ההשפעה של מתכת כבדה ו- Toxic Compounds על קהילות מיקרוביאליות של פילטר

מבוא: התפקיד הקריטי של קהילות מיקרוביאליות במסננים מקרטעים

מסננים טריקו שימשו כטכנולוגיה בסיסית בטיפול במים ביולוגיים של פסולת ביולוגית במשך יותר ממאה שנים. כורים סרטניים קבועים אלה מוערכים עבור הפשטות התפעולית שלהם, דרישות אנרגיה נמוכות, ויכולת לעמוד בעומס הידראולי ואורגני. מסנן מטבול מורכב ממיטתם ארוזה של אמצעי תקשורת - כגון רוק, slag, או צורות פלסטיק מתוכננות במיוחד - אשר מים פסולת הוא כמו נוזל, תרכובת מיקרו-מיקרו-מיקרו-חמצני, מתפתח מטה, מסובייקט.

הביצועים והיציבות של מסנן מטבוליים תלויים כמעט לחלוטין בבריאות, בגיוון ובפעילות מטבולית של הקהילה המיקרוביאלית הזו.ביופיל זה הוא קונסורציום מגובש של חיידקים, ארכאה, פטריות, פרוזוזה, ומטזוא, כל אינטראקציה בתוך מאטרציה של חומרים פולימריאליים חמורים (EPS) כאשר המערכת האקולוגית הזו מתפקדת בצורה אופטימלית, משיגה רמות גבוהות של חמצן כימי (Creic)

מערכת סינון: קומפוזיציה ותפקוד

Biofilm Structure and Media Types

התקשורת הפיזית במסנן מסובך מספקת את שטח פני השטח עבור חיבור ביו-סרטים.מדיה סלעית מסורתית מציעה יחסי משטח נמוך-שטח-שטח-לכול, אך מספקת מבנה חזק עם צמיחה ביו-סרטתית עמוקה.מדיה פלסטיק מודרנית, כולל זרימת-גלגל ועיצובי זרימה אנכית, מספקת שטח משטח ספציפי משמעותית, המאפשר שיעורי טעינה אורגניים גבוהים יותר וצמצום נפח הכור.

הביופיל עצמו הוא מבנה שכבתי.השכבות החיצוניות, במגע ישיר עם נוזל ואוויר (אווירה עקפה), הן בעיקר אירוביות.כאן, hecultative וחייב אווירוטרופים אירוביים צורכים במהירות את הזיהומים הרבים של BOD. Deeper בתוך הביופילם, חמצן הופך להגבלת, יצירת אזורי aoxic ואוויריים אלה.

מיקרוביאלי קונסורטיה ומזון תזונתי

(ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(א) הסרת חנקן מתרחשת באמצעות nitrification ו denitrification. Ammonia-oxidizing ארכאה (AOA) וחיידקים (AOB) כמו ניטראט:0NitrosomonasFLT:1 להמיר אמוניה בדיוק לחנק, בעוד nitrite-oxidizing (NOB) כמו LT:2trospirasphirphal: 3:3 הוא בדיוק להפוך את החנקן החנקן החנקן החנקן הפגום בתוך המבנה החנקן המורכב הזה.

מכניזם של מתכת כבדה Toxicity בביוסרטים

מתכת כבדה משותפת ומקוריהם

מתכות כבדות נכנסות לשפכים ממגוון מקורות תעשייתיים, מסחריים ודירות. אלקטרופליג, מתכת, ייצור סוללות, פעולות כרייה ואפילו צנרת מכווצת לתרום עומסים משמעותיים של מתכות כגון קדמיום (Cd), להוביל (Pb), כספית (Hg), כרום (Cg), נחושת (Cr), ניקל (Ni), אבץ (Zn) בעוד כמה מהם, כמו חומרים רעילים, כמו גם חומרים רעילים, הם רעילים, בניגוד לריכוזים כבדים, הם רעילים, חומרים רעילים, חומרים רעילים מאוד, חומרים רעילים, חומרים רעילים, חומרים רעילים, חומרים רעילים, חומרים רעילים, כמו גם חומרים רעילים, חומרים רעילים, חומרים רעילים, כמו מיקרו-חומריים, חומרים רעילים, חומרים רעילים, חומרים רעילים, חומרים רעילים, חומרים רעילים, חומרים רעילים, חומרים רעילים, חומרים רעילים, כמו גם כן, חומרים רעילים מאוד.

