微生物在城镇污水处理中的重要作用

微生物对磷的去除，包括对磷的正常同化作用，即将磷元素吸收进入细胞成为其分子组成，以及对磷的过量积累。一般在二级污水处理系统中，当进水磷浓度为10 mg/L时，微生物对磷的正常同化去除量仅为进水总磷含量的4.5%～19.0%。所以，微生物除磷主要是通过强化其对磷的过量积累来完成的。微生物对磷的过量积累，与湿地植物光合作用根系释氧密切相关，同时也与湿地内部区域的厌氧和好氧条件的分布状况有关。

在有机磷化合物的微生物降解中，胞外酶起到了重要作用，基质中一些胞外酶的活性是微生物功能的一种体现，其活性高低直接影响着有机磷的净化效果，是人工湿地运行效果的指标之一。例如，磷酸酶的活性与总磷和溶解性活性磷的去除率密切相关。目前关于有机磷的微生物降解，研究较多的酶主要是碱性磷酸酶、磷酸三酯酶等与磷元素元素循环密切相关的酶。其中，磷酸三酯酶与有机磷的降解过程密切相关，可水解有机磷的核心基团（-P-O键），显著降低其毒性，而磷酸单酯酶和磷酸二酯酶可促进毒死蜱的矿化，使其易于被微生物吸收降解。Karpuzcu et al.（2013）通过研究微生物酶活性与毒死蜱去除率的关系发现，磷酸三酯酶活性与毒死蜱的去除率呈正相关，可以将磷酸三酯酶活性作为人工湿地生物降解潜力的指示指标。

将人工湿地用于有机磷农药净化的研究表明，在进水三唑磷（TAP）浓度为0.1～5 mg/L，水力负荷为0.100 m3/（m2·d）时，水平潜流人工湿地对三唑磷的去除率为76%～97%（图5-3）。关于人工湿地去除三唑磷的微生物机制研究表明，随着进水三唑磷浓度的增加，湿地基质中与三唑磷降解相关的脲酶和碱性磷酸酶活性升高，且碱性磷酸酶活性与三唑磷进水浓度和去除率均呈显著正相关；脲酶活性也具有显著的季节性差异，春季和冬季的脲酶活性较高；酸性磷酸酶活性受植物生长影响较大，有显著季节性差异，夏季明显高于冬季。夏季，基质中的微生物群落具有较高的多样性，Proteobacteria是优势菌门；冬季，Firmicutes成为优势菌门，其中芽孢杆菌纲Bacilli是主要纲，芽孢杆菌属Bacillus是优势菌，是导致冬季基质脲酶活性较高的主要因素，与三唑磷降解密切相关；组间微生物群落相似性距离与三唑磷浓度密切相关（图5-4—图5-6）。

图5-3　进水三唑磷浓度对其降解率的影响

注：湿地系统1（CW1）的TAP进水浓度为0.1mg/L，湿地系统2（CW2）的TAP进水浓度为1 mg/L，湿地系统3（CW3）的TAP进水浓度为5 mg/L。

图5-4　不同三唑磷进水浓度下进水端和出水端基质的脲酶活性(www.xing528.com)

注：湿地系统0（CW0）的TAP进水浓度为0 mg/L，湿地系统1（CW1）的TAP进水浓度为0.1mg/L，湿地系统2（CW2）的TAP进水浓度为1 mg/L，湿地系统3（CW3）的TAP进水浓度为5 mg/L。
图中不同字母代表P ＜ 0.05差异显著水平，大写字母代表进水端，小写字母代表出水端；*代表进水端与出水端存在显著差异。

图5-5　不同三唑磷进水浓度下进水和出水端基质的碱性磷酸酶活性

注：湿地系统0（CW0）的TAP进水浓度为0 mg/L，湿地系统1（CW1）的TAP进水浓度为0.1mg/L，湿地系统2（CW2）的TAP进水浓度为1 mg/L，湿地系统3（CW3）的TAP进水浓度为5 mg/L。

图5-6　不同三唑磷进水浓度下进水和出水端基质的酸性磷酸酶活性

注：湿地系统0（CW0）的TAP进水浓度为0 mg/L，湿地系统1（CW1）的TAP进水浓度为0.1mg/L，湿地系统2（CW2）的TAP进水浓度为1 mg/L，湿地系统3（CW3）的TAP进水浓度为5 mg/L。