ההשפעה של מתכת כבדה על קהילות מיקרוביאליות בטיפול במים משניים

מתכות כבדות כגוןעופרת, כספית, קדמיום, ואסרניק הם קונטמינים סביבתיים מתפשטים כי באופן שגרתי להיכנס מערכות איסוף מים פסולת מפריאות תעשייתיות, מים סערה עירונית לרוץ, ואפילו קורוזיה מקומית צנרת.נוכחותם במי פסולת מהווה איום ישיר על הקהילות המיקרוביאליות כי תחת תהליכי טיפול משניים.

טיפול במים בזבזניים: פרספקטיבה מיקרוביאלית

טיפול שני הוא השלב הביולוגי של ניהול פסולת אשר עוקב אחר סידנציה ראשונית.המטרה העיקרית שלו היא להפיג את החומר האורגני מומס ושעה, להסיר חומרים מזינים כגון חנקן ו זרחן, ולהקטין עומסי פתוג לפני שיפוך משוחרר או משועבד.עבודה זו מבוצעת על ידי קונסורציה מיקרוביאלית מורכבת שמרכיבים ביופלציות, floc, או גרגרינו בהתאם לתצורה אקולוגית, כולל את הפילטרים נפוצים ביותר.

(ב) מערכות הפעלה מופעלות, חיידקים כגון FLT:0 NitrosomonasuasFLT:1, FLT:2NitrobacterFLT 3, ו- heterosomonas כמו FLT:4Pseudomonas FLT:5 ו-FLT:6BacillusFLT 7 לשלוט במבנה ה-FLT, כולל חומרים אלה יכולים לתרום לחמצן הכבד, כולל סגסוגת ללא איזון יעיל.

החשיבות של מגוון מיקרוביאלי לא ניתן overstated. קהילות דיפל הן יותר גמישות זעזועים והם מסוגלים טוב יותר לחדד מגוון רחב של תרכובות אורגניות. A ירידה בגיוון - בין אם נגרם על ידי מתכות רעילות, שינויים בהטעינה, או שגיאות תפעוליות - יכול להפחית את יכולת המערכת לטפל במשתנה חסר השפעה ועשוי להוביל לתפוצה, קצף, או חנקן כישלונות.

מתכת כבדה: מקורות ודרכים לתוך שפכים

מתכות כבדות נכנסות למים ממגוון רחב של פעילויות אנתרוגניות.מקורות תעשייתיים הם הממוקדים ביותר: מתקני אלקטרו-פליג, פעולות גמר מתכת, ייצור סוללות, פעולות כרייה, וצמחי ייצור כימיים יכולים לשחרר עומסים משמעותיים של קדמיום, כרום, ניקל, אבץ נושאת נחושת ממשטחי בועות, להוביל מצבע ישן ופיוט, וכספים ממקורות אטמוספרימוספרימוספריים, גם לתרום ריכוז נמוך יותר, אם כי אם כיפתים, כלומר, קוסמטיקה נמוכה יותר, קוסמטיקה (מפסים), קוסמטיקה נמוכה יותר), קוסמטיקה נמוכה יותר, קוסמטיקה נמוכה יותר, קוסמטיקה).

ברגע ברשת הביופורר, מתכות יכולות לחלק בין שלבים מומסים ובודדים. מינים מפוזרים הם בדרך כלל יותר ביו-זמינות ו רעילים, בעוד מתכות בשפע למחצה עשויים להתיישב במבהרים ראשוניים או להיות משולבים לתוך סלדג'.הספקטרום של מתכת - אם זה קיים כתוספת חופשית, מורכב עם חומצות אורגניות, או טרום-דלקתיות - הוא רעיל יותר, כמו גם עם citecable רעילים מאוד.

ניטור נתונים מצמחי טיפול עירוניים מראה כי ריכוזים קשים של מתכות כבדות יכולים להשתנות באופן נרחב.מחקר של 12 צמחי טיפול בבריטניה דיווחו על רמות נחושת גבוהות מעל 1 מ"ג / L, בעוד שגזר הדם היה בדרך כלל מתחת 0.01 מ"ג / L. עם זאת, אפילו ריכוזים נמוכים יכולים לגרום נזק אם הקהילה המיקרוביאלית רגישה במיוחד או אם המתכות המצטברות לאורך זמן בכור הביולוגי.

