青島生態(tài)轉環(huán)：污水處理系統(tǒng)中生物膜轉環(huán)的微生物群落構建策略
構建微生物群落的機制
理論基礎:生態(tài)理論和中性理論是微生物群落建設機制中最廣泛接受的理論。根據(jù)生態(tài)學理論，確定性因素(如物種性質與競爭、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，被稱為確定性過程。中性理論認為，隨機過程(包括物種的出生、死亡、遷移、擴散或歷史偶然性等。)塑造生物群落。目前普遍認為群落建設受到確定性過程和隨機過程的共同作用，其相對大小取決于多種因素。
影響因素:微生物群落建設機制受多種因素影響。例如，時間和空間的規(guī)模、環(huán)境因素和運行參數(shù)會影響確定性和隨機性過程的相對重要性。此外，物種的相對豐度、頻率、進水和出水的不同處理階段也會對其產(chǎn)生影響。在不同的污水處理系統(tǒng)和運行條件下，確定性過程和隨機過程的相對重要性會有所不同。例如，一些研究發(fā)現(xiàn)，在某些情況下，隨機過程主導活性污泥微生物群落，其中漂移占比很大，同質化選擇是最重要的確定性過程。但是，在某些情況下。
構建微生物群落的策略
優(yōu)化環(huán)境條件：通過調節(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。
合理選擇和控制運行參數(shù):如污泥年齡、水力停留時間、曝氣量等。這些參數(shù)會影響微生物的生長、新陳代謝和群落結構，進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成存在顯著差異，反應器運行不同階段的隨機性和確定性也會發(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，對具有特定功能的優(yōu)勢菌種或微生物群落進行有針對性的接種，以加快生物膜的形成，提高污水處理效率。例如，王愛杰教授團隊的研究發(fā)現(xiàn)，弱電介入可以強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微生物互作和功能菌群建設的選擇機制，提出了定向控制工程系統(tǒng)微生物群落功能的可行策略。
構建多級生物膜系統(tǒng):通過在生物膜轉環(huán)中設置多個生物膜反應器或設計不同的功能區(qū)域，可以實現(xiàn)微生物群落的分層構建和協(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，多級生物膜系統(tǒng)可以根據(jù)這種差異構建，處理好氧和厭氧條件下的污染物。
利用生態(tài)位理論構建群落:根據(jù)生態(tài)位理論，通過優(yōu)化污水處理系統(tǒng)的設計和運行條件，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)定構建和功能發(fā)揮。例如，在生物膜轉環(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，從而實現(xiàn)微生物群落的分層構建和功能分化。
加強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。例如，通過構建微生物相互作用的網(wǎng)絡模型，可以分析微生物相互作用的強度和網(wǎng)絡結構，揭示微生物群落的構建機制和功能控制方法。
