聚磷菌

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。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。

當生活在營養豐富的環境中，聚磷微生物會在體內合成多聚磷酸鹽而積累起來，供下階段對數生長時期合成核酸耗用磷素之需。另外，細菌經過對數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，但若環境中的磷源仍有剩餘，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於細胞內，作為儲存物質。但當處於極為不利的生活條件時，例如使好氧細菌處於厭氧條件下，積累於體內的多聚磷酸鹽就會分解，並釋放到環境中來。

目前發現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。是最早發現的聚磷菌，能過量攝取污水中的磷，於細胞內形成聚磷酸鹽，其含量為細胞乾重的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；而處於穩定生長期的“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，這類細菌佔12%～36%，在厭氧和缺氧區內所佔比例有時比好氧區高。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，生成短鏈揮發性脂肪酸；並且，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，其含量可高達細菌乾重的3l%；在好氧條件下，這類菌從對數生長期到穩定生長期時，聚磷酸鹽含量也隨培養時間的延長而增加；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。

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稱為聚磷菌的微生物完成的，該類微生物均屬異養型細菌，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，並獲取能量；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，聚磷菌以遊離氧為電子受體氧化胞內貯存的PHB，利用該反應產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於胞內。好氧吸磷量大於厭氧釋磷量，通過剩餘污泥排除可實現高效除磷目的。

（4）好氧條件下，細胞內PHB含量隨時間呈指數關係減少；厭氧條件下則呈線性關係增加，且PHB的增加與胞內聚磷的減少呈線性關係。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，在無遊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，對聚磷菌釋磷產生不利影響。

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

當活性污泥中的聚磷菌生活在營養豐富的環境中，在將進入對數生長期時，為大量分裂作準備，細胞能從廢水中大量攝取溶解態的正磷酸鹽，在細胞內合成多聚磷酸鹽，如具有環狀結構的三偏磷酸鹽和四偏磷酸鹽；具有線狀結構的焦磷酸鹽和不溶結晶聚磷酸鹽；具有橫聯結構的過磷酸鹽等，並加以積累，供下階段對數生長時期合成核酸耗用磷素之需。另外，細菌經過對數生長期而進入靜止期時，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，但若環境中的磷源仍有剩餘，細胞又有一定的能量時，仍能從外界吸收磷元素，這種對磷的積累作用大大超過微生物正常生長所需的磷量，可達細胞重量的6%-8%，有報道甚至可達10%。以多聚磷酸鹽的形式積累於細胞內作為貯存物質。

但當細菌細胞處於極為不利的生活條件時，例如使好氧細菌處於厭氧條件下，即所謂細菌“壓抑”狀態時，聚磷菌能吸收污水中的乙酸、甲酸、丙酸及乙醇等極易生物降解的有機物質，貯存在體內作為營養源，同時將體內存貯的聚磷酸鹽分解，以P043—P的形式釋放到環境中來，以便獲得能量，供細菌在不利環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境中，如果該類細菌再次進入營養豐富的好氧環境時，它將重複上述的體內積磷。

氮元素和磷元素作為營養元素大量地存在於污水中，隨著這裡兩種元素的不斷增加，導致水體污染愈演愈烈，因此，水體中產生富營養化問題，由於氮可以受外界環境的影響被固定位穩定的N，所以當先解決P，排除對富氧化問題的解決至關重要，隨著城市污染程度呈現上升趨勢，水體富營養化問題一次又一次地以它惡劣的形象展示在人們面前，對水體環境因子賴以生存的水生生物，這是一個巨大的災難，另一方面，當水生生物面臨著死亡威脅的時候，也給周邊的環境帶來了嚴重的影響和打擊，對於這一現象，我國正在努力解決，同時制定了嚴格的污水排放標準，限制了工廠，企業對N、P營養元素的排放，對能夠高效，全面並且節約的條件下達到全面的除P迫在眉睫，常見的除磷方法有物化除磷法和生化除磷法，但是從長久和未來的角度看，物理法和化學法除磷的成本高，技術相對不夠成熟，並且極有可能給環境帶來二次污染，生物除磷法因其經濟，實用越來越被人們關注。