צמחים טיפול במים מודרניים מתמודדים עם לחץ גובר לעמוד בסטנדרטים האיכותיים יותר, תוך ניהול זרמי פסולת מורכבים יותר ויותר. תהליכי טיפול משניים - הלב הביולוגי של רוב המערכות העירוניות והתעשייתיות - הן על קהילות מיקרוביאליות כדי להפחית את המזונאים האורגניים ולהסיר חומרים מזינים.אבל מערכות סלקוד פעיל נאבקות עם עומסים, תרכובות של גירוי ביולוגי, או עמידות עונתית, על ידי שיטות עיבוד מיקרוביולוגיות, יכולות אסטרטגיות גבוהות יותר, על ידי פונקציות מיקרו-תחומיות חזקות של תפקודים ממוקדות, יכולות מיקרו-תחומיות, יכולות אופטימיזציה של חומרים כימיים.

הבנה של טיפול משני במערכות שפכים

טיפול שני הוא השלב הביולוגי הבא של המשקעים הפיזיים העיקריים.המטרה העיקרית שלו היא להסיר חומר אורגני כל כךלול והתנגשותי - ממורמרים כביקוש חמצן ביוכימי (BOD) וביקוש כימי חמצן (COD) - לצד חומרים מזינים כגון חנקן ו זרחן.שלב זה בדרך כלל משתמש בביקוש אווירי, או ביורגיבי, שבו מיקרואורגניזמים לתוך מטבוליטמים, פחמן דו-חמצני, פחמן דו-חמצני, פחמן דו-חמצני.

תצורה משנית משותפת כוללת תהליכי סליטה מופעלים, מסננים מסובכים, מסתובבים עם אנשי קשר ביולוגיים, ומייבבים ביולוגיים membrane. בכל אחד, קונסורציום מגוון של חיידקים, פרוטוזוזה, פטריות עובד סינרגי באופן סינרגי כדי לייצב את הפסולת.אבל, עם זאת, אפילו מערכות מעוצבות היטב נתקלות במגבלות: ההידרדרות של תרכובות xenobioticות (טיפול תרופתי, מוצרים אישיים, מוצרים אישיים, חומרים כימיים, או חומרים כימיים תעשייתיים), עלולים, או למזגים באופן איטיים; או לצמצום של פעילות ביולוגית פתאומית;

תפקיד המיקרוביוטה הילידים

קהילות מיקרוביאליות ילידיות בפעולת הזייף הן מאוד ניתנות להתאמה, אך הן מתפתחות לאט. בתנאים יציבים, הן יוצרות מערכת אקולוגית מאוזנת.כאשר תרכובת חדשה או רעילה נכנסת לאוכלוסיות הילידים עלולות לדרוש ימים או שבועות כדי לבנות אנזים משפילים באמצעות מוטציות ועברת גנים אופקית.

המושגים והמכניזם של ביו-אגיוס

ביו-הכיבוד אינו רק מוסיף כל מיקרובים; הוא כרוך בבחירת בקפידה והכנת תרבויות שיכולות לבסס את עצמן בתוך המבנה הביו-סרטי או הפציפיסטי הקיים. המיקרואורגניזמים הנוספים חייבים לשרוד טרף, תחרות, והחלפת תנאים סביבתיים. יישום מוצלח תלוי בהבנת המסלולים המטבוליים המעורבים, הנישה האקולוגית של הזן המוצג, ואת הפרמטרים התפעוליים של מערכת הטיפול.

