Nel serbatoio di aerazione di un impianto di trattamento delle acque reflue si trova una vivace "città del cibo microscopica". Qui, non ci sono chef stellati Michelin, né corrieri per la consegna di cibo, e persino i "pasti preconfezionati" sono scarsi. I microrganismi autotrofi nel fango attivo sono i "commensali" più anticonvenzionali di questo polo culinario: mentre altri competono avidamente per i detriti organici nelle acque reflue, loro si affidano ostinatamente ai propri sforzi, estraendo energia da "aria e pietra", e trasformando ingegnosamente la materia inorganica in un "banchetto di prelibatezze cinesi e occidentali". Oggi, scopriremo come questi "re della ristorazione autosufficienti" trasformano i "tempi duri" in una vita da "ricchi di seconda generazione" nelle acque reflue.
Permettimi di iniziare fornendo un po' di background: il fango attivo, in parole povere, è un "team eco-compatibile" composto da miliardi di microrganismi. La loro missione finale è purificare le acque reflue abbattendo gli inquinanti. Questo team è diviso in due fazioni principali: i microrganismi eterotrofi sono i "mangiatori ingordi", specializzati nell'abbuffarsi di materia organica prontamente disponibile (come amido, proteine e grassi) nelle acque reflue: si abbuffano con grande appetito. Nel frattempo, i microrganismi autotrofi sono gli "artigiani hardcore", naturalmente dotati di un "buff di cucina", e semplicemente disdegnano quegli "avanzi". Rifiutano di fare affidamento sugli avanzi degli altri e insistono nell'approvvigionarsi di materie prime da soli, creando "banchetti organici" da zero. Pensi che siano arroganti? No, hanno sviluppato il superpotere di "non aver bisogno di competere per il cibo". Nell'ambiente di "competizione per le risorse" delle acque reflue, hanno forgiato un percorso verso l'"autosufficienza" nell'alimentarsi.
Quando si parla dei "buongustai di alto livello" tra i microrganismi autosufficienti, la famiglia dei batteri nitrito si aggiudica senza dubbio la corona: questi piccoli sono gli "chef chimici del fango", eccellenti nell'arte dell'"ossidazione inorganica" per cucinare. Potresti chiederti: materia inorganica? Non include forse cose "hardcore" come pietre, ammoniaca e solfuri? Ciò che troviamo sgradevole è in realtà la materia prima più deliziosa agli occhi dei batteri nitrito: più allettante persino del "Buddha che salta il muro".
Nella famiglia dei batteri nitrificanti, ci sono due "chef" principali: i batteri ossidanti dell'ammoniaca e i batteri ossidanti del nitrito. Sono la "coppia perfetta", che lavora con ruoli ben definiti, proprio come gli chef degli antipasti e dei piatti principali in un ristorante. Il primo ad apparire è il batterio ossidante dell'ammoniaca, la cui "abilità distintiva" è trattare l'azoto ammoniacale (NH3) nelle acque reflue come un "antipasto". Non sottovalutare questo azoto ammoniacale: non è altamente concentrato nelle acque reflue, ma porta con sé un pungente "odore di toilette". I batteri eterotrofi tendono a evitarlo, eppure i batteri ossidanti dell'ammoniaca lo trattano come un tesoro. Usando i suoi "strumenti ossidasi" all'interno del suo corpo, "scompone e ossida" gradualmente l'azoto ammoniacale. Questo processo è come accendere il gas naturale con un accendino: sebbene non ci sia fiamma libera, rilascia energia continua, che funge da loro "combustibile da cucina".
Ma le "abilità culinarie" dei batteri ossidanti dell'ammoniaca si fermano allo stadio dell'antipasto. Dopo aver ossidato l'azoto ammoniacale in nitrito (NO2-), soddisfano la propria fame e sete, quindi consegnano il restante "prodotto semilavorato" di nitrito al loro "buon fratello" batterio ossidante del nitrito. Questo "maestro dei piatti principali" è ancora più formidabile, poiché può ulteriormente ossidare il nitrito in nitrato (NO3-), rilasciando un'altra ondata di energia. Pensi che si facciano tutti questi problemi solo per il proprio beneficio? No, mentre ossidano questi composti inorganici, sono anche segretamente "impegnati in un'attività secondaria": usando l'energia rilasciata per trattare l'anidride carbonica (CO2) dall'aria come "farina", e recuperando acqua (H2O) e sali inorganici (come potassio, fosforo e ferro) dalle acque reflue come "condimenti", sintetizzando glucosio e proteine in "prelibatezze organiche" all'interno dei loro corpi. Questa operazione equivale a, mentre gli altri si affannano per il mantou, loro hanno già coltivato il grano, macinato la farina e cotto al vapore i panini, raggiungendo un "tetto di autosufficienza" nel mondo microbico.
