چگونگی ساخت افزودنی های بیولوژیکی گندانبار

بیشتر باکتری های موجود در گندانبارها، ذاتاً از نوع هتروتروف هستند. بدین معنی که برای غذا و انرژی به یک ترکیب آلی متکی هستند. برخی از سویه ها همچنین به برخی مواد مغذی دیگر مانند ویتامین ها در رژیم غذایی خود نیاز دارند. بنابراین ساخت باکتری مستلزم استفاده از یک محیط فیزیکی مناسب است که برای رشد باکتری‌ها مساعد می‌باشد. محیط در واقع باید دارای PH، دما، اکسیژن و منبع تغذیه مناسب باشد. باکتریهای مختلف عملکردهای متفاوتی دارند و هر گونه باکتری در سیستم گندانبار مفید نیست.

فرآیند ساخت افزودنی‌های بیولوژیکی، مستلزم دستکاری سویه‌های میکروبی با هدف بهبود ویژگی‌های تکنولوژیکی آن‌ها است. منابع اصلی سویه های باکتری گیاهان، خاک و جوندگان هستند. اما حال این سوال پیش می‌آید که چگونه افزودنیهای گندانبارها ساخته میشوند؟

روش‌های ساخت افزودنی های بیولوژیکی گندانبار

برای ساخت افزودنی های بیولوژیکی سپتیک تانک ها، میتوان از گونه‌های مختلفی نام برد. در ادامه به تجزیه و تحلیل پارامترهای مختلف در سیستم های تصفیه فاضلاب، اشاره خواهیم نمود:

انتخاب سویه باکتریایی گندانبار

بسیاری از سازندگان و محققان، به دلیل اثربخشی چشمگیر آن در تصفیه فاضلاب از سویه باسیلوس استفاده می‌کنند. در واقع این همان سویه‌ای است که برای تصفیه صنعتی فاضلاب توسط گندانبار، (قبل از رهاسازی مجدد پساب به محیط) استفاده می‌شود. باسیلوس یک باکتری بی هوازی اختیاری است که در محیط‌هایی با اکسیژن کم؛ یا بدون اکسیژن، رشد میکند. این باکتری ها همچنین دارای:

• لخته سازی و
• چسبندگی بالایی

هستند که می توانند به بهبود روند نشست لجن در سیستم های گندانبار کمک کنند. این ویژگی‌ها، سویه را به گزینه‌ای عالی برای افزودنی‌های بیولوژیکی گندانبار تبدیل می‌کند، زیرا می‌توانید روی آن برای کمک به هضم بی‌هوازی زباله‌های آلی حساب کنید. روش انتخاب سویه باکتریایی مستلزم تصفیه و جداسازی کشت خالص است. همچنین روش انتخاب سویه به غربالگری ارگانیسم های اولیه نیز بستگی دارد. فرآیند غربالگری به منظور شناسایی آندست از باکتریهاییست که بالاترین پتانسیل را دارند. سپس بهینه ترین سویه برای تصفیه بیولوژیک در گندانبار انتخاب می شود و در ادامه با قرار دادن آن در معرض فشارهای تکاملی مانند:

• محیط های pH و
• مواد معدنی سمی،

حتی بیشتر تقویت می شود. از طریق انتخاب سویه، اهدافی از جمله «افزایش تراکم باکتری های مطلوب» محقق می شود. افزایش تراکم باکتریهای مطلوب؛ در نهایت سرعت کلی حذف زباله های آلی را افزایش می دهد. اما جداسازی باسیل مانند ضرب المثل جستجوی سوزن در انبار کاه است. برای شروع، برای به دست آوردن کشت خالص، باسیل تک کلونی از طریق رگه‌بندی کشت‌های رویشی روی صفحات آگار مغذی جدا می‌شود. بدلیل پیچیدگی این فرآیند، ما معمولاً از بانک های سویه آماده ای استفاده می کنیم که دارای سویه های باکتری بی هوازی باسیل از قبل جدا شده‌اند.

تخمیر مایع

شیوه تخمیر مایع غوطه‌ور به دهه 1930 برمی‌گردد. بدلیل اثربخشی آن در توسعه آنزیم‌های مشتق‌شده از ترکیبات میکروبی، امروزه همچنان مورد استفاده قرار می‌گیرد. بستری که برای فرآیند تخمیر استفاده می شود در حالت مایع که دارای مواد مغذی است، نگهداری می شود و به همین دلیل به آن تخمیر مایع غوطه ور می گویند. مایعات مورد استفاده در این روش شامل الکل، روغن، ماست و غیره است.

برای اینکه تخمیر مایع در گندانبار موثرتر باشد، باید بهترین سویه و همچنین بهترین بستر را انتخاب کنید.