מכניזם מולקולרי של Inhibition

מתכות כבדות מפעילות רעילות באמצעות מספר מסלולים מוגדרים היטב:

נזימים Inhibition ו- חלבונים Denaturation

מתכות כבדות רבות, במיוחד Cd, Pb, ו Hg, יש זיקה גבוהה עבור קבוצות סולפטל (-SH) שנמצאו באתרים הפעילים של אנזימים. על ידי המחייבים קבוצות אלה, הם אנזימים קריטיים מעורבים בנשימה, ייצור אנרגיה, וחיידקים מטבוליים זה מפחית ישירות את שיעור המטבולי של biofilm. לדוגמה, את הפעילות של תחבורה אלקטרונית לעתים קרובות הוא תהליך רגיש מאוד.

דיספוסציה של תאי קרומברנס ומערכות תחבורה

מתכת יכול להפריע לאמינות של מבנה membrane התא. הם יכולים להחליף כתמים די שווים חיוני (כמו Ca2+ ו Mg2+) כי לייצב membrane מבנה, המוביל להגדלת חדירות ואובדן של תוכן תאים.הם יכולים גם לשבש ⁇ s ion הדרושים עבור תחבורה תזונתית ו pH בית, ביעילות רעב התא או גרימת החימציות פנימית.

מתח אוקסידי ומין חמצן תגובתי

מתכות מסוימות, כגון נחושת (Cu) וברזל (Fe), לעבור רכיבה על אופניים בצבע אדום (כימיה Fenton) בתוך התא, יצירת רדיקלים הידרוקסיל תגובתי מאוד (OH) זה מתח חמצון מזיק DNA, לימפואידים וחלבונים. מנגנוני ההגנה הטבעי של התא, כגון דיסמוטאז סופר-חמצני וקטאז, יכול להיות מוצפת, המוביל למוות מהיר.

בחירת קהילה והתנגדות

חשיפה ממושכת למתכות כבדות אינה בהכרח למחוק את כל הקהילה. במקום זאת, היא פועלת ככוח סלקטי חזק, לטובת מיקרואורגניזמים עמידים מתכת. זנים עמידים אלה לעתים קרובות לשאת plasmids או Transposons ⁇ מתכת משאבות, חלבונים מתכת-קרבהמתכת (למשל, מתכת-ליטונים), או מערכות ניקוי אנזימים (למשל, ירידה איטית יותר של אורגניזמים רגישים).

השפעות של Toxic אורגניות על יציבות מערכת

זיהום עדיפות וגילויים

היקום של תרכובות אורגניות רעילות הנכנסות לסננים מורכבים הוא עצום ומתפתח ברציפות.זה כולל חומרים מעדיפות מורשת כגון פוליכרויים מודבקים (PCBs), הידרוקרבמנים ארומטיים פוליציקליים (PAHs), ו חומרי הדברה הכלוכלנית.מחדשה, כולל גם מגוון רחב של ממזהמים מתעוררים כמו תרופות ומוצרים אישיים (PPs), חומרים פגומים), וסילוקחים כימיקלים (מדומים), וסיבה תעשייתיים), וסיבהבים מחדש (מדומים לכימיקלים).

מכניזם של סובלנות: Narcosis ו- Specific Action

תרכובות אורגניות רעילות בדרך כלל מעכבות פעילות מיקרוביאלית באמצעות שני מנגנונים עיקריים: לא קוטביות ו רעילות ספציפית.

המונחים: nonpolar Narcosis

תרכובות אורגניות הידרופוביות רבות מפעילות רמה בסיסית של רעילות המכונה narc. they Partitionidad bilayer של הקרנית התא, משבש את הנוזלים והתפקוד שלה.מנגנון שאינו ספציפי זה משפיע על כל המיקרואורגניזמים במידה מסוימת והוא במידה רבה הפיכה.עם זאת, בריכוזים גבוהים, זה יכול לגרום לשיבושים מוחלטים וסתמישים תאים, המוביל מסיבית של סרט ביולוגי.

