噬鹽菌和(hé)高(gāo)鹽廢水(shuǐ)處理(lǐ)的(de)研究-杭州浙大玉泉環保有限公司

關鍵詞：嗜鹽菌特性高(gāo)含鹽量廢水(shuǐ)生物(wù)處理(lǐ)

高(gāo)含鹽量廢水(shuǐ)是指含有(yǒu)有(yǒu)機物(wù)和(hé)至少(shǎo)3. 5%的(de)總溶解固體物(wù)TDS（ To tal Di sso lv ed Solid）的(de)廢水(shuǐ) ，在這些廢水(shuǐ)中除了含有(yǒu)有(yǒu)機污染物(wù)外，還含有(yǒu)大(dà)量的(de)無機鹽，如(rú)Cl- 、SO2-4 、Na+ 、Ca2+ 等離(lí)子，這些鹽的(de)存在對常規生物(wù)處理(lǐ)有(yǒu)明(míng)顯的(de)抑制(zhì)作用(yòng)。因此有(yǒu)必要探討(tǎo)在高(gāo)鹽環境中仍能(néng)降解有(yǒu)機污染物(wù)的(de)特殊微生物(wù)，即耐鹽微生物(wù)和(hé)嗜鹽微生物(wù)。本文(wén)研究的(de)重點是嗜鹽菌。嗜鹽菌一般生長在鹽湖、鹽堿湖、死海(hǎi)、鹽場(chǎng)和(hé)海(hǎi)洋中，我國嗜鹽微生物(wù)資源十分(fēn)豐富。由于嗜鹽菌具有(yǒu)獨特的(de)結構組成、生理(lǐ)功能(néng)和(hé)代謝産物(wù)，許多學者對其在生物(wù)電子、能(néng)源開(kāi)發、發酵生産、環境保護等領域開(kāi)展了應用(yòng)研究。本文(wén)對嗜鹽細菌的(de)形态、生理(lǐ)特性、遺傳等特性作了詳細描述，并綜述了利用(yòng)其特性對高(gāo)含鹽量有(yǒu)機工(gōng)業(yè)廢水(shuǐ)進行(xíng)生物(wù)處理(lǐ)的(de)應用(yòng)研究。

1 嗜鹽菌的(de)特性

1. 1 嗜鹽菌的(de)分(fēn)類

根據細菌最佳生長所需的(de)鹽濃度（一般以NaCl計(jì)）的(de)不同，細菌可(kě)分(fēn)爲非嗜鹽菌、海(hǎi)洋細菌和(hé)嗜鹽細菌。

非嗜鹽菌是指在含鹽濃度不高(gāo)于1%的(de)介質中能(néng)良好生長，在普通生物(wù)法的(de)活性污泥以及在淡水(shuǐ)和(hé)陸地(dì)生态系統中主要含有(yǒu)這種細菌。

海(hǎi)洋細菌，也(yě)稱弱嗜鹽菌，是指适于生長在含鹽濃度爲1%～ 3%的(de)介質中。這種微生物(wù)既具有(yǒu)耐鹽菌的(de)特性，同時在高(gāo)鹽環境中又(yòu)能(néng)和(hé)嗜鹽菌共存。

嗜鹽細菌是指隻有(yǒu)在含鹽的(de)環境才能(néng)生長的(de)微生物(wù)，在種屬上(shàng)可(kě)分(fēn)爲嗜鹽杆菌屬、嗜鹽球菌屬、嗜鹽堿杆菌屬、小(xiǎo)盒球菌屬等。按最适宜生長所需的(de)鹽量，分(fēn)爲中度嗜鹽菌和(hé)極端嗜鹽菌。中度嗜鹽菌指在含鹽濃度爲3%～ 15% 的(de)環境中能(néng)良好生長的(de)微生物(wù)，主要是真細菌群落。極端嗜鹽菌是指在含鹽濃度爲15%～ 30% 的(de)介質中也(yě)能(néng)良好生長的(de)微生物(wù)，最适宜生長濃度爲20%～ 25% ，甚至在飽和(hé)濃度中也(yě)能(néng)生長。

