نام گروه باکتری

بهینه فعالیت

نرخ رشد مخصوص

اسیدساز

۵/۶- ۲/۵

بیش از ۲ روز

استات­ساز

۷- ۶

۶/۳ روز

متان­ساز

۵/۸- ۵/۷

کمتر اما نزدیک به باکتری­ های استات­ساز

الف- باکتری­ های هیدرولیزکننده:
مجموعه باکتری­ های بی­هوازی مولکول­های پیچیده را به منومر تبدیل می­ کنند. هیدرولیز مولکول­های پیچیده توسط آنزیم­ های برون­سلولی مانند سلولاز، آمیلاز، پروتئاز و لیپاز انجام می­ شود.
ب- باکتری­ های اسیدساز:
عمل اسیدسازی را گروه ­های مختلف از باکتری­ های بی­هوازی اجباری و تعداد کمی بی­هوازی اختیاری انجام می­ دهند. نمونه ­ای از این این باکتری­ ها کلستریدیوم می­باشند.
ج- باکتری­ های استات­ساز:
استوباکترها از جمله باکتری­ های استات­ساز معروف می­باشند.
د- باکتری­ های متان­ساز:
اکثر این میکرو ارگانیسم­ها اتوتروف هستند. متانوتریکس و متانوسارسینا از متانوباکترهای معروف در فرآیندهای بی­هوازی هستند. باکتری­ های متان­ساز به ۲ گروه باکتری­ های متان­ساز مصرف ­کننده هیدروژن وباکتری­های متان­ساز مصرف ­کننده استات تقسیم می­شوند[۲۶ و ۲۷].
۲-۵- عوامل کنترل­ کننده تصفیه بی­هوازی:
۲-۵-۱- گوناگونی جریان و بارآلی:
تنوع جریان فاضلاب و بار آلی می ­تواند باعث آشفتگی و به­هم­ خوردگی در بالانس بین اسید تشکیل شده و متان­سازی در فرایند بی­هوازی شود و ممکن است اسیدهای چرب­ فرار راکتور (VFA^[11])و غلظت هیدروژن افزایش یابد و مقدار pH کاهش یابد. pH پایین­تر می ­تواند از متان­سازی جلوگیری کند. بنابراین یکنواخت­سازی جریان و بارآلی در هنگام اوج جریان و یا شرایط بار آلی زیاد باید فراهم شود [۲۴].

