In de beluchtingstank van een afvalwaterzuiveringsinstallatie ligt een bruisende "microscopische voedselstad". Hier zijn geen chefs met Michelinsterren, geen bezorgers en zelfs kant-en-klare "maaltijden" zijn schaars. De autotrofe micro-organismen in het actief slib zijn de meest onconventionele "diners" in deze culinaire hub - terwijl anderen gretig strijden om organisch afval in het afvalwater, vertrouwen zij koppig op hun eigen inspanningen, energie onttrekkend aan "lucht en steen", en op ingenieuze wijze anorganische stoffen omzettend in een "feestmaal van Chinese en Westerse delicatessen". Vandaag onthullen we hoe deze "zelfvoorzienende eetkoningen" "zware tijden" omzetten in een "rijke tweede generatie" die in het afvalwater leeft.
Laat ik beginnen met je wat achtergrond te geven: Actief slib is in eenvoudige termen een "milieuvriendelijk team" dat bestaat uit miljarden micro-organismen. Hun ultieme missie is het zuiveren van afvalwater door verontreinigende stoffen af te breken. Dit team is verdeeld in twee grote facties: heterotrofe micro-organismen zijn de "gulzige eters", gespecialiseerd in het smullen van gemakkelijk verkrijgbare organische stoffen (zoals zetmeel, eiwitten en vet) in het afvalwater - ze smullen met grote eetlust. Ondertussen zijn autotrofe micro-organismen de "hardcore ambachtslieden", van nature uitgerust met een "keukenbuffet", en minachten ze gewoon die "restjes". Ze weigeren te vertrouwen op de restjes van anderen en staan erop zelf grondstoffen te betrekken, en "organische feesten" van de grond af aan te creëren. Denk je dat ze arrogant zijn? Nee, ze hebben de superkracht ontwikkeld om "niet te hoeven concurreren om voedsel". In de "concurrentie om hulpbronnen"-omgeving van afvalwater hebben ze een pad geëffend naar "zelfvoorziening" in het voeden van zichzelf.
Als het gaat om de "top-tier foodies" onder de zelfvoorzienende micro-organismen, neemt de nitrietbacteriënfamilie ongetwijfeld de kroon - deze kleine jongens zijn de "chemische chefs van slib", die uitblinken in de kunst van "anorganische oxidatie" om te koken. Je vraagt je misschien af: anorganische stoffen? Bevat dat niet "hardcore" spul zoals stenen, ammoniak en sulfiden? Wat wij onaangenaam vinden, is eigenlijk de heerlijkste grondstof in de ogen van nitrietbacteriën - aantrekkelijker dan zelfs "Boeddha springt over de muur".
In de familie van nitrificerende bacteriën zijn er twee kern "chefs": ammoniak-oxiderende bacteriën en nitriet-oxiderende bacteriën. Ze zijn het "perfecte duo", werken met duidelijk gedefinieerde rollen, net als voorgerecht- en hoofdgerechtkoks in een restaurant. De eerste die verschijnt, is de ammoniak-oxiderende bacterie, wiens "kenmerkende vaardigheid" is om ammoniakstikstof (NH3) in afvalwater te behandelen als een "voorgerecht". Onderschat deze ammoniakstikstof niet - het is niet sterk geconcentreerd in afvalwater, maar het draagt een doordringende "toiletgeur". Heterotrofe bacteriën hebben de neiging om het te vermijden, maar de ammoniak-oxiderende bacteriën behandelen het als een schat. Met behulp van zijn "oxidase-gereedschap" in zijn lichaam, "breekt en oxideert" het geleidelijk de ammoniakstikstof. Dit proces is als het aansteken van aardgas met een aansteker - hoewel er geen open vlam is, komt er continue energie vrij, die dient als hun "kookbrandstof".
Maar de "culinaire vaardigheden" van ammoniak-oxiderende bacteriën stoppen bij de voorgerechtenfase. Na het oxideren van ammoniakstikstof tot nitriet (NO2-), stillen ze hun eigen honger en dorst, en geven ze vervolgens het overgebleven "half afgewerkte product" van nitriet door aan hun "goede broer" nitriet-oxiderende bacteriën. Deze "hoofdgerechtmeester" is nog formidabeler, omdat hij nitriet verder kan oxideren tot nitraat (NO3-), waarbij een andere golf van energie vrijkomt. Denk je dat ze al deze moeite doen alleen voor hun eigen voordeel? Nee, terwijl ze deze anorganische verbindingen oxideren, zijn ze ook stiekem "bezig met een nevenactiviteit" - met behulp van de vrijgekomen energie om kooldioxide (CO2) uit de lucht te behandelen als "bloem", en water (H2O) en anorganische zouten (zoals kalium, fosfor en ijzer) uit afvalwater te halen als "kruiden", glucose en eiwitten synthetiserend tot "organische delicatessen" in hun lichaam. Deze operatie staat gelijk aan dat terwijl anderen vechten om mantou, zij al tarwe hebben verbouwd, bloem hebben gemalen en broodjes hebben gestoomd, en een "zelfvoorzieningsplafond" hebben bereikt in de microbiële wereld.
