Hur ser den bakteriella aktiviteten ut på våtmarksväxter och kan den förväntas bidra till behandlingsresultatet i våtmarker? Australiensaren Peter Pollard har med ambitiös metodik sökt kvantifiera och förstå omfattningen av denna aktivitet.
Av: Jörgen Hanaeus
Utgående från att de flesta studier av mikroorganismer för reningsändamål är utförda i laboratorieskala menar Pollard att dynamiken in situ är något annat och arrangerar två pilotskalevåtmarker för att få representativa prover. Horisontell strömning med ca 2 dm vattendjup, planterade med Schoenoplectus validus. Bakterieantal och tillväxthastigheter i växtnära biofilmer bestäms; med bl a (radioaktivt) thymidin och DNA-extraktion. Datamaterialet behandlas med variansanalys i ANOVA. Resultatet visas som variation i biofilmens koncentration för den individuella växten samt för gruppen av växter. Särskilt pekar författaren på att enbart kunskap om ytan av biofilmen är otillräcklig för effektbedömning samt att en pulserande belastning kan ge förbättrad behandlingseffekt.
Artikeln
Etablering av enheter med biofilmaktivitet är inte ovanlig i avloppsreningssammanhang. Mikroorganismerna tar effektivt upp löst näring. En hel del studier av biofilm på granulärt material (grusmaterial, flytkroppar) finns, medan biofilm på växter för avloppsreningsändamål har dokumenterats i mindre omfattning. Konstruerade våtmarker med horisontell strömning kan betraktas som en biofilmreaktor, där växtytorna erbjuder upp till 30 ggr större biofilmyta än sedimenten. Det är alltså meningsfullt att försöka lära mer om växtytornas biofilm.
Anläggning och metod
Två horisontella försöksvåtmarker, vardera med ytan 5*30 m2, anlades på lerig mark och med en 0,4 mm liner i botten. Lager av lera och matjord med säv påfördes. Vattendjupet hölls på 0,2 m och den teoretiska uppehållstiden blev 15 d. Belastningen utgjordes av 2 m3/d biologiskt (8,3 mg P/l) resp biologiskt och kemiskt (2,9 mg P/l) renat avloppsvatten från ett större kommunalt avloppsverk. Vattendjupet hölls vid 0,2 m.
Stammar från naturlig och mogen Schoenoplectus (diameter 0,6-0,9 cm) kapades till ca 2 cm längd och placerades upp- och nedvända i 10 ml koniska testtuber. 20 nedsatta stamprover togs senare upp för analys. 50µl Thymidine tillfördes liksom 2 ml av steriliserat inkommande avloppsvatten. Åtminstone 4 cm stambiofilm exponerades därigenom för isotopen. 30 min inkubationstid användes efter test av olika tider. Försöken stoppades genom att stammen ifråga flyttades till en ny testtub med paraformaldehyd. Radioaktivt märkt DNA extraherades sedan från den bildade biofilmen, varigenom bakterietillväxten kunde mätas.
Bakteriernas metabolism (respirationen) mättes via reduktionen av en färgad redoxlösning och indikatorn CTC.
Bakterieantalet och tillväxthastigheten mättes i samma biofilmprov. DNA med radioaktiv märkning extraherades från biofilmen.
Generellt var analysmetodiken omfattande och har beskrivits noggrant.
Resultat
Biofilmaktivitet anges mestadels per ytenhet men författarna vill framhålla att filmen är en tredimensionell struktur med variationer. Mikrobiella transportprocesser försiggår även i djupled, vilket skapar heterogenitet. Detta styrks av resultaten som visade att varken växthastigheten hos biofilmbakterierna eller själva biomassan var korrelerad till växtens mantelyta (r2 < 0,02). Tjockleken kan heller inte kontrolleras i detalj; filmsjok faller av under hand.
Mönster fanns dock; sålunda var bakteriernas tillväxthastighet störst nära våtmarkens vattenyta och i allmänhet varierande längs stammen.
Biofilmens tjocklek skattades via mikroskop till 10-30 µm. Denna förhållandevis ringa tjocklek gjorde att det inte bedömdes att näringstransporten via diffusion var begränsande för tillväxten.
Den högsta andelen respirerande bakterier återfanns nära inloppet till försöksvåtmarken; dock fanns inte den högsta tillväxthastigheten där.
De (olika) fosfornivåerna i de båda våtmarkerna föreföll inte begränsande under gällande försöksvillkor.
Bakterietätheten i biofilmerna varierade mellan 10-20 *106 celler/cm2. Specifika bakterietillväxten varierade mellan 0,8 ± 0,6 d-1 till 3,3± 1,3 d-1.
Slutsatser
Thymidinprocessen bedömdes av författarna framgångsrik för att mäta bakterietillväxt in situ.
Isotoper togs upp snabbt och effektivt av bakterier under delning och metoden gav möjlighet att uppfatta mikrovariationer i biofilmen. Via referensprov fann man också att mätmetoderna inte störde de naturliga tillväxtprocesserna.
Hur överförs mikroerfarenheterna till fullskaledrift? Biofilmen bör hållas tunn och reagera känsligt på näringstillförsel. Författarna menar att man snabbt och återkommande bör variera mellan hög och låg näringstillförsel; även frekventa flödesändringar kan vara gynnsamma. Erfarenheterna har dock ännu inte kopplats fullt ut till kvävedynamiken; det återstår att göra.
Intressantast i artikeln är den använda försöks- och analysmetodiken, som beskrivs bättre än i detta korta referat. Kräver god mikrobiologisk kompetens och får snarare ännu utgöras av specialistundersökningar än att vara ett vardagligt ingenjörsverktyg. Sverigebekante Nick Ashbolt har varit mikrobiologisk rådgivare i arbetet.
Källa: Pollard, Peter: Bacterial activity in plant (Schoenoplectus validus) biofilms of constructed wetlands. Water Research 44 (2010) 5939-5948.
Hela artikeln finns att köpa här.
Korrespondens: Peter Pollard, Australian Rivers Institute, Griffith University, Q 4111 Australia.