ישנם מספר מנגנונים שבאמצעותם הביו-אידוי משפר טיפול משני:

  • (ב) ⁇ :0) השפלה ישירה: ⁇ 1:1 (ה) הדחף הציג מטבוליט את המטרה, מה שממיר אותו למוצרי קצה לא מזיקים.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : (ב) ,ב"ה) יש כמה תרכובות של מיקרוברסן מחלחלות בעקיפין תוך כדי מטבוליזם של צמיחה.
  • (ב) ,0) ,Enzyme secretion: FLT:1 אנזימים חוץ סלולריים לשבור מולקולות גדולות או בלתי פתירות לתוך שברים קטנים יותר, ביו-זמינות.
  • (FLT:0)Biofilm שיפור: 1FLT:1 זנים נבחרים לקדם היווצרות ביופיל, הגדלת שימור הביומסה וחוסן המערכת.
  • (FLT:0)Quorum sensing הפרעה: ibph:1 , חיידקים מסוימים יכולים לשבש ביופילים פתוגניים או לשפר את הניתוק על ידי שינוי אות תא לתאי.

אסטרטגיות Inoculation

ביו-התגוויות יכולות להתבצע כתוספת חד פעמית, מינון תקופתי או זריקה מתמשכת.יישומים חד-פעמיים מתאימים להגיב לעומסים טרנסיים.עבור ממזהמים מתמשכים, האכלה תקופתית או רציפה מבטיחה שהאוכלוסייה המוגברת תישאר פעילה.חומר המוביל - תאים ללא פגע, נבונים מטבוליים, או נשאי ביו-סרטים - שימור והישרדות.

סוגים של מיקרואורגניזמים המשמשים ביו-אגיוס

תיבת הכלים המיקרוביאלית לביגודציה היא רחבה, כוללת חיידקים, פטריות ואפילו קונסורציה של מינים מרובים.הבחירה תלויה בזיהוי היעד, בתנאי המערכת ובתוצאה הרצויה.

Bacteria

Bacteria הם סוכני ביו-הכיבוד הנפוצים ביותר בשל הצמיחה המהירה שלהם ומגוון מטבולי רחב. Key Genera כוללים:

  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ :0)bacillusphFLT:1 spp: לייצר spores עמידים חום שיכולים לשרוד תנאים קשים; יעיל בחלבונים, שומנים ושמנים נוכחים בפסולת לעיבוד מזון.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • [ה] [ה]] [ה]][ה]]][ה]][ה]][דרוש מקור]]], ו[ה][דרוש מקור] [ה]]]] [ה[[המאה ה-20]], ו[[המאה ה-20]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]
  • (ב) ויקרא י"ד:2 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

פטריות

(הופנה מהדף ה-FLT:0Phanerochaete chrysosporiumFLT:1 ו-FLT:2Trametes לעומת צבע FLT 3:0; לייצר אנזים מלוטשים עמידים יותר, אשר יכולים להפיג את ה- pH, צבע, משבשות אנדוקריניים, ומולקולות אורגניות מורכבות אחרות, מאפשר לחדור לאט יותר לטמפרטורה של חלבונים ופסולת, אך ורקמותית, במיוחד לטמפרטורה ביולוגית.

קונסטנטייה מיקרוביאלית

קונסורציונאליות סינתטית - תערובת מוגדרות של שני מינים או יותר - מסלולי השפלה סינרגיסטים (Samsianergistic Disways) לדוגמה, קונסורציום המכיל מורדר ראשוני ושותף חוצה יכול למנוע הצטברות של ביניים רעילים. שמרנים זמינים מבחינה מסחרית מכילים לעתים קרובות זנים חיידקיים ופטריות שנבחרו עבור פעילות ביוכימית רחבה.

היתרונות של Bioaugmentation עבור תהליכי טיפול משני

היתרונות של ביו-הגנציה הם מעבר פשוט לשפר את האיכות המועילה.כאשר ייושמו כראוי, זה יכול להפוך את הכלכלה ואת הקיימות של צמח טיפול.

Removal of Recalcitrant Compounds

לוחות מופעלים האמנה בדרך כלל מסירים 85-95% של BOD אבל פחות יעיל עבור micropollutants כמו תרופות, חומרי הדברה וכימיקלים תעשייתיים. Bioaugment עם degraders מומחה יכול להעלות את שיעור ההסרה מעל 99% עבור תרכובות כגון atrazine, nonylphenol, ו-diclofenac. זה קריטי כמו התקנות על contaminants.

