مرجع تخصصی آب و فاضلاب

تخلخل عبارت است از تمام خلل و فرج‌های موجود در رسوب یا سنگ که به دو صورت کل یا موثر بیان می‌شود. تخلخل کل (Total Prosity) شامل تمام منافذ موجود در رسوب یا سنگ است که از نسبت حجم حفره‌های موجود در سنگ به حجم کل سنگ بدست می‌آید و آن را به در صد بیان می‌کنند. تخلخل موثر یا مفید (Effective Prosity) شامل حفره‌های متصل به هم است که قادر است مایعات را از خود عبور دهد. این تخلخل از نسبت حجم حفره‌های متصل به هم به حجم کل سنگ بدست می‌آید. لازم به ذکر است که در سنگ حفره‌هایی وجود دارد که قادر نیستند مایعات را از خود عبور دهند. این حفره‌ها به نام تخلخل غیر مفید نامیده می‌شود و از تفاضل تخلخل مفید از تخلخل کل بدست می آید.

تخلخل‌ها را بر مبنای مختلفی همچون اندازه حفره‌ها و زمان تشکیل آنها طبقه بندی می‌کنند. در طبقه بندی بر مبنای اندازه حفره‌ها ، تخلخل‌ها را به دو نوع ماکروسکوپی و میکروسکوپی تقسیم می‌کنند. در تقسیم بندی بر مبنای زمان تشکیل خلل و فرج موجود در سنگ یا رسوب ، تخلخل را به انواع اولیه و ثانویه تقسیم می‌کنند.
انواع تخلخل بر مبنای اندازه
تخلخل ماکروسکوپی
در این تخلخل قطر منافذ از 8 میکرون بیشتر است. در این منافذ ، آب و مواد سیال دائما و به آسانی جریان پیدا می‌کنند و حرکت آنها تابع نیروی جاذبه می‌باشد. منافذ موجود در این نوع تخلخل در اثر انحلال مواد عملکرد فشارهای تکتونیکی و یا شکستگی‌های ناشی از خشک شدن سنگ و رسوب بوجود می‌آیند. در رسوب‌های آبرفتی و در سنگ‌های با قابلیت انحلال زیاد (مثل آهک) به فراوانی قابل مشاهده هستند. شکستگی‌های ناشی از عمل کوهزایی یا انحلال آهک و رسوبات تبخیری حفر‌ه‌ها و مجاری قابل عبور مواد سیال را فراهم می‌کنند. در نتیجه آب و نفت در آنها جریان پیدا می‌کنند. اگر طبقات بالا و پایین آن غیر قابل نفوذ باشند، مخازن بزرگ آب و نفت در چنین سنگ‌هایی حاصل می‌شود.
تخلخل میکروسکوپی
در تخلخل میکروسکوپی قطر منافذ کوچکتر از 8 میکرون می‌باشد. در این منافذ آب و یا سایر سیالات به آسانی نمی‌توانند حرکت کنند. لذا در این نوع منافذ نیروی جاذبه در عبور و جریان مایعات موثر نیست و حرکت مایعات در این منافذ تابع قانون لوله‌های مویین می‌باشد. تخلخل میکروسکوپی در رسوبات رسی فراوان است. این رسوبات طبقات غیر قابل نفوذ هستند و آب را در منافذ کوچک خود جای داده و به زحمت آن را از دست می‌دهند. در واقع تخلخل موجود در رسوبات رسی از نوع غیر مفید بوده و منافذ و حفره‌های موجود در آنها به هم راه ندارند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

فسفر در بافتهای کلیه موجودات زنده وجود دارد. گردش آن در طبیعت ، با ورود ترکیبات آن از عالم معدنی به عالم جانوری و گیاهی ، آغاز و با مراجعت این ترکیبات به عالم معدنی ، ختم می‌شود. تجزیه ترکیبات معدنی و آلی فسفردار که بخش عمده آن به صورت املاح غیر محلول آهن ، کلسیم و آلومینیوم است در خاک بوسیله باکتریها انجام می‌گیرد.

