טיפול במים עומד כאחד מהשיטות החיוניות ביותר להגנה סביבתית של העידן המודרני.עם התרחבות גוברת, התרחבות תעשייתית ועצימות חקלאיות, הרכב של שפכים הפך מורכב הרבה יותר ממה שצמחי טיפול מסורתיים נועדו במקור לטפל.בין האתגרים המתמשכים ביותר הוא הסרת יעילות של חומרים מזינים, במיוחד חנקן וזרחן חומרים מזינים אלה משתחררים לתוך גוף טבעי, הם מעוררים פריחת שתן, מוביל לצמצום של התחממות כדור הארץ, במיוחד.

בעיית זיהום תזונתית והגבלות האמנה

Nitrogen ו זרחן נכנסים לשפכים מהשפכים המקומיים, משככי תעשייתיים, ופריפטים חקלאיים. תהליכי ריצוף מופעלים על היבטים בודדים או תרבויות מעורבות פשוטות כדי לבצע ניטרינג ו denitrification, לעתים קרובות הדורשים שלבים נפרדים ומאזן זהיר של אנרגיה מונעת, אנרגיה מתחדשת, וזמני שימור.

מה הם קונסורציונאלי ומדוע הם חשובים?

קונסורציונל מיקרוביאלי מתרחשת באופן טבעי או קהילות מונדסות של phylogenetly ופונקציונליות מיקרואורגניזמים מגוונים אשר חיים יחד ולשתף פעולה באמצעות הזנה מטבולית, סינטרופיה, וביטוי גנים מתואמת.בניגוד לתרבויות חד-מיניות, קונסורציה יכולה לחדור חיידקים מורכבים על פני חברים שונים, המאפשר עיבוד סימולטי של מספר רב של תת-סטרים וזרם יעיל של אנרגיה זו.

אינטראקציות סינרגיסטיות ב- Wastewater Consortia

  • (FLT:0Cross-Feeding:FreaLT:1) מינים אחד מייצרים metabolites (למשל חומצות אמינו, ויטמינים או חומצות אורגניות פשוטות) כי מינים אחרים דורשים צמיחה.ב EBPR, חיידקים מותסים מייצרים חומצות שומן קצרות שרשרת (SCFAs) כי PAOs להשתמש כמקור פחמן עבור זרחן.
  • (FLT:0) בואובוליזם: FLT:1 Degradation של תרכובת התחדשות עשוי להיות יזמי על ידי אורגניזם אחד, מניב ביניים כי אורגניזם אחר יכול יותר בקלות metabolize.זה המפתח לפירוק תרופות, חומרי הדברה וכימיקלים תעשייתיים נוכחים באפקטיביים מורכבים.
  • (FLT:0 Niche Partitioning: 1FLT) ב- biofilms מלוכדים, aerobes על פני השטח לצרוך חמצן, יצירת מיקרו-אזורים חמצון עמוק יותר בסרט שבו denitrifiers יכול לשגשג.זה מאפשר ניטרציה בו זמנית ו denitrification (SND) בתוך ביולוגי יחיד, להפחית באופן דרסטי את טביעת הרגל ואת עלויות ההצתה.
  • (FLT:0)Quorum Sensingתיאום: ההרחבה 1 (החיידקים הרבים) משתמשים בסימן כימי כדי להסדיר את התפקודים כמו היווצרות ביו-סרט, ייצור האנזים ותגובות הלחץ.

מכניזם של חומרים מזינים משופרים על ידי Microbial Consortia

Nitrogen Removal: A Multi-Step Division of Labor

(הסרה החנקנית המסורתית) כוללת שני תהליכים נפרדים: ניטציה (דלקת ריאות) על ידי חנקן (Nantrophs) על ידי חנקן (nmonia) אשר ניתן לשלב את החנקן (Namto-Ferto) באמצעות חנקן (Nornmto) אשר ניתן לשלב באופן משמעותי (NLC) ל-NV2F2T) (NV) אשר ניתן ל-NVNVNVNVNVNVNVNVNVNER) LT2T) LT2T) LT2T) כלומר:

Denitrifiers in the Conortium לעתים קרובות להשתמש תורמי אלקטרונים שונים בהתאם לזמינות פחמן.חלק מהם הם heterotrophic (requiring Organic Carbon), בעוד שאחרים הם אוטוטרופיק (באמצעות מימן, מופחת sulfur, או ברזל) על ידי שני סוגים, קונסורציום resilient Defsilient Consilient Consortium יכול לשמור על ביצועים denitrification גם כאשר יחס פחמן-totrogenscate בהשוואה ל קיבולת מעגלית או סטנדרטית של שני אזורי COOL.

