在全球水體富營(yíng)養(yǎng)化與磷礦資源枯竭的雙重危機(jī)下，污水處理廠既是磷污染的“終點(diǎn)站”，也是資源回收的“起點(diǎn)站”。傳統(tǒng)強(qiáng)化生物除磷技術(shù)（EBPR）依賴聚磷菌（PAOs）的代謝能力，但主流研究的“明星菌”Candidatus Accumulibacter在實(shí)際應(yīng)用中常因碳源單一、脫氮競(jìng)爭(zhēng)等問(wèn)題“水土不服”。近期，浙江大學(xué)與西湖大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在《Engineering》發(fā)表研究，通過(guò)多碳源與精準(zhǔn)抑制劑調(diào)控，成功激活了污水處理廠中“隱藏玩家”Tetrasphaera菌群的潛能，使磷回收效率提升23倍，為污水資源化提供了新思路。

微生物界的“除磷黑馬”：從配角到C位

過(guò)去十年間，科學(xué)家通過(guò)基因測(cè)序發(fā)現(xiàn)，Tetrasphaera菌在全球污水處理廠中廣泛存在，其豐度甚至超過(guò)傳統(tǒng)明星菌Accumulibacter。這類菌不僅能代謝葡萄糖、氨基酸等多種碳源，還可能具備脫氮除磷的“雙料技能”。然而，實(shí)驗(yàn)室中如何“馴化”這類復(fù)雜菌群一直是難題——它們?nèi)缤⑸锷鐓^(qū)中的“社恐患者”，在人工模擬環(huán)境中難以穩(wěn)定富集。

研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一套“四步走”馴化策略：先以混合碳源（蛋白質(zhì)水解物、葡萄糖、乙酸鈉）為誘餌，模擬真實(shí)污水環(huán)境；隨后加入1 mg/L的硝化抑制劑烯丙基硫脲（ATU），抑制氨氧化菌生長(zhǎng)，減少脫氮菌對(duì)碳源的爭(zhēng)奪。經(jīng)過(guò)170天動(dòng)態(tài)調(diào)控，Tetrasphaera菌群占比從初始的1.5%飆升至40%，成為微生物群落的“絕對(duì)主力”。有趣的是，高劑量ATU（5 mg/L）反而會(huì)破壞菌群平衡，說(shuō)明精準(zhǔn)調(diào)控如同“走鋼絲”，劑量過(guò)猶不及。

磷回收“三級(jí)跳”：從污水處理到資源礦山

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，馴化后的菌群展現(xiàn)出驚人的除磷性能：磷去除率穩(wěn)定在85%，總氮去除率達(dá)80%，污泥灰分中的磷含量比普通污水廠污泥高出23.2倍（32.5% vs 1.4%）。通過(guò)掃描電鏡能譜分析（SEM-EDS）可見(jiàn)，處理后的污泥灰分呈現(xiàn)致密白色結(jié)構(gòu)，磷元素信號(hào)強(qiáng)度遠(yuǎn)超鋁、硅等雜質(zhì)（圖3c），可直接作為磷礦替代品。論文通訊作者鞠峰比喻：“這相當(dāng)于把污水處理廠變成‘磷礦精煉廠’，每處理1噸污水就能回收0.8公斤高純度磷灰?！?/p>

微生物社交圖譜：盟友與對(duì)手的生存博弈

研究還通過(guò)基因測(cè)序繪制了菌群動(dòng)態(tài)變化圖譜。當(dāng)ATU抑制氨氧化菌Nitrosomonas后，脫氮菌Brevundimonas和Paracoccus的豐度驟降，Tetrasphaera與另一類聚磷菌Microlunatus形成“攻守同盟”，兩者協(xié)同占據(jù)生態(tài)位（圖5）。這種“此消彼長(zhǎng)”的規(guī)律揭示了污水微生物界的生存法則：碳源類型決定“誰(shuí)先吃飽”，而抑制劑則像“裁判”，直接改變競(jìng)爭(zhēng)規(guī)則。

值得一提的是，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一株全新的Tetrasphaera菌（EBPR-ASV0001），其16S rRNA基因與已知菌株相似度僅96.8%，可能具備獨(dú)特的代謝通路。這類“微生物暗物質(zhì)”的發(fā)現(xiàn)，為后續(xù)基因挖掘提供了寶貴線索。

技術(shù)雙刃劍：從實(shí)驗(yàn)室到工程化的挑戰(zhàn)

盡管成果顯著，該技術(shù)仍需突破工程化瓶頸。例如，ATU在環(huán)境中可能被微生物降解，需定期投加以維持效果；高磷污泥的后續(xù)提取工藝也待優(yōu)化。研究團(tuán)隊(duì)指出，未來(lái)可通過(guò)代謝模型預(yù)測(cè)菌群行為，或開(kāi)發(fā)ATU緩釋材料，推動(dòng)技術(shù)落地。

這項(xiàng)研究不僅改寫(xiě)了EBPR微生物學(xué)教科書(shū)，更提供了“以廢治廢”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)樣本。隨著我國(guó)“雙碳”目標(biāo)推進(jìn)，污水廠從“能耗大戶”轉(zhuǎn)向“資源工廠”的藍(lán)圖正逐漸清晰。