En el tanque de aireación de una planta de tratamiento de aguas residuales se encuentra una bulliciosa "ciudad de comida microscópica". Aquí, no hay chefs con estrellas Michelin, ni mensajeros de entrega de comida, e incluso las "comidas en caja" preparadas son escasas. Los microorganismos autotróficos en el lodo activado son los "comensales" más poco convencionales en este centro culinario: mientras que otros compiten ansiosamente por los restos orgánicos en las aguas residuales, ellos se basan obstinadamente en sus propios esfuerzos, extrayendo energía del "aire y la piedra", e ingeniosamente transforman la materia inorgánica en un "festín de manjares chinos y occidentales". Hoy, descubriremos cómo estos "reyes de la alimentación autosuficientes" convierten los "tiempos difíciles" en una vida de "segunda generación rica" en las aguas residuales.
Permítanme comenzar dándoles un poco de contexto: El lodo activado, en términos sencillos, es un "equipo ecológico" compuesto por miles de millones de microorganismos. Su misión final es purificar las aguas residuales descomponiendo los contaminantes. Este equipo se divide en dos facciones principales: los microorganismos heterótrofos son los "comedores glotones", que se especializan en alimentarse de materia orgánica fácilmente disponible (como almidón, proteínas y grasa) en las aguas residuales: se dan un festín con gran apetito. Mientras tanto, los microorganismos autotróficos son los "artesanos incondicionales", equipados naturalmente con un "buff de cocina", y simplemente desprecian esos "restos de sobras". Se niegan a depender de las sobras de otros e insisten en obtener las materias primas ellos mismos, elaborando "festines orgánicos" desde cero. ¿Creen que son arrogantes? No, han desarrollado la superpotencia de "no necesitar competir por la comida". En el entorno de "competencia de recursos" de las aguas residuales, han forjado un camino hacia la "autosuficiencia" en la alimentación.
Cuando se trata de los "gourmets de primer nivel" entre los microorganismos autosostenibles, la familia de las bacterias nitrito indudablemente se lleva la corona: estos pequeños son los "chefs químicos del lodo", que sobresalen en el arte de la "oxidación inorgánica" para cocinar. Podrían preguntarse: ¿materia inorgánica? ¿Eso no incluye cosas "incondicionales" como piedras, amoníaco y sulfuros? Lo que nos parece desagradable es en realidad la materia prima más deliciosa a los ojos de las bacterias nitrito: más tentadora que incluso el "Buda salta sobre la pared".
En la familia de las bacterias nitrificantes, hay dos "chefs" principales: las bacterias oxidantes del amoníaco y las bacterias oxidantes del nitrito. Son el "dúo perfecto", que trabaja con roles claramente definidos, como los chefs de aperitivos y platos principales en un restaurante. El primero en aparecer son las bacterias oxidantes del amoníaco, cuya "habilidad distintiva" es tratar el nitrógeno amoniacal (NH3) en las aguas residuales como un "aperitivo". No subestimen este nitrógeno amoniacal: no está muy concentrado en las aguas residuales, pero tiene un "olor a inodoro" penetrante. Las bacterias heterótrofas tienden a evitarlo, pero las bacterias oxidantes del amoníaco lo tratan como un tesoro. Usando sus "herramientas de oxidasa" dentro de su cuerpo, gradualmente "descomponen y oxidan" el nitrógeno amoniacal. Este proceso es como encender gas natural con un encendedor: aunque no hay llama abierta, libera energía continua, que sirve como su "combustible de cocina".
Pero las "habilidades culinarias" de las bacterias oxidantes del amoníaco se detienen en la etapa del aperitivo. Después de oxidar el nitrógeno amoniacal en nitrito (NO2-), satisfacen su propia hambre y sed, luego entregan el "producto a medio terminar" restante de nitrito a su "buen hermano", las bacterias oxidantes del nitrito. Este "maestro del plato principal" es aún más formidable, ya que puede oxidar aún más el nitrito en nitrato (NO3-), liberando otra ola de energía. ¿Creen que se toman todas estas molestias solo para su propio beneficio? No, mientras oxidan estos compuestos inorgánicos, también están secretamente "participando en un negocio secundario": usando la energía liberada para tratar el dióxido de carbono (CO2) del aire como "harina", y recolectando agua (H2O) y sales inorgánicas (como potasio, fósforo y hierro) de las aguas residuales como "condimentos", sintetizando glucosa y proteínas en "delicadezas orgánicas" dentro de sus cuerpos. Esta operación es equivalente a que, mientras otros se pelean por el mantou, ellos ya han cultivado trigo, molido harina y cocinado bollos al vapor, logrando un "techo de autosuficiencia" en el mundo microbiano.
