Biologische Behandlungsprozesse sind für die Abwasserreinigung von entscheidender Bedeutung, da mikrobielle Wechselwirkungen eng mit der Behandlungsleistung verbunden sind. Frühere Studien konzentrierten sich auf die Beurteilung, wie Umweltfaktoren (wie der Salzgehalt) die Vielfalt und Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft beeinflussen, ignorierten jedoch die Zusammenhänge zwischen Mikroorganismen. Um diese Lücke zu schließen, führte ein internationales Forscherteam eine eingehende Analyse mikrobieller Wechselwirkungen bei erhöhtem Salzgehalt in Belebtschlammsystemen durch.
Aufgrund ihrer geringen Kosten und hohen Effizienz werden biologische Behandlungsverfahren häufig zur Schadstoffbeseitigung eingesetzt. Ein hoher Salzgehalt kann jedoch zu einer schlechten Behandlungsleistung biologischer Kläranlagen (WWTPs) führen, da ein hoher osmotischer Druck für Mikroben tödlich ist und die Enzymaktivität hemmen kann. Daher ist der Salzgehalt von Abwasser weltweit ein erhebliches Problem bei biologischen Aufbereitungsprozessen.
Das Belebtschlammsystem ist ein komplexes Mikroökosystem, in dem verschiedene Bakteriengruppen durch Energieübertragung und Austausch von Stoffen und Informationen miteinander interagieren, um ein großes und komplexes ökologisches Netzwerk zur effizienten Entfernung organischer Stoffe und Nährstoffe zu bilden. Frühere Studien haben gezeigt, dass der Salzgehalt die Vielfalt der Bakteriengemeinschaft verringert, die Zusammensetzung von Nitrifizierern und Denitrifizierern verändert und die Aktivität nitrifizierender Bakterien weiter hemmt.
Die mikrobielle Gemeinschaft im Belebtschlamm wurde ausführlich untersucht, konzentriert sich jedoch selten auf die Wechselwirkungen zwischen mikrobiellen Taxa während des Systembetriebs.
Es wird erwartet, dass einige physikochemische Veränderungen (z. B. einströmender Salzgehalt) die mikrobiellen Interaktionen zwischen verschiedenen funktionellen Populationen (z. B. heterotrophe Bakterien, Nitrifizierer, Denitrifizierer, Polyphosphat-akkumulierende Organismen (PAO) usw.) stören und sich entsprechend auf die Leistungseffizienz auswirken können Belebtschlammsysteme. Informationen über mikrobielle Wechselwirkungen und ihre Reaktion auf einen erhöhten Salzgehalt wurden jedoch nur selten gemeldet.
Um diese Lücken zu schließen, beschrieben Forscher der Beijing University of Chemical Technology und der Beijing Technology and Business University die mikrobiellen Wechselwirkungen als Reaktion auf einen erhöhten Salzgehalt in einem Belebtschlammsystem, indem sie eine Assoziationsnetzwerkanalyse durchführten. Ihre Studie zeigt, dass ein höherer Salzgehalt zu einer geringen mikrobiellen Vielfalt und kleinen, komplexen und wettbewerbsfähigeren Gesamtnetzwerken führte, was zu einer schlechten Leistung des Behandlungsprozesses führte.
Diese Studie mit dem Titel „Reaktionen mikrobieller Interaktionen auf erhöhten Salzgehalt in der mikrobiellen Gemeinschaft von Belebtschlamm“ wurde veröffentlicht in Grenzen der Umweltwissenschaft und -technik.
In dieser Studie untersuchte das Forschungsteam die dynamische Variation molekularer ökologischer Netzwerke (MENs) und untersuchte die folgenden Fragen: 1) Wie reagiert die gesamte Netzwerkstruktur auf einen erhöhten Salzgehalt? 2) Wie reagiert die Subnetzwerkstruktur verschiedener phylogenetischer Taxa auf einen erhöhten Salzgehalt? 3) Wie reagieren die funktionellen Bakterien und Schlüsselarten auf einen erhöhten Salzgehalt? Diese Studie wird einen neuen Einblick in die dynamischen Veränderungen der mikrobiellen Interaktion unter physikalisch-chemischen Veränderungen liefern.
In ihrer Studie stellten die Forscher fest, dass ein Salzgehalt von 3 % die TN-Entfernung hemmte und die Vielfalt der mikrobiellen Gemeinschaften verringerte. Die Netzwerkanalyse ergab, dass die gesamten Netzwerke unter Bedingungen mit höherem Salzgehalt (2 % und 3 %) komplexere, engere Netzwerke und wettbewerbsfähigere bakterielle Interaktionen aufwiesen.
Subnetzwerke von Bakterien mit derselben Funktion (wie AOB, NOB und Denitrifikatoren) unterschieden sich erheblich, wenn sie einem erhöhten Salzgehalt ausgesetzt wurden. Die Verbindung zwischen Nitrospira (NOB) und anderen Arten wurde bei einem Salzgehalt von 1–3 % stark gehemmt, was zu einem Anstieg des NAR auf über 99,72 % führte. Darüber hinaus stellte das Team fest, dass Schlüsselarten (Hubs und Verbindungsstücke) dynamisch sind, wenn sie unterschiedlichem Salzgehalt ausgesetzt werden, und trotz der geringen Häufigkeit in der mikrobiellen Gemeinschaft eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Systemstabilität spielen.
In dieser Studie wurden die Auswirkungen eines erhöhten Salzgehalts auf die ökologischen Netzwerke von Belebtschlammsystemen erfolgreich evaluiert, indem eine neuartige RMT-basierte Netzwerkanalyse durchgeführt wurde. Diese Arbeit verbessert unser Verständnis des Zusammenhangs zwischen der Systemleistung und der mikrobiellen Interaktionsdynamik von mikrobiellen Gemeinschaften im Belebtschlamm als Reaktion auf einen erhöhten Salzgehalt.
Mehr Informationen:
Tao Ya et al., Reaktionen mikrobieller Interaktionen auf erhöhten Salzgehalt in der mikrobiellen Gemeinschaft von Belebtschlamm, Grenzen der Umweltwissenschaft und -technik (2022). DOI: 10.1007/s11783-023-1660-x
Bereitgestellt von Higher Education Press