیای واقعی اثربخشی این استراتژی ها را نشان می دهند.در یک کارخانه شهری در غرب میانه (ایالات متحده)، اپراتورهای مکمل مواد مغذی را با دوز فعلی ترکیب کردند که در طول ماه های سرد و آب سرد، ضخامت بیوفیلم توسط 25 درصد افزایش یافت و بهره وری نیتروفاسیون بالاتر از 90٪ باقی ماند، حتی زمانی که دمای فاضلاب به 6 درجه سانتیگراد کاهش یافت، به عنوان مثال دیگر، یک مرکز صنعتی شیمیایی در آلمان از قبل از عمل استفاده کرد.[0]

نتیجه گیری

تقویت انعطاف پذیری بیوفیلم در فیلتر های پیچ خورده تحت شرایط استرس یک اندازه نیست یک تعهد همه جانبه است.این نیاز به درک تشخیصی از عوامل استرس زای خاص سایت، مجموعه لایه ای از استراتژی های عملیاتی و میکروبی، و تعهد به نظارت مداوم از بهینه سازی پارامترهای اساسی مانند pH و اکسیژن برای استفاده از تکنیک های پیشرفته مانند تنظیم و مهندسی شده، حتی اپراتورهای مقاوم سازی پایدار را می تواند به طور چشمگیری بهبود بخشد.