Aún más impresionante es el hecho de que las bacterias nitrificantes, estos "maestros chefs", son particularmente "resistentes". Aunque su "eficiencia de cocción" no es particularmente alta: la síntesis de 1 gramo de materia orgánica puede requerir la oxidación de docenas o incluso cientos de gramos de nitrógeno amoniacal, prosperan gracias a su naturaleza "sin complicaciones y no competitiva". En el lodo activado, cuando las bacterias heterótrofas han agotado casi por completo la materia orgánica en las aguas residuales, sienten hambre e incluso recurren a "competir por la comida". Mientras tanto, las bacterias nitrificantes pueden "trabajar lentamente para obtener resultados perfectos", transformando la materia inorgánica en su propio sustento utilizando el nitrógeno amoniacal residual en las aguas residuales y el dióxido de carbono del aire.
Es como después de un festival de comida, mientras todos los demás recogen migas de bocadillos del suelo, ellos, en cambio, sacan sus propias herramientas para procesar el "aire y las piedras" en el sitio y convertirlos en un festín. Tal sabiduría de supervivencia es verdaderamente admirable.
Además de la "escuela de cocina química" de las bacterias nitrificantes, hay otro grupo de "gourmets" autotróficos en el lodo activado: los microorganismos autotróficos fototróficos, como las cianobacterias y las bacterias púrpuras del azufre, que pueden ser llamados "chefs de la luz solar". Sin embargo, su papel en las plantas de tratamiento de aguas residuales es menos prominente que el de las bacterias nitrificantes, ya que la luz en el tanque de aireación no es abundante, y la agitación constante del sistema de aireación dificulta disfrutar de un baño de sol tranquilo. Sin embargo, a pesar de estos desafíos, sobresalen con una "mentalidad positiva y manos hábiles". Incluso con una luz mínima, combinada con "ingredientes especiales" como el sulfuro de hidrógeno (H2S) y los iones ferrosos (Fe²⁺) en las aguas residuales, pueden activar el "Modo Fotosíntesis 2.0". Mientras que las plantas ordinarias usan dióxido de carbono y agua para sintetizar materia orgánica con energía lumínica, liberando oxígeno en el proceso, estos microorganismos autotróficos fototróficos son más realistas. Pueden reemplazar el agua con sulfuro de hidrógeno, usar la luz para convertir el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno en materia orgánica, y simultáneamente extraer azufre del sulfuro de hidrógeno, almacenándolo como partículas de azufre elemental dentro de sus cuerpos. Esto es como cocinar mientras simultáneamente "almacenan".
Pueden imaginar esta escena: en la esquina del tanque de aireación, un tenue rayo de luz brilla, y las bacterias azules inmediatamente se vuelven "enérgicas", extendiendo sus "alas fotosintéticas" (capas fotosintéticas) una tras otra, como un grupo de "pequeños chefs" sosteniendo paneles solares, tomando el sol y cargando, mientras tratan el sulfuro de hidrógeno picante en las aguas residuales como "salsa de soja" y el dióxido de carbono como "arroz". Con una operación feroz, hacen una deliciosa "comida orgánica" y también tratan el contaminante oloroso sulfuro de hidrógeno, resolviendo el problema de comer y logrando el KPI ambiental, lo cual es simplemente un modelo de "sin demora en el trabajo de arroz seco".
Sin embargo, hablando de eso, aunque estos microorganismos autotróficos son "altamente calificados", no son "de otro mundo". Cuando hacen "comidas orgánicas", también necesitan algunos "condimentos de oligoelementos", como minerales como hierro, manganeso y zinc absorbidos de las aguas residuales, que son equivalentes a la sal y el glutamato monosódico que usamos para cocinar. Sin ellos, la "comida" que hacen no tendrá sabor, y los microorganismos no crecerán por sí solos. Y su "ritmo de cocción" es particularmente lento. Las bacterias heterótrofas pueden necesitar solo unas pocas horas para comer una comida, mientras que las bacterias nitrificantes pueden tardar varios días o incluso semanas en "comer y beber lo suficiente para hacer crecer sus cuerpos". Entonces, en el lodo activado, aunque no tienen que competir por la comida, aún necesitan desarrollarse de manera discreta para evitar ser "dañados accidentalmente" por las bacterias heterótrofas (después de todo, las bacterias heterótrofas son abundantes y se reproducen rápidamente, a veces ocupando su espacio vital).
