폐수 처리장의 폭기조에는 활기찬 "미세 음식 도시"가 있습니다. 여기에는 미슐랭 스타 셰프도, 음식 배달부도 없으며, 심지어 즉석 "도시락"도 드뭅니다. 활성 슬러지의 자가영양 미생물은 이 요리 허브에서 가장 독특한 "식객"입니다. 다른 사람들은 폐수 속의 유기물 찌꺼기를 탐내지만, 그들은 꿋꿋하게 자신의 노력에 의존하여 "공기와 돌"에서 에너지를 추출하고, 무기물을 기발하게 "중국과 서양의 진미"로 변환합니다. 오늘 우리는 이 "자급자족 식사 왕"들이 폐수에서 어떻게 "고난의 시기"를 "부유한 2세"의 삶으로 바꾸는지 알아볼 것입니다.
먼저 배경 설명을 드리겠습니다. 활성 슬러지는 간단히 말해 수십억 개의 미생물로 구성된 "친환경 팀"입니다. 그들의 궁극적인 임무는 오염 물질을 분해하여 폐수를 정화하는 것입니다. 이 팀은 두 개의 주요 파벌로 나뉩니다. 종속영양 미생물은 폐수 속의 쉽게 구할 수 있는 유기물(전분, 단백질, 지방 등)을 먹는 것을 전문으로 하는 "탐욕스러운 식객"입니다. 그들은 엄청난 식욕으로 먹습니다. 한편, 자가영양 미생물은 "하드코어 장인"으로, 본질적으로 "주방 버프"를 갖추고 있으며, 단순히 "남은 찌꺼기"를 경멸합니다. 그들은 다른 사람의 남은 음식을 의존하는 것을 거부하고, 스스로 원료를 조달하여 처음부터 "유기 연회"를 만듭니다. 그들이 오만하다고 생각하십니까? 아닙니다. 그들은 "음식을 위해 경쟁할 필요가 없는" 초능력을 진화시켰습니다. 폐수의 "자원 경쟁" 환경에서 그들은 스스로 먹이를 먹는 "자급자족"의 길을 개척했습니다.
자가 유지 미생물 중 "최고의 미식가"에 관해서는 아질산염 박테리아 가족이 의심할 여지 없이 왕관을 차지합니다. 이 작은 친구들은 "슬러지의 화학 셰프"로, "무기물 산화"의 예술에 능숙합니다. 무기물이라고요? "돌, 암모니아, 황화물"과 같은 "하드코어" 물질도 포함되지 않나요? 우리가 맛없다고 생각하는 것이 실제로 아질산염 박테리아의 눈에는 가장 맛있는 원료입니다. 심지어 "부처가 담을 넘는" 것보다 더 유혹적입니다.
질산화 박테리아 가족에는 두 명의 핵심 "셰프"가 있습니다. 암모니아 산화 박테리아와 아질산염 산화 박테리아입니다. 그들은 마치 레스토랑의 애피타이저 셰프와 메인 코스 셰프처럼 명확하게 정의된 역할을 수행하는 "완벽한 듀오"입니다. 먼저 등장하는 것은 암모니아 산화 박테리아로, 그들의 "시그니처 기술"은 폐수 속의 암모니아성 질소(NH3)를 "애피타이저"로 취급하는 것입니다. 이 암모니아성 질소를 과소평가하지 마십시오. 폐수에는 농도가 높지 않지만, 톡 쏘는 "화장실 냄새"를 풍깁니다. 종속영양 박테리아는 이를 피하는 경향이 있지만, 암모니아 산화 박테리아는 이를 보물로 취급합니다. 몸 안의 "산화 효소 도구"를 사용하여 암모니아성 질소를 점차적으로 "분해하고 산화"합니다. 이 과정은 라이터로 천연 가스에 불을 붙이는 것과 같습니다. 불꽃은 없지만, 지속적인 에너지를 방출하며, 이는 그들의 "요리 연료" 역할을 합니다.
그러나 암모니아 산화 박테리아의 "요리 기술"은 애피타이저 단계에서 멈춥니다. 암모니아성 질소를 아질산염(NO2-)으로 산화시킨 후, 그들은 자신의 배고픔과 갈증을 해소하고, 남은 "반제품"인 아질산염을 "좋은 형제"인 아질산염 산화 박테리아에게 넘겨줍니다. 이 "메인 요리 마스터"는 훨씬 더 강력하며, 아질산염을 질산염(NO3-)으로 더 산화시켜 또 다른 에너지 파동을 방출할 수 있습니다. 그들이 단지 자신을 위해 이 모든 어려움을 겪는다고 생각하십니까? 아닙니다. 이러한 무기 화합물을 산화시키는 동안, 그들은 또한 비밀리에 "부업에 종사"하고 있습니다. 방출된 에너지를 사용하여 공기 중의 이산화탄소(CO2)를 "밀가루"로, 폐수에서 물(H2O)과 무기염(칼륨, 인, 철 등)을 "조미료"로 사용하여, 포도당과 단백질을 몸 안에서 "유기 진미"로 합성합니다. 이 작업은 다른 사람들이 만토우를 위해 다투는 동안, 그들은 이미 밀을 재배하고, 밀가루를 제분하고, 찐빵을 쪄서 미생물 세계에서 "자급자족 천장"을 달성하는 것과 같습니다.