فسفری که به این طریق آزاد می‌شود به صورت محلول درآمده و بوسیله میکروارگانیسمها و ریشه‌های گیاهان جذب می‌شود. انباشته شدن فسفر در داخل سلولها به وجود سیستهای فسفردار غنی از انرژی یعنی ATP بستگی دارد. یونهای فسفات در مناطق مریستمی گیاهان جوان بیشتر انباشته می‌شوند ولی بر حسب احتیاج در مناطق دیگر گیاه وارد شده و در متابولیسم گلوسیدها ، لیپیدها و پروتئینها ، شرکت می‌کنند.

ترکیبات فسفر در عالم جانداران
ترکیبات فسفر موجود در عالم جاندار را می‌توان بر حسب قابلیت انحلال و استخراج پذیر بودن آنها به سه دسته تقسیم کرد.


* ترکیباتی نظیر فسفاتهای معدنی ، نوکلئوزید- فسفاتها و استرهای فسفریک که محلول در اسید تری کلرواستیک بوده و املاح باریوم عده‌ای دیگر نظیر نوکلئوتیدها ، هگزوز فسفاتها و گلیسروفسفات در آب محلول هستند.

* ترکیباتی نظیر فسفو لیپیدها و استرهای فسفریک که در حلالهای لیپیدها ، حل می‌شوند.

* ترکیباتی نظیر اسیدهای نوکلئیک و فسفوپروتئینها که ترکیباتی غیر محلول هستند.

* شکل معدنی فسفر در موجودات زنده شامل فسفاتها است که می‌توان از بین آنها به اورتوفسفاتها ، متافسفاتها و پیروفسفاتها اشاره کرد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

میکروبیولوژیست نقش دائمی و مهمی در صنایع میکروبی بر عهده دارد. او میکروبهای مورد نیاز را انتخاب کرده و محیط کشت مناسب و شرایط مساعد ( تهویه ، بهم زدن محیط ، PH و درجه حرارت) را تعیین می‌نماید. او با انجام فرایند در لوله آزمایش و ارلن ، طرح را در سطح کارخانه پیاده می‌کند، همواره روش آزمایشگاهی در سطح وسیع نتیجه مطلوب نمی‌دهد لذا تنظیم مجدد برای متناسب کردن آن برای کاربرد تجارتی ضرورت دارد. در سرتاسر فرایند آماده کردن مواد غذایی نظارت جهت حفظ کیفیت فرآورده ضرورت دارد. کاربرد صنعتی میکروبیولوژی شامل میکروارگانیسمها در مقیاس بزرگ ، سنتز انواع مواد شیمیایی می‌باشد.

کشت میکروارگانیسمها در مقیاس بزرگ
در صنعت میکروارگانیسمها را در مقیاس بزرگ پرورش می‌دهند. مخمر نانوایی در شیرینی‌پزی و تهیه انواع نانها جهت خمیر مورد استفاده قرار می‌گیرد. کشاورزان دانه‌های گیاهان تیره نخود را جهت ایجاد گرههای ریشه‌ای به باکتری ریزبیوم آغشته می‌کنند. تهیه مایه میکروبی جهت تهیه کره و انواع پنیرها در صنایع شیری لازم است. به علاوه مخمرها و کپکها به عنوان غذا یا جهت تهیه غذا مورد استفاده قرار می‌گیرند. و باکتریهای بیماریزا در مقیاس وسیعی برای تهیه واکسنها به منظور ایجاد ایمنی در انسان و حیوانات کشت داده می‌شوند.
مخمر نانوایی
مخمر نان سویه‌ای از قارچ ساکارومایسس سروزیه است که قدرت تولید گاز و مزه مطبوع دارد. ابتدا باید کشت خالصی از مخمر را در آزمایشگاه تهیه کرده و بعد آن را در مقیاس بزرگ تهیه نموده و سرانجام آن را در بشکه‌های بزرگ وارد سازند. در جریان این مراحل توجه زیادی باید بکار رود تا از بروز آلودگی جلوگیری شود. مخمرها را با سانتریفوگاسیون و شستشو از محیط جدا ساخته و آن را با نشاسته مخلوط کرده و سپس تحت فشار را به صورت کیک درمی‌آورند. کیک مخمری را در شرایط سرما نگه می‌دارند تا از فساد آن توسط میکروبهای دیگر ممانعت به عمل آید. مخمرها را می‌توان تا 10 درصد رطوبت خشک کرد. در این حالت مخمرها ماهها سالم باقی می‌مانند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

