Это потому, что сточные воды из наших раковин, туалетов, душевых и стиральных машин могут быть превращены в ценные продукты с помощью ученых и уникальных бактерий, некоторые из которых были обнаружены случайно только в 1990-х годах.Эти опоздавшие на сцену исследований, называемые бактериями анаммокс, являются предметом нового исследования, проведенного Дэниелом Ногера и Кэтрин МакМахон, профессорами гражданской и экологической инженерии в Университете Висконсин-Мэдисон.
Результаты их исследования опубликованы в журнале Nature Communications.Название бактерии отражает ее функцию: она превращает аммоний в газообразный азот в анаэробных (бескислородных) условиях. И исследователи, и операторы очистных сооружений в восторге от этих микробов, потому что они могут сэкономить много денег.«Возможность анаэробного удаления аммония очень важна, потому что около 50 процентов эксплуатационных расходов очистных сооружений приходится на закачку кислорода в воду», — говорит Ногера. «Некоторое количество этого кислорода необходимо для удаления аммония обычным методом».
Но анаммокс-бактерии не справляются со своей работой изолированно. Они являются частью сообщества, сложного, как микробиом в нашем кишечнике, который расщепляет пищу и сохраняет наше здоровье многими другими способами.
Именно это сообщество стало предметом нового исследования.«Мы очень мало знали о роли бактерий, сосуществующих в гранулах анаммокса», — говорит Ногера. «Впервые наше исследование определило подробные уровни экспрессии генов в этих гранулах. Это дает важные подсказки о том, что на самом деле могут делать анаммокс-бактерии и их партнеры, и как они взаимодействуют».Этих партнеров называют гетеротрофами, поскольку они полагаются на анаммокс-бактерии, которые являются первичными продуцентами (или автотрофами), подобно растениям, способным к фотосинтезу, для превращения атмосферного углекислого газа в органический углерод.
Среди наиболее интригующих результатов нового исследования — гипотезы об обмене биохимическим материалом между этими двумя группами микробов.В ходе исследования исследователи обнаружили, что гетеротрофы получают органический углерод, необходимый для роста, от бактерий анаммокс в виде нескольких определенных молекул.
В свою очередь, гетеротрофы превращают азот в форму, необходимую анаммокс-бактериям для роста.Обычная установка для очистки сточных вод превращает аммоний, токсичный для рыб, в газообразный азот и нитраты.
Газообразный азот выбрасывается в атмосферу, а нитрат — важное питательное вещество для растений — остается в очищенной воде. Нормы количества нитратов, которые могут выделяться, различаются в зависимости от штата, но избыток нитратов способствует цветению водорослей в естественных водоемах, снижая уровень кислорода для водных организмов.Дополнительным преимуществом анаммокс-бактерий по сравнению с обычной очисткой сточных вод является то, что они превращают большее количество аммония в газообразный азот.
Операторы очистных сооружений теперь должны взвесить преимущества этих новых микробов и проблемы их внедрения. Бактерии анаммокс растут очень медленно, их количество удваивается примерно за семь дней.
И они требуют тщательного контроля за кислородом и температурными циклами, что усложняет работу.Но реакторы анаммокс — не единственный вариант очистных сооружений будущего для извлечения ценных ресурсов из сточных вод. Фактически, некоторые растения уже производят больше энергии, чем им необходимо для работы, из биогаза, который образуется при разложении органического материала.«Через десять лет типичное очистное сооружение, вероятно, будет сильно отличаться от сегодняшнего», — говорит Ногера. «Восстановленные ресурсы могут включать не только чистую воду и энергию, но и различные химические вещества, такие как удобрения и прекурсоры пластмасс и волокон.
Я считаю, что в рамках этой эволюции реакторы анаммокса скоро станут обычными».