더 인상적인 것은 질산화 박테리아, 즉 이 "마스터 셰프"들이 특히 "강인하다"는 사실입니다. 그들의 "요리 효율"이 특히 높지 않더라도, 유기물 1g을 합성하는 데 수십 또는 수백 g의 암모니아성 질소를 산화해야 할 수 있지만, 그들은 "까다롭지 않고 경쟁적이지 않은" 본성으로 번성합니다. 활성 슬러지에서 종속영양 박테리아가 폐수 속의 유기물을 거의 다 소진하면, 그들은 배고픔을 느끼고 심지어 "음식을 위해 경쟁"하게 됩니다. 한편, 질산화 박테리아는 폐수 속의 잔류 암모니아성 질소와 공기 중의 이산화탄소를 사용하여 무기물을 자신의 양식으로 변환하면서 여유롭게 "느린 작업으로 완벽한 결과를" 얻을 수 있습니다.
마치 음식 축제 후에, 다른 모든 사람들이 땅에서 간식 부스러기를 줍는 동안, 그들은 대신 자신의 도구를 꺼내 현장에서 "공기와 돌"을 연회로 가공하는 것과 같습니다. 이러한 생존 지혜는 정말 칭찬할 만합니다.
질산화 박테리아의 "화학 요리 학교" 외에도, 활성 슬러지에는 또 다른 자가영양 "미식가" 그룹이 있습니다. 시아노박테리아 및 자색 유황 박테리아와 같은 광합성 자가영양 미생물로, "햇빛 셰프"라고 부를 수 있습니다. 그러나 폭기조의 빛이 풍부하지 않고, 폭기 시스템의 지속적인 교반으로 인해 조용한 일광욕을 즐기기 어렵기 때문에, 폐수 처리장에서의 역할은 질산화 박테리아보다 덜 두드러집니다. 그러나 이러한 어려움에도 불구하고, 그들은 "긍정적인 사고방식과 숙련된 손"으로 뛰어납니다. 최소한의 빛과 폐수 속의 황화수소(H2S) 및 철 이온(Fe²⁺)과 같은 "특별한 재료"를 결합하여 "광합성 2.0 모드"를 활성화할 수 있습니다. 일반 식물이 이산화탄소와 물을 사용하여 빛 에너지로 유기물을 합성하고, 그 과정에서 산소를 방출하는 반면, 이러한 광합성 자가영양 미생물은 더 현실적입니다. 그들은 물을 황화수소로 대체하고, 빛을 사용하여 이산화탄소와 황화수소를 유기물로 변환하며, 동시에 황화수소에서 유황을 추출하여, 이를 몸 안에 원소 유황 입자로 저장할 수 있습니다. 이것은 요리하면서 동시에 "비축"하는 것과 같습니다.
이 장면을 상상해 보세요. 폭기조 구석에 희미한 빛이 비치고, 푸른 박테리아는 즉시 "활기차게" 변하여, "광합성 날개"(광합성 층)를 하나씩 펼치며, 마치 태양 전지판을 들고 일광욕을 하고 충전하는 "작은 셰프" 그룹처럼, 하수 속의 톡 쏘는 황화수소를 "간장"으로, 이산화탄소를 "쌀"로 취급합니다. 맹렬한 작전을 통해, 그들은 맛있는 "유기 식사"를 만들고, 악취가 나는 오염 물질인 황화수소를 처리하여, 먹는 문제를 해결하고 환경 KPI를 달성합니다. 이는 단순히 "마른 밥을 늦추지 않는" 모델입니다.
그러나 말하자면, 이러한 자가영양 미생물은 "고도로 숙련"되어 있지만, "초자연적"이지 않습니다. 그들이 "유기 식사"를 만들 때, 그들은 또한 일부 "미량 원소 조미료"가 필요합니다. 하수에서 흡수된 철, 망간, 아연과 같은 미네랄은 우리가 요리에 사용하는 소금과 MSG와 같습니다. 그것 없이는, 그들이 만드는 "식사"는 맛이 없을 것이고, 미생물은 스스로 성장하지 않을 것입니다. 그리고 그들의 "요리 리듬"은 특히 느립니다. 종속영양 박테리아는 식사를 하는 데 몇 시간밖에 걸리지 않을 수 있지만, 질산화 박테리아는 "몸을 키울 만큼 먹고 마시는" 데 며칠 또는 몇 주가 걸릴 수 있습니다. 따라서 활성 슬러지에서 그들은 음식을 위해 경쟁할 필요가 없지만, 종속영양 박테리아에 의해 "우연히 해를 입는" 것을 피하기 위해 (결국, 종속영양 박테리아는 풍부하고 빠르게 번식하며, 때로는 그들의 생활 공간을 차지합니다) 조용히 발전해야 합니다.