התאוששות מהירה יותר מ- Process Upsets

עומסים מזעזעים, שפך רעילים, או טיפות טמפרטורה יכולים להוביל לקריסה ביעילות הטיפולית.ביוגיל מספק תגובה מהירה: במקום ימי המתנה עבור האוכלוסייה הילידים להתאושש, מפעילי יכולים מיד מנה עם זנים חזקים כי מחדש השפלה. חוסן זה הוא בעל ערך במיוחד בצמחים קטנים עם יכולת מתפתל מוגבלת.

הפקה: Sludge הפקה

מכיוון ש ביו-הגבלה יכולה לשפר את היעילות המטבולית של הביומסה - מונעת יותר מזוהמת ל- CO2 ולא ביומסה - חלק מהמפעילים מדווחים על ירידה בתשואה.

תלות כימית מופחתת

חומרים כימיים, flocculants ו-oxidizing סוכנים משמשים לעתים קרובות לטיפול פסולת קשה.על ידי שיפור הסרה הביולוגית, ביו-החיסון מפחית את הצורך בכימיקלים, וכתוצאה מכך טביעת רגל סביבתית נמוכה יותר וסיכון מופחת של זיהום משני מ שאריות כימיות.זה גם נמנע היווצרות של חומרים מזיקים לחיטוי חומרים כי חמצון כימי יכול לייצר.

הסתגלות לשינוי אופיים של שפכים

וריאציות תעשייתיות ועונתיות יוצרות דרישות טיפול דינמיות.ביוגיל מציע ערכת כלים גמישה: זנים שונים יכולים להיות פרוסים בזמנים שונים, או קונסורציום צדדי יכול להתמודד עם מגוון רחב של מזהמים.זה הסתגלות עושה את זה אטרקטיבי במיוחד עבור שילוב מערכות תעשייתיות עירוניות או מתקנים שמקבלים פריאות אצווה מתעשיות מקומיות.

אתגרים ושיקולים להטמעה מוצלחת

למרות הבטחתו, ביו-היגוי אינו כדור כסף.יש לטפל בכמה מהמכשולים הביולוגיים והמבצעיים להשגת תוצאות עקביות.

הישרדות ותשומת לב של סטרינס

האתגר הגדול ביותר הוא להבטיח כי מיקרואורגניזמים נוספים נמשכים בכור. ⁇ Native הם היטב מפוצלים לסביבה המקומית ולעתים קרובות מחוץ לנספחים חדשים.Predation על ידי פרוטוזוה, רחצה במערכות עם זמני שימור הידראוליים קצרים, ותנאים לא נוחים צמיחה (pH, טמפרטורה, מתמוסס חמצן) יכול להפגיש אוכלוסיות כדי לשפר את הישרדות:

  • שימוש בתאים לא ממובילים על ספקים כדי להגן מפני שטיפת כלים.
  • בחירת זנים שגדלים בתנאים הספציפיים של המערכת.
  • הפחתה הדרגתית של מינונים קטנים חוזרים על פני תקופה.
  • החלת לחץ סלקטיבית (למשל, הוספת קו-סובסטריט שמעדיף את הזן המוגדל).

השפעות אקולוגיות בלתי צפויות

היכרות מיקרובים ממקורות חיצוניים יכולה לשבש באופן תיאורטי את האקולוגיה המיקרוביאלית הקיימת.למרות שרוב הזנים המסחריים הם לא-פתניים וגלו באופן טבעי במי שפכים, יש סיכון של שינוי אופניים מזינים או קידום כמויות גדולות של חלקיקים אם הזנים מייצרים פוליסריקפי פוליסרצ'רידים עודף. , גופי רגלטורי לעתים קרובות דורשים הערכות סיכון לפני שימוש נרחב בתחום רגיש של מעקב מיקרוביאלי באמצעות טכניקות כגון גירוי 16 RNA.

