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摘要： 本文对嗜盐微生物处理含盐废水的研究现状进行综述。介绍了嗜盐微生物的分类，系统回顾了嗜盐微生物在含盐废水处理方面的进展，并提出了现有技术的缺点和急需解决的问题，为嗜盐微生物处理技术的工程应用提供指导。
关键词：含盐废水；嗜盐微生物；生物处理；脱氮除磷
高盐废水是海产品加工、石油化工、皮革工业、造纸化工业、沿海地区海水冲厕等实践产生的无机盐含量大于3%的废水。高盐废水的组成成分复杂，除了含有大量氯化物、碳酸盐、硫化物等无机成分外，一些高盐废水中还含有高浓度有机物和营养污染物[1]。由于高盐对生物的抑制，高盐废水普遍采用高成本的脱盐前处理或者物理化学处理技术，经济效益差。随着研究者对嗜盐微生物研究深入，污水处理开始关注嗜盐微生物的利用，为高盐废水生物处理奠定基础。
1 嗜盐微生物的分类及特性
嗜盐微生物是指能够在高盐度的环境中生存、繁殖的一类微生物根据微生物分类学中细菌对不同盐度条件的适应能力，将嗜盐菌分为轻度嗜盐菌、中度嗜盐菌、边缘嗜盐菌和极端嗜盐菌。轻度嗜盐菌是在生存环境含盐浓度为1%-3%的条件下良好生长的一类细菌。轻度嗜盐菌主要以海洋微生物为主，也叫海洋细菌。一般近海区的细菌密度较大，尤其是内湾及河口区。中度嗜盐菌可以在生存环境含盐浓度3%-5%的条件下良好生长。中度嗜盐菌对盐度的耐受范围较广，在很多已知菌属中都有它们的存在。该类细菌分布较广，不仅分布在高盐环境，且在海水、沙漠中也有发现。边缘极端嗜盐菌能在含盐浓度为5%-15%的环境条件生存，介于中度嗜盐菌和极端嗜盐菌之间，耐盐程度高于中度嗜盐菌，但是在极端盐度条件下容易受到抑制。极端嗜盐菌的耐受盐度最高，可以在15%-30%的高盐条件下生存，甚至能在饱和浓度中生长。极端嗜盐菌一般分布在盐湖、盐田和高盐腌制食物中。
嗜盐菌分布于各个细菌域的发育分支上，部分极端嗜盐菌属于古生菌，且为革兰氏阴性菌；大部分嗜盐菌营好氧生活，亦有部分营厌氧生活，多为化能异养微生物或光能异养微生物，也有光能自养类型；可利用的碳源类型较为广泛，可利用氨基酸、有机物、多糖等作为生命活动的能量来源；一般生活在偏碱性的环境中，最佳pH范围在9-10；大部分菌属胞内含有类胡萝卜素，因此外观呈红色、紫色；多数不运动，少数缓慢运动的种属靠丛生鞭毛驱动；二分法是其生殖方式，且无休眠状态，一般世代时间为4h。
嗜盐菌的耐盐机制已经得到了广泛的研究[2]。首先，嗜盐菌具有独特的生理结构以适应高盐环境。嗜盐菌的细胞壁多含脂蛋白、糖蛋白等蛋白类物质，代替了普通微生物细胞壁中的肽聚糖。蛋白中高酸量的氨基酸会形成负电荷区域以吸引高盐环境中的Na+。部分嗜盐菌细胞膜上分布着紫膜膜片组织，其中含有视紫红质。该物质可以通过吸收可见光实现激发，促进H+的转移，使质膜上形成内外H+质子电位差，从而形成电势差，借此进行ATP的合成，为其储备生命活动所需的能量。同时，嗜盐菌胞内基质的离子浓度与外界相当，以此抵抗胞外的高盐环境对其造成的脱水作用。再者，嗜盐菌的胞内K+浓度高达7mol/L，远高于细胞外的K+浓度，呈内高外低状态。但胞内外的Na+浓度恰好相反，呈内低外高状态，嗜盐菌因此具备充足的排钠吸钾功能，进一步加强其对高盐环境的适应。此外，嗜盐微生物具备独特的酶体系以维持高盐环境下的生命活动。嗜盐菌中有两类酶受到盐度影响，一类酶在无盐条件下有一定的活性，当增加盐度时能够进一步增强酶的活性；另一类酶在无盐环境下根本没有活性，仅在具有一定盐度时由于盐的作用使其强烈活性化。
2 嗜盐微生物的应用
嗜盐微生物在污染物降解领域的应用始于上世纪九十年代。早期的研究多集中于嗜盐菌对石油脂肪烃的降解，尚未涉及高盐废水处理领域。后来在对含盐废水有机物去除的研究发现，嗜盐微生物具 的污染物降解能力。Kargi等人将Halobacter halobium 接种至活性污泥中对盐度在13-15%之间的酸洗废水进行处理，COD的去除率可以达到95%[3]。Abou-Elela等人在腌菜废水中纯化的嗜盐菌株Staphylococcus xylosus在处理盐度范围为0.5%-3%的高盐废水时，当盐度从0.5%升至3%时COD去除率也从90%增至94%以上[4]。嗜盐微生物对含盐废水中有机物的有效降解，证明其完全可以被运用于处理含盐废水。