Ancora più impressionante è il fatto che i batteri nitrificanti, questi "maestri chef", sono particolarmente "resistenti". Sebbene la loro "efficienza di cottura" non sia particolarmente elevata: la sintesi di 1 grammo di materia organica può richiedere l'ossidazione di dozzine o addirittura centinaia di grammi di azoto ammoniacale: prosperano sulla loro natura "senza pretese e non competitiva". Nel fango attivo, quando i batteri eterotrofi hanno quasi esaurito la materia organica nelle acque reflue, diventano affamati e ricorrono persino alla "competizione per il cibo". Nel frattempo, i batteri nitrificanti possono tranquillamente "lavorare lentamente per risultati perfetti", trasformando la materia inorganica nel loro sostentamento usando l'azoto ammoniacale residuo nelle acque reflue e l'anidride carbonica dall'aria.
È come se, dopo una sagra gastronomica, mentre tutti gli altri raccolgono le briciole di snack da terra, loro invece tirano fuori i propri strumenti per trasformare "aria e pietre" sul posto in un banchetto. Tale saggezza di sopravvivenza è davvero ammirevole.
Oltre alla "scuola di cucina chimica" dei batteri nitrificanti, ci sono un altro gruppo di "buongustai" autotrofi nel fango attivo: i microrganismi autotrofi fototrofici, come i cianobatteri e i batteri porpora dello zolfo, che possono essere chiamati "chef della luce solare". Tuttavia, il loro ruolo negli impianti di trattamento delle acque reflue è meno importante di quello dei batteri nitrificanti, poiché la luce nel serbatoio di aerazione non è abbondante e l'agitazione costante del sistema di aerazione rende difficile godersi un bagno di sole tranquillo. Eppure, nonostante queste sfide, eccellono con una "mentalità positiva e mani esperte". Anche con una luce minima, combinata con "ingredienti speciali" come l'idrogeno solforato (H2S) e gli ioni ferrosi (Fe²⁺) nelle acque reflue, possono attivare la "Modalità Fotosintesi 2.0". Mentre le piante ordinarie usano anidride carbonica e acqua per sintetizzare materia organica con l'energia luminosa, rilasciando ossigeno nel processo, questi microrganismi autotrofi fototrofici sono più con i piedi per terra. Possono sostituire l'acqua con l'idrogeno solforato, usare la luce per convertire l'anidride carbonica e l'idrogeno solforato in materia organica e, contemporaneamente, estrarre lo zolfo dall'idrogeno solforato, immagazzinandolo come particelle di zolfo elementare all'interno dei loro corpi. È come cucinare e contemporaneamente "fare scorta".
Puoi immaginare questa scena: nell'angolo del serbatoio di aerazione, un debole raggio di luce brilla, e i batteri blu diventano immediatamente "energetici", diffondendo le loro "ali fotosintetiche" (strati fotosintetici) uno dopo l'altro, come un gruppo di "piccoli chef" che tengono pannelli solari, prendendo il sole e caricandosi, mentre trattano il pungente idrogeno solforato nelle acque reflue come "salsa di soia" e l'anidride carbonica come "riso". Con un'operazione feroce, preparano un delizioso "pasto organico" e trattano anche l'inquinante odorigeno idrogeno solforato - risolvendo il problema del mangiare e raggiungendo gli KPI ambientali, il che è semplicemente un modello di "nessun ritardo nel lavoro del riso secco".
Tuttavia, a proposito, sebbene questi microrganismi autotrofi siano "altamente qualificati", non sono "ultraterreni". Quando preparano "pasti organici", hanno anche bisogno di alcuni "condimenti di oligoelementi" - come minerali come ferro, manganese e zinco assorbiti dalle acque reflue, che equivalgono al sale e al glutammato monosodico che usiamo per cucinare. Senza di loro, il "pasto" che preparano non avrà sapore e i microrganismi non cresceranno da soli. E il loro "ritmo di cottura" è particolarmente lento. I batteri eterotrofi potrebbero aver bisogno solo di poche ore per mangiare un pasto, mentre i batteri nitrificanti potrebbero impiegare diversi giorni o addirittura settimane per "mangiare e bere abbastanza da far crescere i loro corpi". Quindi, nel fango attivo, sebbene non debbano competere per il cibo, devono comunque svilupparsi in modo discreto per evitare di essere "danneggiati accidentalmente" dai batteri eterotrofi (dopotutto, i batteri eterotrofi sono abbondanti e si riproducono rapidamente, a volte occupando il loro spazio vitale).
