مقدمه

برکه هاي تثبیت فاضلاب به عنوان یکی از گزینه هاي معمول تصفیه فاضلابهاي شهري در مناطق مختلف ایران و کشورهاي دیگر جهان مطرح می باشند. مزیت این برکه هاي طبیعی در وهله اول نیاز به تجهیزات و عملیات بهره برداري و نگهداري محدود است ۵)، ۱۲، ۱۵ و .(۲۲

فرآیند تصفیه در این برکه ها مبتنی بر همزیستی بین گونه هاي باکتري و جلبک می باشد که یک الگوي اکولوژیکی متفاوت از شرایط رشد این میکروارگانیسمها در محیط خالص است. تغییرات دوره اي pH، دما و شدت نور

ممکن است باعث غالب شدن گروه یا گروههاي خاصی از میکروارگانیسمها در این گونه برکه ها گردد ۱)، ۱۶، .(۲۰

ماهیت طبیعی پدیده هایی که در برکه هاي تثبیت فاضلاب به وقوع می پیوندند، مطالعه و شناسایی عوامل مؤثر بر آنها را تحت شرایط واقعی بهره برداري دشوار می سازد. رشد بحرانی باکتریهاي سولفوره ارغوانی در برکه هاي تثبیت فاضلاب و تأثیر منفی آن بر کیفیت پساب خروجی به دلیل تغییر رنگ، غلظت بالاي جامدات معلق و ایجاد بوي شدید

۲۶۶

مجله پژوهشهاي سلولی و مولکولی (مجله زیست شناسی ایران) جلد ۲۶، شماره ۳، ۱۳۹۲

در نتایج تحقیقات متعددي گزارش شده است ۲)، ۲۱، ۲۴

و .(۲۸

مشخصه مشترك همه باکتریهاي ارغوانی قرارگیري مجموعه زیرساختهاي مورد نیاز فتوسنتز بر روي غشاي داخلی سیتوپلاسمی است (تیلاکوئیدها). کلروفیل مشخصه این باکتریها در وهله اول باکتریوکلروفیل a می باشد. همه آنها قادرند دي اکسید کربن را از طریق چرخه ریبولوزبیس فسفات تثبیت کنند و از ترکیبات آلی به عنوان دهنده هیدروژن و منبع کربن استفاده نمایند. باکتریهاي ارغوانی را بر اساس قابلیت استفاده از گوگرد به عنوان دهنده الکترون یا عدم قابلیت آن به دو دسته باکتریهاي سولفوره و غیرسولفوره ارغوانی تقسیم می کنند. باکتریهاي سولفوره ارغوانی از جمله باکتریهاي گرم منفی هستند که بر اساس سیر تکامل خود در رده گاماپروتئوباکتر و رسته کروماتیال قرار می گیرند .(۱۴) رشد این باکتریها محدود به آن دسته از محیطهاي آبی است که داراي نور کافی، اکسیژن محلول کم و غلظت متوسط سولفید می باشد. باکتریهاي سولفوره ارغوانی به دلیل تولید رنگ مشخص، در شرایط اپتیمم طبیعت قابل تشخیص می باشند. رنگ آنها به دلیل وجود مقادیر زیاد کاروتنوئیدها و کلروفیل a و b است که در غشاي داخلی این باکتریها قرار دارند. مهم ترین خصوصیت مشترك تمامی باکتریهاي سولفوره ارغوانی، استفاده از ترکیبات احیا شده گوگرد نظیر سولفید هیدروژن یا تیوسولفات به عنوان دهنده الکترون می باشد ۸) و .(۲۵

بسیاري ازگونه هاي باکتریهاي سولفوره ارغوانی، به رنگ ارغوانی بوده و گونه هاي دیگري به رنگ نارنجی تیره تا قهوه اي، صورتی یا قرمز شناسایی شده اند. رشد باکتریهاي مذکور تنها در آن دسته از محیطهاي آبی ممکن است که نور با طول موج معینی از آن عبور می کند. همچنین باید دي اکسید کربن، نیتروژن و فرم احیا شده گوگرد یا هیدروژن نیز در محیط وجود داشته باشد. باکتریهاي سولفوره ارغوانی در بخش بی هوازي برکه ها که در زیر ناحیه فعالیت جلبکها، سیانوباکترها و سایر باکتریهاي

