مرجع تخصصی آب و فاضلاب

میکروارگانیسمها (مانند باکتریها، قارچها، مخمرها، و جلبکها) نقش حیاتی در محیطهای صنعتی ایفا میکنند. آنها در فرآیندهای تولیدی، تصفیه پسابها، تولید مواد شیمیایی، و حتی در کاهش آلودگیهای محیطی استفاده میشوند. در زیر به کاربردها، مزایا و چالشهای میکروارگانیسمها در صنعت پرداخته میشود:

۱. کاربردهای اصلی میکروارگانیسمها در صنعت
الف. تولید مواد غذایی و نوشیدنیها
- تخمیر :
- تولید ماست، پنیر، سرکه، نان، آبجو، و شراب با استفاده از مخمرها و باکتریها (مانند *لاکتوباسیلوس* و *ساکارومایسس*).
- تولید افزودنیهای غذایی :
- تولید اسیدهای آمینه، ویتامینها (مانند B12)، و آنزیمها (مثل پروتئاز و لیپاز) توسط میکروارگانیسمها.

ب. صنایع دارویی و بیوتکنولوژی
- تولید آنتیبیوتیکها :
- تولید پنیسیلین از قارچ *پنیسیلیوم* و استرپتومایسین از باکتری *Streptomyces*.
- سنتز پروتئینهای نوترکیب :
- استفاده از *اشریشیا کلی* یا مخمرها برای تولید انسولین، واکسنها، و آنتیبادیها.
- تولید پروبیوتیکها :
- باکتریهای مفید مانند *لاکتوباسیلوس* و *بیفیدوباکتریوم* برای بهبود سلامت انسان.

ج. تصفیه پسابهای صنعتی
- بیوراکتورها :
- استفاده از باکتریهای هوازی و بیهوازی برای تجزیه مواد آلی و سموم در فاضلاب (مانند نیتراتزدایی و کاهش BOD/COD).
- زیستپالایی (Bioremediation) :
- پاکسازی آلایندههای نفتی، فلزات سنگین، و مواد شیمیایی سمی با میکروارگانیسمهای خاص (مثل *Pseudomonas*).

د. تولید انرژیهای تجدیدپذیر
- بیوگاز :
- تخمیر بیهوازی زبالههای آلی توسط باکتریها برای تولید متان.
- بیواتانول :
- تبدیل زیست توده به اتانول با استفاده از مخمرها (مانند *Saccharomyces cerevisiae*).
- میکروجلبکها برای تولید بیودیزل :
- جلبکهای ریز برای تولید لیپیدهای قابل تبدیل به سوخت.

ه. صنایع شیمیایی و معدنی
- بیولیچینگ (Bioleaching) :
- استخراج فلزات (مانند مس، طلا) از سنگ معدن با استفاده از باکتریهای اکسیدکننده (مثل *Acidithiobacillus ferrooxidans*).
- تولید اسیدها و حلالها :
- تولید اسید سیتریک توسط قارچ *Aspergillus niger* یا استون و بوتانول توسط باکتری *Clostridium*.

۲. مزایای استفاده از میکروارگانیسمها در صنعت
- کاهش هزینه ها : جایگزینی فرآیندهای شیمیایی پرهزینه با روشهای زیستی.
- پایدار بودن : کاهش مصرف انرژی و تولید ضایعات سمی.
- انعطافپذیری : توانایی میکروارگانیسمها در سازگاری با شرایط مختلف.
- کارایی بالا : تجزیه مواد پیچیده یا آلایندهها که روشهای شیمیایی قادر به حذف آنها نیستند.

۳. چالشها و محدودیتها
- نیاز به کنترل دقیق شرایط : دما، pH، اکسیژن، و مواد مغذی باید بهینه باشند.
- خطر آلودگی : رشد ناخواسته میکروارگانیسمهای نامطلوب در فرآیندهای صنعتی.
- مقاومت آنتیبیوتیکی : نگرانی از انتقال ژنهای مقاومت در محیطهای صنعتی.
- زمانبر بودن : برخی فرآیندهای زیستی نسبت به روشهای شیمیایی کندترند.