Nog indrukwekkender is het feit dat nitrificerende bacteriën, deze "meesterkoks", bijzonder "taai" zijn. Hoewel hun "kokefficiëntie" niet bijzonder hoog is - het synthetiseren van 1 gram organische stof kan het oxideren van tientallen of zelfs honderden grammen ammoniakstikstof vereisen - gedijen ze op hun "ongecompliceerde en niet-competitieve" aard. In actief slib, wanneer heterotrofe bacteriën de organische stof in afvalwater bijna hebben uitgeput, krijgen ze honger en grijpen ze zelfs naar "voedselconcurrentie". Ondertussen kunnen nitrificerende bacteriën rustig "langzaam werken om resultaten te perfectioneren", anorganische stoffen omzettend in hun eigen levensonderhoud met behulp van de resterende ammoniakstikstof in afvalwater en kooldioxide uit de lucht.
Het is alsof iedereen na een foodfestival de kruimels van snacks van de grond opraapt, terwijl zij in plaats daarvan hun eigen gereedschap pakken om de "lucht en stenen" ter plekke te verwerken tot een feestmaal. Zulke overlevingswijsheid is werkelijk bewonderenswaardig.
Naast de "chemische kookschool" van nitrificerende bacteriën, is er een andere groep autotrofe "foodies" in het actief slib - fototrofe autotrofe micro-organismen, zoals cyanobacteriën en paarse zwavelbacteriën, die "zonlichtkoks" kunnen worden genoemd. Hun rol in afvalwaterzuiveringsinstallaties is echter minder prominent dan die van nitrificerende bacteriën, omdat het licht in de beluchtingstank niet overvloedig is, en de constante agitatie van het beluchtingssysteem het moeilijk maakt om te genieten van een rustig zonnebad. Toch blinken ze uit met een "positieve mindset en bekwame handen". Zelfs met minimaal licht, in combinatie met "speciale ingrediënten" zoals waterstofsulfide (H2S) en ijzerionen (Fe²⁺) in het afvalwater, kunnen ze "Fotosynthese 2.0-modus" activeren. Terwijl gewone planten kooldioxide en water gebruiken om organische stoffen te synthetiseren met lichtenergie, waarbij zuurstof vrijkomt, zijn deze fototrofe autotrofe micro-organismen meer down-to-earth. Ze kunnen water vervangen door waterstofsulfide, licht gebruiken om kooldioxide en waterstofsulfide om te zetten in organische stoffen, en tegelijkertijd zwavel uit waterstofsulfide halen, en opslaan als elementaire zwaveldeeltjes in hun lichaam. Dit is als koken en tegelijkertijd "voorraden aanleggen".
Je kunt je deze scène voorstellen: in de hoek van de beluchtingstank schijnt een vage lichtstraal naar binnen, en de blauwe bacteriën worden onmiddellijk "energiek", spreiden hun "fotosynthetische vleugels" (fotosynthetische lagen) achter elkaar uit, als een groep "kleine chefs" die zonnepanelen vasthouden, zonnebaden en opladen, terwijl ze het doordringende waterstofsulfide in het riool behandelen als "sojasaus" en kooldioxide als "rijst". Met een felle operatie maken ze een heerlijke "organische maaltijd" en behandelen ze ook de geurige verontreinigende stof waterstofsulfide - het oplossen van het probleem van eten en het bereiken van milieu-KPI, wat gewoon een model is van "geen vertraging in droge rijstwerk".
Maar over dit alles gesproken, hoewel deze autotrofe micro-organismen "zeer bekwaam" zijn, zijn ze niet "bovennatuurlijk". Wanneer ze "organische maaltijden" maken, hebben ze ook wat "sporenelementkruiden" nodig - zoals mineralen zoals ijzer, mangaan en zink die uit rioolwater worden opgenomen, wat overeenkomt met het zout en de MSG die we gebruiken om te koken. Zonder hen heeft de "maaltijd" die ze maken geen smaak, en zullen micro-organismen niet uit zichzelf groeien. En hun "kookritme" is bijzonder traag. Heterotrofe bacteriën hebben misschien maar een paar uur nodig om een maaltijd te eten, terwijl nitrificerende bacteriën misschien meerdere dagen of zelfs weken nodig hebben om "genoeg te eten en te drinken om hun lichaam te laten groeien". Dus in actief slib, hoewel ze niet hoeven te concurreren om voedsel, moeten ze zich nog steeds op een bescheiden manier ontwikkelen om te voorkomen dat ze "per ongeluk worden beschadigd" door heterotrofe bacteriën (per slot van rekening zijn heterotrofe bacteriën overvloedig en reproduceren ze snel, soms hun leefruimte innemend).