1. 2嗜鹽菌的(de)生态與營養結構

嗜鹽菌爲革蘭氏陰性菌，多爲好氣化能(néng)異養，能(néng)利用(yòng)的(de)碳源十分(fēn)廣泛，适宜于偏堿性的(de)環境（ pH爲9～ 10）；該種群具有(yǒu)極高(gāo)的(de)生長速率，其時代周期約爲4 h；菌體多爲圓形，直徑爲2～ 4 mm；外觀呈紅色、紫色或淺褐色；不運動或叢鞭毛運動；這些異養型和(hé)自養型的(de)中度和(hé)極端嗜鹽菌的(de)特性非常适用(yòng)于處理(lǐ)含鹽有(yǒu)機工(gōng)業(yè)廢水(shuǐ)。

嗜鹽菌的(de)生長需要很複雜的(de)營養結構，一些細菌在葡萄糖、氨和(hé)無機鹽的(de)介質中就可(kě)生長，但(dàn)大(dà)多數嗜鹽菌都(dōu)需要諸如(rú)氨基酸或維生素等生長因素。在實驗室中，可(kě)利用(yòng)酵母膏和(hé)蛋白質水(shuǐ)解産物(wù)提供這些生長因素。嗜鹽菌的(de)生長随著(zhe)鹽濃度的(de)增加，所需的(de)營養構成就越複雜。另外， 80 μg /L的(de)鐵(tiě)離(lí)子和(hé)48 mg /L的(de)鎂離(lí)子是嗜鹽菌生長必不可(kě)少(shǎo)的(de)營養。

1. 3 嗜鹽菌的(de)生理(lǐ)特性與嗜鹽機制(zhì)

嗜鹽菌之所以能(néng)夠在高(gāo)鹽環境中良好生長，是因爲嗜鹽菌特殊的(de)生理(lǐ)結構和(hé)細胞中所含的(de)物(wù)質使之需要鹽才能(néng)得以生長。嗜鹽菌的(de)細胞内所含的(de)K+ 濃度是細胞外的(de)100倍左右，而細胞外Na+ 的(de)濃度是細胞内的(de)4倍，因此，嗜鹽菌應該具有(yǒu)靈巧的(de)排鈉吸鉀的(de)生理(lǐ)特性，而嗜鹽細菌的(de)紫膜（ purplemembra ne）提供了這種生理(lǐ)功能(néng)。紫膜接受光(guāng)能(néng)驅動細胞的(de)質子，形成電位梯度，産生能(néng)量可(kě)以合成A TP，彌補在高(gāo)鹽濃度（鹽濃度越高(gāo)，溶解氧越低）下底物(wù)有(yǒu)氧氧化所得能(néng)量的(de)不足，爲細胞濃縮K+和(hé)排斥Na+ 提供能(néng)量保證，以滿足嗜鹽菌正常的(de)生理(lǐ)需要。一些細胞還含有(yǒu)視黃(huáng)醛（ retinal）朊，這種朊的(de)存在爲細胞内的(de)質子移動提供推動力。

中度嗜鹽菌的(de)細胞内除了含有(yǒu)K+ 、Na+ 外，還含有(yǒu)有(yǒu)機化合物(wù)（氨基酸、三甲铵乙内酯、丙三醇等）以調節滲透壓。在調節滲透壓過程中， Na+ 并非必要的(de)，但(dàn)是嗜鹽菌的(de)營養吸收、細胞質内pH的(de)調節、電位的(de)平衡都(dōu)需要Na+ 的(de)存在。嗜鹽菌的(de)酶在高(gāo)鹽環境能(néng)發揮作用(yòng)是因爲它們的(de)蛋白質組織具有(yǒu)獨特的(de)适應性，大(dà)多數嗜鹽菌微生物(wù)的(de)蛋白質中含有(yǒu)過量的(de)酸性氨基酸和(hé)非極性的(de)殘餘物(wù)，過量的(de)酸性物(wù)質需要陽離(lí)子屏蔽其附近的(de)負電荷，否則蛋白質會(huì)遭到(dào)破壞。總之，嗜鹽菌中的(de)大(dà)多數酶的(de)活性和(hé)穩定性、核蛋白的(de)穩定性和(hé)功能(néng)的(de)發揮以及細胞的(de)生長都(dōu)需要一定濃度的(de)NaCl和(hé)KCl來維持。嗜鹽菌這種生長需要高(gāo)鹽濃度的(de)生理(lǐ)特征是在漫長的(de)進化過程中，通過自然選擇，是細胞結構與功能(néng)高(gāo)度适應高(gāo)鹽環境的(de)結果。