۴. فناوریهای نوین در بهکارگیری میکروارگانیسمها
- مهندسی متابولیک : تغییر مسیرهای متابولیک میکروبها برای افزایش بازدهی.
- کریسپر (CRISPR) : ویرایش ژنتیکی برای ایجاد سویههای صنعتی کارآمدتر.
- بیوراکتورهای پیشرفته : سیستمهای خودکار برای نظارت بر رشد میکروبی و تولید محصول.
- میکروبیوم صنعتی : استفاده از اجتماعات میکروبی پیچیده برای تجزیه مواد سخت.

۵. مثالهای موفق صنعتی
- شرکت Novozymes : تولید انبوه آنزیمهای صنعتی با استفاده از قارچها و باکتریها.
- پالایشگاه های زیستی : تبدیل زیست توده به سوخت با کمک مخمرها.
- تصفیه خانه های فاضلاب : استفاده از لجن فعال (Active Sludge) برای تجزیه مواد آلی.

نتیجه
میکروارگانیسمها به عنوان کارخانه های زیستی در صنعت، نقشی کلیدی در توسعه پایدار، کاهش آلودگی، و تولید محصولات ارزشمند ایفا میکنند. با پیشرفت فناوریهای زیستی، استفاده از آنها در صنایع گسترده تر و کارآمدتر خواهد شد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

ارزیابی پتانسیل خطر تری هالومتان‌ها در آب شرب مراکز نظامی منتخب استان تهران

حسین معصوم بیگی، احمد اخلاقی، مهدی راعی، قادر غنی زاده*
دانشکده بهداشت دانشگاه علو.م پزشکی بقیه الله عج

 زمینه و هدف :‌ گندزدایی آب آشامیدنی فرآیند ضروری تصفیه آب شرب برای حذف عوامل میکروبی است. تری هالومتان­ها (THMs) یکی از محصولات جانبی گندزدایی آب با کلر با احتمال سرطان­زایی هستند.  این مطالعه با هدف ارزیابی پتانسیل خطر THMs در آب شرب مراکز نظامی منتخب استان تهران انجام شد.
روش­ها:  این مطالعه توصیفی مقطعی در سال ۱۳۹۹ با برداشت 30 نمونه آب شرب از آب لوله کشی شهری و آب زیر زمینی مراکز مورد مطالعه انجام شد. اندازه گیری کلر آزاد باقی­مانده، دما، pH به روش­های استاندارد و THMs نمونه­ها با استفاده از دستگاه گاز کروماتوگراف دتکتور جرمی (GC-Mass) و ارزیابی پتانسیل خطر غلظت­های مختلف THMs با استفاده از شاخص­های THQ ،TR وPTDI انجام شد.
یافته ها : متوسط غلظت THMs در مراکز دارای آب زیرزمینی µg/L 25/2 و مراکز دارای آب شهریµg /L  39/2 بود. متوسط غلظت THMs در تمامی مراکز کمتر از استانداردهای توصیه شده بود. همبستگی مثبتی بین غلظت THMs با مقدار کلر آزاد باقی­مانده، دما و pH  وجود دارد اما معنی ­دار نبود. میزان دریافت تقریبی قابل تحمل روزانه THMs برای مراکز دارای آب زیرزمینی و شهری به ترتیب  mg/kg.day10-3×10/0 و 3-10×11/0 تعیین شد. شاخص خطر سلامت برای تمامی مراکز منتخب001/0 و مقدار شاخص خطر سرطان­زایی برای مراکز دارای آب زیرزمینی و شهری به ترتیب 8-10×32/0 و  8-10×34/0 محاسبه شد.
نتیجه گیری : نتایج این مطالعه نشان داد غلظت THMs موجود در آب شرب مراکز منتخب، خطری برای سلامت مصرف­ کنندگان ندارد.

دریافت مقاله

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

یکی از جدی ترین تهدیدهای زیست محیطی اکوسیستم های آبی پدیده اوتریفیکاسیون است که فقط در دریاچه ها ، خلیج ها، حوضچه های تثبیت و بعضی اوقات در رودخانه هایی که با سرعت کم در حرکت می باشند رخ می دهد .