فقدان اکسیژن یکی از خواص مهم جو اولیه به شمار می آید. چنانچه در آن آمیزش برق آسای عناصر اکیسژنی وجود می داشت، مولکولهای ناپایدار حاصل ، به سادگی بر اثر احتراق نابود می شدند. اگر حیات بدون استعانت از اکسیژن حادث شده باشد، باید تخمیر آن را تامین کرد و باشد، که لولی پاستور ، شیمیدان فرانسوی نیز آن را حیات بدون آزمایش‌های مربوط به هوا توصیف کرد. عمل تخمیر بر اثر شکستن مولکولهای آلی (ترکیبات حاوی کربن) انرژی لازم را در اختیار یاخته قرار می دهد، فسفاتهای پر انرژی از قبیل آدنوزین تری فسفات را رها می کند.


برخی از اشکال تخمیر ، مانند تخمیر های مواد الکل ، به عنوان فرآورده فرعی ، دی اکسید کربن تولید می کنند. رها شدن این گاز در جو به وسیله اشکال بی هوازی حیات ، که به اکسیژن نیاز دارند، در تکامل فرایند های سوخت و ساز بعدی ، از جمله عمل تنفس سهیم اند.
آدنوزین تری فسفات در مرحله دوم سوخت و ساز
بعد از عمل تخمیر ، پیشرفت بعدی سوخت و ساز عبارت بود از چرخه مونوفسفات ششگانه (HMP). این عمل اساسا فرایندی بی هوازی است که به کمک انرژی حاصل از آدنوزین تری فسفات ، هیدروژن را از قند آزاد می کند. دی اکسید کربن نیز به عنوان فراورده فرعی به دست می آید. نیمی هیدروژن مربوط به چرخه HMP از آب به دست می آید. این چرخه معرف مرحله‌ای نسبتا پیشرفته (طی میلیونها سال) است، زیرا ، از دشوارترین راه به هیدروژن می رسد، نمایشگر دو روای است که عملا تمامی هیدروژن آزاد از سیاره ها فرار کرده است.
منبع خورشیدی آدنوزین تری فسفات
سومین مرحله در این جریان تکاملی (سوخت و ساز) ، احتمالا تغییر ماده آلی به فسفات آلی به کمک نور (فرایندی که طی آن گیاهان سبز انرژی نورانی را به انرژی شیمیایی تبدیل می کنند) ، یعنی استفاده مستقیم در تولید ATP است. انجام این عمل مستلزم وجود ماده رنگی کلروفیل (پوروفیرین منیزیم) برای جذب نور ، حضور مواد رنگین یاخته (پروتئینهای آهن دار) برای تبدیل انرژی خارجی ، یعنی نور خورشید ، به انرژی ذخیره ای موسوم به (ATP) است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

هزار سال پیش از اختراع قطب‌نمای مغناطیسی در سده‌های میانه ، چینی‌ها و یونانیان با ویژگی‌های مغناطیسی سنگ‌های آهن‌ربا آشنا شده بودند. بخش اصلی نخستین قطب‌نما را قطعه‌‌ درازی از آهن‌ربای طبیعی تشکیل می‌داد. سپس آدمی دریافت که با مالش دادن یک سوزن آهنی به آهن‌‌ربای طبیعی ، می‌توان نوعی آهن‌ربای ساختگی بدست آورد و از آن در ساختمان قطب‌نما بهره گرفت. در سال 1600 میلادی، ویلیام گیلبرت از ویژگی‌های مغناطیسی زمین سخن به میان آورد.