השפעות על מתכת כבדה על קהילות מיקרוביאליות

ההשפעות של מתכות כבדות על מיקרובים מים פסולת הם רב-צדדיים ועצמאיים ריכוז. ברמות תת-הבייטוריות, מתכות עלולות לגרום לתגובות מתח שמשנות מסלולים מטבוליים מבלי לגרום רעילות יתר.ברמות גבוהות יותר, מתכות יכולות לגרום למוות תאים נרחב, דפלציה וטיפול כישלון.התתתתת הבאה מפרטת את המנגנונים הראשוניים ואת ההשלכות.

מכניזם של Toxicity

מתכות כבדות מפעילות רעילות באמצעות מספר מסלולים ביוכימיים.אחד הנפוצים ביותר הוא עקירת חומרי מתכת חיוניים באנזימים.אנזימים חיידקיים רבים דורשים כמויות של אבץ, ברזל, נחושת, או מניגנזה לפעילות קטליטית.כאשר מתכת לא-רגישה כגון כספית או מעכבת אל אתרים אלה, היא יכולה לחסום את האתר הפעיל או לעוות את המבנה התלת מימדי של החלבון, להפוך את האנזימים הלא-דלקתיים: אפילו לדלקתיים של אנזימים של אנזימים: אנזימים רגישים של אנזימים: אנזימים אלה, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, אם כן, אם כן, כלומר, או מעכבים רגישים של אנזימים של אנזימים של אנזימים של אנזימים של אנזימים של אנזימים של אנזימים של אנזימים של אנזימים של אנזימים של אנזימים: אנזימים של אנזימים של אנזימים רגישים של אנזימים רגישים של אנזימים של אנזימים של אנזימים של אנזימים של אנזימים: אנזימים של אנזימים של אנזימים של אנזימים 1-אפ:

מתח Oxidative הוא עוד מסלול גדול. Redox-active מתכות כגון נחושת וכרום (VI) לזרז את היווצרות של מינים חמצן תגובתיים (ROS) כולל superoxide, מימן peroxide, ו רדיקלים הידרוקסיל. אלה ROS מזיק שומנים, חלבונים, וחומצות גרעין מוצפות, המוביל לאי יציבות קרום, אנזימים, DNA ומוטציות תאים מגיבים על ידי הגנה מפני תאים נוגדי חמצון, אך נוגדת חמצון, כאשר הם מעל לדלקתיים, כאשר הם מעל לדלקתיים, כאשר הם בעלי יכולת הגנה מפני לחץ דם, אך נוגדת חמצון, כאשר הם מעל לדלקתיים, כאשר הם מעל לדלקתיים, כאשר הם מעל לדלקתיים, כאשר הם מעל לדלקתיים, כאשר הם מעל לדלקתיים, כאשר הם מעל לדלקתיים, כאשר הם מעל לדלקתיים, כאשר הם מעל לדלקתיים, כאשר הם מעל לדלקתיים, כאשר הם מעל לדלקתיים, כאשר הם מעל לדלקתיים, כאשר הם מעל לדלקתיים, כאשר הם מעל לדלקתיים, כאשר הם נמצאים תחת לחץ דם, כאשר הם מעל לדלקתיים, כאשר הם מעל לדלקתיים, כאשר הם מעל לדלקת חמצון, כאשר הם מעל לדלקת חמצון, כאשר הם מעל לדלקתיים, כאשר הם

צילומי מתכת יכולים גם לשבש את שלמות קרום תאים. Silver and נחושת, למשל, לקשור קבוצות thiol בחלבונים membrane ולשנות את ההכנות.אובדן זה של תפקוד מחסום מאפשר לדליף חומרים מזיקים להיכנס, יותר שילוב קבוצות תאיות של ביתאוסטה.בנוסף, כמה מתכות ישירות לדנ"א או RNA, בין היתר עם תמליל ושכפול רשת היא ירידה של פעילות רגישה, בסופו של זן, בסופו של דבר, צמיחה, מטבולית, וצמיחה.

השפעות על מגוון מיקרוביאלי ותפקוד

הרעילות של מתכות כבדות אינה משפיעה באופן אחיד על כל חברי הקהילה המיקרוביאלית.יש חיידקים שיש להם מנגנוני התנגדות - כגון משאבות efflux, לכידת תאית, או טיהור אנזאימטי - המאפשרים להם לשרוד בסביבות מתכת-מקודמות. מינים עמידים אלה לעתים קרובות הופכים דומיננטיים, בעוד ירידה במס רגישה או להיעלם.