Pero no subestimen a estos 'cocineros de ritmo lento', son los 'héroes invisibles' de las plantas de tratamiento de aguas residuales. Piénsenlo, el nitrógeno amoniacal en las aguas residuales es un gran problema. Si no se trata, puede provocar la eutrofización del cuerpo de agua cuando se descarga en el río, lo que resulta en una gran cantidad de floraciones de algas y mareas rojas que pueden envenenar a peces y camarones. Y el grupo de "chefs químicos" como las bacterias nitrificantes pueden convertir gradualmente el nitrógeno amoniacal en nitrato, que luego es convertido en nitrógeno por las bacterias desnitrificantes y descargado en el aire, convirtiendo efectivamente los "desechos tóxicos" en las aguas residuales en un "gas inofensivo". Si no fuera por ellos, la planta de tratamiento de aguas residuales no habría podido completar la tarea de "desnitrificación", y el agua de nuestro río podría haberse convertido en "sopa verde" hace mucho tiempo.
Lo que es aún más interesante es que estos microorganismos autotróficos son particularmente 'unidos'. Los dos "maestros" de las bacterias nitrificantes, las bacterias oxidantes del amoníaco y las bacterias oxidantes del nitrito, nunca "luchan solos", siempre se unen para formar una "comunidad bacteriana nitrificante". El nitrito producido por las bacterias oxidantes del amoníaco resulta ser la "comida" para las bacterias oxidantes del nitrito; Y las bacterias oxidantes del nitrito se comen el nitrito, lo que puede evitar la acumulación de nitrito en el medio ambiente y, a su vez, proteger a las bacterias oxidantes del amoníaco (las altas concentraciones de nitrito son tóxicas para las bacterias oxidantes del amoníaco). Este entendimiento tácito de "tú cocinas, yo lavo los platos, tú produces, yo consumo" es simplemente una "pareja modelo" en la comunidad microbiana. No es de extrañar que puedan establecerse firmemente en las aguas residuales y convertirse en "árboles de hoja perenne" en la industria de alimentos secos.
A veces, realmente admiro a estos 'comedores de arroz' del micromundo: no tienen ojos, ni boca, e incluso ni cerebro, pero pueden encontrar con precisión las 'materias primas' que necesitan, usar las reacciones químicas más primitivas para convertir las sustancias inorgánicas en sustancias orgánicas, y convertir las aguas residuales en agua limpia y seca. No comen lo que ven como las bacterias heterótrofas, sino que insisten en "hacerlo ellos mismos y estar bien alimentados". Mientras otros compiten por la comida, cultivan silenciosamente sus "habilidades de cocina" y, en última instancia, ocupan un lugar indispensable en la "ciudad de comida micro" del lodo activado.
De hecho, pensándolo bien, la "filosofía de alimentos secos" de estos microorganismos autotróficos vale la pena aprender: no dependen de "recursos prefabricados" externos, sino que cultivan sus propias "habilidades básicas", crean valor a través de sus propias capacidades, no solo resuelven sus propios "problemas de alimentación", sino que también contribuyen a todo el ecosistema (plantas de tratamiento de aguas residuales). Son como un grupo de artesanos que trabajan silenciosamente en las aguas residuales, no buscando grandeza, sino buscando autosuficiencia, firmeza y confiabilidad.
Así que la próxima vez que pase por una planta de tratamiento de aguas residuales y huela el tenue "olor a desinfectante", es posible que desee pensar en esos microorganismos autotróficos en el tanque de aireación: pueden estar ocupados oxidando el nitrógeno amoniacal, tomando el sol para sintetizar materia orgánica, o "colaborando" con sus compañeros para preparar una gran comida. Estos 'micro cocineros de arroz' discretos están escribiendo la leyenda de la autosuficiencia en las aguas residuales a su manera única, y también usando sus 'habilidades de cocina' para proteger nuestro medio ambiente acuático. Saludo al "rey del arroz seco autosostenible" en estos lodos activados, después de todo, ¡pueden convertir "aire y piedras" en un festín! Mirando a toda la comunidad microbiana, ¡son los únicos que pueden hacerlo!