اتروفیکاسیون دلالت بر غنی شدن پیکره آبی به وسیله مواد آلی ورودی و یا روانآب سطحی حاوی نیترات و فسفات دارد که به طور مستقیم رشد جلبکها و دیگر گیاهان آبزی را کنترل می کند. پروسه اوتریفیکاسیون به طور طبیعی اما آهسته و با دورۀ بالاتر از صد سال اتفاق می افتد اما فعالیتهای انسان فرایند اوتریفیکاسیون را تسریع می کند .

چهار فاکتور اصلی در این پدیده نقش دارندکه شامل نیتروژن ، فسفر، نور خورشید و گاز کربنیک است . عدم وجود هر یک باعث محدود شدن پدیده ا وتریفیکاسیون می شود و رشد الگها را محدود می کند. اوتریفیکاسیون اثرات مخرب زیادی بر روی اکوسیستم های آبی و در نهایت بر روی انسان وحیوانات می گذارد که این اثرات را می توان به صورت اثرات بیولوژیکی و فیزیولوژیکی تقسیم بندی نمود . یکی از اثرات بیولوژیکی اوتریفیکاسیون این است که کیفیت آب را برای مصارف خانگی، تفریحی و دیگر مصارف خراب می کنند . جلبک ها در روی سطح آب ایجاد کف می کنند که این کف مانع نفوذ اکسیژن به آب شده و باعث مرگ ماهی ها می شود .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

