生態轉環：污水處理系統中生物膜轉環的微生物群落構建策略
構建微生物群落的機制
理論基礎:生態理論和中性理論是微生物群落建設機制中最廣泛接受的理論。根據生態學理論，確定性因素(如物種性質與競爭、捕食、互利共生等微生物相互作用)和環境條件(如pH、溫度和營養鹽)控制著群落建設，被稱為確定性過程。中性理論認為，隨機過程(包括物種的出生、死亡、遷移、擴散或歷史偶然性等。)塑造生物群落。目前普遍認為群落建設受到確定性過程和隨機過程的共同作用，其相對大小取決于多種因素。
影響因素:微生物群落建設機制受多種因素影響。例如，時間和空間的規模、環境因素和運行參數會影響確定性和隨機性過程的相對重要性。此外，物種的相對豐度、頻率、進水和出水的不同處理階段也會對其產生影響。在不同的污水處理系統和運行條件下，確定性過程和隨機過程的相對重要性會有所不同。例如，一些研究發現，在某些情況下，隨機過程主導活性污泥微生物群落，其中漂移占比很大，同質化選擇是最重要的確定性過程。但是，在某些情況下。
構建微生物群落的策略
優化環境條件：通過調節污水處理系統中的環境參數(例如pH值)、溫度、溶解氧、營養鹽等。)，為微生物群落的建設提供合適的生存環境，從而促使微生物的生長繁殖，提高污水處理效率。
合理選擇和控制運行參數:如污泥年齡、水力停留時間、曝氣量等。這些參數會影響微生物的生長、新陳代謝和群落結構，進而影響污水處理效果。例如，微生物群落在不同污泥年齡下的構成存在顯著差異，反應器運行不同階段的隨機性和確定性也會發生變化。
接種優勢菌種或微生物群落:根據污水處理的具體要求，對具有特定功能的優勢菌種或微生物群落進行有針對性的接種，以加快生物膜的形成，提高污水處理效率。例如，王愛杰教授團隊的研究發現，弱電介入可以強化厭氧水解酸化系統的污泥降解效率，并揭示了弱電介入對微生物互作和功能菌群建設的選擇機制，提出了定向控制工程系統微生物群落功能的可行策略。
構建多級生物膜系統:通過在生物膜轉環中設置多個生物膜反應器或設計不同的功能區域，可以實現微生物群落的分層構建和協同作用，提高去除不同污染物的效率。例如，不同氧化還原區的微生物群落在尾水供應型河流潛流帶中存在顯著差異。好氧區的微生物群落受到確定性過程的影響，而厭氧區的微生物群落受到生態漂移的影響。因此，多級生物膜系統可以根據這種差異構建，處理好氧和厭氧條件下的污染物。
利用生態位理論構建群落:根據生態位理論，通過優化污水處理系統的設計和運行條件，為不同功能的微生物提供合適的生態位置，促使微生物群落的穩定構建和功能發揮。例如，在生物膜轉環中，微生物可以通過控制填料的類型、孔隙率、比表面積等參數，為微生物提供不同的附著和生長環境，從而實現微生物群落的分層構建和功能分化。
加強微生物相互作用研究:深入研究微生物相互作用(如共生、競爭、捕食等)。)，并利用這些相互作用來優化微生物群落的建設。例如，通過構建微生物相互作用的網絡模型，可以分析微生物相互作用的強度和網絡結構，揭示微生物群落的構建機制和功能控制方法。
