17.1 Mikrobiel diversitet og habitater
- Mikroorganismer lever i en bred vifte af levesteder, på grund af deres metaboliske mangfoldighed og deres evne til at bruge en række af kulstof- og energikilder, samt deres evne til at vokse under forskellige fysiske betingelser.
- Ekstremofiler, lever under ekstreme forhold af temperatur, surhedsgrad, alkalinitet eller saltkoncentration.
17.1.1 Symbiose
- Symbiose, er en sammenhæng mellem to forskellige organismer eller populationer.
- Symbiotiske svampe, kaldet mycorrhizae, lever i og på planternes rødder; de øger plantens rødders overfladeareal og næringsoptagelse.
17.2 Jordmikrobiologi og biogeokemiske kredsløb
- I biogeokemiske kredsløb, bliver visse kemiske grundstoffer genbrugt.
- Mikroorganismer i jorden nedbryder organisk materiale og omdanner kulstof-, nitrogen- og svovlholdige forbindelser til anvendelige former.
- Mikroorganismer er afgørende for fortsættelsen af de biogeokemiske kredsløb.
- Grundstoffer oxideres og reduceres af mikroorganismer i disse kredsløb.
17.2.1 Kulstofkredsløbet
- Kuldioxid inkorporeres eller fikseres i organiske forbindelser af fotoautotrofer og kemoautotrofer.
- Disse organiske forbindeler giver næringsstoffer til kemoheterotrofer.
- Kemoheterotrofer frigiver CO2, der derefter bruges af fotoautotrofer.
- Kulstof fjernes fra kredsløbet, når det indgår i CaCO3 eller fossile brændstoffer.
17.2.2 Nitrogenkredsløbet
- Mikroorganismer nedbryder proteiner fra døde celler og frigiver aminosyrer.
- Ammoniak frigives, ved mikrobiel ammonifikation af aminosyrerne
- Nitrogen i ammoniak, oxideres til produktion af nitrit og energi af nitrificerende bakterier.
- Denitrificerende bakterier, reducerer nitrogen i nitrit til molekylært nitrogen (N2).
- N2 omdannes til ammoniak af nitrogenfikserende bakterier, herunder fritlevende slægter som Azotobacter og cyanobakterier, samt symbiotiske bakterier som Rhizobium og Frankia.
- Ammonium og nitrat, anvendes af bakterier og planter, til at syntetisere aminosyrer der samles til proteiner.
17.2.3 Svovlkredsløbet
- Hydrogensulfid (H2S) anvendes af autotrofe bakterier; svovlet oxideres til dannelsen af S0 eller SO42-.
- Planter og andre mikroorganismer, kan reducere SO42- til dannelse af visse aminosyrer. Disse aminosyrer kan herefter anvendes af andre dyr.
- H2S frigives ved henfald eller dissimilation af disse aminosyrer.
17.2.4 Liv uden sollys
- Kemoautotrofer er de primære producenter i dybvandsskorstene og dybt inde i klipper.
17.2.5 Phosphorkredsløbet
- Phosphor (som PO43-) findes i klipper og fugleklatter.
- Når PO43- solubiliseres af mikrobielle syrer, bliver PO43- tilgængelig for planter og mikroorganismer.
17.2.6 Nedbrydning af syntetiske kemikalier i jord og vand
- Mange syntetiske kemikalier, som for eksempel pesticider, er resistente over for nedbrydning af mikroorganismer.
- Anvendelse af mikroorganismer til fjernelse af forurenende stoffer, kaldes for bioremediering.
- Kommunale lossepladser, forhindrer nedbrydningen af fast affald, fordi de er tørre og anaerobe.
- På nogle lossepladser, kan metan produceret af methanogener inddrives og anvendes som energikilde.
17.3 Akvatisk mikrobiologi og spildevandsbehandling
17.3.1 Akvatiske mikroorganismer
- Studiet af mikroorganismer og deres aktivitet i naturlige vandområder, kaldes akvatisk mikrobiologi.
- Fysiske farvande omfatter søer, damme, vandløb, floder, flodmundinger og oceanerne.
- Koncentrationen af bakterier i vand, er proportional med mængden af organisk materiale i vandet.
- De fleste akvatiske bakterier, har tendens til at vokse på overflader snarere end i frit flydende tilstand.
- Antallet og placeringen af ferskvandsmikrobiota afhænger af tilgængeligheden af oxygen og lys.
- Fotosyntetiske alger er de primære producenter i en sø; de findes i den limniske zone.
- Pseudomonader, Cytophaga, Caulobacter og Hyphomicrobium findes i den limniske zone, hvor der er rigeligt med oxygen.