Ma non sottovalutare questi "cuochi dai ritmi lenti", sono gli "eroi invisibili" degli impianti di trattamento delle acque reflue. Pensaci, l'azoto ammoniacale nelle acque reflue è un grosso problema. Se non trattato, può portare all'eutrofizzazione del corpo idrico quando viene scaricato nel fiume, con conseguente fioritura di alghe e maree rosse che possono avvelenare pesci e gamberi. E il gruppo di "chef chimici" come i batteri nitrificanti può gradualmente convertire l'azoto ammoniacale in nitrato, che viene poi convertito in azoto dai batteri denitrificanti e scaricato nell'aria, trasformando efficacemente i "rifiuti tossici" nelle acque reflue in un "gas innocuo". Se non fosse per loro, l'impianto di trattamento delle acque reflue non sarebbe stato in grado di completare il compito di "denitrificazione", e l'acqua del nostro fiume potrebbe essersi trasformata in "zuppa verde" molto tempo fa.
Ciò che è ancora più interessante è che questi microrganismi autotrofi sono particolarmente "uniti". I due "maestri" dei batteri nitrificanti - i batteri ossidanti dell'ammoniaca e i batteri ossidanti del nitrito - non "combattono mai da soli", si uniscono sempre per formare una "comunità batterica nitrificante". Il nitrito prodotto dai batteri ossidanti dell'ammoniaca è il "cibo" per i batteri ossidanti del nitrito; E i batteri ossidanti del nitrito mangiano il nitrito, il che può impedire l'accumulo di nitrito nell'ambiente e, a sua volta, proteggere i batteri ossidanti dell'ammoniaca (alte concentrazioni di nitrito sono tossiche per i batteri ossidanti dell'ammoniaca). Questa tacita intesa di "tu cucini, io lavo i piatti, tu produci, io consumo" è semplicemente una "coppia modello" nella comunità microbica. Non c'è da meravigliarsi che possano stabilirsi saldamente nelle acque reflue e diventare "alberi sempreverdi" nell'industria del cibo secco.
A volte ammiro davvero questi "mangiatori di riso" del micromondo: non hanno occhi, né bocca, e nemmeno cervello, ma riescono a trovare con precisione le "materie prime" di cui hanno bisogno, usano le reazioni chimiche più primitive per trasformare le sostanze inorganiche in sostanze organiche e trasformare le acque reflue in acqua pulita e asciutta. Non mangiano quello che vedono come i batteri eterotrofi, ma insistono nel "fare da soli ed essere ben nutriti". Mentre gli altri competono per il cibo, coltivano silenziosamente le loro "abilità culinarie" e alla fine occupano un posto indispensabile nella "micro città del cibo" del fango attivo.
In realtà, a pensarci bene, la "filosofia del cibo secco" di questi microrganismi autotrofi vale la pena di essere appresa: non si affidano a "risorse preconfezionate" esterne, ma coltivano le proprie "competenze fondamentali", creano valore attraverso le proprie capacità, non solo risolvono i propri "problemi alimentari", ma contribuiscono anche all'intero ecosistema (impianti di trattamento delle acque reflue). Sono come un gruppo di artigiani che lavorano silenziosamente nelle acque reflue, non alla ricerca della grandezza, ma dell'autosufficienza, della fermezza e dell'affidabilità.
Quindi, la prossima volta che passi accanto a un impianto di trattamento delle acque reflue e senti il debole "odore di disinfettante", potresti voler pensare a quei microrganismi autotrofi nel serbatoio di aerazione - potrebbero essere impegnati a ossidare l'azoto ammoniacale, a prendere il sole per sintetizzare materia organica, o a "collaborare" con i loro colleghi per preparare un pasto abbondante. Questi "micro cuochi di riso" insignificanti stanno scrivendo la leggenda dell'autosufficienza nelle acque reflue a modo loro, e usano anche le loro "abilità culinarie" per proteggere il nostro ambiente idrico. Un saluto al "re del riso secco autosufficiente" in questi fanghi attivi, dopotutto, possono trasformare "aria e pietre" in un banchetto. Guardando l'intera comunità microbica, sono gli unici che possono farlo!