מציאת עקבית במחקרים רבים היא שחשיפה מתכת כבדה מפחיתה את היעילות של הביקוש לחמצן הביולוגי (BOD) להסרת למערכות גילוח מופעלות המקבלות עומסי הלם של נחושת או אבץ לעתים קרובות מראה ירידה זמנית ביעילות של BOD מ 90 עד 95% עד 70%, הדורשת ימים עד שבועות להתאוששות. ניטרציה היא פגיעה במיוחד כי חששות אוטומטי גדל לאט, יש תנודות נמוכה יותר, והם רגישים יותר מאשר ריכוזים קריטיים.

חשיפה מתכתית משפיעה גם על יישבות סלקטיבית.ריכוזים רעילים של מתכות כבדות משבשים את המבנה, שחרור חלקיקים דקים לתוך הפעוט וגורם לזעזועים.במקרים קיצוניים, שמיכה הפעוט עלולה להפוך למפולגת, צף, או קומפקטי, המוביל לרחצה מוצקה (FLT:0Recent מחקר שפורסם במחקר שפורסם ב-FLT2:2 מ"מהפכה"ג')

Biofilm Disruption

במערכות טיפול מבוססות ביו-סרט כגון מסננים מסובכים, מסתובבים עם אנשי קשר ביולוגיים, והובלת כורי ביו-סרטים (MBBRs), מתכות כבדות יכולות לשנות את הארכיטקטורה והיציבות של הביופילם.המטריקס של ה-EPS המחזיק את הביופילם יחד מורכב מפוליסאקדמידיסטים, חלבונים וחומצות קצבאות, ומספק קו ראשון של הגנה מפני חומרים מסוימים כמו מתכות ו-Sקידודים, על ידי אובדן עמוק יותר, באמצעות תאים עמוקים, עם ריכוז, עם זאת, עם זאת, עם חומרים מחוספסים, ו-EP עמוק יותר, עם זאת, ו-EP עמוק יותר, עם זאת, ו-EP עמוק יותר, ו-EP עמוק יותר, עם זאת, ו-EP עמוק יותר, עם זאת, ו-EP עמוק יותר, ו-EP עמוק יותר, ו-EP של חומרים כימיים, ו-ידי חשיפה של חומרים כימיים, ו-ידי חשיפה של חומרים כימיים, ו-ידי שימוש ב-ידי חשיפה, ו-EPS-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי שימוש עמוק יותר, ו-ידי חשיפה של חומרים כימיים, ו-EPS-ידי חשיפה, ו-EPS-ידי שימוש ב-EPS-ידי שימוש ב-ידי

קהילות ביו-סרט הן בדרך כלל יותר גמישות מאשר אלה המתכננים כי המבנה השכבתי מספק מיקרונינים עם תנאים אוקס אדומים וריכוזי מתכת שונים.גם כך, חשיפה לטווח ארוך מתכת יכול לבחור עבור ביופיל דק ועמיד עם פעילות כוללת מופחתת, הורדת יכולת הטיפול של המערכת. ירידה הדרגתית זו קשה לעיתים קרובות לאבחן עד ביצוע הטיפול נופל בבירור מתחת ליעד.

גורמים המשפיעים על מתכת כבדה

הרעילות האמיתית שחווה מיקרובים במפעל טיפול אינה רק פונקציה של ריכוז המתכת הכולל. מספר גורמים סביבתיים ותפעוליים מאמתים את הזמינות הביולוגית וההשפעה של מתכות כבדות. pH הוא אחד החשובים ביותר: ב pH חומצי, מושגים מימן מתחרים עם סטיות מתכת עבור אתרי מתכת המחייבים על פני השטח מיקרוביאלי, ומתכות רבות נשארות בצורת שחרור רעיל יותר.

חומר אורגני מבודד (DOM) וסוכני chelating יכולים ליצור קומפלקסים עם מתכות, הורדת פעילות הנקה החופשית שלהם.שפכים עירוניים מכילים כמויות משמעותיות של ligands אורגני כגון חומצות לחות, אשר יכול להפחית את הרעילות של נחושת ואבץ. עם זאת, היכולת המחייבת של DOM היא סופית, ועומסי מתכת גבוהים יכולים ליישב אותה.

ההרכב של הקהילה המיקרוביאלית עצמה משפיע על ההשפעה הכוללת. קהילה מגוונת הכוללת מינים עמידים מתכת - לעתים קרובות לשאת plasmids עם efflux או detoxification גנים - יהיה פחות פגיע מאשר קהילה הנשלטת על ידי זנים רגישים. inoculation עם חיידקים עמידים או אגטציה לאורך זמן יכול לשנות את מבנה הקהילה, אבל הסתגלות זו מגיעה עלות: עמידים עלולים להיות פחות יעילים בביצועים של BOD, ופתרון של טיפול מוביל לגיה בין מתכת.

