5004

5.4.5. Mikroorganizmy występujące w granulach osadu. Z zastosowaniem kilku metod, w tym bezpośredniego liczenia, D/\PI i oranżu akrydynowego, stwierdzono, że całkowita liczba komórek mikroorganizmów w 1 ml granul waha się od 5x10¹⁰ do I,4x]O¹², Stosując metodę prawdopodobieństwa zdołano określić także liczebność trzech głównych grup fizjologicznych (acydotrofów, syntrofów i metanotrofów) w granulach. Liczba acydotrofów, syntrofów i metanotrofów waha się, odpowiednio: HL-IO¹⁰, 10⁵-10'° i 10°-10¹² komórek/ml granul. Tak ogromna liczba archeonów meta-nogennych nie jest spotykana w naturalnym środowisku. Z dalszych obserwacji wynika, że ponad 50% całkowitej liczby mikroorganizmów stanowią metanotrofy należące do następujących rodzajów: Methanobrevibacter, Methanospirillum, Methanosaeta i Metlia-nosarcina. Wśród syntrofów w granulach stwierdza się obecność gatunków należących do Syntrophobacter, Syntrophomonas, Pelobacter oraz bakterie redukujące siarczany: Desulfovibrio, Desulfobulbus i Desulfomonile. Lista ta nie dotyczy, mikroorganizmów niehodowalnych, które w procesie degradacji pewnych związków organicznych dominują, tworząc odpowiednie systemy syntroficzne.

Granule powstałe na ściekach browarnianych było wypełnione przez Methanosaeta i Methanobrevibucter (odpowiednio 26,2% i 37% komórek populacji z biomasą, odpowiednio: 46,3% i 27,1%), otoczone przez Syntrophobacter (9,6% populacji i biomasą 19%). Granule wytworzone na glukozie zawierały wewnątrz mikrokolonie Methanosaeta, opasane wokół warstwą komórek bakterii acetogennych i tworzących wodór. Warstwa peryferyjna zawierała bakterie acydogenne, BRS i heterotrofy (ryc. 5.4). Tego typu warstwowe struktury obserwowano, kiedy granule powstawały w UASB oczyszczających ścieki cukrownicze, browarniane, ziemniaczane, skrobiowe i na pulpie papierniczej. Takich warstw mikrokolonii, odpowiednich gatunków metanogenów, nie obserwowano w granulach powstałych w reaktorach UASB oczyszczających ścieki zawierające kwas propionowy, etanol, glutaminian, metanol oraz ścieki petrochemiczne.

acydogenne ]

acetogenne |

metanogenne |

Ryc. 5.4. Fotografia granuli oraz schemat gradientowego ułożenia mikrokolonii trzech grup fizjologicznych mikroorganizmów w granulach tworzonych na podłożu z sacharozą (z: MacLeod F A . Guiot S R . Costerlon J W 1990: Layered structure of bacterial aggregates produced in an upflow anaerobic sludge bod and filier reactor. Applied & Environmen-tal Mierobiology 56(6): 159&-I607: dzięki uprzejmości i za zgodą American Society for Microbiology)

Metanogeny należące do rodzajów Methanosarcina i Methanosaeta, będąc w granulach, produkują metan w reakcji rozszczepienia kwasu octowego: CHjCOOH -> CLL + C(X Methanosarcina do produkcji metanu wykorzystuje także inne substraty organiczne: metanol, metyloaminy, a czasem H2/CO2. Methanosaeta do procesów życiowych wykorzystuje tylko octan. Tempo wzrostu gatunków z Methanosarcina jest znacznie wyższe niż Methanosaeta. Gatunki należące do Methanosaeta wykazują 5—10 razy większe powinowactwo do octanu niż Methanosarcina, czego skutkiem jest ich dominacja przy małych stężeniach octanu w środowisku hodowlanym. Do takiej sytuacji nie dochodzi, jeśli oczyszczane ścieki zawierają różne związki organiczne, ponieważ Methanosarcina może korzystać z kilku związków organicznych. Z bezpośrednich obliczeń z zastosowaniem odpowiednich technik stwierdzono, że metanogenny granulowany osad oczyszczający ścieki cukrownicze zawiera —20% metanogenów należących do Methanosarcina i 20-30% do Methanosaeta, wśród całego zespołu mikroorganizmów. Oczyw iście obraz ten może być modyfikowany przez wahania wartości pil w hodowlach (Methanosaeta nic rośnie w pH poniżej 6,6, a Methanosarcina rośnie w środowisku o niższych wartościach pH), zmienne stężenie pierwiastków biogennych, także różnorodny i zmienny ładunek zanieczyszczeń organicznych. W fermentowanej gnojowicy zawierającej duże ilości amonu i lotnych kwasów tłuszczowych dominowały archeony należące do Methanosarcinaceae. Natomiast fermentowane osady zawierające stosunkowo niewielkie ilości amonu i lotnych kwasów tłuszczowych zawierały bakterie z Methanosaetaceae.

Dominujące gatunki metanogenów (wykryte technikami molekularnymi), wchodzące w skład granul powstałych w różnych warunkach hodowlanych (na ściekach i w hodowlach na pojedynczych substratach), w tym w hodowlach prowadzonych w różnych temperaturach, podano w tabeli 5.3.

Bioróżnorodność Archaea w 44 próbach pobranych z bioreaktorów beztlenowych (13xed-film, złoże fluidalne, slirred-tank, UASB. sequential batch reactors, lagoon), oczyszczających różne ścieki: rolnicze, z produkcji żywności, petrochemiczne, z przemysłu papierniczego, browarniane, rzeźnicze i komunalne, badano technikami molekularnymi (polimorfizm regionu V3 I6S rDNA). Pozyskano 23 sekwencje, należące do subdomeny Euryarchaeaota. Najczęściej powtarzająca się sekwencja należała do Methanosaeta concilii i Methanobacterium (odpowiednio w 84 i 73% próbach z bioreaktorów). Pozostałe sekwencje zostały zaliczone do Methanobacteriales i Methano-microbiales.

Archeony metanogenne wykazują ogromne zdolności adaptacyjne do zmieniających się warunków prowadzenia hodowli - mezofilne łatwo adaptują się do temperatur sprzyjających rozwojowi gatunkom termofilnym i odwrotnie - termofile dominują w granulach tworzonych w warunkach mczofilnych. Methanobacterium formicicum, Methanobrevibacter arboriphilus i Methanobacterium thermoaulotrophicum są zdolne do wzrostu aulotroficznego w atmosferze mieszaniny wodoru i dwutlenku węgla, zarówno w warunkach mezofilnych, jak i termofilnych, produkując metan zgodnie z reakcją: 4 H_: + C0₂ -> CH₄ + 2 H_:0.

Lista bakterii zwanych syntrofami, wykrytych technikami immunologicznymi, jest znacznie skromniejsza. W procesie degradacji etanolu syntrofem jest Pelobacter carbi-nolicus, propionianu - Syntrophobacter wolimi, maślanu - Syntrophomonas wolfei. Jest

83