המונחים: toxicity

תרכובות מסוימות לכוון מסלולים ביוכימיים ספציפיים.לדוגמה, מעכבי nitrification כגון thiourea, dicyandiamide (DCD), ו atrazine במיוחד לחסום את monooxygenase ammonia (AMO) אנזים nitrifying חיידקים.אפילו בריכוזים נמוכים מאוד (חלקים ל- מיליארד), אלה יכולים לעצור לחלוטין nitrification, מה שגורם להפרעות דלקתיות חמורות של דלקת ריאות או דלקתיות של סרטן הרחם בדלקת ריאות או בזיהומים אופטיים רגישים של סרטן הרחם, כמו אלה עלולים אופטיים אופטיים או בתהליכים נוגדי חומצה פוליאומטיבית חולים.

זעזועים Versus Chronic Exsure

(ב) האופן שבו תרכובת רעילה נכנסת לצמח קובע את אופי התגובה הביולוגית: AFLT:0shock העומס FLT:1 (ריכוז פתאומי, גבוה של רעיל) לעתים קרובות תוצאות במהירות וגלויה של biofilm, עלייה חדה ב- ®TSS חסר תועלת, וכישלון ניטארי חריפה הופך להיות בלתי יציב מבחינה פיזית, בניגוד ל-F:2, חשיפה נמוכה של דם, במיוחד להפחתה של שבועות של ירידה מהירה או ירידה בדלקתית, בשל ירידה הדרגתית של ירידה הדרגתית של ירידה הדרגתית של ירידה הדרגתית של ירידה הדרגתית, או ירידה של ירידה של ניטריתולית של ירידה של ירידה של ירידה של ירידה של ירידה של ירידה באפקטים, באופן טבעי, או ירידה בדלקתית, באופן טבעי, או ירידה בדלקתית, באופן טבעי, או ירידה בדלקת חריפה של דימום, באופן טבעי, באופן טבעי, בשל ירידה בדלקת חריפה של 3 חודשים.

נקודות זכות לביצוע הטיפול ולמבצעי הטיפול

ניטרינג ואימוניה פורצים דרך

חיידקים ניטרינג (AOB ו- NOB) מוכרים באופן נרחב כחברים הרגישים ביותר בקהילה המסנן הטריעת.שיעורי הצמיחה האטיים שלהם ורגישות גבוהה למגוון רחב של רעילים הופכים אותם ביו-אינדיקצירים מצוינים של בריאות המערכת.כאשר רעילות מתרחשת, הסימפטום הראשון של חנקן הוא לעתים קרובות ירידה בשיעור הסרת האמוניה.

BOD / COD Removal ו-Sleing

מתכות כבדות ואורגני רעל מעכבים את החיידק heterotrophic האחראי להסרת פחמן.זה מוביל לעלייה הדרגתית ב BOD ו COD. בנוסף, תרכובות רעילות רבות ישירות ל-EPS או להרוג את אורגניזמים עמוד השדרה השבריריים המחזיקים את ה- biofilm יחד.

פיתוח של Odors ו-Deterioration of Effluent Quality

אירוע רעיל יכול לשבש את האיזון החמצן העדין בתוך הביופילם.כאשר אורגניזמים אירוביים נהרגים או מעכבים, חומר אורגני נכנס לשכבות אנירוביות עמוקות מבלי להיות מוזנח מספיק.זה מעורר חיידקים מסולפים-מסוגים, אשר ממירים את הסולפט לסולפי מימן (H2S), הגז האחראי ל"ביצה הנטורית" הקשורה לפסולת משנית של נזיפה והפחתה של הפזורה גבוהה יותר של הפזורה.

ניטור, אבחון, ואסטרטגיות מייגציה

כלי אזהרה מוקדמת ואבחון

ניהול תגובתי של רעילות הוא יקר ולעתים קרובות גורם להפרות היתר. ניטור פרואקטיבי מספק את ההגנה הטובה ביותר.

(FLT:0Chemical Analysis: FLT:1 Routine sampling of influent and luent for Heavy מתכות כבדות (באמצעות ICP-MS) ותרכובות אורגניות ספציפיות (באמצעות GC-MS) מאפשרות למפעילים לעקוב אחר עומס זיהום זיהוי מקורות בעייתיים.
(FLT:0)Molecular Biology:FLT:1 טכניקות כמו גן 16S rRNA amplicon ריצוף וכמותי PCR (qPCR) לספק חלון ישיר לבריאות הקהילה המיקרוביאלית. Shifts לעבר גנן סובלני מתכת או ירידה בשפע nitrifier לשרת כמו אזהרות מוקדמות של מתח קהילתי, לעתים קרובות שבועות לפני תהליך ירידה של מודעות באופן סביר.
(FLT:0) Online Respirometry:FLT:1 A Analysis theחמצן uptake rate (הפרק) של דגימה ביופיל בתגובה לספיד של מי פסולת בלתי-השפעה מספק הערכה בזמן אמת של רעילות חריפה.
(FLT:0Microscopy: 1FLT) בדיקה מיקרוסקופית רגילה של הביופיל יכול לחשוף שינויים במבנה ובשפע של אורגניזמים חשובים אינדיקטור, כגון ciliates ו-Roundifers.