Maar onderschat deze 'langzame koks' niet, ze zijn de 'onzichtbare helden' van afvalwaterzuiveringsinstallaties. Denk er eens over na, de ammoniakstikstof in rioolwater is een groot probleem. Indien niet behandeld, kan het leiden tot eutrofiëring van het waterlichaam wanneer het in de rivier wordt geloosd, wat resulteert in een groot aantal algenbloei en rode getijden die vissen en garnalen kunnen vergiftigen. En de groep "chemische chefs" zoals nitrificerende bacteriën kan ammoniakstikstof geleidelijk omzetten in nitraat, dat vervolgens door denitrificerende bacteriën wordt omgezet in stikstof en in de lucht wordt geloosd, waardoor het "giftige afval" in rioolwater effectief wordt omgezet in een "onschadelijk gas". Als zij er niet waren geweest, zou de afvalwaterzuiveringsinstallatie de "denitrificatie"-taak niet hebben kunnen voltooien, en zou ons rivierwater misschien al lang in "groene soep" zijn veranderd.
Wat nog interessanter is, is dat deze autotrofe micro-organismen bijzonder 'verenigd' zijn. De twee "meesters" van nitrificerende bacteriën - ammoniak-oxiderende bacteriën en nitriet-oxiderende bacteriën - "vechten nooit alleen", ze komen altijd samen om een "nitrificerende bacteriëngemeenschap" te vormen. Het nitriet dat door ammoniak-oxiderende bacteriën wordt geproduceerd, is toevallig het "voedsel" voor nitriet-oxiderende bacteriën; En nitriet-oxiderende bacteriën eten nitriet, wat de ophoping van nitriet in het milieu kan voorkomen, en op zijn beurt ammoniak-oxiderende bacteriën beschermt (hoge concentraties nitriet zijn giftig voor ammoniak-oxiderende bacteriën). Dit stilzwijgende begrip van "jij kookt, ik doe de afwas, jij produceert, ik consumeer" is gewoon een "modelkoppel" in de microbiële gemeenschap. Geen wonder dat ze zich stevig in rioolwater kunnen vestigen en "groenblijvende bomen" kunnen worden in de droge voedingsindustrie.
Soms bewonder ik deze micro-wereld 'rijsteters' echt: ze hebben geen ogen, geen mond en zelfs geen hersenen, maar ze kunnen nauwkeurig de 'grondstoffen' vinden die ze nodig hebben, de meest primitieve chemische reacties gebruiken om anorganische stoffen om te zetten in organische stoffen, en rioolwater om te zetten in schoon en droog water. Ze eten niet wat ze zien zoals heterotrofe bacteriën, maar staan erop om "het zelf te doen en goed gevoed te worden". Terwijl anderen strijden om voedsel, cultiveren ze in stilte hun "kookvaardigheden" en bezetten ze uiteindelijk een onmisbare plaats in de "micro-voedselstad" van actief slib.
In feite, als je erover nadenkt, is de "droge voedselfilosofie" van deze autotrofe micro-organismen het waard om te leren: ze vertrouwen niet op externe "kant-en-klare hulpbronnen", maar cultiveren hun eigen "kernvaardigheden", creëren waarde door hun eigen capaciteiten, lossen niet alleen hun eigen "voedselproblemen" op, maar dragen ook bij aan het hele ecosysteem (afvalwaterzuiveringsinstallaties). Ze zijn als een groep ambachtslieden die stil in het riool werken, niet op zoek naar grootsheid, maar naar zelfvoorziening, standvastigheid en betrouwbaarheid.
Dus de volgende keer dat je langs een afvalwaterzuiveringsinstallatie komt en de vage "ontsmettingsgeur" ruikt, wil je misschien denken aan die autotrofe micro-organismen in de beluchtingstank - ze kunnen druk bezig zijn met het oxideren van ammoniakstikstof, zonnebaden om organische stoffen te synthetiseren, of "samenwerken" met hun collega's om een grote maaltijd te maken. Deze onopvallende 'micro-rijstkoks' schrijven op hun eigen unieke manier de legende van zelfvoorziening in rioolwater, en gebruiken ook hun 'kookvaardigheden' om ons watermilieu te beschermen. Hulde aan de "koning van de zelfvoorzienende droge rijst" in dit actief slib, ze kunnen immers "lucht en stenen" omzetten in een feestmaal. Kijkend naar de hele microbiële gemeenschap, zijn zij de enigen die het kunnen!
