Dans le bassin d'aération d'une station d'épuration, se trouve une "ville alimentaire microscopique" animée. Ici, pas de chefs étoilés, pas de livreurs de repas, et même les "plats préparés" sont rares. Les micro-organismes autotrophes dans la boue activée sont les "diners" les plus originaux de ce hub culinaire—tandis que d'autres se disputent avidement les débris organiques dans les eaux usées, ils s'appuient obstinément sur leurs propres efforts, extrayant l'énergie de "l'air et de la pierre", et transformant ingénieusement la matière inorganique en un "festin de délices chinois et occidentaux". Aujourd'hui, nous allons découvrir comment ces "rois de la restauration autosuffisante" transforment les "temps durs" en une vie de "seconde génération riche" dans les eaux usées.
Permettez-moi de commencer par vous donner un peu de contexte : La boue activée, en termes simples, est une "équipe éco-responsable" composée de milliards de micro-organismes. Leur mission ultime est de purifier les eaux usées en décomposant les polluants. Cette équipe est divisée en deux factions principales : les micro-organismes hétérotrophes sont les "gourmands", spécialisés dans le festin de matière organique facilement disponible (comme l'amidon, les protéines et la graisse) dans les eaux usées—ils se régalent avec appétit. Pendant ce temps, les micro-organismes autotrophes sont les "artisans acharnés", naturellement équipés d'un "buffet de cuisine", et méprisent simplement ces "restes". Ils refusent de dépendre des restes des autres et insistent pour s'approvisionner eux-mêmes en matières premières, créant des "festins organiques" à partir de rien. Pensez-vous qu'ils sont arrogants ? Non, ils ont développé le superpouvoir de "ne pas avoir besoin de se disputer la nourriture". Dans l'environnement de "compétition pour les ressources" des eaux usées, ils ont forgé un chemin vers "l'autosuffisance" pour se nourrir.
En ce qui concerne les "gourmets de premier ordre" parmi les micro-organismes autonomes, la famille des bactéries nitrites remporte sans aucun doute la couronne—ces petits gars sont les "chefs chimistes de la boue", excellant dans l'art de "l'oxydation inorganique" pour cuisiner. Vous vous demandez peut-être : matière inorganique ? Cela n'inclut-il pas des choses "dures" comme les pierres, l'ammoniac et les sulfures ? Ce que nous trouvons peu appétissant est en fait la matière première la plus délicieuse aux yeux des bactéries nitrites—plus tentante que même le "Bouddha saute par-dessus le mur".
Dans la famille des bactéries nitrifiantes, il y a deux "chefs" principaux : les bactéries oxydant l'ammoniac et les bactéries oxydant les nitrites. Ils forment un "duo parfait", travaillant avec des rôles clairement définis, un peu comme les chefs d'entrée et de plat principal dans un restaurant. Le premier à apparaître est la bactérie oxydant l'ammoniac, dont la "compétence signature" est de traiter l'azote ammoniacal (NH3) dans les eaux usées comme une "entrée". Ne sous-estimez pas cet azote ammoniacal—il n'est pas très concentré dans les eaux usées, mais il dégage une "odeur de toilettes" piquante. Les bactéries hétérotrophes ont tendance à l'éviter, mais les bactéries oxydant l'ammoniac le traitent comme un trésor. En utilisant ses "outils oxydase" à l'intérieur de son corps, elle "décompose et oxyde" progressivement l'azote ammoniacal. Ce processus est comme allumer du gaz naturel avec un briquet—bien qu'il n'y ait pas de flamme nue, il libère une énergie continue, qui sert de "combustible de cuisson".
Mais les "compétences culinaires" des bactéries oxydant l'ammoniac s'arrêtent au stade de l'entrée. Après avoir oxydé l'azote ammoniacal en nitrite (NO2-), elles satisfont leur propre faim et soif, puis remettent le "produit à moitié fini" restant de nitrite à leur "bon frère", la bactérie oxydant les nitrites. Ce "maître des plats principaux" est encore plus redoutable, car il peut oxyder davantage le nitrite en nitrate (NO3-), libérant une autre vague d'énergie. Pensez-vous qu'ils se donnent tout ce mal juste pour leur propre bénéfice ? Non, tout en oxydant ces composés inorganiques, ils "s'engagent secrètement dans une activité secondaire"—utilisant l'énergie libérée pour traiter le dioxyde de carbone (CO2) de l'air comme de la "farine", et récupérant l'eau (H2O) et les sels inorganiques (tels que le potassium, le phosphore et le fer) des eaux usées comme des "assaisonnements", synthétisant du glucose et des protéines en "délices organiques" à l'intérieur de leur corps. Cette opération équivaut à ce que, pendant que d'autres se disputent le mantou, ils ont déjà cultivé du blé, moulu de la farine et cuit des petits pains, atteignant un "plafond d'autosuffisance" dans le monde microbien.
