Di dalam tangki aerasi instalasi pengolahan air limbah terdapat "kota makanan mikroskopis" yang ramai. Di sini, tidak ada koki berbintang Michelin, tidak ada kurir pengantaran makanan, dan bahkan "makanan dalam kotak" yang sudah jadi pun langka. Mikroorganisme autotrofik dalam lumpur aktif adalah "pengunjung" yang paling tidak biasa di pusat kuliner ini—sementara mikroorganisme lainnya bersaing dengan penuh semangat untuk mendapatkan sampah organik di air limbah, mereka dengan keras kepala mengandalkan upaya mereka sendiri, mengambil energi dari "udara dan batu", dan dengan cerdik mengubah bahan anorganik menjadi "makanan lezat Tiongkok dan Barat". Hari ini, kita akan mengungkap bagaimana "raja makan mandiri" ini mengubah "masa sulit" menjadi "generasi kedua yang kaya" yang hidup di air limbah.
Mari saya mulai dengan memberi Anda sedikit latar belakang: Lumpur aktif, secara sederhana, adalah "tim ramah lingkungan" yang terdiri dari miliaran mikroorganisme. Misi utama mereka adalah memurnikan air limbah dengan memecah polutan. Tim ini terbagi menjadi dua faksi besar: mikroorganisme heterotrofik adalah "pemakan rakus", yang mengkhususkan diri dalam memakan bahan organik yang tersedia (seperti pati, protein, dan lemak) dalam air limbah—mereka berpesta dengan nafsu makan yang besar. Sementara itu, mikroorganisme autotrofik adalah “pengrajin keras”, yang secara alami dilengkapi dengan “penggemar dapur”, dan meremehkan “sisa-sisa” tersebut. Mereka menolak untuk bergantung pada sisa makanan orang lain dan bersikeras untuk mencari sendiri bahan mentahnya, sehingga menciptakan “pesta organik” dari awal. Apakah menurut Anda mereka sombong? Tidak, mereka telah mengembangkan negara adidaya yang "tidak perlu bersaing untuk mendapatkan makanan". Dalam lingkungan “persaingan sumber daya” air limbah, mereka telah membuka jalan menuju “swasembada” dalam memenuhi kebutuhan pangan mereka sendiri.
Jika berbicara tentang "pecinta makanan kelas atas" di antara mikroorganisme yang mampu bertahan sendiri, tidak diragukan lagi bahwa keluarga bakteri nitritlah yang mengambil alih posisi teratas—makhluk-makhluk kecil ini adalah "koki kimiawi lumpur", yang unggul dalam seni "oksidasi anorganik" untuk memasak. Anda mungkin bertanya-tanya: materi anorganik? Bukankah itu termasuk benda-benda "keras" seperti batu, amonia, dan sulfida? Apa yang kami anggap tidak enak sebenarnya adalah bahan mentah yang paling enak di mata bakteri nitrit—lebih menggoda daripada "Buddha melompati tembok".
Dalam keluarga bakteri nitrifikasi, ada dua "koki" inti: bakteri pengoksidasi amonia dan bakteri pengoksidasi nitrit. Mereka adalah "duo sempurna", yang bekerja dengan peran yang jelas, seperti koki hidangan pembuka dan hidangan utama di sebuah restoran. Yang pertama muncul adalah bakteri pengoksidasi amonia, yang “keahlian khasnya” adalah mengolah nitrogen amonia (NH3) dalam air limbah sebagai “makanan pembuka”. Jangan meremehkan nitrogen amonia ini karena konsentrasinya tidak terlalu tinggi dalam air limbah, tetapi ia membawa "bau toilet" yang menyengat. Bakteri heterotrofik cenderung menghindarinya, namun bakteri pengoksidasi amonia memperlakukannya sebagai harta karun. Dengan menggunakan "alat oksidase" di dalam tubuhnya, secara bertahap ia "memecah dan mengoksidasi" nitrogen amonia. Proses ini seperti menyalakan gas alam dengan korek api—walaupun tidak ada nyala api terbuka, namun gas tersebut melepaskan energi terus menerus, yang berfungsi sebagai "bahan bakar memasak".
Namun "keterampilan kuliner" bakteri pengoksidasi amonia berhenti pada tahap pembuka. Setelah mengoksidasi nitrogen amonia menjadi nitrit (NO2-), mereka memuaskan rasa lapar dan haus mereka sendiri, kemudian menyerahkan sisa "produk setengah jadi" nitrit kepada bakteri pengoksidasi nitrit "saudara baik" mereka. "Ahli hidangan utama" ini bahkan lebih hebat lagi, karena ia dapat mengoksidasi lebih lanjut nitrit menjadi nitrat (NO3-), sehingga melepaskan gelombang energi lainnya. Apakah menurut Anda mereka melalui semua masalah ini hanya demi keuntungan mereka sendiri? Tidak, saat mengoksidasi senyawa anorganik ini, mereka juga diam-diam "melakukan bisnis sampingan"—menggunakan energi yang dilepaskan untuk mengolah karbon dioksida (CO2) dari udara sebagai "tepung", dan mengolah air (H2O) serta garam anorganik (seperti kalium, fosfor, dan besi) dari air limbah sebagai "bumbu", mensintesis glukosa dan protein menjadi "makanan lezat organik" di dalam tubuh mereka. Operasi ini setara dengan ketika orang lain berebut mantou, mereka telah menanam gandum, tepung giling, dan roti kukus, sehingga mencapai "batas swasembada" di dunia mikroba.
