單菌株（SND5）生物脫氮除磷：新加坡的新嘗試
圖. 何建中副教授 (左) 和王慶坤(右)的合照 | 圖源：新加坡國立大學(xué)
同時脫氮除磷的細(xì)菌？大家都知道，傳統(tǒng)的脫氮工藝通常需要有獨(dú)立的缺氧區(qū)和好氧區(qū)，而且要對兩個區(qū)的pH進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般要對好氧區(qū)投加NaOH補(bǔ)充堿度，而要對缺氧區(qū)投加HCl降低堿度。
于是他們?nèi)∥鬯畯S的污泥放入含有硝酸鹽和乳酸(碳源)的反硝化溶液里，然后取部分培養(yǎng)物轉(zhuǎn)移到裝有瓊脂的瓶中，繼續(xù)用反硝化液來培養(yǎng)（還額外添加NaHPO4）。經(jīng)過48小時、30℃的培養(yǎng)，他們看到瓊脂培養(yǎng)基上長出了一些粘稠乳狀、直徑在2-5mm的淺黃色斑點(diǎn)。
研究團(tuán)隊(duì)取部分斑點(diǎn)進(jìn)行基因測序，結(jié)果顯示，16S rRNA的基因與 Thauera 屬最為相似，而且與 Thauera sp. 的序列相似性最高 (99%)。基于上述結(jié)果，他們將該菌株確認(rèn)為Thauera屬的新成員，并取名為SND5。
傳統(tǒng)的氨氧化路徑是這樣的：
SND5的氨氧化路徑是否有別于傳統(tǒng)過程呢？他們將這個問題轉(zhuǎn)化成SND5的氨氧化是否用到羥胺 (NH2OH)這個中間物。為了驗(yàn)證這個問題，他們在一個封閉系統(tǒng)里，用羥胺作為唯一的氮源來進(jìn)行測試(加入純氧)。
結(jié)果顯示，封閉系統(tǒng)的羥胺和乳酸都有所減少，說明SND5可以將羥胺作為單一氮源。然而，在氨氧化的過程中，他們卻沒有檢測到羥胺，而且氨氮的去除率和開放系統(tǒng)相當(dāng)，同時也沒有檢測到一氧化二氮(N2O)。
他們用Bruce Rittmann教授和Perry McCarty教授在2012年曾借助熱力學(xué)反應(yīng)式指出：從氨氧化到氮?dú)庵g轉(zhuǎn)化，理論上是可以只用氧氣作為電子受體，不需要N2O作為中間產(chǎn)物。所以王博士認(rèn)為，SND5的氨氧化路徑可能是這樣的：
NH4+ → NH2OH → N2
基于以上發(fā)現(xiàn)，王博士指出，相比傳統(tǒng)硝化/反硝化方法，用SND5來脫氮的一大優(yōu)勢就是可以減少N2O的產(chǎn)生，從而減少溫室氣體的排放。
王博士還提到，其實(shí)SND5并不罕見，他們的豐度數(shù)據(jù)顯示，在世界各地的污水廠都能會找到SND5的身影，說明其實(shí)SND5早就存在，只是我們現(xiàn)在才真正發(fā)現(xiàn)了它。
研究團(tuán)隊(duì)也嘗試回答一個更重要的問題：城市污水的處理能用到SND5嗎？他們在新加坡的一個IVP污水測試廠對三種不同進(jìn)料模式分別進(jìn)行了測試。
新加坡團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)再一次顛覆了我們對生物脫氮除磷的認(rèn)識，也為日后更多的工藝創(chuàng)新提供理論基礎(chǔ)。那么用SND+anammox的單個菌種來處理市政污水的設(shè)想是否行得通呢？我們期待他們?nèi)蘸蟾嗟难芯縼斫視浴?/span>
對他們的研究感興趣的讀者，可以回看王博士報(bào)告的完整視頻：
https://news.nus.edu.sg/a-new-multitasking-microbe-to-purify-wastewater/
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01883538/document
https://vtechworks.lib.vt.edu/bitstream/handle/10919/103073/Klaus_SA_D_2019.pdf?sequence=1&isAllowed=y
https://www.asianscientist.com/2020/12/in-the-lab/thauera-snd5-nitrogen-phosphorus-wastewater-treatment/
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135420308368