بیاد داشته باشید که همه سویه‌های باکتری در سناریوهای مختلف، به یک شکل پاسخ نمی‌دهند. به‌همین دلیل است که انتخاب سویه مناسب برای فرآیند تصفیه بیولوژیکی فاضلاب مهم است. گونه های باکتریایی که با موفقیت مورد استفاده قرار گرفته‌اند، عبارتند از گونه های:

• باکتری های باسیلوس،
• سودوموناس،
• سلولوموناس و
• آئروباکتر.

گونه های باسیلوس شامل: Bacillus macerans ، Bacillus amyloliquefaciens ، Bacillus macerans، Bacillus pumilus ، Bacillus subtilis و بسیاری دیگر هستند.

آنزیم های تصفیه بیولوژیکی گندانبار

آنزیم هایی که معمولا در افزودنی های بیولوژیکی گندانبار استفاده می شوند عبارتند از:

• پروتئازها،
• لیپازها،
• آمیلازها،
• اوره آزها،
• سلولازها و
• نیترات ردوکتاز.

در اینجا چند دستورالعمل در هنگام انتخاب سویه باکتری مناسب برای گندانبار آورده شده است.

1) محیط:

برای دستیابی به بهترین نتایج، قطعاَ نیاز دارید سویه‌های باکتریایی را انتخاب کنید که در فرآیند تصفیه بیولوژیکی فاضلاب، به خوبی عمل کنند. مهمترین عوامل محیطی که ارزش در نظر گرفتن دارند: شرایط هوازی و بی هوازی و البته ph.

2) هدف:

هدف باکتری که می‌سازید، میتواند انتخاب بهترین سویه را نیز برایتان تعیین نماید. درحقیقت هدف باکتری ها نوع آنزیم هایی را که باید تولید کنید مشخص می کند و این به شما کمک می کند تا بهترین سویه را با آن ها (اهداف موردنظر) آشنا کنید.

3) پیچیدگی:

در برخی موارد، ممکن است بخواهید چندین سویه را برای اثربخشی هرچه بیشتر گندانبار، باهم ترکیب کنید. زیرا برای دستیابی به نتایج متمایز، نیاز دارید که باکتری ها در محیط های مختلف (مانند بی هوازی و هوازی) کار کنند.

باکتری های بی هوازی موجود در گندانبار از هر نوع هم که باشند، نباید در فرآیند تخلیه لجن، به بیرون رانده شوند. زیرا دیگر نمیتوان انتظار داشته تصفیه بیولوژیکی فاضلاب به خوبی صورت بگیرد.

چگونه بستر مناسب را پیدا کنیم؟

میکروب ها در طبیعت همه جا وجود دارند. به‌این معنی که تقریباً از هر منبعی می توان آنها را به دست آورد. با وجود این، محیط های غنی از بستر برای ایجاد کرنش های کارآمد باید شناسایی شوند. در انتخاب بستر، سویه های کارآمد بر اساس میل ترکیبی آنها برای یک بستر مشخص جدا می شوند. رقت سریالی آنزیم های تصفیه بیولوژیک نیز ممکن است مورد استفاده قرار گیرد و این مستلزم به حداقل رساندن تعداد کلنی ها برای آسان کردن انتخاب است. این تکنیک ها برای تولید:

• آمیلاز و
• سایر آنزیم ها و باکتری ها،

ایده آل هستند. انتخاب بهترین بستر برای رشد باکتری های بی هوازی/هوازی، به دو احتمال خلاصه می شود. آیا یک بستر مصنوعی می خواهید یا یک بستر طبیعی؟. اگرچه بسترهای مصنوعی، قیمت بیشتری نسبت به زیرلایه های طبیعی دارند. ولی معمولاً از آنها استفاده می شود؛ زیرا کار با آنها و مدیریت فرآیندهایشان، آسان تر است. بزرگترین مزیت بسترهای طبیعی این است که سازگار با محیط زیست هستند. با این حال، تعداد زیادی متغیر وجود دارد که باید آنها را در نظر بگیرید و این دلیل پیچیدگی استفاده از بسترهای طبیعی است.

نتیجه فرآیند تخمیر بسته به بستر مورد استفاده متفاوت است و بنابراین انتخاب بستر مناسبف بسیار مهم است. تکنیک‌های مورد استفاده در تخمیر نیز باید برای بسترهای مختلف بهینه شوند. چراکه میکروارگانیسم‌ها به گونه‌ای متفاوت به بسترهای مختلف واکنش نشان می‌دهند. برخی از بسترهای رایج مورد استفاده در تخمیر مایع شامل:

• ملاس،
• قندهای محلول،
• آب میوه‌ها و سبزیجات،
• محیط‌های مایع و فاضلاب/پساب

هستند. هنگام ساخت مواد افزودنی بیولوژیکی برای استفاده در گندانبار، فاضلاب ایده آل ترین بستر است زیرا باکتری هایی را تولید می کند که در گندانبارها رشد می کنند.

