9-3 العمليات الميكروبيولوجية

9.3.1 حل

ويتألف الحل من تحطيم الجزيئات العضوية المعقدة التي تؤلف نفايات الأسماك وتغذي بقايا الطعام إلى مغذيات في شكل معادن أيونية يمكن للنباتات استيعابها (Goddek et al. 2015; Somerville et al. 2014). وفي كل من الاستزراع المائي (Sugita et al. 2005؛ Turcios and Papenbrock 2014)، وفي الأحياء المائية، تتم عملية الذوبان بشكل رئيسي بواسطة بكتيريا متغايرة التغذية (van Rijn 2013; Chap. 6) التي لم يتم تحديدها بشكل كامل بعد (Goddek et al. 2015). وقد بدأت بعض الدراسات في فك رموز تعقيد مجتمعات البكتيريا هذه (Schmautz et al. 2017). في الاستزراع المائي الحالي، أكثر البكتيريا الملاحظة شيوعاً هي Rhizobium sp., Flavobacterium sp., Sphingobacterium sp., Comamonas sp., Acinetobacterium sp., Aeromonas sp. (مونغيا - فراغوزو و و آخرون 2015, و سوغيتا و آخرون 2005). ويمكن أن يتمثل أحد الأمثلة على الدور الرئيسي للبكتيريا في علم الأحياء المائية في تحويل النباتات غير القابلة للذوبان إلى فوسفور (P) المتاح لامتصاص النباتات من خلال إنتاج فيتاسيس الموجودة بشكل خاص في ga-proteobacteria (Jorquera et al. 2008). (يلزم إجراء المزيد من البحوث في هذا المجال). ويمكن أيضا أن تكون العناصر الغذائية الأخرى من P محاصرة كمواد صلبة وإخلاء من النظام مع الحمأة. وبالتالي، تُبذل جهود لإعادة تأهيل هذه الحمأة بمفاعلات UASB-EGSB من أجل إعادة إدخال المغذيات في النظام المائي (Delaide 2017؛ Goddek et al. 2016؛ [Chap. 10](/المجتمع/المقالات/الفصل 10-المعالجة الهوائية واللاهوائية - من أجل الحمأة المائية - الاختزال والتعدين)). وعلاوة على ذلك، لا يتم إطلاق معادن مختلفة بنفس المعدل، اعتماداً على تركيبة العلف (LetelierGordo et al. 2015)، مما يؤدي إلى رصد أكثر تعقيداً لتركيزها في المحلول المائي (Seawrit et al. 1998).

9.3.2 النترجة

مصدر النيتروجين الرئيسي في النظام المائي هو تغذية الأسماك والبروتينات التي تحتوي عليها (Goddek et al. 2015؛ Ru et al. 2017؛ Wongkiew et al. 2017؛ Yildiz et al. 2017). من الناحية المثالية، يجب أن تؤكل 100٪ من هذه العلف من قبل الأسماك. ومع ذلك، لوحظ أن الأسماك لا تستخدم سوى حوالي 30 في المائة من النيتروجين الموجود في العلف المعطى (Rafiee and Saad 2005). وتستخدم الأعلاف التي يتم تناولها جزئياً للاستيعاب والتمثيل الغذائي (Wongkiew et al. 2017)، بينما تفرز الباقي إما عن طريق الخياشيم أو عن طريق البول والبراز (Ru et al. 2017). النيتروجين الذي يفرز من خلال الخياشيم هو أساسا في شكل الأمونيا، NHSub3/sub (Wongkiew et al. 2017؛ Yildiz et al. 2017)، في حين يتكون البول والبراز من النيتروجين العضوي (Wongkiew et al. 2017) الذي يتحول إلى الأمونيا بواسطة البروتياز والديناميناز (Sugita et al. 2005). بشكل عام، تفرز الأسماك النيتروجين تحت شكل تان، أي NHSub3/sub و NHSub4/subsup+/سوب. التوازن بين NHSub3/sub و NHSub4/subsup+/sup يعتمد في الغالب على الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة. الأمونيا هي النفايات الرئيسية الناتجة عن هدم الأسماك من بروتينات الأعلاف (يلدز وآخرون 2017).