پیش از آن ، رابرت ناتمن ، دریافته بود که اگر یک سوزن آهن‌ربا شده را با نخ آویزان کند، سوزن در راستای شمال و جنوب آرایش می‌یابد. البته ، وضع قرارگیری آن افقی نیست، بلکه آن انتهای سوزن که به سوی شمال قرار می‌گیرد، به سوی پایین گرایش دارد. برای مثال ، در لندن انحراف سوزن از حالت افقی نزدیک 70 درجه است. گیلبرت این انحراف را ناشی از تاثیر ویژگی‌های مغناطیسی زمین می‌دانست. او باور داشت که زمین همانند یک‌ آهن‌ربای کروی است و میدان مغناطیسی آن در استوا ، حالت افقی و در قطب‌ها ، حالت عمودی دارد. امروزه می‌دانیم این میدان بین قطب و استوا دارای زاویه انحرافی است که با افزایش عرض جغرافیایی ، افزایش می‌یابد.

بنابراین، آن انتهای سوزن آهن‌ربا شده که به سوی شمال قرار می‌گیرد، در نیم‌کره شمالی به سوی شمال و پایین ، در استوا به سوی شمال و به حالت افقی و در نیم‌کره‌ جنوبی به سوی شمال و بالا آرایش می‌یابد. در مورد آن انتهای سوزن که به سوی جنوب قرار می‌گیرد، وضعیت واژگون است. تا سال‌های اخیر ، آدمی خود را تنها جانداری می‌دانست که برای جهت‌یابی از مغناطیس بهره می‌گیرد. اما در چند سال گذشته ، ذره‌های آهن‌ربا در جاندارن گوناگونی کشف شده است. باکتری‌ها ، نرم تنان دریایی ، زنبورهای عسل ، پروانه‌ها ، کبوترهای خانگی و دلفین‌ها ، از جاندارانی هستند که پیش از روشن شدن ویژگی‌های مغناطیس برای آدمی ، از این پدیده بهره می‌گرفته‌اند.

کشف باکتری‌های مغناطیسی
در سال 1975 میلادی ، بلک مور در جریان مطالعه‌ میکروسکوپی باکتری‌هایی که بطور معمول در گل و لای باتلاق‌های آب شور یافت می‌شوند، مشاهده کرد که آن‌ها همواره در یک سوی میدان دید شنا می‌کنند. آیا این باکتری‌ها در پاسخ به جهت نور چنین رفتاری نشان می‌دهند؟ او برای آزمون این فرضیه ، میکروسکوپ را با جعبه‌ای پوشاند و جهت قرارگیری آن را تغییر داد. حتی آن را به اتاق دیگری جابه‌جا کرد. در همه‌ این وضعیت‌ها ، جهت حرکت باکتری‌ها تغییری نیافت. بررسی‌های بعدی نشان داد که این باکتری‌ها پیوسته به سوی شمال شنا می‌کنند. بلک مور و همکارانش با استفاده از سیم پیچ ویژه‌ای ، میدان مغناطیسی قابل تنظیمی را در پیرامون میکروسکوپ ایجاد کردند.

وقتی محور این سیم پیچ در جهت شمال – جنوب بود، باکتریها در راستای شمال – جنوب به سوی شمال شنا می‌کردند. وقتی جریان الکتریکی جاری در سیم پیچ واژگون شد، باکتری‌ها چرخشی 180 درجه انجام دادند و این بار در جهت مخالف ، یعنی به سوی جنوب، شنا کردند. هر زمان که جریان واژگون می‌شد، باکتریها چرخشی 180 درجه‌ای انجام می‌دادند و در جهت میدان بکار رفته شنا می‌کردند. این باکتری‌ها حتی پس از مرگ ، با وجود این که توان شنا کردن نداشتند، باز هم در میدان مغناطیسی آرایش ثابتی می‌گرفتند و با واژگون شدن جریان ، 180 درجه می‌چرخیدند. خلاصه ، این باکتری‌ها آهن رباهای زنده‌ای هستند که بطور طبیعی تحت تاثیر میدان مغناطیسی زمین قرار می‌گیرند و با بکارگیری یک میدان مغناطیسی نیرومند‌تر می‌توان بر جهت حرکت آن‌ها تاثیر گذاشت.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