אסטרטגיות ל- Mitigate Heavy Metal Toxicity

בהתחשב בהשלכות החמורות של רעילות מתכת כבדה, מפעילי צמחי מרפא ומהנדסים פיתחו חבילת אסטרטגיות להגן על קהילות מיקרוביאליות.גישות אלה יכולות להיות מקובצים בשליטה מקור, טיפול מוקדם, שיפור ביולוגי ואופטימיזציה תפעולית.הרשימה הבאה וסעיפים הבאים מפורטים את האמצעים היעילים ביותר.

• (ב) עיין ב[[1924]] ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]
• (ב) [15] ,0) ,Use of microbial זנים עמידים למתכות כבדות FLT 1:1 באמצעות בחירה, עלייה או הנדסה גנטית.
• (ב) [15] ,ב"התב"ה, עם מיקרובינציות מתכת-סובלניות (FLT) 1:1, כדי לשחזר או לשפר את ביצועי הטיפול.
• (ב) [15] ,0) קביעת פרמטרים תפעוליים (FLT:1), כגון זמן שימור פענוח, התמוסס חמצן ו- pH כדי לתמוך חוסן מיקרוביאלי.
• (ב) ,0) שילוב של רטובות או ביוסורציונל (Biosorption MediaFLT) 1:1 כצעד מלוטש.

גישה מוקדמת

הדרך הפשוטה ביותר להגן על קהילות מיקרוביאליות היא להסיר מתכות כבדות לפני שהן נכנסות לתהליך הטיפולי המשני.משקעים כימיים משמשים נרחב, שבו סיד, סודה סיבתית, או מלחים סולפידים מוסיפים להעלות את ה- pH ולגרום הידרוקסידים מתכת או סולפטנים כדי להתיישב. בעוד יעיל עבור מתכות רבות, שיטה זו מייצרת פעימה הדורשת עצמה, ולא להשיג ריכוזים נמוכים מאוד עבור כמה ריכוזים נדרשים.

אדמירפטה על פחמן מופעל, זאוליטים, או ביוכריז היא אפשרות נוספת.חומרים אלה יש שטח פני השטח גבוה ויכולים להסיר מגוון רחב של מתכות כבדות, במיוחד כאשר נעשה שימוש במסננות קבועות. membrane filtration - ultrafiltration, ננומטרה, או osmosis לאחור - הן מאוד יעילות גבוהה אבל עלויות הון גבוה יותר והפעלה עבור צמחים גדולים, לעתים קרובות, כמו זרם מתכתי דם גבוה יותר, כמו מחלימים, כמו חיטוי, כמו גם עבור זרם גבוה יותר, כמו זרם גבוה יותר, כמו גם עבור סגסוגת מתכתי דם גבוה יותר, כמו גם עבור סגסוגת גבוהה יותר, 000 רחב יותר, כמו מחלימים רחב יותר, 000.

Metal-Resistant and Engineersed Microbes

במקרים בהם טיפול טרום-לכת אינו שלם או יקר מדי, ייתכן שהמפעילים יתבססו על הסתגלות מיקרוביאלית.חשיפה רציפה לריכוזי מתכת תת-לכת יכולים לבחור אוכלוסיות עמידות לאורך זמן.ניתן להאיץ את ההתעלות הטבעית הזו על ידי שמירה על זמן ארוך יותר (SRT), המאפשר אורגניזמים עמידים איטיים יותר כדי לבסס.

(ב) הבשלה כוללת תוספת מכוונת של זנים בעלי סובלנות מתכתית (המוצרים המסחריים המכילים FLT:0BacillusFLT:1 או FLT:2PseudomonasFLT:3 מינים עם התנגדות מוכחת נעשה שימוש בטיפול פסולת תעשייתית מים עם הצלחה שונה.

הסתגלות

גם ללא שינוי הקהילה המיקרוביאלית, המפעילים יכולים להפחית את הרעילות המתכתית על ידי התאמת הפרמטרים של תהליך.הגדלת ה- SRT נותן מיקרובים יותר זמן לתקן נזק שנגרם למתכת ומאפשרת הצטברות של EPS. Raising ריכוז החמצן המתמוסס יכול למנוע את הלחץ החמצן המחמצן הנגרמ על ידי מתכות מסוימות, למרות שזה גם מגביר את עלויות האנרגיה.