מדדי ביצוע ועיצוב

הגנה על הקהילה המיקרוביאלית המסננת דורש גישה רב-תחומית:

בקרת מקורות וטיפוח תעשייתי

האסטרטגיה הבסיסית והחסכונית ביותר היא למנוע תרכובות רעילות להיכנס למערכת הביוב. A חזק (FLT:0) תוכנית טיפול טרום-תעשייתית pre Treatmentment Program, ראשי תיבות של ההרחבה: גבולות מקומיים צריכים להיות מבוססים על מתכות עדיפות ותרכובות אורגניות ספציפיות המבוססות על הרגישות של צמח הטיפול.תעשיות צריכות להיות נדרשות להתקין מערכות טיפול טרום-טיפול - כגון משקעים כימיים למתחמים, או חמצון מתקדם עבור חומרים אורגניים - כדי להסיר חומרים מסוכנים לפני הסרת חומרים מסוכנים.

תרבות ביו-אידוי והסתגלות

כאשר מתרחש אירוע רעיל, ההתאוששות הטבעית של האוכלוסייה הניטרית יכולה לקחת שבועות בשל קצב הצמיחה האיטי שלהם.כדי להאיץ את ההתאוששות, מתקנים יכולים להשתמש ב-FLT:0bioaugmentationalofLT:1, הוספת חיידקים מיוחדים המעובדים להתנגדות למזהמים ספציפיים.

אופטימיזציה תפעולית

שמירה על ביופילם בריא, גמיש גם כרוך אופטימיזציה של הסביבה שבה הוא פועל. הבטחת העברת חמצן נאותה (באמצעות ventilation נאותה וטעינה אורגנית), שמירה על האיזון התזונתי הנכון (BOD:N:P יחס), ולהימנע מעומס הידראולי כל תמיכה בקהילה מיקרוביאלית חזקה ומגוונת. a היטב, ביופיל בריא הוא עמיד יותר וניתוק לעלבון רעיל מאשר קהילה מיקרו-תזונה אחת מוגבלת.

מסקנה: הגנה על הקרן הביולוגית

הקהילה המיקרוביאלית בתוך מסנן מסבך היא מערכת יעילה מאוד, עצמאית המספקת שירות סביבתי קריטי.עם זאת, הרגישות שלה מתכות כבדות ותרכובות אורגניות רעילות מייצגת פגיעות מערכתית בטיפול במים פסולת.ההשפעה שלמזהמים אלה משתרעת הרבה מעבר לעיכוב המיידי של חיידקים; היא משבשת את כל ה cascade הביולוגי, המוביל להפרות מחמירות, ריחות, פעילות, חוסר יציבות מבצעית, ועלויות מוגברות.

הגנה על בסיס ביולוגי זה דורש שינוי מפתרון בעיות תגובתיות לדיבר פרואקטיביות.זה כרוך ביישום דרישות טיפול תעשייתי מחמיר, פריסת טכנולוגיות ניטור מודרניות כדי לעקוב אחר עומסים כימיים ובריאות הקהילה, וקידוד פרמטרים תפעוליים כדי לטפח חוסן מיקרוביאלי.על ידי טיפול מסנן הטריקלינג לא רק כאמצעי של ציוד, אלא גם מערכת אקולוגית חיה, מנהלי צמחיים יכולים להבטיח לטווח ארוך, עמידה על בריאות הציבור, שמירה על שלמות הסביבה האחראית.

לקריאה נוספת על מסגרות רגולטוריות, מתייחסת לתוכנית הטיפול התעשייתי של EPA:0 (EPA) להדרכה תעשייתית מפורטת של ניהול ביו-פיל ו רעילות, משאבים מה-FLT:2 Water Environment FederationFLT 3:3 מספק אסטרטגיות תפעוליות סמכותיות, מבוססות שדה.