بطور کلی خاک محیط مناسبی برای رشد و تکثیر ارگانیسمها بوده و 106 تا 109 باکتری در هر گرم خاک یافت می‌شود میکرو ارگانیسمهای مختلف از جمله انواع باکتریها ، قارچها ، جلبکها و گلسنگها در خاک یافت می‌شوند و علاوه بر آنها ویروسها نیز داخل هر یک از سلولهای زنده موجود در خاک به رشد و تکثیر می‌پردازند. بنابراین خاک محیط زیست مناسبی برای میکروبها بوده و هر یک از انواع میکرو ارگانیسمها در خاک بسیار زیاد است.

میکروب شناسی خاک

خاک مخلوط نسبتا پیچیده ای از مواد معدنی جامد (صخره ها و کانی ها) آب، هوا و جانداران و فرآورده های آنها می باشد. در مواد خاک تغییرات شیمیایی و فیزیکی متعددی رخ می دهد. فوقانی ترین لایه خاک از لحاظ حضور جانداران حائز اهمیت می باشد. بافت فیزیکی، ترکیب شیمیایی، منشا، عمق و حاصلخیزی این لایه فوق العاده متفاوت است.

 

میکروب های خاک

خاک یکی از مخازن عمده میکروب ها محسوب می شود. خاک زراعی مرغوب به وسعت زمین فوتبال محتوی توده میکروبی است به وزن یک گاو، که در آن زمین می چرخد. ولی ظرفیت متابولیکی این تعداد انبوه میکروب ها احتمالا صد هزار برابر گاو مـی باشد. با این حال، اندازه گیـــری دی اکسید کربن رها شده از خاک و شواهد دیگر نشان می دهد که میکروبها در شرایط کمبود مواد غذائی به سر برده و با سرعت کمی تولید مثل می کنند. هنگامیکه مواد غذائی به خاک افزوده می شود، توده های میکروبی و فعالیت آنها به سرعت افزایش می یابد و در نتیجه مواد غذائی خاک مجددا کم می شود و در این حال در سرعت پائین به تولید مثل خود ادامه می دهند. فراوان ترین میکروب ها در خاک باکتریها هستند، خاک باغچه در هر گرم محتوی میلیون ها باکتری است.

در چند سانتیمتر از بخش فوقانی خاک تعداد میکروب ها حداکثر بوده و به تدریج هر چه عمق بیشتر می شود، تعداد آنها رو به کاهش می گذارد. تعداد باکتری ها را با روش کشت در بوات تعیین می کنند و احتمالا تعداد واقعی آنها دقیقا تخمین زده نمی شود. زیرا، یک نوع محیط کشت یا شرایط رشد نمی تواند امکانات لازم را برای رشد فراوان انواع میکروب ها در خاک فراهم سازد.

آکتینومیست ها گر چه جزء باکتریها رده بندی می شوند، ولی بطور جداگانه در خاک مورد مطالعه قرار می گیرند. این دسـته از میکروب ها ماده ای به نام ژئو زمین در خاک تولید می کنند که بوی کپک زده به خاک می دهد. در این دسته از میکروب ها تولید مثل بوسیله اسپورهای غیر جنسی و قطعه قطعه شدن میسلیوم انجام می گیرد. توده واقـعی زیاگـان (توده کـلـی جانداران در حجم معین) در مورد آکتینومیست ها احتمالا در حد باکتری ها است. این دسته از میکروب ها بویژه گونه های استرپتومیسس از لحاظ تولید آنتی بیوتیک اهمیت دارند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