هوازي می باشد، رشد و تکثیر می نمایند. باکتریهاي فتوتروف به دلیل وجود پیگمانها در دستگاه فتوسنتز آنها در سوسپانسیونهاي غلیظ به رنگهاي سبز، سبز-آبی، ارغوانی-صورتی، قرمز و قهوه اي مشاهده می شوند. این رنگهاي متفاوت به دلیل نوع و ترکیب کمی پیگمانهاي مذکور است. کلروفیلها عامل جذب طول موج نوري در گستره آبی (حداکثر (۴۵۰ nm > و قرمز و ماورأي قرمز

(۶۵۰–۱۱۰۰ nm) می باشند. عامل اصلی جذب نور در گستره طول موج برابر ۵۵۰-۴۰۰ nm کاروتنوئیدها هستند.

لذا طول موج نوري که باکتریهاي سولفوره ارغوانی به آن نیاز دارند متفاوت از طول موج نوري است که جلبکها و سیانوباکترها از آن استفاده می کنند. بنابراین باکتریهاي سولفوره ارغوانی قابلیت استفاده از طول موج نور لایه بالایی برکه تثبیت را که در اشغال ارگانیسمهاي هوازي می باشد، دارا هستند. تبدیل ترکیبات بودار سولفوره به عنصر سولفور یا سولفات توسط این باکتریها، یکی از عوامل مهم کنترل بو در برکه هاي اختیاري است .(۲۷)

نتایج مطالعات متعددي نشان دهنده حضور باکتریهاي سولفوره ارغوانی، بخصوص گونه هایی که فاضلاب حاوي سولفید را تصفیه می کنند، در برکه هاي بی هوازي است.

نتایج مطالعات Cooper (1975) نشان دهنده حضور گونه

Thiopedia rosea در برکه بی هوازي فاضلاب صنایع اندودکاري و گونه Chromatium sp. در برکه بی هوازي

فاضلاب صنایع پتروشیمی می باشد .(۹) در هیچکدام از این موارد، مشکل بو گزارش نشده است. نکته قابل تأمل در این گزارشها عدم اختلال مؤثر بر عملکرد برکه ها با وجود افزایش بار آلودگی ورودي به آنها و تغییر رنگ پساب خروجی است. از سوي دیگر گونه Chromatium

sp. به عنوان گونه غالب باکتریهاي سولفوره ارغوانی در برکه تثبیت فاضلاب صنایع فرآیندي ماکیان توسط (۱۹۷۰) Meredith و Pohland شناسایی و مقدار pH و دماي بهینه رشد و تکثیر آنها به ترتیب برابر ۷/۵ و ۲۶/۵ درجه سانتی گراد تعیین گردید .(۱۹) همچنین وجود آهن به عنوان یک

۲۶۷

مجله پژوهشهاي سلولی و مولکولی (مجله زیست شناسی ایران) جلد ۲۶، شماره ۳، ۱۳۹۲

عامل بازدارنده در اکسیداسیون سولفید هیدروژن اعلام شد

.(۱۹) نتایج مطالعات دیگري که توسط Sletten (1970) و Singer انجام پذیرفت، نشان دهنده گونه غالب Rhodothece در برکه بی هوازي فاضلاب دامپروري است
.(۱۹) نتایج مطالعات McFarlane (1970) و Melcer

حضور گونه هاي Thiocapsa roseopersicina و

Chromatium sp. در برکه بی هوازي تصفیه فاضلاب صنایع بسته بندي گوشت، دامپروري و فاضلاب شهري را تأیید می نمایند .(۱۸) نتایج مطالعات Wenke (1981) و Vogt نشان دهنده حضور غالب گونه Thiopedia rosea

در برکه تصفیه فاضلاب صنایع تولید خوراك دام می باشد

.(۳۰)