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

۲-۵-۲-غلظت مواد آلی و دما:
به­ طور کلی فاضلاب قوی و دمای نسبتاً زیاد نشانه­هایی است که استفاده از فرایند بی­هوازی را از نظر اقتصادی مقرون صرفه می­سازد. دمای راکتور ۳۰ درجه سانتی ­گراد تا ۴۰ درجه سانتی ­گراد به­ طور عمومی برای واکنش­های بیولوژیکی بهینه است و پایداری بیشتری در تصفیه­ ایجاد می­ کند. به­ طور معمول، غلظت COD بیشتر از mg/lit 2000 می ­تواند از نظر کمی مقدار کافی متان جهت گرم کردن فاضلاب، بدون استفاده از منبع سوخت خارجی ایجاد کند. با غلظت COD به مقدار mg/lit1300 یا کمتر، تصفیه هوازی ممکن است ترجیح داده شود. بنابراین در دمای کمتراز (۱۰ تا ۲۰ درجه سانتیگراد) میزان واکنش­های کمتری اتفاق می­افتد و زمان ماند سلولی بیشتر لازم می­باشد و حجم راکتور بزرگتر و بار آلی کمتری می­توان وارد کرد [۲۴].
درجه حرارت فرایند همچنین بر تجزیه ترکیبات مانند سولفید هیدروژن، آمونیاک، اسیدهای چرب فرار و حلالیت شیمیایی فاضلابهای پیچیده اثر می­ گذارد. به طور کلی میکروارگانیسم­ها براساس فعالیت در درجه حرارت­های مختلف به سه گروه سرمادوست^[۱۲] (۲۰-۰ درجه سانتیگراد)، معتدل^[۱۳] (۴۲-۲۰ درجه سانتیگراد) و گرمادوست^[۱۴] (۷۵-۴۲ درجه سانتی ­گراد) تقسیم می­شوند[۲۸]. دامنه فعالیت باکتری­ های بی­هوازی ۴۵-۱۰ درجه سانتی ­گراد و مناسب­ترین دامنه ۴۰-۳۰ درجه سانتی ­گراد است. در دمای رنج ۲۰-۱۰ درجه سانتیگراد، تفکیک­پذیری اسید چرب زنجیره­ای طولانی، اغلب محدود می­ شود. اگر اسید چرب زنجیره­ای بلند انباشته شود، ممکن است در راکتور کف ایجاد شود[۲۱]. با افزایش درجه حرارت بیش از ۴۵ درجه سانتی ­گراد، غشاء سیتوپلاسمی که از جنس پروتئین می­باشد تغییر ماهیت داده و در نتیجه سلول­ها به سرعت متلاشی شده و میکروارگانیسم­ها می­میرند. اثر درجه حرارت بر مرحله اول فرایند هضم (هیدرولیز و اسیدسازی) زیاد مهم نیست چرا که در جمعیت میکروبی مخلوط همواره باکتری­ های وجود دارند که در شرایط موجود دارای وضعیت بهینه باشند. در مراحل دوم و سوم که تجزیه توسط باکتری­ های استات­ساز و متان­ساز صورت می­گیرد، تغییرات درجه حرارت تأثیر زیادی دارد. در رنج دمایی معتدل، فعالیت باکتری­ ها و رشد آن­ها به ازاء کاهش هر ۱۰ درجه سانتی ­گراد زیر ۳۵ درجه سانتیگراد به مقدار نصف می­رسد[۲۷].
۲-۵-۳ pH و قلیائیت:
با مقدار CO₂ بالا (به­ طور نمونه درمحدوده ۳۰ تا ۵۰ درصد) در گاز تولید شده در تصفیه بی­هوازی، غلظت قلیائیت در رنج ۲۰۰۰ تا ۴۰۰۰ میلی­گرم در لیتر به عنوان CaCO₃ ، برای نگهداری pH در حد طبیعی مورد نیاز است. مقدار قلیائیت مورد نیاز، به ندرت در سیال ورودی وجود دارد، اما ممکن است در بعضی از موارد با تجزیه­پذیری پروتئین­ها و آمینواسیدها تولید شده باشد[۲۴].
pH مطلوب برای تصفیه بی­هوازی بین ۶/۶ و ۶/۷ می­باشد و pH مساوی ۲/۷ ایده­آل می­باشد و در مقادیر کمتر از ۵ و بیشتر از ۵/۸ معمولاً رشد متوقف می­ شود[۲۳]. بزرگ­ترین مشکل حفظ pH بالای ۶/۶ می­باشد، چون اسیدهای آلی تولید شده به­عنوان فرآورده ­های میانی در فرایند در زمان راه ­اندازی، بارگذاری بیش از حد یا دیاگرام شرایط نامتوازن می ­تواند باعث افت سریع pH توقف تولید متان گردد. راه ­اندازی پس از این­گونه وقایع بسیار کند و در حد چند هفته تا چند ماه می ­تواند باشد. بر این اساس اهمیت دارد که افت pH صورت نگیرد[۲۶].