روش تغذیه دسته ای

در روش تغذیه دسته ای، معمولاً مواد مغذی رشد استریل شده به کشت اضافه می شود. بطوریکه سرعت رشد کشت از طریق افزودن مواد مغذی حفظ می شود. شیوه‌ی تخمیر مداوم از یک سیستم باز استفاده می کند که امکان افزودن مداوم مواد مغذی مایع استریل شده را فراهم می‌کند. طی بکارگیری هر دو روش، برخی از متغیرها باید نظارت شوند تا از تخمیر اطمینان نهایی حاصل شود. این متغیرها عبارتند از:

• PH،
• دما و
• سطح اکسیژن/ دی اکسید کربن.

نکته: شیوه کار چربی گیر پلی اتیلن، هیچ ارتباطی با وجود باکتری های بی هوازی ندارد. بدین شکل که در این دستگاه‌ها، تنها فرآیند جداسازی لایه ها صورت می گیرد.

مراحل زیر در روش تغذیه دسته ای دنبال می شود.

 عقیم سازی میکروارگانیسم های گندانبارها

استریل کردن محیط و کشت مهم است. زیرا از رشد میکروارگانیسم های ناخواسته یا آلودگی در گندانبارها جلوگیری می کند. استریل کردن با بخار در یک زودپز در دمای 120 درجه سانتیگراد به مدت تقریبی 20 دقیقه تحت فشار 15psi انجام می شود. طی عملیاتهای در مقیاس بزرگ، تخمیر (بیو راکتور) به طور کلی حتی قبل از معرفی رسانه استریل میشود.

تقویت باکتری ها

رشد باکتری‌ها فقط از چند باکتری از ویال بانک سلولی شروع می‌شود. سپس به‌صورت مرحله‌ای به بیو راکتور رشد می‌کنند. تلقیح نیز در یک فلاسک که محیط کشت را در شرایط استریل شده سازگار کرده است، وارد میشود. سپس باکتری های گندانبار، فعال می شود و شروع به تکثیر می کند. نهایتاَ باکتری ها به منظور افزایش حجم تخمیر، به ظرف بزرگتری برده می شوند.

افزایش مقیاس تخمیر

پس از بررسی خلوص تلقیح، مرحله بعدی انتقال آن به یک پیش بیوراکتور، در شرایط استریل است. در اینجا:

• pH،
• فشار و
• دما،

برای اطمینان از رشد بهینه کنترل می شود. شرایط جدول‌های زمانی و الگوهای رشد از سویه‌ای به سویه دیگر متفاوت است. اما به طور متوسط، میکروب‌ها معمولاً یک فاز رشد نمایی دارند که سپس مرحله فلات و سپس مرحله مرگ دنبال می‌شود. هدف از این مرحله، متوقف کردن فرآیند تخمیر زمانی است که باکتری‌ها فعال‌ترین مرحله آنها هستند. هنگامیکه تخمیر متوقف می شود، باکتری ها به یک بیوراکتور صنعتی (فرمانتور) منتقل می شوند. نهایتاَ میتوان طی فرآیندی، آنها را به گندانبارها انتقال داد.

هوادهی و اختلاط باکتری های تصفیه فاضلاب

مخلوط کردن محیط در تخمیر، به توزیع یکنواخت مواد مغذی با جمعیت باکتری‌های موجود در کشت کمک میکند. باسیلوس برای دستیابی به رشد مطلوب، نیاز به محیطی دارد که کشش اکسیژن کمی داشته باشد.

برداشت توده سلولی

در این مرحله باکتری های زنده از طریق فرآیند سانتریفیوژ از محیط کشت، جدا می شوند. سانتریفیوژ به حذف 75% آب کمک می کند و این باعث می شود 50 تا 100 برابر غلظت باکتریهای زنده بیشتر گردد.

خشک کردن انجمادی باکتری‌ها

لیوفیلیزاسیون یا خشک کردن انجمادی، روشی است که در کم آبی:

• باکتری ها و
• آنزیم ها،

به منظور حفظ طولانی مدت آنها به صورت پودر استفاده می شود. هنگام استفاده از این تکنیک، میکروب‌ها در معرض انجماد اولیه قرار می‌گیرند و سپس با فشار زیر 1 میلی‌بار پردازش می‌شوند. هر آبی که در محصول یافت می شود به یخ تبدیل می شود و تحت فشار بسیار کم برای خارج کردن از کندانسور تصعید می شود.