Phosphorus Removal: Synergistic Carbon Cycling

יתר על כן, הסרת זרחן ביולוגית תלויה ביכולת של PAOs לאחסן פוליפוס תחת תנאי אירובית ושחרור פוספט בתנאים אנירוביים.התהליך מתחיל באזור אנירובי שבו PAOs לקחת את EVatile de EVFreciated חומצה (VFAs) המיוצר על ידי חיידקים חנקן אורגני.Vcums אלה מאוחסנים כמו פולימולקולאוקסלקטים (As HC) לאחר מכן, לאחר מכן, כדי להבטיח פעילות גופנית מוגבלת לתוך חנקן אנרגיה מוגבלת.

הסרת פשטות של אחרים

זרמי פסולת מודרניים מכילים לעתים קרובות לא רק חנקן ו זרחן, אלא גם מעקב אחר contaminants אורגני כגון כימיקלים מרתיעים האנדוקריניים, אנטיביוטיקה שאריות, ומיקרופלסטיקה. קונסוליה מיקרוביאלית יכול להיות מתוכנן עם יכולות מטבוליות משלימים: פטריות לייצר אנזימים תאיים נוספים שפורשים קדמית של חומרים ממריצים, בעוד חיידקים נוספים מינרלים נוספים.

היתרונות של קונסטנסטורטיה מיקרוביאלית על פני גישות לאמנה

  • (FLT:0) יציבות וחוסנות: ייצוב: 1:1 קונסורטיה יכול לעמוד עומס הידראולי ואורגני טוב יותר מאשר מונוגמות עקב ריצוף פונקציונלי.אם מינים אחד מעכב, אחר יכול להתקדם כדי לשמור על התהליך.
  • (FLT:0) גבוה יותר הסרתי של יעילות: IRLT:1 באמצעות היווצרות נישה ושיתוף פעולה מטבולי, קונסורטיה להשיג כמעט לחלוטין להסרת מזון בתוך פחות כורים, צמצום זמני שימור הידראוליים.
  • (FLT:0) אספקת חומרים כימיים ואנרגיה: ⁇ 1 , SND ו anamox באופן דרסטי נמוך יותר דרישות הפחתת האגרה. EBPR עם קונסוררציה יכול לחסל את הצורך של בעלי מרפא כימי (למשל, אלומיניום או ferric chloride), צמצום ייצור סלפט ועלויות כימיות.
  • (FLT:0) ,Adaptability to Complex Wastewaters:cioFLT:1) , יעילות תעשייתית ובית חולים לעתים קרובות מכילים מעכבים. a מגוון רחב של קונסורציום יש סיכוי גבוה יותר של המכיל זנים עמידים שיכולים לפענוח או לסבול רעילים, הבטחת פעולה רציפה.
  • (FLT:0)Lower Net Sludge הפקה:FLT:1) תהליכים רבים המבוססים על קונסורציום, במיוחד אלה המשלבים אנמוקס, מייצרים עד 90% פחות עודף מאשר שיתוק פעיל, טיפול ועלויות של סילוק.
  • (FLT:0) אחריות משפטית: אנדרל:1 (הסרה ביולוגית של חומרים מזינים על ידי קונסוררציה מפחיתה פליטות גזי חממה (למשל, N2O ניתן למזער באמצעות פירוק מוחלט) ומאפשר התאוששות משאבים (למשל, זרחן מזחלות כדשן).

יישומי מציאות ותכניות פיילוט

המעבר ממעבדה ליישום בקנה מידה מלא הוא הדוגמא הבולטת ביותר היא ה-FLT:0use של מערכות aammox מבוסס קונסורציונל 1 (FLT) בטיפול חוץ-stream של אנזימים אנירוביים (FLT) ו-Aammox-Htring) מ- 70Bn-Htrates, ואסיה, כיום משיגה הסרת חנקן יציבה בטמפרטורות נמוכות כמו 12 מעלות צלזיוס, אשר נרכשו על ידי סוללות אלקטרוניות באופן טבעי, אשר מכילות את ה-Framgicol-Frunscreativescrefrefrefrefrefrefrecogic;

גישה חדשנית נוספת כוללת את ה-FLT:0 (bacterial conortia inphertiaeration 1:1 ; מיקרולגה לייצר חמצן באמצעות פוטוסינתזה, אשר משמש חיידקים אירוביים עבור nitrification ו חמצון אורגני. בתמורה, אספקת חיידקים CO2 וויטמינים חיוניים כדי אצות.