此外，大(dà)多數嗜鹽菌能(néng)合成糖（主要是蔗糖、海(hǎi)藻糖、甘油葡萄糖）、氨基酸等，它們成爲嗜鹽菌的(de)滲透壓調節劑，有(yǒu)利于穩定和(hé)保護菌體内酶的(de)活性，當受到(dào)高(gāo)鹽廢水(shuǐ)沖擊時，會(huì)調節自身新陳代謝，改變遺傳基因，使其能(néng)在高(gāo)鹽濃度下正常生長。

2 嗜鹽菌處理(lǐ)含鹽有(yǒu)機工(gōng)業(yè)廢水(shuǐ)的(de)研究進展

2. 1 鹽對常規生化法的(de)影響

1937年， Zo bell等首次通過實驗研究了鹽對處理(lǐ)有(yǒu)機廢水(shuǐ)的(de)影響，他(tā)們用(yòng)從生活污泥、土(tǔ)壤和(hé)海(hǎi)水(shuǐ)接種來的(de)微生物(wù)處理(lǐ)含鹽廢水(shuǐ)，結果發現，在含鹽度爲28% 介質中三種不同來源的(de)微生物(wù)存活率分(fēn)别爲0%、小(xiǎo)于1% 、小(xiǎo)于2% 。鹽對常規生化法的(de)影響主要有(yǒu)以下四個(gè)方面：

（1）對出水(shuǐ)水(shuǐ)質影響處理(lǐ)系統對離(lí)子的(de)濃度變化很敏感，當系統突然受含高(gāo)鹽廢水(shuǐ)的(de)沖擊時，則系統的(de)有(yǒu)機物(wù)去除率降低、微生物(wù)呼吸速率降低、SV I增大(dà)、出水(shuǐ)BOD5、SS升高(gāo)[21 ]。鹽度突增2% 就能(néng)對系統産生顯著破壞，因此，保持鹽濃度的(de)穩定是工(gōng)程設計(jì)中主要考慮因素之一。

（2）對生物(wù)活性影響鹽濃度的(de)增加将破壞生物(wù)的(de)代謝功能(néng)和(hé)降低生物(wù)的(de)降解動力。在含鹽3. 5%的(de)系統中，每毫克污泥降解總有(yǒu)機碳能(néng)力從0. 3mg /h降低到(dào)0. 12 mg /h。

（3）對生物(wù)種類的(de)影響鹽度的(de)增加，使處理(lǐ)系統中的(de)原生動物(wù)和(hé)絲狀微生物(wù)減少(shǎo) ，出水(shuǐ)的(de)懸浮物(wù)濃度一般高(gāo)于100 mg /L。

（4）耐鹽度的(de)極限許多文(wén)獻表明(míng)，鹽度超過3%～ 5% 的(de)廢水(shuǐ)不能(néng)用(yòng)常規的(de)生化法處理(lǐ)。

2. 2含鹽廢水(shuǐ)處理(lǐ)研究進展

2. 2. 1處理(lǐ)系統中存在的(de)耐鹽微生物(wù)

在高(gāo)含鹽量環境中存在原核微生物(wù)主要是嗜鹽菌，它們的(de)生長需要鹽分(fēn)，如(rú)紅皮鹽杆菌能(néng)在12% ～30% （飽和(hé)濃度爲30% ）的(de)鹽度中生長，在鹽度小(xiǎo)于12% 的(de)環境中不生長；當鹽度低于9%時，細胞壁開(kāi)始破裂[ 9] ，杆菌數量逐漸減少(shǎo)，直到(dào)消失。其他(tā)嗜鹽菌如(rú)條倫黃(huáng)杆菌、鈉鹽脫硫弧菌、鹽制(zhì)品杆菌、變異微球菌、鹽脫氮付球菌等也(yě)需要在含鹽介質中才能(néng)生長。