对氮素去除是处理污水的主要目标之一。榨菜废水等部分含盐废水中的氨氮浓度非常高，因此利用嗜盐微生物的污水脱氮处理也受到研究者们的关注。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆氨氮的去除主要由硝化作用和反硝化作用完成。与传统淡水微生物的自养硝化作用不同，现有研究报道的嗜盐微生物氨氧化途径主要通过异养硝化进行。Duan 等人从海洋沉积物中分离出来的嗜盐菌Vibrio diabolicus SF16，在高盐度条件下也具有良好的异养硝化能力，其氨氮去除效率达到了91.82%[5]。嗜盐微生物的反硝化作用可由厌氧反硝化和好氧反硝化完成。嗜盐微生物的厌氧反硝化作用与普通反硝化微生物的机制一样，以硝酸盐作为电子最终受氢体，先将硝酸盐转化成亚硝酸盐，进而再转化为N2，从而完成系统的脱氮。
崔有为等人集入海口河底泥培养嗜盐活性污泥，并考察了该污泥的硝化性能。实验结果表明，嗜盐硝化系统最大比氨氧化速率为4.06 mgN/（g VSS）/h。并确定了嗜盐硝化系统的耐盐范围为10-60g/L，而最优盐度在40g/L左右。由于该嗜盐混合菌群是由海洋菌和中度嗜盐菌组成的，该系统具有良好的抗盐度冲击能力和硝化活性[6]。前期由于技术手段的限制，研究者们并未对嗜盐活性污泥的种群结构进行全面的分析。近年来，随着分子生物学的发展也有研究者开始深入探讨高盐废水处理过程中嗜盐菌菌群结构的变化。从门水平上看，嗜盐微生物主要分布在Bacteroidetes和Proteobacteria两类细菌之中。此外，Cryomorphaceae科微生物对高盐度的胁迫具有最大的承受能力[6]。
3 技术总结与展望
目前，嗜盐活性污泥技术已经从起步阶段进入到了发展阶段，但是现有的研究远不足以推动嗜盐活性污泥的工程化应用.实现嗜盐活性污泥的推广和大规模工程应用，需要解决如下问题：（1）实现泥水分离是生物法处理污水过程中维持出水浊度达标的重要条件。在含盐废水中水体浮力较大，导致嗜盐污泥的沉降性能较差，因此出水浊度偏高。发展沉降性能良好的嗜盐活性污泥技术还有待进一步探索。（2）含盐废水的生物处理，主要集中于对水中有机物、氮和磷的去除。嗜盐微生物在脱氮除磷方面的研究十分有限，特别是嗜盐混合菌群的脱氮除磷技术尚在起步阶段。通过对不同种泥、不同运行工况的调整，实现嗜盐微生物的脱氮除磷具有极高的工程价值。（3）如何快速富集嗜盐菌群中的功能菌，使其成为优势菌，是发挥嗜盐活性污泥功能的关键步骤。
参考文献：
[1] 崔有为，王淑莹，朱岩，等. 海水代用及其含盐污水的生物处理[J]. 工业水处理. 2005(10): 6-10.
[2] 吴洋. 嗜盐菌的嗜盐机制与应用前景[J]. 硅谷. 2013, 6(13): 9-10.
[3] Kargi F, Din?er A R, Pala A. Characterization and biological treatment of pickling industry wastewater[J]. Bioprocess Engineering. 2000, 23(4): 371-374.
[4] Abou-Elela S I, Kamel M M, Fawzy M E. Biological treatment of saline wastewater using a salt-tolerant microorganism[J]. Desalination. 2010, 250(1): 1-5.
[5] Duan J, Fang H, Su B, et al. Characterization of a halophilic heterotrophic nitrification–aerobic denitrification bacterium and its application on treatment of saline wastewater[J]. Bioresource Technology. 2015, 179: 421-428.
[6]崔有为,丁洁然,李晶,陈叶菲. 研究论文野生型嗜盐混合菌群处理高盐生活污水的硝化性能[J]. 化工学报. 2011, 62(12).
[6] Corsino S F, Capodici M, Di Pippo F, et al. Comparison between kinetics of autochthonous marine bacteria in activated sludge and granular sludge systems at different salinity and SRTs[J]. Water Research. 2019, 148: 425-437.
论文作者:李晶
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第27期
论文发表时间:2019/8/1
标签：微生物论文; 盐度论文; 废水论文; 活性论文; 污泥论文; 浓度论文; 环境论文; 《建筑细部》2018年第27期论文;