磷回收率提升23倍！我国科学家解锁污水除磷微生物“黑匣子”

【导语】在全球面临水体富营养化与磷矿资源枯竭的双重挑战下，污水处理厂的角色正悄然转变。传统强化生物除磷技术遭遇瓶颈，而浙江大学与西湖大学联合团队的一项新研究，在《Engineering》期刊上发表，揭示了通过多碳源与精准抑制剂调控，激活了污水处理厂中广泛存在的Tetrasphaera菌群潜能，实现了磷回收效率的显著提升。这一发现不仅为污水资源化提供了新思路，更展现了从“能耗大户”向“资源工厂”转变的广阔前景，为循环经济注入了新动力。

在全球水体富营养化与磷矿资源枯竭的双重危机下，污水处理厂既是磷污染的“终点站”，也是资源回收的“起点站”。传统强化生物除磷技术（EBPR）依赖聚磷菌（PAOs）的代谢能力，但主流研究的“明星菌”Candidatus Accumulibacter在实际应用中常因碳源单一、脱氮竞争等问题“水土不服”。近期，浙江大学与西湖大学联合团队在《Engineering》发表研究，通过多碳源与精准抑制剂调控，成功激活了污水处理厂中“隐藏玩家”Tetrasphaera菌群的潜能，使磷回收效率提升23倍，为污水资源化提供了新思路。

微生物界的“除磷黑马”：从配角到C位

过去十年间，科学家通过基因测序发现，Tetrasphaera菌在全球污水处理厂中广泛存在，其丰度甚至超过传统明星菌Accumulibacter。这类菌不仅能代谢葡萄糖、氨基酸等多种碳源，还可能具备脱氮除磷的“双料技能”。然而，实验室中如何“驯化”这类复杂菌群一直是难题——它们如同微生物社区中的“社恐患者”，在人工模拟环境中难以稳定富集。

研究团队设计了一套“四步走”驯化策略：先以混合碳源（蛋白质水解物、葡萄糖、乙酸钠）为诱饵，模拟真实污水环境；随后加入1 mg/L的硝化抑制剂烯丙基硫脲（ATU），抑制氨氧化菌生长，减少脱氮菌对碳源的争夺。经过170天动态调控，Tetrasphaera菌群占比从初始的1.5%飙升至40%，成为微生物群落的“绝对主力”。有趣的是，高剂量ATU（5 mg/L）反而会破坏菌群平衡，说明精准调控如同“走钢丝”，剂量过犹不及。

磷回收“三级跳”：从污水处理到资源矿山

实验结果显示，驯化后的菌群展现出惊人的除磷性能：磷去除率稳定在85%，总氮去除率达80%，污泥灰分中的磷含量比普通污水厂污泥高出23.2倍（32.5% vs 1.4%）。通过扫描电镜能谱分析（SEM-EDS）可见，处理后的污泥灰分呈现致密白色结构，磷元素信号强度远超铝、硅等杂质（图3c），可(kě)直(zhí)接(jiē)作(zuò)为(wèi)磷(lín)矿(kuàng)替(tì)代(dài)品(pǐn)。论(lùn)文通(tōng)讯(xùn)作(zuò)者(zhě)鞠(jū)峰(fēng)比(bǐ)喻(yù)：“这(zhè)相(xiāng)当(dāng)于(yú)把(bǎ)污(wū)水(shuǐ)处(chù)理(lǐ)厂(chǎng)变(biàn)成(chéng)‘磷(lín)矿(kuàng)精(jīng)炼(liàn)厂(chǎng)’，每(měi)处(chù)理(lǐ)1吨(dūn)污(wū)水(shuǐ)就(jiù)能(néng)回(huí)收(shōu)0.8公(gōng)斤(jīn)高(gāo)纯(chún)度(dù)磷(lín)灰(huī)。”

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值得一提的是，团队发现了一株全新的Tetrasphaera菌（EBPR-ASV0001），其16S rRNA基因与已知菌株相似度仅96.8%，可能具备独特的代谢通路。这类“微生物暗物质”的发现，为后续基因挖掘提供了宝贵线索。

技术双刃剑：从实验室到工程化的挑战

尽管成果显著，该技术仍需突破工程化瓶颈。例如，ATU在环境中可能被微生物降解，需定期投加以维持效果；高磷污泥的后续提取工艺也待优化。研究团队指出，未来可通过代谢模型预测菌群行为，或开发ATU缓释材料，推动技术落地。

这项研究不仅改写了EBPR微生物学教科书，更提供了“以废治废”的循环经济样本。随着我国“双碳”目标推进，污水厂从“能耗大户”转向“资源工厂”的蓝图正逐渐清晰。