【环境科学】天啊!地球是个脏脏球?这些污水如何处理??

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【环境科学】天啊!地球是个脏脏球?这些污水如何处理??

前方高污!

很恶心对吧。

想让污水工人长期在这种环境下工作既不人道也不现实。所以,高效的污水处理设备是城市环境的重要组成部分,环境工程专业的学子们也是在这上面下足了工夫。其中,在学子们学习的诸多课程中,环境微生物学是一门必不可少的课程。在污水处理设备中,寄居着大量的微生物群落,这些微生物对于净化水质、促进环境与公共卫生,有重要的作用。

虽然污水大部分的化学物质是人类无法承受的有害化学物质,但强大的微生物“几乎什么都吃”。微生物可是地球上种类最丰富的生命群体啊,在碳、氮、磷和多种金属的生物地质化学循环中扮演着重要的作用。进化了那么些年,还能被这点化学物质给弄没咯?所以,想要得到高效的污水处理设备,研究微生物是必由之路。

每年,全球一共产生超过300立方千米的污水,这些污水的总量等于全球河流总体积的七分之一,想想就真的非常可怕!!!不过好在咱们对微生物的研究还是有那么点成就,所以在这些污水中,大约有60%在排放之前经过微生物处理,以去除其中的碳元素、氮元素、病原体,以及毒素、杀虫剂、激素、药物等微型污染物。

当然,这跟人体抗体特异性结合抗原一样,必须依赖特定的微生物种类组成的微生物群落才能高效地将水质处理干净。而要快速找到我们想要的微生物,对微生物的基因测序就必然少不了。

所以,它便出现了——宏基因组测序技术。有了它,即使是在微生物群落中,也能通过测序获得微生物的物种多样性和区域分布信息,用过它的研究人员都说好!现在,这类测序技术已用于研究多种环境中的微生物群落,包括人体肠道、海洋、淡水、空气和土壤。然而,对于污水处理设备中的微生物群落,芳老师只能说:其物种多样性和生物地理学分布的研究才刚刚开始。

刚开始,你是不是说了刚开始?来自清华大学环境学院的研究团队最喜欢整这些新鲜玩意儿了,不出芳老师的意料,他们顺利地在《自然微生物学》(Nature Microbiology;IF:14.3)上发表了《污水处理设备中的细菌群落的全球多样性与生物地理学》(Global diveesity and biogeography of bacterial communities in wastewater treatment plants)一文。据他们介绍,他们采用了16S核糖体RNA测序技术(提取环境中的微生物样本的16S核糖体RNA进行测序,根据16S核糖体RNA 序列的多少,判断该样本包含的微生物种类的数量。反正是宏基因组测序技术的一种辣~),检测了6个大洲、23个国家、86个城市、269个污水处理设备的约1200个经过微生物处理的污水样本,分析了其中的细菌群落所含的微生物种类以及这些微生物种类在不同的地理区域的分布特征。

这86个城市的微生物处理的污水样本到底给我们带来了怎样的信息?

唔,首先我们得要搞清楚,污水处理设备中的细菌群落,其物种多样性究竟有多大?这就得需要计算在全球污水处理设备中细菌种类的数量了。对此,研究团队先是根据以往的研究结果,估计了全球污水处理设备的细菌个体总数,再根据深度的宏基因组测序结果,估计了最主要的种类所含的细菌量,从而得出了大致的细菌种类的数量。他们得出结论,在全球污水处理设备中,研究团队估计,总共有约十亿种不同的细菌。十亿种…生物上的数字要是大起来那可真是没完没了…

同大洲不同国家不同城市采集的污水样本中,是否存在一个共同的核心微生物组?靠着宏基因组测序技术,研究团队得到了不同细菌种类的基因组序列信息,并比对了全球范围内采集的各个样本之间,基因组序列信息的相似程度。这一基因组序列信息又称“形态学分类单元”(operational taxonomic unit,OTU),每一个形态学分类单元的16S核糖体RNA序列,都对应一个特定的微生物形态特征。在这些细菌群落的基因组序列中,一共有28个形态学分类单元(占形态学分类单元总数的0.05%),广泛分布于全球范围内采集的污水样本中。

那么,污水样本中的微生物组的主要种类,有没有随着纬度变化而变化?研究团队同样分析比对了同一纬度和不同纬度的样本之间的形态学分类单元和宏基因组序列。在分布特征上,这些细菌群落并未随着纬度变化,呈现明显的差异。

最后,细菌群落的物种多样性,在污水处理过程中究竟发挥什么样的功能?研究团队检测了不同的污水样本中,生物化学需氧量、化学需氧量、磷元素含量、氮元素含量等水污染指标,并对比细菌群落中形态学分类单元差异较大的样本之间,这些水污染指标的差异。在污水处理功能上,不同的细菌种类影响不同的污水处理效率,如放线菌目四联球状菌属的含量越高,碳元素清除的效率越高;而硝化螺旋菌和亚硝基孢菌的含量越高,氮元素清除的效率越高。

你以为找到这些菌种以后处理污水就好办了?还早着呢!不过那就是另一个故事了…

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