進入新世紀(jì)以來，世界環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。水體富營養(yǎng)化作為全球性問題普遍存在，又以發(fā)展中國家更為嚴(yán)重。

環(huán)保人士口中的水體富營養(yǎng)化是指因大量未經(jīng)處理的工業(yè)廢水和生活污水流入河流、湖泊等水體，致使其中的氮、磷等營養(yǎng)元素迅速增加，進而引發(fā)水質(zhì)明顯下降的現(xiàn)象。

因水體富營養(yǎng)化，湖水呈現(xiàn)可怕的綠色

目前，磷元素被公認(rèn)為是引發(fā)水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵因子，也因此成為了首要去除和治理的靶標(biāo)物質(zhì)。

不少科學(xué)家想通過去除磷來改善水質(zhì)，而現(xiàn)有的除磷方法大體可分為化學(xué)法和生物法兩類。為了減少對環(huán)境的二次污染，政府和科學(xué)家推薦使用生物除磷法來凈化水質(zhì)。

不要小瞧這一方法，正是因為人們摒棄了傳統(tǒng)的凈水觀念，沒有一味地認(rèn)為所有的細(xì)菌都是有害的，才在大自然中發(fā)現(xiàn)了凈化水質(zhì)的好幫手——聚磷細(xì)菌。

聚磷細(xì)菌

生物除磷法主要依靠聚磷細(xì)菌，通過它們在厭氧條件下釋放磷和在好氧條件下過度吸收磷這樣一個交替過程來實現(xiàn)污水中過量磷酸鹽的去除。

這一過程的本質(zhì)是將污水中的磷元素貯存于細(xì)菌體內(nèi)，細(xì)菌隨污泥共同沉降，再通過排放污泥來降低污水中的磷含量，最終達到凈化水質(zhì)的目的。

那么如何發(fā)現(xiàn)和分離聚磷細(xì)菌呢？以南京農(nóng)業(yè)大學(xué)管莉菠等人的實踐為例，她們從我國東南部的不同地區(qū)采集了多份土壤樣品和污泥樣品；采用純培養(yǎng)方法將土壤和污泥樣品進行富集、分離，獲得了近百個形態(tài)各異的微生物菌落；

管莉菠等人研究高效聚磷細(xì)菌時拍攝的電子顯微鏡照片

(箭頭所指為Poly-P顆粒)

再通過藍白斑篩選法、好氧培養(yǎng)和異染粒染色法，最終篩選到了幾株細(xì)胞內(nèi)含有大量異染粒的細(xì)菌（異染粒是以無機偏磷酸鹽聚合物為主要成分的無機磷貯備物，簡稱Poly-P）；

再將這些富含異染粒的細(xì)菌分別接種到模擬生活污水中進行好氧培養(yǎng)，測定不同時間段污水中的磷含量和菌體含磷量，菌體含磷量高的細(xì)菌便是高效聚磷細(xì)菌。

為了驗證聚磷效果，并獲取能夠真正應(yīng)用于實際工程處理的高效聚磷細(xì)菌，她們模擬城市污水處理廠運行工藝在實驗室自己動手搭建了兩套相同的序批式反應(yīng)裝置，并以成分相同的模擬生活污水作為水源進行處理。

其中一套裝置投加一定量的高效聚磷細(xì)菌，另一套則作為對照不進行聚磷細(xì)菌投放。處理工藝分為進水、好氧曝氣、沉淀、排水和閑置五個階段。

城市污水處理廠中反應(yīng)池的曝氣情況

該工藝的原理是——聚磷細(xì)菌在厭氧階段利用體內(nèi)的Poly-P和有機物合成大量的聚羥基酯，細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的磷濃度因此下降，而污水中的磷濃度開始上升。

隨后，經(jīng)過好氧曝氣處理，聚磷細(xì)菌利用之前體內(nèi)聚集的聚羥基酯過度吸收污水中的磷元素并合成大量Poly-P。此時，污水中的磷濃度迅速下降，菌體隨同污泥沉降后排出裝置外。通過以上五個階段的循環(huán)交替，最終達到除磷的凈水目的。

經(jīng)過近一個月的測試，她們發(fā)現(xiàn)投加聚磷細(xì)菌裝置中的污水磷含量符合國家相關(guān)排放水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，且效果穩(wěn)定、持久。與之相對，對照裝置除磷效果極差，污水中的磷含量遠(yuǎn)未達標(biāo)，且運行效果非常不穩(wěn)定，證明了投加高效聚磷細(xì)菌可顯著提升裝置的除磷效果。

有了聚磷細(xì)菌這一凈水幫手，人們可以快速強化生物除磷系統(tǒng)的運行效果，大大縮短污水處理廠的水質(zhì)凈化周期和運營成本。人們在感嘆微生物功能奇妙的同時，是不是也該為聚磷細(xì)菌送上一個大大的“贊”呢。

今年4月22日是第56個“世界地球日”，宣傳主題為“珍愛地球，人與自然和諧共生”。在這里小編呼吁大家一起行動起來，保護環(huán)境，珍愛我們唯一的藍色星球！

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來源: 胖魔王的科普陣地