از این شیوه چندان برای ساخت آنزیم‌های مورد استفاده در گندانبارها، بهره برده نمیشود.

پردازش باکتری های باسیلوس گندانبار

چنین مرحله‌ای تضمین می کند که باکتری هایی که پردازش و بسته بندی می شوند،

• زنده،
• خالص و
• پایدار

هستند. زمانی که مرحله خشک کردن انجمادی کامل شد، باکتری ها یک کیک جامد تشکیل می دهند که دارای 2-4٪ محتوای آب هستند. این کیک آسیاب می شود تا پودر ریز و یکدستی به دست آید. در طول فرآیند آسیاب، اختلاط و بسته بندی، «رطوبت» به شدت کنترل می شود تا با فرمولاسیون مورد نظر تداخل نداشته باشد. درادامه با مواد رقیق کننده و پوسیدگی مخلوط می شود تا به غلظت مورد نظر برسد.

تخمیر بیولوژیکی برای گندانبار

تخمیر یک تکنیک بیولوژیکی برای تبدیل بسترهای پیچیده به ترکیبات ساده توسط باکتری ها و سایر میکروارگانیسم ها در گندانبار است. به‌غیر از محصول اصلی تخمیر، ترکیبات اضافی به نام متابولیت های ثانویه نیز تولید می گردند. آنزیم‌ها برخی از متابولیت های ثانویه مهمی هستند که از طریق این فرآیند تشکیل می شوند.

از آنجا که تخمیر می تواند انواع متابولیت ها را تولید کند، اغلب در یک محیط کنترل شده انجام می شود تا تنها نتایج مورد نظر حاصل شود. یکی از راه های انجام این کار استفاده از بسترهای جامد مانند:

• باگاس،
• خمیر کاغذ و
• سبوس

است. رویکردی که بازیافت مواد زاید غنی از مواد مغذی را به عنوان بستر امکان پذیر می کند. باتوجه به این مسئله که تخمیر معمولاً به آرامی و پیوسته انجام می‌شود، میتوان از بستر برای مدت طولانی نیز استفاده کرد. تخمیر برای تولید میکروارگانیسمی که به رطوبت کمی نیاز دارد ایده آل است. بهنگام ساخت باکتری برای استفاده در گندانبار یا هر مکان دیگری که رطوبت بالایی دارد، بهترست از روش تخمیر مایع یا غوطه‌ور استفاده کنید.

تفاوت بین باکتری‌های زنده و اسپور باکتری ها

اسپورها ذاتاً سلول‌های بقای غیرفعال هستند که توسط یک موجود زنده در پاسخ به تغییر محیط تولید می‌گردند. حتی اگر همه قارچ ها هاگ تولید کنند، همه باکتری ها این کار را نمی کنند. باسیلوس و کلستریدیوم از جمله باکتری هایی هستند که هاگ تشکیل می دهند. اینچنین هاگ هایی معمولاً در برابر تأثیرات شیمیایی و فیزیکی جریانات موجود در گندانبار، مقاوم هستند.

سلول زنده واقعی که به آن سلول رویشی نیز می گویند، سلولی است که اسپور تولید می کند. بلحاظ علمی و ساختاری، به عنوان یک لایه محافظ در اطراف DNA آن عمل میکنند. هنگامیکه شرایط مساعد از سر گرفته می شود، پروتئین های محافظ، اسپور را حل می کنند. امری که به سلول اجازه می دهد تا به طور طبیعی عمل کند. بنابراین باکتری های تشکیل دهنده‌ی هاگ نسبت به باکتری های زنده، در برابر محدودیت های محیطی مقاومتر هستند. همین ویژگی، دلیل اصلی استفاده از باکتری های تشکیل دهنده هاگ (باسیلوس) در افزودنی‌های بیولوژیکی است. اسپورهای باکتری نه تنها دوام بیشتری دارند؛ بلکه به راحتی قادرند تا در صورت لزوم دوباره فعال شوند.

نتیجه گیری افزودنی‌های گندانبار بیولوژیکی

همه روش‌های مختلف ساخت افزودنی‌های بیولوژیکی، یک ویژگی مشترک دارند. افزودنی‌های مذکور عمدتاً از باکتری‌ها و آنزیم‌ها ساخته می‌شوند. اگرچه از بسترهای مختلفی برای تولید استفاده می شود، اما محصول نهایی میکروب های سالمی است که هیچ اثر جانبی روی کارایی گندانبار شما نخواهد داشت. ازهمین رو است که توصیه میکنیم از افزودنی های بیولوژیکی به جای افزودنی های شیمیایی استفاده کنید.

برخلاف تصفیه بیولوژیکی گندانبار، شیوه پالایش در انواع پکیج تصفیه فاضلاب صنعتی متفاوت است.