论文标题：Temporal Dynamics and Performance Association of the Tetrasphaera-Enriched Microbiome for Enhanced Biological Phosphorus Removal

期刊：Engineering

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2022.10.016

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西湖大学鞠峰科研团队在中国工程院院刊《Engineering》发表题为 “Temporal Dynamics and Performance Association of the Tetrasphaera-Enriched Microbiome for Enhanced Biological Phosphorus Removal” 的研究论文。该研究为污水处理的强化生物除磷（EBPR）工艺带来了新突破，研究团队成功构建了 Tetrasphaera 富集的 EBPR 微生物组，显著提升了污水中氮、磷的去除效率，还增强了磷回收潜力。

磷导致的富营养化和磷矿资源枯竭是全球面临的严峻环境问题，污水处理厂是磷资源管理的关键环节，EBPR 工艺依靠聚磷菌（PAOs）去除和回收磷。Tetrasphaera 作为重要的 PAOs，在全球污水处理厂中普遍存在，但目前对其选择性富集和功能调控的研究仍十分有限。

此次研究中，科研人员采用 “自上而下” 的方法，利用复合碳源和低浓度烯丙基硫脲，在实验室规模的序批式反应器中构建 Tetrasphaera 富集的微生物组。反应器运行分为自然富集、强化富集、瞬时冲击和恢复四个阶段，通过控制烯丙基硫脲的添加量，观察微生物组的变化和污水处理效能。

研究结果显示，该微生物组展现出优异的污水处理能力，磷去除效率约 85%，氮去除效率约 80%。污泥灰分中的磷含量比普通污水处理厂污泥提高了 23.2 倍，这意味着 Tetrasphaera 富集的微生物组不仅能高效去除污水中的磷，还具备很强的磷存储能力，其污泥灰分在未来磷回收领域具有巨大潜力。

进一步研究发现，添加 1mg/L 烯丙基硫脲对微生物群落影响显著。它促进了 Tetrasphaera PAOs 和 Microlunatus PAOs 的增加，同时显著降低了氨氧细菌 Nitrosomonas 以及 PAOs 的潜在竞争者 Brevundimonas 和 Paracoccus 的相对丰度。通过 16S rRNA 基因分析，研究人员还发现体系中的 EBPR-ASV0001 与 Tetrasphaera japonica 亲缘关系相近，可能代表一种新的 PAOs。

微生物共现模式分析表明，Tetrasphaera PAOs 与 Microlunatus PAOs 存在潜在协同关系，且反应器中可能存在反硝化除磷过程，促进了氮和磷的同时去除。此外，环境条件尤其是烯丙基硫脲，是微生物组组装过程中的主要驱动因素之一。

该研究成果为 EBPR 工艺的优化提供了新方向。从工程角度看，利用复合碳源和低剂量烯丙基硫脲构建 Tetrasphaera 富集的微生物组，有助于实现可持续的磷去除和回收，以及高浓度废水的生物脱氮。未来，研究人员建议对富集的 Tetrasphaera 进行宏基因组分析或全长 16S rRNA 测序，以进一步探索其系统发育和功能潜力，为污水处理技术的升级提供更坚实的理论基础。

文章信息：

Temporal Dynamics and Performance Association of the Tetrasphaera-Enriched Microbiome for Enhanced Biological Phosphorus Removal

Tetrasphaera富集的强化生物除磷微生物组的时间动态和效能关联

作者：

王慧, 王玉波, 张国庆, 赵泽, 鞠峰*

引用：

Hui Wang, Yubo Wang, Guoqing Zhang, Ze Zhao, Feng Ju. Temporal Dynamics and Performance Association of the Tetrasphaera-Enriched Microbiome for Enhanced Biological Phosphorus Removal. Engineering, 2023, 29(10): 168–178

开放获取论文：

https://doi.org/10.1016/j.eng.2022.10.016

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