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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(hé)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(tǐ)富(fù)营(yíng)养(yǎng)化(huà)与(yǔ)磷(lín)矿(kuàng)资(zī)源(yuán)枯(kū)竭(jié)的(de)双(shuāng)重(zhòng)危(wēi)机(jī)下(xià)，污(wū)水(shuǐ)处(chù)理(lǐ)厂(chǎng)既(jì)是(shì)磷(lín)污(wū)染(rǎn)的(de)“终(zhōng)点(diǎn)站(zhàn)”，也(yě)是(shì)资(zī)源(yuán)回(huí)收(shōu)的(de)“起(qǐ)点(diǎn)站(zhàn)”。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(chéng)功(gōng)激(jī)活(huó)了(le)污(wū)水(shuǐ)处(chù)理(lǐ)厂(chǎng)中(zhōng)“隐(yǐn)藏(cáng)玩(wán)家(jiā)”Tetrasphaera菌(jūn)群(qún)的(de)潜(qián)能(néng)，使(shǐ)磷(lín)回(huí)收(shōu)效(xiào)率(lǜ)提(tí)升(shēng)23倍(bèi)，为(wèi)污(wū)水(shuǐ)资(zī)源(yuán)化(huà)提(tí)供(gōng)了(le)新(xīn)思(sī)路。

微(wēi)生(shēng)物(wù)界(jiè)的(de)“除(chú)磷(lín)黑(hēi)马(mǎ)”：从(cóng)配(pèi)角(jiǎo)到(dào)C位(wèi)

过(guò)去(qù)十(shí)年(nián)间(jiān)，科(kē)学(xué)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(jūn)群(qún)一(yī)直(zhí)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），可直(zhí)接(jiē)作(zuò)为(wèi)磷(lín)矿替代品。论文通讯作者鞠峰比喻：“这相当于把污水处理厂变成‘磷矿精炼厂’，每处理1吨污水就能回收0.8公斤高纯度磷灰。”

微生物社交图谱：盟友与对手的生存博弈

研究还通过基因测序绘制了菌群动态变化图谱。当ATU抑制氨氧化菌Nitrosomonas后，脱氮菌Brevundimonas和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。