Yang lebih mengesankan lagi adalah fakta bahwa bakteri nitrifikasi, yang merupakan “master chef” ini, sangat “kuat”. Meskipun "efisiensi memasak" mereka tidak terlalu tinggi—untuk mensintesis 1 gram bahan organik mungkin memerlukan oksidasi puluhan atau bahkan ratusan gram nitrogen amonia—mereka berkembang dengan sifatnya yang "tidak rewel dan tidak kompetitif". Dalam lumpur aktif, ketika bakteri heterotrofik hampir kehabisan bahan organik dalam air limbah, mereka menjadi lapar dan bahkan terpaksa “bersaing untuk mendapatkan makanan”. Sementara itu, bakteri nitrifikasi dengan santai dapat “memperlambat pekerjaan untuk mencapai hasil yang sempurna,” mengubah bahan anorganik menjadi makanan mereka sendiri menggunakan sisa nitrogen amonia dalam air limbah dan karbon dioksida dari udara.
Ini seperti setelah festival makanan, ketika semua orang memungut remah-remah makanan ringan dari tanah, mereka malah mengeluarkan peralatannya sendiri untuk mengolah "udara dan batu" di lokasi menjadi sebuah pesta. Kebijaksanaan bertahan hidup seperti itu sungguh mengagumkan.
Selain "sekolah memasak kimia" bakteri nitrifikasi, ada kelompok "pecinta makanan" autotrofik lain dalam lumpur aktif—mikroorganisme autotrofik fototrofik, seperti cyanobacteria dan bakteri belerang ungu, yang dapat disebut "koki sinar matahari". Namun, peran mereka dalam instalasi pengolahan air limbah kurang menonjol dibandingkan peran bakteri nitrifikasi, karena cahaya di tangki aerasi tidak melimpah, dan guncangan terus-menerus dari sistem aerasi membuat sulit untuk menikmati berjemur dengan tenang. Namun, terlepas dari tantangan-tantangan ini, mereka unggul dengan “pola pikir positif dan tangan-tangan terampil.” Bahkan dengan cahaya minimal, dikombinasikan dengan "bahan khusus" seperti hidrogen sulfida (H2S) dan ion besi (Fe²⁺) dalam air limbah, keduanya dapat mengaktifkan "mode Fotosintesis 2.0". Meskipun tumbuhan biasa menggunakan karbon dioksida dan air untuk mensintesis bahan organik dengan energi cahaya, melepaskan oksigen dalam prosesnya, mikroorganisme autotrofik fototrofik ini lebih membumi. Mereka dapat menggantikan air dengan hidrogen sulfida, menggunakan cahaya untuk mengubah karbon dioksida dan hidrogen sulfida menjadi bahan organik, dan sekaligus mengekstraksi belerang dari hidrogen sulfida, menyimpannya sebagai partikel unsur belerang di dalam tubuh mereka. Ini seperti memasak sambil "menimbun".
Anda dapat membayangkan pemandangan ini: di sudut tangki aerasi, seberkas cahaya redup bersinar, dan bakteri biru segera menjadi "energik", melebarkan "sayap fotosintesis" (lapisan fotosintesis) mereka satu demi satu, seperti sekelompok "koki kecil" yang memegang panel surya, berjemur dan mengisi daya, sambil memperlakukan hidrogen sulfida yang menyengat dalam limbah sebagai "kecap" dan karbon dioksida sebagai "nasi". Dengan operasi yang sengit, mereka membuat "makanan organik" yang lezat dan juga mengolah hidrogen sulfida polutan yang berbau - memecahkan masalah makan dan mencapai KPI lingkungan, yang merupakan model "tidak ada penundaan dalam pekerjaan padi kering".
Namun, meskipun mikroorganisme autotrofik ini "sangat terampil", mereka bukanlah "dunia lain". Ketika mereka membuat “makanan organik”, mereka juga membutuhkan “trace element bumbu” – seperti mineral seperti besi, mangan, dan seng yang diserap dari limbah, yang setara dengan garam dan MSG yang kita gunakan untuk memasak. Tanpa mereka, “makanan” yang mereka buat tidak akan memiliki rasa, dan mikroorganisme tidak akan tumbuh dengan sendirinya. Dan "irama memasak" mereka sangat lambat. Bakteri heterotrofik mungkin hanya membutuhkan beberapa jam untuk makan, sedangkan bakteri nitrifikasi mungkin memerlukan beberapa hari atau bahkan berminggu-minggu untuk “makan dan minum dalam jumlah yang cukup untuk menumbuhkan tubuhnya”. Jadi dalam lumpur aktif, meskipun tidak harus bersaing untuk mendapatkan makanan, mereka tetap perlu berkembang dengan cara yang sederhana agar tidak "dirugikan secara tidak sengaja" oleh bakteri heterotrofik (bagaimanapun juga, bakteri heterotrofik berlimpah dan berkembang biak dengan cepat, terkadang menempati ruang hidup mereka).