حضور باکتریهاي سولفوره ارغوانی در برکه هاي بی هوازي به دو دلیل حائز اهمیت است. از سویی این باکتریها با تجزیه سولفید هیدروژن به عنوان دهنده الکترون جهت انجام فرآیند فتوسنتز، موجب حذف عامل اصلی تولید بو در برکه ها می شوند و از سوي دیگر در فرآیند حذف

BOD در برکه ها نقش اساسی ایفاء می کنند. همچنین داراي قابلیت تجزیه ترکیبات سمی آمین دار و تولید مواد ویروس کش هستند .(۱۰)

با این حال باید توجه داشت که فرآیند عبور نور مورد نیاز جلبکها در برکه هاي اختیاري به دلیل حضور اجتماع باکتریهاي سولفوره ارغوانی در پساب خروجی برکه هاي بی هوازي با مشکل مواجه می گردد. در مطالعاتی که در بالا به آنها اشاره شد، کانال ابتدایی جریان خروجی از برکه بی هوازي، به عنوان حوضچه ته نشینی جهت حذف گونه Thiopedia rosea در نظر گرفته شد. آزمایشهاي میکروسکوپی لجن ته نشین شده در این کانال نشان داد که فلوکهایی مشاهده می شوند و این نظریه را که گونه Thiopedia rosea در اثر تغییر شرایط محیطی موجب تشکیل فلوك شده است را تقویت نمود .(۲۴)

در این مطالعه، پارامترهاي شیمیایی و بیولوژیکی در حین رشد باکتریهاي سولفوره ارغوانی پایش شده و ارتباط بین آنها و رشد این باکتریها مورد بررسی قرار گرفته است.
همچنین عملکرد برکه هاي تثبیت فاضلاب هویزه جنوبی بررسی شده و راهکارهاي ارتقاي راندمان و رفع معضلات مربوط به رشد باکتریهاي سولفوره ارغوانی در این تصفیه خانه، مورد بررسی قرار گرفته است.

شکل -۱ شماي کلی تصفیه خانه فاضلاب هویزه جنوبی

مواد و روشها ۴۸ درجه شمالی و طول جغرافیایی ۳۱ درجه شرقی و با
مشخصات محلی و اقلیمی منطقه هویزه: شهر هویزه در ارتفاع ۱۷-۲۰ متر بالاتر از سطح دریا واقع شده است.

رودخانه نیسان که شاخه اي از رودخانه کرخه می باشد،
۱۵ کیلومتري جنوب شهر سوسنگرد، در عرض جغرافیایی

شهر هویزه را به دو بخش شمالی و جنوبی تقسیم نموده

۲۶۸

مجله پژوهشهاي سلولی و مولکولی (مجله زیست شناسی ایران) جلد ۲۶، شماره ۳، ۱۳۹۲

که در هریک از این بخشها یک تصفیه خانه فاضلاب از سانتی گراد و حداقل آن -۳ درجه سانتی گراد بوده و
نوع برکه تثبیت اجرا شده است. عملیات ساخت تصفیه متوسط دما در سردترین ماه سال برابر ۷/۶ درجه سانتی
خانه هویزه جنوبی در سال ۱۳۶۴ آغاز شد که جمعیت گراد می باشد. میانگین بارندگی در این شهر ۷ میلی متر و
معادل و نهایی ۲۵) سال بعد) تحت پوشش آن به ترتیب میانگین رطوبت نسبی سالانه برابر ۵۹/۳۱ درصد می باشد.
برابر ۹۰۰۰ و ۲۱۰۰۰ نفر برآورد گردید. این تصفیه خانه از با توجه به شکل ۱، تصفیه خانه هویزه جنوبی مطابق با
دو برکه بی هوازي موازي و برکه هاي اختیاري اول، دوم و مدلهاي متداول تصفیه خانه هاي فاضلاب به روش برکه
سوم پس از آنها تشکیل شده است و پساب خروجی آن تثبیت بوده که متشکل از برکه هاي بی هوازي و اختیاري
براي مصارف کشاورزي مورد استفاده قرار می گیرد. شماي می باشند. جدول ۱، خصوصیات فیزیکی و عملیاتی تصفیه
کلی تصفیه خانه در شکل ۱ نشان داده شده است. خانه را نشان می دهد.
شهر هویزه داراي آب و هواي گرم و شرجی می باشد.
حداکثر دماي هوا در این شهر (در دوره مطالعه) ۵۱ درجه
جدول -۱ خصوصیات فیزیکی و عملیاتی تصفیه خانه فاضلاب هویزه جنوبی