그러나 이 "느린 속도의 요리사"들을 과소평가하지 마십시오. 그들은 하수 처리장의 "보이지 않는 영웅"입니다. 생각해 보세요. 하수의 암모니아성 질소는 큰 문제입니다. 처리하지 않으면 강으로 방류될 때 수체의 부영양화를 유발하여, 많은 조류 번식과 적조 현상이 발생하여 물고기와 새우를 중독시킬 수 있습니다. 그리고 질산화 박테리아와 같은 "화학 셰프" 그룹은 암모니아성 질소를 점차적으로 질산염으로 변환할 수 있으며, 이는 탈질산화 박테리아에 의해 질소로 변환되어 공기 중으로 방출되어, 하수의 "유독성 폐기물"을 "무해한 가스"로 효과적으로 바꿉니다. 그들이 없었다면, 하수 처리장은 "탈질산화" 작업을 완료할 수 없었을 것이고, 우리의 강물은 오래 전에 "녹색 수프"로 변했을 것입니다.
더욱 흥미로운 것은 이러한 자가영양 미생물이 특히 "단결"되어 있다는 것입니다. 질산화 박테리아의 두 "마스터"인 암모니아 산화 박테리아와 아질산염 산화 박테리아는 결코 "혼자 싸우지" 않으며, 항상 함께 모여 "질산화 박테리아 군집"을 형성합니다. 암모니아 산화 박테리아가 생성한 아질산염은 아질산염 산화 박테리아의 "음식"이 됩니다. 그리고 아질산염 산화 박테리아는 아질산염을 먹어 환경에서 아질산염의 축적을 방지하고, 차례로 암모니아 산화 박테리아를 보호합니다(고농도의 아질산염은 암모니아 산화 박테리아에 유독합니다). "당신은 요리하고, 나는 설거지하고, 당신은 생산하고, 나는 소비한다"는 이러한 묵시적인 이해는 단순히 미생물 군집의 "모델 커플"입니다. 그들이 하수에서 확고하게 자리를 잡고, 마른 음식 산업에서 "상록수"가 된 것도 당연합니다.
때로는 저는 이 미세 세계의 '밥 먹는 사람들'을 정말 존경합니다. 그들은 눈도, 입도, 심지어 뇌도 없지만, 필요한 '원료'를 정확하게 찾아내고, 가장 원시적인 화학 반응을 사용하여 무기물을 유기물로 바꾸고, 하수를 깨끗하고 마른 물로 바꿀 수 있습니다. 그들은 종속영양 박테리아처럼 보이는 대로 먹지 않고, "스스로 하고 잘 먹는" 것을 고집합니다. 다른 사람들이 음식을 위해 경쟁하는 동안, 그들은 조용히 자신의 "요리 기술"을 연마하고, 궁극적으로 활성 슬러지의 "미세 음식 도시"에서 없어서는 안 될 자리를 차지합니다.
사실, 생각해 보면, 이러한 자가영양 미생물의 "마른 음식 철학"은 배울 가치가 있습니다. 그들은 외부의 "기성 자원"에 의존하지 않고, 자신의 "핵심 기술"을 연마하고, 자신의 능력을 통해 가치를 창출하며, 자신의 "음식 문제"를 해결할 뿐만 아니라, 전체 생태계(하수 처리장)에 기여합니다. 그들은 하수에서 묵묵히 일하는 장인들과 같으며, 웅장함을 추구하지 않고, 자급자족, 견고함, 신뢰성을 추구합니다.
따라서 다음에 하수 처리장을 지나가면서 희미한 "소독 냄새"를 맡게 되면, 폭기조에 있는 자가영양 미생물에 대해 생각해 볼 수 있습니다. 그들은 암모니아성 질소를 산화시키고, 유기물을 합성하기 위해 일광욕을 하거나, 동료들과 "협력"하여 큰 식사를 만들고 있을 것입니다. 이 눈에 띄지 않는 '미세 밥 요리사'들은 자신만의 방식으로 하수에서 자급자족의 전설을 쓰고 있으며, 또한 그들의 '요리 기술'을 사용하여 우리의 수생 환경을 보호하고 있습니다. 이러한 활성 슬러지에서 "자급자족 마른 밥의 왕"에게 경례합니다. 결국, 그들은 "공기와 돌"을 연회로 바꿀 수 있습니다. 전체 미생물 군집을 보면, 그들만이 할 수 있습니다!