• اصولا”باکتریها وقتی تشکیل بیوفیلم می دهند مقاومت آنها نسبت به شرایط نامساعد محیطی و بیوسایدها زیاد می شوند و از طرف دیگردر بیوفیلم مواد را نگه داری و تغلیظ می نمایند واز مواد متابولیکی یکدیگر مصرف مِی کنند.در یک بیوفیلم ممکن است جذب مواد آلی و تغذیه کمتر از زمانی باشد که باکتریها آزاد هستند ولی پایداری ژنتیکی در آنها بیشتر است و پلاسمیدها در بیوفیلم پایدارترمی باشند.(میکروبیولوژی و کنترل آلودگی آب، هوا و پساب) تشکیل بیوفیلم باکتریها را نسبت به مواد ضد باکتری مقاومتر می سازد. نتایج به دست آمده نشان داده است که شرایط استرس سبب افزایش چسبیدن باکتریایی می شود در حالیکه ، توانایی چسبیدن به سویه باکتریایی ارتباط دارد ولی متناسب با غلظت ماده غذایی نیست.در طبیعت میکروارگانیسم ها ، اغلب در ارتباط نزدیک با سطوح جامد رشد می کنند،که این سطوح ممکن است بافتهای نرم زنده ، یا سطوح غیر زنده، مواد غوطه ور و یا ذرات خاک باشد ارتباط و پیوستگی با سطوح جامد منجر به تشکیل بیوفیلم میکروبی می شود که به صورت مجموعه ای از میکروارگانیسم ها در درون اگزوپلیمر گسترده گلیکوکالیکس دیده می شود.بیوفیلم ها یی که توسط یک نوع باکتری به وجود می آید monoculture و بیوفیلم های تشکیل شده بر روی سطوح مخاطی مـثل روده اغلب حاوی مخلوطی از گونه های مختلف باکتری می باشند و عموما" باکتریهای محیطی، با اتصال به قارچها و جلبک ها و پروتوزوئرها تشکیل یک توده نا متجانس واقعی را می دهند. سلولها در بخش های مختلف بیوفیلم ، احتمالا" از نظر دسترسی به مواد غذایی و شرایط فیزیکوشیمیایی در وضعیت های متفاوتی قرار می گیرند. بنابراین بیوفیلم ها نه تنها غالبا" مخلوط و حاوی گونه های مختلف هستند بلکه از فنوتیپ های متفاوت از یک گونه تشکیل شده اند. میزان رشد ، احتمالا" در اعماق بیوفیلم کند است وبا شیب غلظت غذایی افزایش می یابد. تشکیل بیوفیلم تصور می شود که منافع زیادی برای ارگانیسم های متشکله دارد از جمله حفاظت آنها در برابر سیستم ایمنی میزبان در invivo ، مقاومت در برابر آنتی بیوتیک ها همچنین حفظ و نگهداری محیط فیزیکوشیمیایی مناسب برای رشد و بقا، بنابراین آنها قادرند در شرایط نامسائد محیطی مقاومت کرده و به حیات خود ادامه دهند . به علاوه الیاف پلی ساکاریدی در ماتریکس پلیمری که عموما" بار منفی دارند، مولکولهای معدنی و آلی و ذرات غوطه ور در سوسپانسیون مجاور بیوفیلم را به دام می اندازند و از آنجائیکه میکروفلور درون بیوفیلم بسیار متغیر است. موادی که به دام می افتند می توانند بوسیله میکروبها متابولیزه شوند و به این ترتیب به تصفیه محیط های آبی کمک می کنند، از این ویژگیها دربیورآکتورها برای تصفیه فاضلاب و انواع وسیعی از آلودگیهای مزاحم و ضایعات سمی استفاده می شوند ولی از طرف دیگر بیوفیلم ها در پزشکی، صنایع غذایی سیستم های تصفیه آب و صنعت نفت می توانند مشکل آفرین باشند.بیوفیلم هایی که بر روی بدنه کشتی ها ایجاد می شوند، از دیاتومه ها، جلبکهای تک سلولی و باکتریها تشکیل شده اند، این بیوفیلم ها حرکت کشتی را کند و مصرف سوخت را افزایش می دهند تشکیل کلنی میکروبی، همچنین کارآیی پریسکوپ ها و وسایل زیردریایی را پایین می آورد، شبکه های آبرسانی هم مستعد تشکیل بیوفیلم هستند و بیوفیلم بوجود آمده حتی با مقادیر بالای کلر هم حذف نمی شوند، در سیستم های تصفیه، مشاهده شده که گاهی ضخامت بیوفیلم ها به بیش از۵۰۰ میکرو متر می رسد ودر نتیجه نفوذ پذیری غشاء ها به میزان زیادی کاهش می یابد.چسبیدن باکتریها به تکیه گاه مسئله مهمی در اکولوژی، بیوتکنولوژی، آلودگیهای زیستی (biofouling) وتیمار فاضلاب است اولین بار در سال ۱۹۱۳ ،Sohngen گزارش کرد که وجود یک فاز جامد می تواند بر روی پدیده های باکتریایی مختلف مثل تثبیت نیتروژن، اکسیداسیون الکل، نیتریفیکاسیون و دنیتریفیکاسیون اثر گذارد. با گذشت زمان، اطلاعات دقیق تری در مورد میان کنش بین باکتریها و سطوح جامد به دست آمد.دانشمندان نشان دادند که فعالیت باکتریایی در صورت وجود سطوح شیشه ای به ویژه وقتی که تراکم ماده غذایی پایین باشد، افزایش می یابد. در سال ۱۹۷۰، محققین دریافتند که این پدیده اغلب در محیط های طبیعی وجود دارد، در سال ۱۹۷۱، مارشال وقایع اولیه ای را که در هنگام اتصال باکتریهای دریایی به سطوح صورت می گیرد مورد بررسی قرار داد.
●مراحل تشکیل بیوفیلم :
به دلیل اهمیت بیوفیلم در بیوتکنولوژی، تیمار آب های زائد، عفونت های باکتریایی و آلودگیهای صنعتی، درک فاکتورهایی که بر چسبیدن و تشکیل بیوفیلم ومیکروکلنی موثر است، برای کنترل و استفاده از چنین فرایندهایی ضروری است. پدیده تشکیل کلنی بر روی سطح را می توان به صورت ۶ مرحله متوالی در نظر گرفت:
۱) وقایعی که ارگانیسم را به نزدیک سطح می آورد.
۲) اتصال برگشت پذیر به سطح
۳) اتصال برگشت نا پذیر به سطح
۴) چسبیدن(Attachment)
۵) رشد و تقسیم ارگانیسم چسبیده به سطح و تشکیل میکروکلنی و بیوفیلم
۶) فاز تفرق ، این مرحله ، در صورتیکه عمل چسبیدن، با تشکیل کلنی بر روی سطوح تازه و دست نخورده همراه شود، در نظر گرفته می شود.
●مدلهای آزمایشگاهی تولید بیوفیلم :
• مدلهای کشت بسته:
ساده ترین روش برای تشکیل بیوفیلم استفاده از محیط های جامد یا مایع می باشد. در این حالت یا جامد مستقیما" سطح لازم برای چسبیدن را ایجاد می کند یا اینکه یک پایه و زمینه ای در تماس مستقیم با محیط مایع قرار داده می شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