اجزاء مساحت (m2) عمق (m) حجم (m3)
برکه بی هوازي ۱ ۱۱۰۲/۵ ۲/۵ ۲۷۵۶
برکه بی هوازي ۲ ۱۱۰۲/۵ ۲/۵ ۲۷۵۶
مجموع بی هوازي ۲۲۰۶ – ۵۱۵۲
برکه اختیاري اول ۴۲۲۵ ۲/۵ ۱۰۵۶۲/۵
برکه اختیاري دوم ۴۲۲۵ ۲/۵ ۱۰۵۶۲/۵
برکه اختیاري سوم ۴۲۲۵ ۲/۵ ۱۰۵۶۲/۵
مجموع اختیاري ۱۲۶۷۵ – ۳۱۶۸۷/۵
مجموع کل ۱۴۸۸۰ – ۳۶۸۳۹/۵
= ۲۲۵۰ m3 فاضلاب تصفیه شده روزانه

شکل -۲ میزان حذف بار آلی (BOD) در تصفیه خانه هویزه جنوبی در ماههاي مختلف

۲۶۹

مجله پژوهشهاي سلولی و مولکولی (مجله زیست شناسی ایران) جلد ۲۶، شماره ۳، ۱۳۹۲

شکل -۳ ارتباط بین غلظت H2S و DO در برکه تثبیت فاضلاب هویزه جنوبی

شکل -۴ ارتباط بین غلظت H2S و BOD در برکه تثبیت فاضلاب هویزه جنوبی

نمونه برداري: نمونه هاي فاضلاب از ورودي و خروجی هر برکه و به طور ماهانه برداشت شد. نمونه هاي فاضلاب، از نوع مرکب بوده که در بازه زمانی ۴۸ ساعته برداشت شده بود. نمونه مرکب میتواند از جمع آوري مقادیر آب از مکانهاي مختلف یک منبع و یا مجموعهاي از آب گردآوري شده از محلهاي مختلف در زمانهاي مختلف تشکیل گردد. نمونه ها توسط ظروف ۲ لیتري شیشه اي و از عمق ۱ متري برداشت شده، سپس به یک ظرف ۳۰

لیتري منتقل شده و براي انجام آزمایشهاي فیزیکوشیمیایی آماده شد .(۳۱) نمونه برداري در دوره زمانی تیرماه تا دي ماه سال ۱۳۷۸ انجام شد.

پارامترهاي آنالیز شده: این پارامترها شامل BOD، اکسیژن موردنیاز شیمیایی (COD)، اکسیژن محلول (DO)، دما،

pH، سولفید (S-2)، سولفات (SO4-2) و سولفید هیدروژن

(H2S) می باشد. همچنین جهت اندازه گیري جمعیت میکروبی مخلوط باکتریهاي سولفوره ارغوانی، کلروفیل a و b به روش اسپکتروفتومتري اندازه گیري شد. سوسپانسیون حاوي سلولهاي زنده باکتریهاي سولفوره ارغوانی به دلیل دارا بودن کلروفیل باکتریایی a، داراي قابلیت جذب نور در طول موج ۳۸۰-۵۹۰-۸۳۰-۸۹۰ nm می باشند. این سوسپانسیون در شرایطی که گلبولهاي سولفور عنصري تشکیل می شوند، صورتی مایل به سفید و در زمان مصرف گلبولها به رنگ صورتی ارغوانی تبدیل می شوند. به همین جهت، طول موج ۵۲۰ nm که حداکثر جذب نور سوسپانسیون می باشد در این مطالعه انتخاب گردید .(۱۷)