Encore plus impressionnant est le fait que les bactéries nitrifiantes, ces "grands chefs", sont particulièrement "robustes". Bien que leur "efficacité de cuisson" ne soit pas particulièrement élevée—la synthèse de 1 gramme de matière organique peut nécessiter l'oxydation de dizaines, voire de centaines de grammes d'azote ammoniacal—elles prospèrent grâce à leur nature "peu exigeante et non compétitive". Dans la boue activée, lorsque les bactéries hétérotrophes ont presque épuisé la matière organique dans les eaux usées, elles ont faim et ont même recours à la "compétition pour la nourriture". Pendant ce temps, les bactéries nitrifiantes peuvent tranquillement "travailler lentement pour des résultats parfaits", transformant la matière inorganique en leur propre subsistance en utilisant l'azote ammoniacal résiduel dans les eaux usées et le dioxyde de carbone de l'air.
C'est comme après un festival gastronomique, alors que tout le monde ramasse les miettes de collations par terre, ils sortent à la place leurs propres outils pour transformer "l'air et les pierres" sur place en un festin. Une telle sagesse de survie est vraiment admirable.
En plus de "l'école de cuisine chimique" des bactéries nitrifiantes, il existe un autre groupe de "gourmets" autotrophes dans la boue activée—les micro-organismes autotrophes phototrophes, tels que les cyanobactéries et les bactéries sulfureuses pourpres, qui peuvent être appelés "chefs de la lumière du soleil". Cependant, leur rôle dans les stations d'épuration est moins important que celui des bactéries nitrifiantes, car la lumière dans le bassin d'aération n'est pas abondante, et l'agitation constante du système d'aération rend difficile de profiter d'un bain de soleil tranquille. Pourtant, malgré ces défis, ils excellent avec un "état d'esprit positif et des mains habiles". Même avec un minimum de lumière, combiné à des "ingrédients spéciaux" comme le sulfure d'hydrogène (H2S) et les ions ferreux (Fe²⁺) dans les eaux usées, ils peuvent activer le "mode Photosynthèse 2.0". Alors que les plantes ordinaires utilisent le dioxyde de carbone et l'eau pour synthétiser la matière organique avec l'énergie lumineuse, libérant de l'oxygène dans le processus, ces micro-organismes autotrophes phototrophes sont plus terre-à-terre. Ils peuvent remplacer l'eau par du sulfure d'hydrogène, utiliser la lumière pour convertir le dioxyde de carbone et le sulfure d'hydrogène en matière organique, et simultanément extraire le soufre du sulfure d'hydrogène, le stockant sous forme de particules de soufre élémentaire à l'intérieur de leur corps. C'est comme cuisiner tout en "faisant des réserves".
Vous pouvez imaginer cette scène : dans le coin du bassin d'aération, un faible rayon de lumière brille, et les bactéries bleues deviennent immédiatement "énergiques", déployant leurs "ailes photosynthétiques" (couches photosynthétiques) les unes après les autres, comme un groupe de "petits chefs" tenant des panneaux solaires, prenant des bains de soleil et se rechargeant, tout en traitant le sulfure d'hydrogène piquant dans les eaux usées comme de la "sauce soja" et le dioxyde de carbone comme du "riz". Avec une opération féroce, ils préparent un délicieux "repas organique" et traitent également le polluant odorant sulfure d'hydrogène - résolvant le problème de l'alimentation et atteignant les KPI environnementaux, ce qui est tout simplement un modèle de "pas de retard dans le travail du riz sec".
Cependant, en parlant de cela, bien que ces micro-organismes autotrophes soient "hautement qualifiés", ils ne sont pas "d'un autre monde". Lorsqu'ils préparent des "repas organiques", ils ont également besoin de quelques "assaisonnements d'oligo-éléments" - tels que des minéraux comme le fer, le manganèse et le zinc absorbés des eaux usées, qui équivalent au sel et au glutamate monosodique que nous utilisons pour cuisiner. Sans eux, le "repas" qu'ils préparent n'aura aucun goût, et les micro-organismes ne se développeront pas d'eux-mêmes. Et leur "rythme de cuisson" est particulièrement lent. Les bactéries hétérotrophes peuvent n'avoir besoin que de quelques heures pour manger un repas, tandis que les bactéries nitrifiantes peuvent prendre plusieurs jours, voire des semaines, pour "manger et boire suffisamment pour développer leur corps". Ainsi, dans la boue activée, bien qu'elles n'aient pas à se disputer la nourriture, elles doivent quand même se développer discrètement pour éviter d'être "accidentellement blessées" par les bactéries hétérotrophes (après tout, les bactéries hétérotrophes sont abondantes et se reproduisent rapidement, occupant parfois leur espace de vie).