Namun jangan meremehkan 'juru masak yang lamban' ini, mereka adalah 'pahlawan tak kasat mata' di pabrik pengolahan limbah. Coba pikirkan, nitrogen amonia dalam limbah adalah masalah besar. Jika tidak ditangani, hal ini dapat menyebabkan eutrofikasi pada badan air ketika dibuang ke sungai, sehingga mengakibatkan pertumbuhan alga dalam jumlah besar dan gelombang merah (red tide) yang dapat meracuni ikan dan udang. Dan kelompok "koki kimia" seperti bakteri nitrifikasi dapat secara bertahap mengubah nitrogen amonia menjadi nitrat, yang kemudian diubah menjadi nitrogen oleh bakteri denitrifikasi dan dibuang ke udara, yang secara efektif mengubah "limbah beracun" dalam limbah menjadi "gas tidak berbahaya". Jika bukan karena mereka, instalasi pengolahan limbah tidak akan mampu menyelesaikan tugas “denitrifikasi”, dan air sungai kita mungkin sudah lama berubah menjadi “sup hijau”.
Yang lebih menarik lagi adalah mikroorganisme autotrofik ini 'bersatu'. Dua "penguasa" bakteri nitrifikasi - bakteri pengoksidasi amonia dan bakteri pengoksidasi nitrit - tidak pernah "bertarung sendirian", mereka selalu bersatu membentuk "komunitas bakteri nitrifikasi". Nitrit yang dihasilkan oleh bakteri pengoksidasi amonia merupakan "makanan" bagi bakteri pengoksidasi nitrit; Dan bakteri pengoksidasi nitrit memakan nitrit, yang dapat mencegah akumulasi nitrit di lingkungan, dan pada gilirannya melindungi bakteri pengoksidasi amonia (nitrit konsentrasi tinggi beracun bagi bakteri pengoksidasi amonia). Pemahaman diam-diam tentang "Anda memasak, saya mencuci piring, Anda memproduksi, saya mengonsumsi" hanyalah sebuah "pasangan teladan" dalam komunitas mikroba. Tak heran jika mereka bisa bertahan dengan kokoh di limbah dan menjadi "pohon hijau" di industri makanan kering.
Kadang-kadang saya sangat mengagumi 'pemakan nasi' dunia mikro ini: mereka tidak memiliki mata, mulut, dan bahkan otak, tetapi mereka dapat secara akurat menemukan 'bahan mentah' yang mereka butuhkan, menggunakan reaksi kimia paling primitif untuk mengubah zat anorganik menjadi zat organik, dan mengubah limbah menjadi air bersih dan kering. Mereka tidak memakan apa pun yang mereka anggap sebagai bakteri heterotrofik, namun bersikeras untuk "melakukannya sendiri dan mendapatkan makanan yang cukup". Sementara yang lain bersaing untuk mendapatkan makanan, mereka diam-diam mengembangkan "keterampilan memasak" mereka dan pada akhirnya menempati tempat yang sangat diperlukan di "kota makanan mikro" berupa lumpur aktif.
Faktanya, jika dipikir-pikir, "filosofi makanan kering" dari mikroorganisme autotrofik ini cukup berharga untuk dipelajari: mereka tidak bergantung pada "sumber daya siap pakai" eksternal, tetapi mengembangkan "keterampilan inti" mereka sendiri, menciptakan nilai melalui kemampuan mereka sendiri, tidak hanya menyelesaikan "masalah makanan" mereka sendiri, tetapi juga berkontribusi pada keseluruhan ekosistem (pabrik pengolahan limbah). Mereka ibarat sekelompok pengrajin yang diam-diam bekerja di selokan, bukan mencari keagungan, melainkan mencari kemandirian, ketabahan, dan keandalan.
Jadi, lain kali Anda melewati pabrik pengolahan limbah dan mencium "bau desinfektan" yang samar, Anda mungkin ingin memikirkan tentang mikroorganisme autotrofik di tangki aerasi - mereka mungkin sibuk mengoksidasi nitrogen amonia, berjemur untuk mensintesis bahan organik, atau "berkolaborasi" dengan rekan-rekan mereka untuk membuat makanan besar. Para 'penanak nasi mikro' yang tidak mencolok ini menulis legenda swasembada limbah dengan cara mereka sendiri yang unik, dan juga menggunakan 'keterampilan memasak' mereka untuk melindungi lingkungan air kita. Salut kepada "raja beras kering swasembada" dalam lumpur aktif ini, karena mereka dapat mengubah "udara dan batu" menjadi sebuah pesta. Melihat seluruh komunitas mikroba, hanya mereka yang mampu melakukannya!