עלויות-אווירה ו Scalability

טיפוח מותאם אישית ונוסחאות של מוצרי ביו-אגרציה יכול להיות יקר, במיוחד אם נדרש זנים מרובים.העלות לקילוגרם של המוצר משתנה בין 10 ל -100 דולר בהתאם לחיי הטוהר והמדף. המפעילים חייבים להעריך את ההחזר הכלכלי - לעתים קרובות באמצעות עונשים מופחתים להיתר, צריכת אנרגיה נמוכה, או ירידה בעלויות ניהול סלפיד. עבור צמחים גדולים, ההשקעה יכולה להיות מוצדקת על ידי מניעת שדרוגים; עבור מתקנים קטנים יותר, יכול להיות סביר יותר.

מעקב ובקרה

ביו-הגנציה דורשת ניטור מלוטש.אופרות חייבות לעקוב לא רק באיכות יעילה, אלא גם אינדיקטורים ביולוגיים כגון שיעור עלייה בחמצן, מדד פענוח, ומוצרים מותסים ספציפיים.מערכות מינון אוטומטית הקשורות לחיישנים בזמן אמת (למשל, בדיקות פלואורסנס לפעילות מטבולית) הופכות ליותר נפוצות, ומאפשרות כוונון מדויק.

מחקרים: ביו-הגנציה בפעולה

דוגמאות בעולם האמיתי ממחישות את הפוטנציאל של ביו-הכיבוד לפתרון אתגרים ספציפיים.

פסולת תעשייתית - הסרת Phenol ו Cyanide

במפעל ייצור כימי במערב התיכון, הטיפול המשני לא היה מסוגל לעמוד במגבלות השחרור של פנול ו- cyanide, הן רעילות ביותר. a Customconortium of FLT:0Pseudomonas לשיםidaFLT:1 ו-FLT:2Bacillus cerus cerofFLT 3 היה מטופל מדי יום לתוך אגן בתוך, 2 מ"ג / 2 מ"ג ו- 25 מ"ג'י, 000 $ ל-L.

בסביבה הקרובה של Enhancing Cold-Weather Nitrification

צמח טיפול עירוני בצפון אירופה חווה פריצת דרך אווירית עונתית בחודשי החורף כאשר טמפרטורות מים ירדו מתחת 10 מעלות צלזיוס. לוחות מופעלים ניטראטים הם איטיים ורגישים לקור.הצמח החל להוסיף תערובת קניינית של פסיכוטיות FLT:0 NitrosomonasFLT:1 ו-FLT:2NitrobacterLT3mplerated של צינורות אלכוהוליים רק לאחר 2 ° CN.

פסולת תרופות - Degrading Active Pharmaceutical Ingredients

טיפול בבית חולים ובפסולת של תרופות המכילות אנטיביוטיקה, הורמונים, צייטוסטטים מציב אתגר גדול. במחקר טייס בבית חולים גדול, החוקרים הציגו קונסורציום של FLT:0Trametes לעומת ⁇ FLT:1 (לבן-rotazig) ו-FLT:2Pseudomonas aeruginosaFLT הפיק 3:3 לתוך סגסוגת 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

כיוונים עתידיים וחדשנות

ביו-הגנציה מתפתחת במהירות עם התקדמות בביולוגיה סינתטית, אקולוגיה מיקרוביאלית, ואוטומציה של תהליכים.

הנדסה Synthetic Consortia

החוקרים מעצבים קהילות מיקרוביאליות סינתטיות עם תפקידים מוגדרים, כגון מדרדר ראשוני בתוספת זנים עוזרים כי quench רעילים על ידי תוצרי לוואי או לייצר גורמי צמיחה.הקונסורטיה הזו ניתן לבנות מ- non-pathogenic, גנטית משככי-מישים כמו FLT:0Escherichia coliFLT:1 או FLT:2Baciusalustilis 3:3 להישאר בעלי יכולת אורגניזמים ספציפיים, למרות אורגניזמים מטבוליים, אם כי הם עדיין אורגניזמים מאובטחים.

