[科普中國]-聚磷微生物

簡介

1987年，Comeau等人提出了聚磷微生物的概念。所謂聚磷微生物是指既能累積聚磷酸鹽，又能積累聚羥基烷酸以滿足生長需要的微生物2。具有厭氧釋磷，好氧（或缺氧）超量吸磷的特性，使好氧或缺氧段混合液中磷的濃度大量降低，最終通過排放大量富磷污泥而達到從污水中除磷的目的3。

當生活在營養(yǎng)豐富的環(huán)境中，聚磷微生物會在體內合成多聚磷酸鹽而積累起來，供下階段對數(shù)生長時期合成核酸耗用磷素之需。另外，細菌經(jīng)過對數(shù)生長期而進入靜止期，這時大部分細胞已停止繁殖，核酸的合成雖已停止，對磷的需要量也已很低，但若環(huán)境中的磷源仍有剩余，細胞又有一定的能量時，仍能從外界吸收磷素，以多聚磷酸鹽的形式積累于細胞內，作為儲存物質。但當處于極為不利的生活條件時，例如使好氧細菌處于厭氧條件下，積累于體內的多聚磷酸鹽就會分解，并釋放到環(huán)境中來。在這過程中同時有能量釋放，供細菌在不利環(huán)境中維持其生存所需，此時菌體內多聚磷酸鹽就逐漸消失，而以可溶性單磷酸鹽的形式排到體外環(huán)境中。如果該類細菌再次進入營養(yǎng)豐富的好氧環(huán)境時，它將重復上述的體內聚磷4。

種類目前發(fā)現(xiàn)的聚磷微生物種類很多，常見的有以下幾個屬：

（1）不動桿菌屬。是最早發(fā)現(xiàn)的聚磷菌，能過量攝取污水中的磷，于細胞內形成聚磷酸鹽，其含量為細胞干重的10%-20%；不動桿菌還具有積累脂肪酸和聚β-羥基丁酸鹽的能力。也有研究報道，不動桿菌在代謝旺盛期和厭氧條件下能降解其細胞內的聚磷酸鹽釋放磷；而處于穩(wěn)定生長期的“老齡”菌卻沒有這一特性。

（2）氣單胞菌屬。氣單胞茵也是主要的聚磷菌之一，在活性污泥的整個細菌組成中，這類細菌占12%～36%，在厭氧和缺氧區(qū)內所占比例有時比好氧區(qū)高。氣單胞菌雖然能夠過量攝取廢水中的磷形成聚磷酸鹽內含物；但其主要作用是降解有機物。即在厭氧條件下，代謝利用某些糖和醇，生成短鏈揮發(fā)性脂肪酸；并且，它們能夠進行反硝化作用，如嗜水氣單胞菌可以使硝酸鹽還原成亞硝酸鹽，而其他的一些菌種則可以使硝酸鹽直接還原成氮氣。

（3）假單胞菌屬。是生物除磷系統(tǒng)中一類重要的細菌，它能夠積累聚磷酸鹽，其含量可高達細菌干重的3l%；在好氧條件下，這類菌從對數(shù)生長期到穩(wěn)定生長期時，聚磷酸鹽含量也隨培養(yǎng)時間的延長而增加；其磷酸激酶的活性隨著聚磷酸的增加而降低，說明聚磷酸鹽對聚磷酸鹽激酶有抑制作用。

生理特性目前，人們對聚磷微生物的生理特性有以下幾個共識：

（1）生物除磷主要是由一類統(tǒng)稱為聚磷菌的微生物完成的，該類微生物均屬異養(yǎng)型細菌，如不動桿菌屬、氣單胞菌屬、假單胞菌屬和棒桿菌屬等。

（2）在厭氧條件下，聚磷菌將細胞中的聚磷水解為正磷酸鹽釋放胞外，并獲取能量；利用聚磷水解釋放的能量，吸收污水中易降解的COD如揮發(fā)性脂肪酸。合成貯能物質聚β-羥基丁酸鹽（PHB）等。

（3）在好氧條件下，聚磷菌以游離氧為電子受體氧化胞內貯存的PHB，利用該反應產(chǎn)生的能量過量地從污水中攝取磷酸鹽，合成高能物質ATP和聚磷，將聚磷作為貯存物貯于胞內。好氧吸磷量大于厭氧釋磷量，通過剩余污泥排除可實現(xiàn)高效除磷目的。

（4）好氧條件下，細胞內PHB含量隨時間呈指數(shù)關系減少；厭氧條件下則呈線性關系增加，且PHB的增加與胞內聚磷的減少呈線性關系。在一定條件下，聚磷菌厭氧有效釋磷越徹底，在好氧條件下的吸磷量就越大。

（5）一部分聚磷菌具有脫氮功能，在無游離氧條件下可利用硝酸鹽作為電子受體，將硝酸鹽還原為N2或NxOy，同時還可大量吸磷。當厭氧段混入硝酸鹽時，一部分易降解碳源被反硝化利用，對聚磷菌釋磷產(chǎn)生不利影響。

（6）聚磷菌厭氧釋磷的程度與基質類型關系很大，一般可直接利用的基質主要為短鏈揮發(fā)性脂肪酸，其他基質則需要轉化為短鏈揮發(fā)性脂肪酸后才能被利用。