النتريفيكاتيون هي عملية من خطوتين يتم خلالها تحويل الأمونيا NHSub3/sub أو الأمونيوم NHSUB4/subsup+/سوب تفرز من الأسماك أولا إلى النتريت nosub2/subsup-/سوب ثم إلى نترات NOSUB3/subsup-/سوب بواسطة البكتيريا الذاتية التخليقية الكيميائية الهوائية محددة. وهناك حاجة إلى توافر كبير من الأكسجين المذاب لأن النتريك يستهلك الأكسجين (Carsiotis and Khanna 1989؛ Madigan and Martinko 2007؛ Shoda 2014). يتم تنفيذ الخطوة الأولى من هذا التحول من قبل البكتيريا المؤكسدة الأمونيا (AOB) مثل Nitrosomonas، Nitrosococcus، Nitrosospira، Nitrosoobus و Nitrosovibrio. يتم تنفيذ الخطوة الثانية من قبل البكتيريا المؤكسدة النتريت (NOB) مثل Nitrobacter، Nitrococcus، Nitrospira و Nitrospina (رورانغوا وفيرديجيم 2013؛ تيمونس وEbeling 2013؛ ونغكيو وآخرون. 2017). Nitrospira يستنتج حاليا أن يكون نتريفير كامل، أي أن تشارك في إنتاج كل من النتريت والنترات (Daims et al. 2015). ويمكن العثور على نفس البكتيريا في كل من الاستزراع المائي والنظم المائية (Wongkiew et al. 2017). توجد هذه البكتيريا بشكل رئيسي في الأفلام الحيوية المثبتة على الوسائط المكونة للمرشح الحيوي ولكن يمكن ملاحظتها أيضًا في الأجزاء الأخرى للنظام (Timmons و Ebeling 2013).

ويكتسي النتريت أهمية قصوى في علم الأحياء المائية حيث أن الأمونيا والنتريت سامة للغاية بالنسبة للأسماك: 0.02-0.07 ملغم/لتر من الأمونيا والنيتروجين كافية لمراقبة الضرر في أسماك المياه الدافئة، وينبغي أن يبقى النيتروجين أقل من 1 ملغم/لتر (Losordo et al. 1998؛ Timmons وEbeling 2013). تؤثر الأمونيا على الجهاز العصبي المركزي للأسماك (راندال وتسوي 2002؛ تيمونز وEbeling 2013)، في حين أن النتريت يسبب مشاكل في تثبيت الأكسجين (لوسوردو وآخرون 1998). ومع ذلك، فإن النيترات- النيتروجين يتم تحمله من قبل الأسماك حتى 150-300 ملغ/لتر (Goddek et al. 2015؛ Graber and Junge 2009؛ Yildiz et al. 2017).

يحدث النتروية في الغالب في المرشحات الحيوية (Losordo et al. 1998؛ Timmons و Ebeling 2013). لذلك، عند بدء تشغيل نظام، فمن المستحسن لتشغيل النظام دون الأسماك من أجل السماح للسكان المتزايد ببطء من البكتيريا النتريفينغ لإنشاء (تيمونس و إبيلينغ 2013؛ ونغكيو وآخرون. 2017). ومن الضروري أيضا تجنب، إلى أقصى حد ممكن، وجود المواد العضوية في المرشحات الحيوية من أجل منع نمو البكتيريا غير الغذائية ذات القدرة التنافسية العالية (تيمونز و Ebeling 2013). وبدلاً من ذلك، يمكن إضافة مزيج تجاري من بكتيريا النتريفينغ إلى النظام، قبل التخزين، للتعجيل بعملية الاستعمار (Kuhn et al. 2010). ومع ذلك، توجد أيضًا أنظمة أكوابونية صغيرة بدون فلتر بيولوجي. في هذه النظم، تشكل البكتيريا النتريفينغ الأفلام الحيوية للأسطح المتاحة (مثل جدران المقصورة المائية، الوسائط الخاملة عند استخدام تقنية سرير الوسائط) (Somerville et al. 2014).