جلبکها و سیانو باکتریا با فراهم نمودن ذرات اسکلتی کربناته ، به تله انداختن دانه‌ها برای تشکیل رسوبات لامینه‌ای و با حمله به ذرات و بسترهای زیستی از طریق فعّالیت موجودات حفّار ، در تشکیل سنگهای آهکی سهم بسزایی دارند. بیشتر سنگهای آهکی پرکامبرین تا حدودی توسط سیانو باکتریا تشکیل شده‌اند و سنگهای آهکی حاصل از موجودات میکروسکوپی بطور گسترده‌ای در طول فانروزئیک گسترش داشته‌اند. چهار گروه حائز اهمیت هستند. جلبک قرمز (رودوفیت). جلبک سبز (کلروفیت) ، جلبک سبز – زرد (کریزوفیتا) و سیانو باکتریا (جلبک سبز - آبی).
رودوفیتا Rhodophyta
جلبکهای آهکی رودوفیتا ، نظیر کوارلیناسه corainacae (کربونیفر تا عهد حاضر) و سولفورپوراسی salenoporaceae (کامبرین تامیوسن) دارای اسکلتهایی از کلسیت کریپتو کریستالینی هستند که در داخل یا بین دیواره‌های سلول ته‌نشین شده‌اند. کلسیت موجود در جلبکهای کورالین عهد حاضر دارای مقادیر زیادی Mg ، است که در ارتباط با درجه حرارت آب می‌باشد. بیشتر جلبکهای کورالین بسترهای زیستی را می‌پوشاند و چنانچه یک پپل یا پوسته داشته باشد نرونهایی که تحت عنوان رودولیت rhoodolith خوانده می‌شود تشکیل می‌شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

جداسازی یونهای فلزی آلاینده آب ، مسئله‌ای است که شماری از متغیرها آن را پیچیده می‌کند. از جمله این متغیرها می‌توان PH و حضور مواد آلی را نام برد. به‌عنوان نمونه ، کاملا معلوم شده است که فلزاتی مانند (Pb (II و (Hg (II که برای بیشتر موجودات زنده سمی‌اند، در جریان فرایندهای مختلفی به درون سیستمهای آبی راه می‌یابند. تولید سلاحهای هسته‌ای نیز مشکلات فضولات خطرناک را بوجود آورده است.
بازیابی فلزات
هم به دلایل زیست محیطی و هم اقتصادی ، علاقه فزاینده‌ای به بازیابی فلزات گرانبها وجود دارد. مشکلی جدی که بر سر راه خارج کردن یونهای فلزی وجود دارد، آن است که غلظت گونه‌های مورد نظر برای عملی شدن جداسازی ، اندک است و ضمنا این گونه‌ها به صورت مخلوط‌های پیچیده‌ای هستند. مثلا فضولات پرتوزا نه‌تنها حاوی رادیو نوکلئیدها هستند، بلکه یونهایی مانند سدیم ، پتاسیم و کلسیم را (که از لحاظ زیست محیطی ضروری نیستند) نیز در غلظتهای زیاد شامل می‌شوند. این یونهای بی‌ضرر می‌توانند مواد استخراج کننده را پیش از آنکه بتوانند یونهای سمی‌ را بطور موثری خارج سازند، اشباع کنند.
روشهای حذف یونهای فلزی
استخراج حلالی
در استخراج حلالی ، آب آلوده با ماده استخراج کننده آلی که در آب حل‌ناپذیر است، تماس پیدا می‌کند. استخراج کننده قادر است یون را مبادله کند یا با یون فلزی ، کی‌لیت بوجود آورد. بر اثر هم‌زدن ، یونهای فلزی به فاز آلی انتقال می‌یابند. سپس مهلت می‌دهند تا فازها از هم جدا شوند و آنگاه یونهای فلزی را با محلول مناسبی از فاز آلی حامل آنها جدا می‌کنند. این محلول غلیظ یون فلزی را می‌توان تخلیص کرد یا دور ریخت.
رزین‌های تبادل یونی
این رزین‌ها با همان اصول استخراج حلالی عمل می‌کنند و مشتمل بر گروههای عاملی هستند که قادرند با یونهای فلزی ، تشکیل کمپلکس دهند یا یون را مبادله کنند. رزین‌ها با محلول آلوده تماس می‌یابند، یونهای فلزی بر آن سوار می‌شوند و بالاخره با محلول شوینده مناسب یونها از رزین جدا می‌گردند. از آنجا که گروه عاملی با یون فلزی برهمکنش می‌کند، بطور کوالانسی با بسپار حل‌ناپذیر پیوند یافته است.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب