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【导语】在全球水体富营养化与磷矿资源枯竭的背景下，污水处理厂的角色显得尤为关键。传统强化生物除磷技术面临挑战，而浙江大学与西湖大学联合团队在《Engineering》发表的研究，成功激活了污水处理厂中的Tetrasphaera菌群，实现了磷回收效率的大幅提升。这一发现不仅改写了生物除磷技术的篇章，更为污水资源化利用提供了新思路，助力我国“双碳”目标的实现，将污水处理厂从“能耗大户”转变为“资源工厂”。

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(rán)而(ér)，实(shí)验(yàn)室(shì)中(zhōng)如(rú)何(hé)“驯(xún)化(huà)”这(zhè)类(lèi)复(fù)杂(zá)菌(jūn)群(qún)一(yī)直(zhí)是(shì)难(nán)题(tí)——它(tā)们(men)如(rú)同(tóng)微(wēi)生(shēng)物(wù)社(shè)区(qū)中(zhōng)的(de)“社(shè)恐(kǒng)患(huàn)者(zhě)”，在(zài)人(rén)工(gōng)模(mó)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），可直接作为磷矿替代品。论文通讯作者鞠峰比喻：“这相当于把污(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)。”

微(wēi)生(shēng)物(wù)社(shè)交(jiāo)图(tú)谱(pǔ)：盟(méng)友(you)与(yǔ)对(duì)手(shǒu)的(de)生(shēng)存(cún)博(bó)弈(yì)

研(yán)究(jiū)还(hái)通(tōng)过(guò)基(jī)因(yīn)测(cè)序(xù)绘(huì)制(zhì)了(le)菌(jūn)群(qún)动(dòng)态(tài)变(biàn)化(huà)图(tú)谱(pǔ)。当(dāng)ATU抑(yì)制(zhì)氨(ān)氧(yǎng)化(huà)菌(jūn)Nitrosomonas后(hòu)，脱(tuō)氮(dàn)菌(jūn)Brevundimonas和(hé)Paracoccus的丰度骤降，Tetrasphaera与另一类聚磷菌Microlunatus形成“攻守同盟”，两者协同占据生态位（图5）。这种“此消彼长”的规律揭示了污水微生物界的生存法则：碳源类型决定“谁先吃饱”，而抑制剂则像“裁判”，直接改变竞争规则。

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(bèi)微(wēi)生(shēng)物(wù)降(jiàng)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。