ביו-הכיבוד עם קונסוררציה מותאמת הוא גם מיושם על זרמים תעשייתיים קשים.לדוגמה, הטיפול ב-Landfill leachate, המכיל אמוניה גבוהה, מתכות כבדות, ותרכובות אורגניות רעילות, נהנה תוספת של קונסורציום של amoxal-metal-סובלנימוס עם denitrifiers. ascale in דנמרק הראה כי תוספת של חנקן של 40% עם פליטה מסחרית מופחתת חנקן.

אתגרים וההורגלים להפצת מיצוי

למרות ההבטחה, פריסת קונסורציונל מיקרוביאלי בטיפול בשפכים בקנה מידה גדול אינה ללא קשיים.האתגר העיקרי הוא FLT:0.community יציבות fLT:1 Consortia הם דינמיים - שינויים בטמפרטורה, pH, או קומפוזיציה בלתי מבוקרת יכולים לשנות את האיזון של האוכלוסייה, אולי לשטוף קבוצות פונקציונליות.

(FLT:0) Process StartupFLT:1 הוא עוד hurdle.פיתוח קונסורציום יעיל מאפס יכול לקחת שבועות עד חודשים, במיוחד עבור תהליכים כמו גרניטרית אירובית, שבו היווצרות של גרנואידים צפופים ויציבים תלוי בבחירת הידראולי קפדני ועיצוב כור.חלק מהמתקנים הפחיתו זאת על ידי קידוד עם גרגרים מצמח קיים, אך מותר "לעבור" שיטות השתלות" לא יכולות להיות מגבלות על פני השטח.

יתר על כן, (FLT:0) , 000 , 000 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מנקודת מבט הנדסית, (FLT:0) ,upscale-upFcioLT:1 מטייס לקנה בקנה מידה מלא מציג הידרודינמיקה אשר לא יכול לשכפל את הנישות המובנות המיועדות במעבדה. Shear כוחות, הגבלות העברה המונים, ו- ⁇ יש לקחת בחשבון עבור. Computational נוזל (CD) יחד עם מודלים אקולוגיים משמש יותר ויותר כדי להעריך את הביצועים הרצויים של המבנה ה-Squaremeivreic כמו גם אינטגרציה נדיר של 16 פונקציות סטנדרטיות.

מחקר: תכנון הקונסאורטיה של העתיד

(הופנה מהדף [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1966]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1966]]]] [[[[1966]]]]]]]]]] [[1966]]]]]] [[[[19[[19[[19[[19[[1966]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1966]]]]]]]] [[[[[[19[[19[[

(FLT:0)Quorum-sensing מניפולציה 1 ; מציע עוד מנוף. על ידי הוספת אנזימים קואורום-קנצ'ינג או מולקולות אות, החוקרים יכולים להפעיל היווצרות ביופילם או גרנוציה על הביקוש. in membrane bioreactors, quorum quenching להפחית biofouling, עלות תפעוליות גדולות.

התקדמות ב-FLT:0 , באמצעות חישוב הקרנה של 1 (FLT) ומיקרו-השפעה הם מאיצים את זיהוי של קונסורציה יעילה. אלפי מיקרוקוסמוס יכול להיות מנוהל במקביל, לבחון שילובים שונים של זנים בתנאים תפעוליים שונים.מודלים למידה מכונות מאומן על נתונים אלה יכולים לחזות אילו עצירות יבצעו את הטוב ביותר עבור שפכים, במהירות של תהליך הבחירה מחודשים חודשים.

(הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

לבסוף, השילוב של ההרחבה:0. [resource RecoveryFreaLT:1] עם הסרת חומרים מזינים הוא צובר תאוצה. Consortia המצטברת פוליפוס ניתן לקצור ולהשתמש בו כפריה מרגיעה איטי. בדומה, הביומסה של aammox קונסורטיה עשירה בחלבונים, אשר יכול להיות מומר להאכיל בעלי חיים או ביופלסטיקה.

מבט קדימה: שינוי Paradigm בהנדסה של שפכים

הפוטנציאל של קונסוררציה מיקרוביאלית להגביר את ההסרה התזונתית בזרימי פסולת מורכבים כבר לא תיאורטית - זה מוממש במעבדות ומתקני בקנה מידה מלא ברחבי העולם.היכולת שלהם לשתף פעולה סינרגיות באופן סינרגי, להסתגל למכשולים מאתגרים, ולבצע מספר תהליכי הסרה בו זמנית מציעה מסלול לטיפול יעיל יותר, כלכלי, יציב לסביבה.