كيفيت باكتريولوژي آب آشاميدني را ميتوان از طريق نمونه هاي متوالي كه در طول مدت زمان معيني جمع آوري شده، ارزيابي نمود. خطر عمده اي كه همراه آب آشاميدني مي باشد، عبارتست از احتمال آلودگي آن بوسيله فاضلاب يا مدفوع انساني، اگر چنين آلودگي رخ داده باشد ممكن است آب باعث انتقال باكتري هاي بيماريزا روده اي گردد با آنكه روشهاي جديد باكتريولوژيك امكان تعيين باكتري هاي بيماري زا را در آب به وجود آورده، ولي جدا كردن آنها از نمونه هاي آب آشاميدني به صورت روزمره عملي نيست.

دلايل استفاده از كليفرم روده اي به عنوان شاخص معرف آلودگي آب به فاضلاب انساني عبارتند از:

تعداد (غلظت): تعداد بالاي اين باكتري هادر روده (روزانه هر نفر 100 تا 400 ميليارد كليفرم دفع مي كند)، به طوري كه حتي در اثر رقيق شدن هاي مكرر هم، مي توان اطمينان داشت كه اگر هر نوع باكتري در نمونه باشد، حتماً كليفرم روده اي هم وجود دارد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

محیط های کشت
کشت وتکثیر باکتریها در محیط های مصنوعی از مهمترین روشهای تشخیصی در باکتر ی شناسی است . برای کشت موفق باید شرایط مناسب برای رشد باکتری فراهم گردد. ازجمله این شرایط مواد غذایی- حرارت-رطوبت کافی- نمک- PH مناسب- حضور یاعدم حضوراکسیژن می باشد. محیط های كشت را متناسب با نوع آزمایش می‏توان به دو صورت مایع و جامد تهیه كرد.

           
۱- محیط كشت مایع :
 محیط های مایع به علت نداشتن آگار در تركیب خود به صورت جامد در نیامده و متناسب با نوع میكروارگانیسم و آزمایشهای مورد نظر می‏توان آنها را در لوله‏های آزمایش ـ ارلن مایر و یا ظروف دیگر مورد استفاده قرار داد.
 ۲.محیط كشت جامد :                
 محیط های جامد  به علت دارا بودن آگاردر تركیب خود به صورت جامد بوده و متناسب با میكروارگانیسم ها و آزمایش های مورد نظر می‏توان آنها را در لوله - ظروف پتری(پلیت)و یا ظروف دیگر مورد استفاده قرار داد . البته محیط های نیمه جامد نیز وجود دارد.که میزان آگار آن نسبت به محیط های جامد کمتر است.مثل SIM
 كشت های جامد در لوله را می‏توان به صورتهای زیر تهیه كرد :
۱. کشت های عمقی Stab Cultures :
حدود 5 الی 10 میلی لیتر از محیط كشت را در لوله آزمایش ریخته و به طور عمودی می‏گذارند تا محیط بسته شود. سپس میكروارگانیسمها را توسط سوزن كشت(آنس) به طور عمقی در مركزاین محیط كشت می‏دهند .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

میکروسکوپ الکترونی (electron microscope)

قدرت جداسازی میکروسکوپ الکترونی از میکروسکوپ نوری بهتر است به این معنی که با میکروسکوپ الکترونی اجزای کوچکتری را می توان دید. قبلا گفته شد حد تفکیک (R) به طول موج نوری بستگی دارد که به نمونه می تابد. در حقیقت بین این دو رابطه مستقیمی وجود دارد یعنی هر چقدر طول موج تابشی کوچکتر باشد ،R نیز کوچکتر و قدرت جداسازی بیشتر است. در میکروسکوپ الکترونی بجای استفاده از نور مرئی از امواج الکترون ها استفاده می شود. در شرایط مناسب طول موج الکترون ها به nm ۰/۰۰۵ می رسد. در این طول موج بهترین R ممکن حدود nm ۰/۰۰۲ است. در عمل به علت محدودیت های دیگر ، قدرت جداسازی میکروسکوپ های الکترونی هیچ وقت به این خوبی نیست.حد تفکیک با میکروسکوپ الکترونی برای ملکول های تخلیص شده ی زیستی ، حدودنانومتر  ۰/۱ و برای سلول ها نانومتر۲ است که دست کم 100 برابر بهتر از بهترین میکروسکوپ های نوری است.

دو نوع میکروسکوپ الکترونی به نام میکروسکوپ الکترونی گذاره و میکروسکوپ الکترونی نگاره وجود دارد.

 

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

رنگ آمیزی گرم : GRAM STAIN

این روش رنگ آمیزی یکی از مهمترین ومتداولترین روشهای رنگ آمیزی درباکتری شناسی است که اولین بار توسط کریسین گرم ابداع شد . دراین رنگ آمیزی باکتریها بر مبنای رنگ باکتری پس ازرنگ آمیزی به دودسته گرم مثبت وگرم منفی تقسیم می شوند . رنگ باکتری پس ازرنگ آمیزی به توانایی حفظ رنگ اول وبه عبارتی به ساختمان دیواره سلولی باکتری بستگی دارد . دررنگ آمیزی گرم باکتریهای گرم مثبت پس ازرنگ آمیزی به رنگ بنفش وباکتری های گرم منفی به      رنگ قرمز مشاهده می شود

مکانیسم :

1- رنگ کریستال ویوله رابه مدت 30تا45 ثانیه برروی گسترش ریخته درنتیجه همه باکتری ها بهرنگ بنفش درخواهد درآمد

2- پس از شستشو گسترش با آب به مدت 30تا45 ثانیه بالوگل می پوشانند لوگل باکریستال ویوله ترکیب شده وایجاد کمپلکس های بزرگی می نمایید که باعث تثبیت رنگ کریستال ویوله درداخل دیواره سلولی باکتری می شود . پس ازاین مرحله نیزکماکان همه باکتریها به رنگ بنفش مشاهده می شوند .

مرحله رنگ زدایی مهمترین مرحله رنگ آمیزی است دراین مرحله پس از شستشو لام با آب لام به مدت 15 تا20 ثانیه در معرض موادرنگ زدا مانند الکل استون قرار می گیرد سپس با آب مورد شستشو قرار می گیرد  . درباکتریهای گرم منفی که دارای لایه های پپتیدو گلیکان محدود وغشای خارجی غنی از چربی هستند این حلال باعث حذف این لایه ها وغشا می گردد وباکتری رنگ مراحل قبل راازدست می دهد . ولی درباکتریهای گرم مثبت به علت تعداد زیاد لایه های پپتیدوگلیکان وعدم وجود لیپید فراوان در غشا رنگ مرحله قبل ازغشا خارج نمی شود .درنتیجه پس ازاین مرحله باکتریهای گرم منفی بی رنگ ولی باکتریهای گرم مثبت کماکان بنفش باقی خواهند ماند .

4- در انتها سطح گسترش راباسافرانین یا فوشین (قرمز رنگ) به مدت 30 تا45 ثانیه می پوشانیم سپس باآب شستشو داده و پس از خشک شدن بامیکروسکوپ مورد بررسی قرار میگیرد . دراین مرحله باکتریهای بی رنگ به رنگ قرمز درمی آیند وباکتری های بنفش بدون تغییر رنگ باقی می مانند .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب