ما هي العوامل التي تؤثر على تكوين الكتل البكتيرية؟

الكتل البكتيرية هي كتل لزجة تتكون من تجمع البكتيريا والمواد البوليمرية المفرزة خارج الخلية (EPS) داخل الحمأة المنشطة/الأغشية الحيوية؛ فهي وحدة وظيفية أساسية في معالجة مياه الصرف الصحي البيولوجية.

• البكتيريا الأساسية: *Zoogloea*، *Pseudomonas*، *Flavobacterium*، إلخ.

• المظهر: الكتل المتكونة حديثاً عديمة اللون وشفافة وذات بنية مدمجة. الكتل الناضجة تكون صفراء اللون-بنية وندفية؛ الكتل القديمة داكنة اللون وفضفاضة.

• الحجم: من عشرات إلى مئات الميكرومترات، على شكل شبكي/متفرع/كروي/فطري-.

1. الأساس: إفراز البكتيريا EPS (مفتاح "لاصق")

• التركيب: السكريات (70-80%) + بروتينات + كميات صغيرة من الأحماض النووية/الدهون.

• الوظيفة: تغليف الخلايا البكتيرية، وتلتصق ببعضها البعض، وتشكل إطارًا شبكيًا.

• الإثارة: يحدث الإفراز الواسع النطاق في ظل وجود مغذيات كافية، وظروف هوائية، ودرجة حموضة مناسبة (6.5-7.5)/درجة حرارة (20-35 درجة).

2. التجميع: الالتصاق والجسر من شكل ميكروفلوكس.

• تلتصق المتجانسات الحيوية عبر كبسولات/طبقات مخاطية. تتصل الكائنات غير المتجانسة عبر شبكة EPS.

• تحييد الشحنة: السطح البكتيري يحمل شحنة سالبة. تعمل الكاتيونات (Ca²⁺/Mg²⁺) على تحييد الشحنة، وتعزيز التجميع.

• النتيجة: تكوين 10-50 ميكرومتر من الميكروفلوك.

3. النضج: تتجمع الميكروفلوكس، وتتطور إلى كتل بكتيرية.

• يستمر الميكروفلوك في امتصاص البكتيريا والمواد العضوية والجسيمات العالقة، مما يزيد في الحجم والكثافة.

• يتم تشكيل بيئة ميكروية هوائية ← عديمة الأكسجين ← لاهوائية داخليًا، مما يدعم إطلاق النترجة/نزع النتروجين/الفوسفور في وقت واحد.

• الكتل البكتيرية الناضجة: 100-500 ميكرومتر، ذات خصائص ترسيب جيدة ونشاط عالي.

1. تدهور المواد العضوية

• مساحة سطح محددة عالية: امتزاز + تحلل المواد العضوية الذائبة/الغروية، أكثر كفاءة من 5 إلى 10 مرات من البكتيريا الحرة.

• التمثيل الغذائي التآزري: البكتيريا الهوائية تحلل COD القابلة للتحلل بسهولة، والبكتيريا اللاهوائية تحلل المواد المتمردة، والتمعدن → CO₂ + H₂O.

• مثال: معدل إزالة BOD5 من مياه الصرف الصحي البلدية هو 80-95%، ويرجع ذلك بشكل رئيسي إلى الكتل.

2. امتزاز عالي الكفاءة

• امتزاز المواد الصلبة العالقة (SS)، والمعادن الثقيلة، والأصباغ، والمواد العضوية النزرة.

• الآلية: توفر مجموعات الهيدروكسيل/ الكربوكسيل/ الأمينية من EPS العديد من مواقع الامتزاز. بعد الامتزاز، التخصيب → التدهور/هطول الأمطار.

3. الحمأة-فصل الماء

• كثافة الندف ≈ 1.02-1.05 جم/سم3، يستقر بسهولة عن طريق الجاذبية (خزان الترسيب الثانوي).

• كتل ممتازة: SV30=20–30%، SVI=50–150 مل/جم، ترسيب سريع، تدفق صافي.

• كتل سائبة/قديمة ← تكتّل الحمأة ← التدفق العكر، فقدان الحمأة.

4. الحماية ومقاومة الإجهاد

• مكافحة البلعمة-: إن تغليف EPS يجعل من الصعب على الكائنات الأولية أن تفترسها، مما يحافظ على الكتلة الحيوية المستقرة.

• مقاومة السمية: يمتص EPS/يخزن المواد السامة (المعادن الثقيلة، الفينولات، السيانيد)، ويحمي الخلايا البكتيرية.

• مقاومة الصدمات: تظل البيئة الدقيقة الداخلية مستقرة في ظل تقلبات درجة الحموضة/درجة الحرارة/الحمل، مما يوفر مقاومة قوية للصدمات.

5. إزالة النيتروجين والفوسفور

• النترجة: تعمل البكتيريا النتروجينية الموجودة في المنطقة الهوائية السطحية على تحويل NH₄⁺ إلى NO₃⁻.

• إزالة النتروجين: تعمل عملية إزالة النتروجين من البكتيريا الموجودة في منطقة نقص الأكسجين الداخلية على تحويل NO₃⁻ إلى N₂ (إزالة النيتروجين).

• إزالة الفوسفور: تمتص البكتيريا المتراكمة من البولي فوسفات-الفسفور هوائيًا وتطلق الفوسفور لا هوائيًا، بينما تقوم الحمأة المتبقية بتفريغ الفوسفور.

6. الاستقرار البيئي

• تتشكل سلسلة غذائية من البكتيريا/الفطريات/الأوالي/الميتازوا داخل الكتلة، مما يمنع النمو المفرط للبكتيريا الخيطية ويمنع تراكم الحمأة.

• تعمل البروتوزوا (الدوامة/الدوارات) ككائنات مؤشرة: المزيد من الدوامات ← نشاط كتلة أفضل وتدفقات سائلة أكثر وضوحًا.

• كتل جيدة: أصفر فاتح/شفاف، هيكل مدمج، حواف أنيقة، حجم موحد، ثبات سريع، طاف شفاف.

• كتل رديئة: لون داكن، بنية فضفاضة، حواف غير واضحة، شظايا كثيرة صغيرة، ترسيب بطيء، طاف عكر.

• الفحص المجهري: المراقبة عند تكبير 400x. تتفوق الكتل الكبيرة والكثيفة التي تحتوي على العديد من الدوامات.

• الأكسجين المذاب (DO): 2-4 ملغم/لتر (عالي جدًا ← كتل سائبة؛ منخفض جدًا ← اسوداد ورائحة كريهة). • نسبة العناصر الغذائية: C:N:P=100:5:1 (نقص النيتروجين ← تضخيم البكتيريا الخيطية؛ نقص الفوسفور ← كتل سائبة).

• الرقم الهيدروجيني: 6.5-7.5 (حمضية جداً ← تفكك؛ قلوية جداً ← شيخوخة).

• درجة الحرارة: 20-35 درجة (درجة حرارة منخفضة ← نمو بطيء، كتل سائبة).

• زمن الاحتفاظ بالحمأة (SRT): 5-15 يومًا (قصير جدًا ← العديد من الكتل الجديدة، ضعف الترسيب؛ طويل جدًا ← تقادم، نشاط منخفض).

الكتل هي "قلب" معالجة مياه الصرف الصحي البيولوجية: تتكون من تجميع الكائنات الحية الدقيقة خارج الخلية و EPS (الكائنات الحية الدقيقة خارج الخلية)، وتتمثل وظائفها الأساسية في الامتزاز والتدهور والترسيب ومقاومة الإجهاد؛ تحدد كميتها وحجمها وبنيتها بشكل مباشر جودة النفايات السائلة واستقرار النظام. يمكن أن يؤدي التحكم في DO والعناصر الغذائية ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة وعمر الحمأة أثناء التشغيل إلى الحفاظ على كتل ذات جودة عالية- ذات بنية مدمجة ونشاط عالي وترسيب جيد.