廈門生態(tài)轉(zhuǎn)環(huán)：污水處理系統(tǒng)中生物膜轉(zhuǎn)環(huán)的微生物群落構(gòu)建策略
構(gòu)建微生物群落的機(jī)制
理論基礎(chǔ):生態(tài)理論和中性理論是微生物群落建設(shè)機(jī)制中最廣泛接受的理論。根據(jù)生態(tài)學(xué)理論，確定性因素(如物種性質(zhì)與競爭、捕食、互利共生等微生物相互作用)和環(huán)境條件(如pH、溫度和營養(yǎng)鹽)控制著群落建設(shè)，被稱為確定性過程。中性理論認(rèn)為，隨機(jī)過程(包括物種的出生、死亡、遷移、擴(kuò)散或歷史偶然性等。)塑造生物群落。目前普遍認(rèn)為群落建設(shè)受到確定性過程和隨機(jī)過程的共同作用，其相對(duì)大小取決于多種因素。
影響因素:微生物群落建設(shè)機(jī)制受多種因素影響。例如，時(shí)間和空間的規(guī)模、環(huán)境因素和運(yùn)行參數(shù)會(huì)影響確定性和隨機(jī)性過程的相對(duì)重要性。此外，物種的相對(duì)豐度、頻率、進(jìn)水和出水的不同處理階段也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。在不同的污水處理系統(tǒng)和運(yùn)行條件下，確定性過程和隨機(jī)過程的相對(duì)重要性會(huì)有所不同。例如，一些研究發(fā)現(xiàn)，在某些情況下，隨機(jī)過程主導(dǎo)活性污泥微生物群落，其中漂移占比很大，同質(zhì)化選擇是最重要的確定性過程。但是，在某些情況下。
構(gòu)建微生物群落的策略
優(yōu)化環(huán)境條件：通過調(diào)節(jié)污水處理系統(tǒng)中的環(huán)境參數(shù)(例如pH值)、溫度、溶解氧、營養(yǎng)鹽等。)，為微生物群落的建設(shè)提供合適的生存環(huán)境，從而促使微生物的生長繁殖，提高污水處理效率。
合理選擇和控制運(yùn)行參數(shù):如污泥年齡、水力停留時(shí)間、曝氣量等。這些參數(shù)會(huì)影響微生物的生長、新陳代謝和群落結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響污水處理效果。例如，微生物群落在不同污泥年齡下的構(gòu)成存在顯著差異，反應(yīng)器運(yùn)行不同階段的隨機(jī)性和確定性也會(huì)發(fā)生變化。
接種優(yōu)勢菌種或微生物群落:根據(jù)污水處理的具體要求，對(duì)具有特定功能的優(yōu)勢菌種或微生物群落進(jìn)行有針對(duì)性的接種，以加快生物膜的形成，提高污水處理效率。例如，王愛杰教授團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn)，弱電介入可以強(qiáng)化厭氧水解酸化系統(tǒng)的污泥降解效率，并揭示了弱電介入對(duì)微生物互作和功能菌群建設(shè)的選擇機(jī)制，提出了定向控制工程系統(tǒng)微生物群落功能的可行策略。
構(gòu)建多級(jí)生物膜系統(tǒng):通過在生物膜轉(zhuǎn)環(huán)中設(shè)置多個(gè)生物膜反應(yīng)器或設(shè)計(jì)不同的功能區(qū)域，可以實(shí)現(xiàn)微生物群落的分層構(gòu)建和協(xié)同作用，提高去除不同污染物的效率。例如，不同氧化還原區(qū)的微生物群落在尾水供應(yīng)型河流潛流帶中存在顯著差異。好氧區(qū)的微生物群落受到確定性過程的影響，而厭氧區(qū)的微生物群落受到生態(tài)漂移的影響。因此，多級(jí)生物膜系統(tǒng)可以根據(jù)這種差異構(gòu)建，處理好氧和厭氧條件下的污染物。
利用生態(tài)位理論構(gòu)建群落:根據(jù)生態(tài)位理論，通過優(yōu)化污水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行條件，為不同功能的微生物提供合適的生態(tài)位置，促使微生物群落的穩(wěn)定構(gòu)建和功能發(fā)揮。例如，在生物膜轉(zhuǎn)環(huán)中，微生物可以通過控制填料的類型、孔隙率、比表面積等參數(shù)，為微生物提供不同的附著和生長環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)微生物群落的分層構(gòu)建和功能分化。
加強(qiáng)微生物相互作用研究:深入研究微生物相互作用(如共生、競爭、捕食等)。)，并利用這些相互作用來優(yōu)化微生物群落的建設(shè)。例如，通過構(gòu)建微生物相互作用的網(wǎng)絡(luò)模型，可以分析微生物相互作用的強(qiáng)度和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，揭示微生物群落的構(gòu)建機(jī)制和功能控制方法。