在高(gāo)含鹽量環境中存在的(de)原生動物(wù)的(de)種類随含鹽濃度的(de)不同而有(yǒu)所變化，當鹽含量低于8 g /L時，有(yǒu)大(dà)量輪蟲、遊泳性纖毛蟲、有(yǒu)柄纖毛蟲和(hé)其他(tā)高(gāo)級原生動物(wù)；當鹽含量在8～ 13 g /L時，還有(yǒu)輪蟲、遊泳性纖毛蟲和(hé)個(gè)數多但(dàn)不夠活躍的(de)有(yǒu)柄纖毛蟲；而當鹽含量爲20 g /L時，曝氣20 h後，尚存少(shǎo)量的(de)低級原生動物(wù)、絲狀細菌和(hé)菌膠團，曝氣48 h 後，原生動物(wù)全部消失，隻剩下菌膠團。

在含鹽環境中，也(yě)存在著(zhe)一些浮遊生物(wù)。在鹽含量爲2～ 12 g /L環境中，浮遊植物(wù)有(yǒu)嗜鹽舟形藻、衣藻、光(guāng)甲藻、綠(lǜ)裸藻等，齧蝕隐藻、尖尾藍隐藻在鹽含量2～ 6 g /L中占優勢地(dì)位；在2、6、12 g /L三個(gè)鹽濃度梯度中，浮遊動物(wù)的(de)優勢種演替基本趨勢爲桡足類→輪蟲（有(yǒu)時是原生動物(wù)）→桡足類和(hé)遊仆蟲。

2. 2. 2國内外處理(lǐ)含鹽廢水(shuǐ)的(de)研究進展

2. 2. 2. 1實驗性研究

爲了使适鹽微生物(wù)能(néng)在含鹽廢水(shuǐ)處理(lǐ)中廣泛應用(yòng)，國内外學者對此進行(xíng)了大(dà)量的(de)研究。1995年阿聯酋U. A. E. 大(dà)學的(de)Hamoda 等[28 ]使用(yòng)活性污泥完全混合反應器(qì)分(fēn)别對不含鹽廢水(shuǐ)、含鹽量10、30 g /L的(de)廢水(shuǐ)在不同泥齡（ 3～ 20 d）和(hé)不同有(yǒu)機負荷（ CO DCr0. 5～ 2. 0 kg V SS· d）條件(jiàn)下進行(xíng)平行(xíng)對照(zhào)實驗，結果發現鹽度對未經馴化的(de)活性污泥系統産生明(míng)顯的(de)抑制(zhì)影響，但(dàn)經過一段時間馴化後，系統的(de)活性污泥濃度增加，并顯著改變了活性污泥中微生物(wù)種群的(de)組成，而且對TOC的(de)去除率均達到(dào)96%以上(shàng)。

Wo olard等從大(dà)鹽湖的(de)土(tǔ)壤中篩選的(de)嗜鹽菌在SBR反應器(qì)中處理(lǐ)模拟含酚（約100 mg /L）油田廢水(shuǐ)，含鹽量14%。經過7個(gè)月(yuè)的(de)連續運行(xíng)，出水(shuǐ)的(de)酚濃度小(xiǎo)于0. 1 mg /L， DOC濃度小(xiǎo)于10 mg /L，懸浮物(wù)濃度小(xiǎo)于50 mg /L。而利用(yòng)序批式生物(wù)膜反應器(qì)處理(lǐ)含鹽量15% 的(de)含酚（約100 mg /L）廢水(shuǐ)，處理(lǐ)後出水(shuǐ)酚含量低于5 mg /L，單位載體表面的(de)生物(wù)膜量爲3. 86 g （幹物(wù)質），生物(wù)膜厚度達到(dào)126μm。從生活污泥中接種的(de)菌種經馴化，對含鹽量6% ～ 8%的(de)廢水(shuǐ)的(de)TOC 去除率達到(dào)80% ；對于含鹽量爲12%的(de)廢水(shuǐ)TOC去除率能(néng)達到(dào)43% 。