עבור מערכות שחווה זעזועי מתכת לסירוגין, עלייה זמנית בזרימת הפעוט המופעלת (RAS) יכולה לגוון את הרעיל ולספק יכולת ביומסה נוספת. במקרים חמורים, מפעילי עשויים להסיט את זרימת המתכת לטנקים מחזיקים ולהאכיל אותה לאט לתוך המערכת כדי למנוע מינון קטלני.אסטרטגיות אלה דורשות ניטור בזמן אמת של רמות מתכת משפיעות והבנה של הרעילות חריפה עבור סף תרבות מסוימת.

Wetlands ו-Biosorption

(ב) יצירת רטובות מציעה גישה פסיבית, אנרגיה נמוכה לטיפול במי פסולת מתכת-לאדן (Wtland plants כגון FLT:0.10ragmitesFLT:1 ו-FLT:2Typha 3LT 3FLT) צמחים כגון מתכות ולספק משטחים עבור biofilm.

ביוסורת השימוש בחומרי פסולת חקלאיים או תעשייתיים – כגון אבקת אורז, אבק או יבשה - היא אלטרנטיבה זולה עולה.ביוsorbents אלה יכולים להסיר מתכות באמצעות החלפת ion או מורכבות משטח, והם יכולים להיות משולבים בתהליכים קיימים טיפול כמו מסנן מדיה.

דרישות מחקר ודרכים לעתיד

הצומת של רעילות מתכת כבדה ואקולוגיה מיקרוביאלית בטיפול במים פסולת הוא תחום פעיל של מחקר. Advances in high-byput ריצוף ו meta-omics מאפשרים לחוקרים לעקוב אחר שינויים קהילתיים ברזולוציה חסרת תקדים לזהות הגנים פונקציונליים המעניקים התנגדות.זה יכול להודיע על העיצוב של קידוד מיקרוביאלי שהונדסה על מנת לגוון חומר אורגני תוך כדי לרת עומסי מתכת גבוהה.

ביוסנסורים בזמן אמת המדידה פעילות מיקרוביאלית – כגון קצב עלייה בחמצן או תוכן ATP – יכולים לספק אזהרות מוקדמות של רעילות לפני ביצוע טיפול בדרגות. integrating אלה עם מערכות בקרה אוטומטיות יכול לאפשר התאמות מהירות כדי להגן על הביומסה.בנוסף, מחקר על התפקיד של חלקיקים בטיפול במים הוא גדל; בעוד חלקיקים מסוימים להראות הבטחות עבור מתכות כבדות, יש להעריך בקפידה מיקרו-תועלתם.

מסקנה

מתכות כבדות נשאר איום משמעותי על התהליכים המיקרוביולוגיים המעצבים את עמוד השדרה של טיפול שפכים משניים.היכולת שלהם לעכב אנזימים, לייצר מתח חמצון, ושיבוש מחמברנות תאים יכול להזיל מינים רגישים, להפחית את המגוון, ולפגום בהסרת BOD ומזינים.הדרגה של השפעה תלויה ריכוז מתכת, ספקטרום, וגמישות הטמנטלית של טכנולוגיות מיקרובינציה סביבתית יעילה יותר, דורשות יעילה יותר, בקרה סביבתית יעילה יותר, בקרה על תפקוד ביולוגי, לחץ דם פעיל, לחץ דם פעיל, לחץ דם פעיל, ותפקוד יעיל, לחץ ביולוגי, לחץ על מערכות בקרה סביבתי, לחץ דם פעיל, לחץ על מנת לשמור על תפקוד יעיל, לחץ ביולוגי, לחץ ביולוגי, לחץ על תפקוד יעיל יותר, לחץ על מנת לשמור על מנת להגביר את רמת יעילות, לחץ דם יעיל, לחץ דם תעשייתי, לחץ דם יעיל, וגמישות, וגמישות, לחץ דם תעשייתי, וגמישות, לחץ דם תעשייתי, לחץ על מערכות בקרה תעשייתי, לחץ דם פעיל, לחץ דם פעיל, לחץ על פעילות גופנית, לחץ דם פעיל, לחץ דם פעיל, לחץ על מנת לשמור על מערכת בקרה סביבתי, לחץ סביבתי, לחץ על תפקוד יעיל, לחץ על תפקוד יעיל, לחץ על פעילות גופנית, לחץ דם יעיל יותר, לחץ דם יעיל