Mais ne sous-estimez pas ces "cuisiniers lents", ce sont les "héros invisibles" des stations d'épuration. Réfléchissez-y, l'azote ammoniacal dans les eaux usées est un gros problème. S'il n'est pas traité, il peut entraîner l'eutrophisation du plan d'eau lorsqu'il est rejeté dans la rivière, entraînant un grand nombre de proliférations algales et de marées rouges qui peuvent empoisonner les poissons et les crevettes. Et le groupe de "chefs chimistes" tels que les bactéries nitrifiantes peut progressivement convertir l'azote ammoniacal en nitrate, qui est ensuite converti en azote par les bactéries dénitrifiantes et rejeté dans l'air, transformant efficacement les "déchets toxiques" dans les eaux usées en un "gaz inoffensif". Sans elles, la station d'épuration n'aurait pas pu accomplir la tâche de "dénitrification", et l'eau de nos rivières aurait peut-être viré au "potage vert" il y a longtemps.
Ce qui est encore plus intéressant, c'est que ces micro-organismes autotrophes sont particulièrement "unis". Les deux "maîtres" des bactéries nitrifiantes - les bactéries oxydant l'ammoniac et les bactéries oxydant les nitrites - ne "se battent jamais seuls", ils se réunissent toujours pour former une "communauté bactérienne nitrifiante". Le nitrite produit par les bactéries oxydant l'ammoniac est justement la "nourriture" des bactéries oxydant les nitrites ; Et les bactéries oxydant les nitrites mangent le nitrite, ce qui peut empêcher l'accumulation de nitrite dans l'environnement, et à son tour protéger les bactéries oxydant l'ammoniac (des concentrations élevées de nitrite sont toxiques pour les bactéries oxydant l'ammoniac). Cette entente tacite de "tu cuisines, je fais la vaisselle, tu produis, je consomme" est tout simplement un "couple modèle" dans la communauté microbienne. Pas étonnant qu'ils puissent s'établir fermement dans les eaux usées et devenir des "arbres à feuilles persistantes" dans l'industrie alimentaire sèche.
Parfois, j'admire vraiment ces "mangeurs de riz" du monde micro : ils n'ont pas d'yeux, pas de bouche, et même pas de cerveau, mais ils peuvent trouver avec précision les "matières premières" dont ils ont besoin, utiliser les réactions chimiques les plus primitives pour transformer les substances inorganiques en substances organiques, et transformer les eaux usées en eau propre et sèche. Ils ne mangent pas tout ce qu'ils voient comme les bactéries hétérotrophes, mais insistent pour "le faire eux-mêmes et être bien nourris". Alors que d'autres se disputent la nourriture, ils cultivent silencieusement leurs "compétences culinaires" et occupent finalement une place indispensable dans la "ville alimentaire microbienne" de la boue activée.
En fait, en y réfléchissant, la "philosophie de l'alimentation sèche" de ces micro-organismes autotrophes vaut vraiment la peine d'être apprise : ils ne dépendent pas des "ressources prêtes à l'emploi" externes, mais cultivent leurs propres "compétences de base", créent de la valeur grâce à leurs propres capacités, non seulement résolvent leurs propres "problèmes alimentaires", mais contribuent également à l'ensemble de l'écosystème (stations d'épuration). Ils sont comme un groupe d'artisans travaillant silencieusement dans les eaux usées, ne recherchant pas la grandeur, mais recherchant l'autosuffisance, la constance et la fiabilité.
Alors, la prochaine fois que vous passerez devant une station d'épuration et que vous sentirez la faible "odeur de désinfectant", vous voudrez peut-être penser à ces micro-organismes autotrophes dans le bassin d'aération - ils peuvent être occupés à oxyder l'azote ammoniacal, à prendre des bains de soleil pour synthétiser la matière organique, ou à "collaborer" avec leurs pairs pour préparer un grand repas. Ces "micro-cuisiniers de riz" discrets écrivent la légende de l'autosuffisance dans les eaux usées à leur manière unique, et utilisent également leurs "compétences culinaires" pour protéger notre environnement aquatique. Saluons les "rois du riz sec autosuffisant" dans ces boues activées, après tout, ils peuvent transformer "l'air et les pierres" en un festin. En regardant l'ensemble de la communauté microbienne, ce sont les seuls qui peuvent le faire !