ביו-אגרציה עם Quorum Sensing Regulators

מניפולציה של תקשורת חיידקית באמצעות quorum sensing (QS) אותות יכול לשפר היווצרות ביופיל וייצור האנזים.לדוגמה, הוספת lactones acyl-homoserine (AHLs) יכול לגרום צמיחה מחוברת של חיידקים מועילים, צמצום כביסה ושיפור יציבות לטווח ארוך. גישה זו, לפעמים נקרא "קכיפה" כאשר משתמשים לשלוט ב-ביופסיה, נחקרת עבור מתחמי ביו-תזונה מועילה.

מעקב בזמן אמת והתאמה

חיישנים מקוונים עבור BOD, חומרים מזינים, ומזהמים ספציפיים, בשילוב עם אלגוריתמי למידת מכונה, מאפשרים ביו-אגרציה הסתגלותית.המערכת יכולה לזהות הרגיז מתפתח (למשל, עלייה אמוניה) ובאופן אוטומטי לגרום לעושים של התרבות המיקרוביאלית המתאימה.זה שליטה סגורה ממקסמת את היעילות ומצמצם את הפסולת של מוצרים ביולוגיים יקרים.

שילוב עם תהליכים מתקדמים אחרים

ביו-הכיבוד אינו פועל בבידוד.שלב אותו עם ביולוגיים membrane (MBR) יכול לשפר את שימור האורגניזמים שהוצגו, שכן המברה שומר על מומחים איטיים. בדומה, הפיכה עם תהליכי חמצון מתקדמים (למשל, אוזון) יכול באופן חלקי להפחתת מולקולות של מזהמים, מה שהופך אותם ליותר נסבלים להשפלה ביולוגית - גישה היברידית של אנרגיה מתחדשת באקלים מצטבר.

סליחות ומבצע הטוב ביותר

עבור מהנדסי ייעוץ ומנהלי צמח בהתחשב ביו-הגנציה, כמה קווים מנחים יכולים למקסם את ההצלחה:

  • לבצע בזבוז יסודי כדי לזהות אתמזהמים המטרה ואת יכולת העונתית שלהם.
  • לבצע ניסוי טייס (4-8 שבועות) כדי לבחון תאימות לזנים, שיעורי מינון, והשפעה על הביולוגיה הכוללת.
  • עבודה עם ספק מהימן המספק תמיכה טכנית ושמירה על זנים.
  • המכון תכנית ניטור הכוללת בדיקות פעילות ביומסה וניתוח מבנה קהילתי (למשל, FISH או qPCR) בחודשים הראשונים.
  • ביצועי בסיס מסמכים ומדדי עלויות כדי להעריך החזר על ההשקעה.
  • להבטיח עמידה בתקנות המקומיות לגבי כניסתם של אורגניזמים שאינם קנייניים; בחלק מתחומי השיפוט, ההודעה או האישורים עשויים להיות נדרשים.

מסקנה

ביו-הכיבוד התבגר מתפיסת מחקר נישה לכלי מעשי, המתייחס למגבלות רבות של טיפול בשפכים משניים.על ידי מינוף היתרונות המטבוליים של מיקרואורגניזמים מיוחדים, צמחי טיפול יכולים להשיג הסרה גבוהה יותר של מזהמים של ניתוק, שמירה על ביצועים יציבים תחת לחץ, להפחית את הפחתת הפחתת הפחתת המשקעים הכימיים שלהם.

(ב) עיין בעקרונות הטיפול המשני (ב) ב[[המאה ה-20]], ב[[1924]], ב[[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]