- Mikroorganismer i stillestående vand opbruger de tilgængelige oxygen og kan forårsage lugt og fiskedød.
- Violette og grønne svovlbakterier findes i den profundale zone, der indeholder lys og H2S men ingen oxygen.
- Desulfovibrio reducerer SO42- til H2S i bentisk mudder.
- Metan-producerende bakterier findes også i bundlagene.
- Phytoplankton er de primære producenter i det åbne hav.
- Pelagibacter ubique er en nedbrydende bakterie i havvand.
- Archaea dominerer under 100 meters dybde.
- Nogle alger og bakterier er selvlysende. De besidder enzymet luciferase, der kan udsende lys.
17.3.2 Mikroorganismers rolle i vandkvaliteten
- Mikroorganismer filtreres fra vand, der siver ned i grundvandreservoirerne.
- Nogle sygdomsfremkaldende mikroorganismer, overføres til mennesker gennem drikkevand og rekreative vandområder.
- Resistente kemiske stofferm kan være opkoncentreret i dyr af en akvatisk fødekæde.
- Næringsstoffer, som for eksempel phosphater forårsager algevækst, der kan føre til eutrofiering af akvatiske økosystemer.
- Tests for den bakteriologiske kvalitet af vand, er baseret på tilstedeværelsen af indikatororganismer, hvor den mest almindelige er coliforme bakterier.
- Coliforme bakterier er aerobe eller fakultativt aerobe, Gramnegative, ikke-endosporedannende stave, der fermenterer lactose med produktion af syre og gas inden for 48 timer efter placering i et lactosebouillonmedie og inkuberet ved 35 ºC.
- Fækale coliforme bakterier, overvejende coli, anvendes til at indikere tilstedeværelsen af menneskelige ekskrementer.
17.3.3 Vandbehandling
- Drikkevand opbevares i en oplagringstank længe nok til at suspenderet stof bundfælder sig.
- Flokkuleringsbehandling anvender kemikalier, som for eksempel alun, til at samle og bundfælde kolloidt materiale.
- Filtrering af drikkevandet, fjerner protozoer og andre mikroorganismer.
- Drikkevand desinficeres med chlor for at dræbe de resterende sygdomsfremkaldende bakterier.
17.3.4 Spildevandsbehandling
- Husholdningsaffaldsvand kaldes spildevand; det omfatter husholdningsspildevand, toiletaffald og regnvand.
- Primær spildevandsbehandling er fjernelsen af faste stoffer kaldet slam.
- Biologisk aktivitet er ikke vigtig i den primære spildevandsbehandling.
- Biokemisk oxygenforbrug (BOF), er et mål for de biologisk nedbrydelige stoffer i spildevand.
- Den primære spildevandsbehandling, fjerner cirka 25-35% af BOF fra spildevandet.
- BOF bestemmes ved måling af den mængde oxygen, bakterier kræver for at nedbryde det organiske materiale.
- Sekundær spildevandsbehandling, er den biologiske nedbrydning af organiske stoffer, efter den primære spildevandsbehandling.
- Aktiveret slam, overrislingsfiltre og roterende biologiske kontraktorer, er metoder til sekundær spildevandsbehandling.
- Mikroorganismer nedbryder det organiske materiale aerobt.
- Sekundær spildevandsbehandling, fjerner op til 95% af BOF.
- Behandlet spildevand desinficeres normalt med klorering, før udledning til jord eller vand.
- Slam placeres i en anaerob forrådnelsestank; mikroorganismer nedbryder organisk materiale og producerer enkle organiske forbindelser som metan og CO2.
- Metan produceret i forrådnelsestanken, bruges som energi til opvarmning af forrådnelsestanken eller til elektricitet der bruges til at drive andet udstyr på spildevandsanlægget.
- Overskydende slam, fjernes periodisk fra forrådnelsestanken og bortskaffes (på lossepladser, forbrændingsanlæg eller som jordkonditioneringsmiddel).
- Septiktanke, kan bruges i landdistrikter, for at levere den primære spildevandsbehandling.
- Små samfund, kan anvende oxidationsdamme til sekundær spildevandsbehandling.
- Oxidationsdamme kræver et stort område til opførelse af en kunstig sø.
- Tertiær spildevandsbehandling, bruger fysisk filtrering og kemisk udfældning til at fjerne alt BOF, nitrogen og phosphor fra vandet.
- Tertiær spildevandsbehandling efterlader drikbart vand, mens sekundær spildevandsbehandling efterlader vand der kun kan anvendes til kunstvanding.