اسیدیته برای باکتری­ های متان­ساز نسبت به استات­ساز ممانعت کننده­تر و افزایش میزان اسیدهای فرار شاخصی برای اختلال سیستم است. پایش نسبت کل اسیدهای فرار (برحسب اسیداستیک) به قلیائیت کل (برحسب کربنات کلسیم) در محدوده کمتر از ۱/۰ ضروری است که با تنظیم pH به­وسیله افزایش قلیائیت با افزودن مواد شیمیایی مانند آهک، آمونیاک بدون آب، هیدروکسید سدیم و بی­کربنات سدیم صورت می­گیرد. اما به­ طور عمومی، جهت فراهم­کردن قلیائیت از بی­کربنات سدیم استفاده می­ شود. زیرا این ترکیب تنها ماده شیمیایی است که تعادل را به سمت وضعیت قابل­قبول میل می­­دهد بدون این­که در موازنه فیزیکی و شیمیایی جمعیت میکروبی خللی ایجاد کند[۲۱].
۲-۵-۴-مواد غذایی:
با توجه به این­که فرآیندهای بی­هوازی لجن کمتری تولید می­ کند بنابراین به نیتروژن و فسفر کمتری برای رشد بیومس نیاز دارند، تعداد زیادی از فاضلاب­های صنعتی ممکن است کمبود مواد مغذی کافی را داشته باشند، در بین مواد مغذی غیرآلی برای رشد، اساسی­ترین آن­ها نیتروژن و فسفر هستند[۲۴]. نیتروژن حدود ۱۲ درصد وزن سلول را تشکیل می­دهد، در حالی­که فسفر حدود ۲ درصد آن را تشکیل می­دهد، به­ طور کلی عناصری که غلظت آن­ها در میکروارگانیسم­ها بیش از^۴-۱۰مولار باشد، به­عنوان مواد غذایی پرمقدار (شامل نیتروژن، فسفر و سولفور) و سایر عناصر تحت عنوان مواد مغذی کم مقدار شناخته می­شوند. براساس ویژگی­_­های مواد غذایی و مقدارSRT ، مقدار نیتروژن و فسفر و سولفور مورد نیاز به ترتیب درمحدوده ۱۰ تا ۱۳، ۲ تا ۶/۲ و ۱ تا ۲ میلی­گرم به ازاء هر ۱۰۰ میلی­گرم از بیومس مورد نیاز می­باشد[۳۰]. نسبت C:N:P در تحقیقاتی برای مراحل راه ­اندازی ۳۰۰:۵:۱ و طی شرایط پایدار ۵۰۰:۵:۱ پیشنهاد شده است و مقدار بهینه C:N:P مورد نیاز برای بازده بیشتر متان ۵/۰: ۵/۲: ۱۰۰ گزارش شده است[۳۱]. همچنین برای نگهداشتن ماکزیمم فعالیت متان­سازی، غلظت­های اضافی از این عناصر لازم است در فاضلاب موجود باشد. که مقادیر ۵۰ و ۱۰ و ۵ میلی­گرم در لیتر برای نیتروژن و فسفر و سولفور لازم است. تا این امر اطمینان حاصل گردد که محدودکننده نرخ رشد نخواهند شد. مقدار سولفور مورد نیاز را می­توان از سولفات در فاضلاب اولیه تأمین نمود. اگر کمبود سولفور وجود داشته باشد، سولفات را می­توان به­سادگی اضافه نمود ولی نبایستی بیش از حد وارد کرد چون احیاء سولفات تولید متان را کاهش می­دهد. باکتری­ های متان­ساز، از آمونیاک موجود در فاضلاب یا آمونیاک حاصل از هیدرولیز مواد پروتئینی و تجزیه اسیدهای آمینه یا هیدرولیز ترکیبات نیتروژن­دار غیرپروتئینی نظیر اوره به­عنوان منبع اصلی نیتروژن در فاضلاب­ها استفاده می­ کنند[۲۷].
یک الزام دیگر برای سیستم­های بی­هوازی، فلزات کم مقدار هستند که برای فعال­سازی آنزیم­ های اساس متان­سازی لازم می­ شود. لیست فلزات کم مقدار که در فعال­سازی فرایند تصفیه بی­هوازی دخیل هستند در جدول (۲-۴) ارائه شده است.
جدول ۲-۴: الزامات مواد مغذی برای تصفیه بی هوازی ­[۲۶]

مواد مغذی

حداقل مقدار مورد نیاز
(درصد ازCOD ورودی)

نیتروژن

۴-۳