Dalmacija等指出，利用(yòng)活性污泥處理(lǐ)廢水(shuǐ)過程中，高(gāo)含鹽量（約29 g /L）和(hé)高(gāo)水(shuǐ)力負荷（大(dà)于1. 5d- 1 ）将會(huì)使處理(lǐ)系統的(de)污泥減少(shǎo)、有(yǒu)機物(wù)去除率降低、出水(shuǐ)懸浮物(wù)升高(gāo)。他(tā)們通過試驗證明(míng)，向曝氣池中投加200 g /L的(de)活性炭會(huì)明(míng)顯改善處理(lǐ)系統的(de)功能(néng)和(hé)出水(shuǐ)水(shuǐ)質，污泥容積指數約爲60 mg /L，出水(shuǐ)懸浮物(wù)和(hé)CODCr分(fēn)别爲20 mg /L和(hé)50 mg /L。活性炭的(de)作用(yòng)是吸附部分(fēn)有(yǒu)機物(wù)和(hé)固定微生物(wù)，在活性炭表面形成生物(wù)膜，使系統的(de)處理(lǐ)效果得到(dào)顯著的(de)提高(gāo)。

此外， Kargi等利用(yòng)間歇生物(wù)反應器(qì)進行(xíng)了自配水(shuǐ)樣實驗，研究了鹽的(de)抑制(zhì)作用(yòng)和(hé)動力學常數；Ludzack等開(kāi)展了用(yòng)傳統活性污泥工(gōng)藝處理(lǐ)含鹽廢水(shuǐ)的(de)效率研究。國内學者也(yě)在這方面進行(xíng)了大(dà)量的(de)研究，安林等討(tǎo)論了鹽對二段接觸氧化法處理(lǐ)廢水(shuǐ)的(de)影響；楊健用(yòng)SBR法處理(lǐ)含鹽含油發酵工(gōng)業(yè)廢水(shuǐ)；梁展輝等對高(gāo)鹽度有(yǒu)機廢水(shuǐ)進行(xíng)吹脫和(hé)冷(lěng)卻預處理(lǐ)後，再利用(yòng)SBBR（序批式生物(wù)膜反應器(qì)）處理(lǐ)，都(dōu)取得了良好的(de)效果。

2. 2. 2. 2實際工(gōng)程應用(yòng)

美(měi)國密蘇裏州的(de)一個(gè)制(zhì)藥廠(chǎng)排放(fàng)生産廢水(shuǐ)390m3 /d，含鹽量7. 4% ， CODCr爲7400 mg /L，主要處理(lǐ)單元有(yǒu)ZenoGem系統→活性污泥系統→厭氧處理(lǐ)系統→ SBR反應器(qì)，出水(shuǐ)水(shuǐ)質達到(dào)國家排放(fàng)标準。

一個(gè)生産聯氨産品的(de)化工(gōng)廠(chǎng)所排出的(de)生産廢水(shuǐ)，含鹽量爲10% ，處理(lǐ)工(gōng)藝流程爲集水(shuǐ)井→中和(hé)反應池→厭氧池→活性污泥流化床（流化床中以炭作爲生物(wù)載體）。在流化床中形成的(de)污泥濃度爲傳統活性污泥的(de)25倍，聯氨和(hé)TO C的(de)去除率能(néng)分(fēn)别達到(dào)80%和(hé)50% ，但(dàn)系統的(de)處理(lǐ)效果不是很穩定。墨西(xī)哥的(de)一個(gè)制(zhì)藥廠(chǎng)排出的(de)高(gāo)含鹽量的(de)生産廢水(shuǐ)有(yǒu)兩種治理(lǐ)方案。一種是将廢水(shuǐ)單獨用(yòng)一個(gè)生化系統處理(lǐ)，另一方案是将廢水(shuǐ)先通過一個(gè)蒸發設備，去除部分(fēn)的(de)鹽，然後将廢水(shuǐ)排到(dào)該地(dì)區的(de)污水(shuǐ)處理(lǐ)系統。他(tā)們認爲從技術(shù)角度考慮，兩種方案都(dōu)可(kě)行(xíng)，但(dàn)從經濟角度考慮，後者比前者更具經濟效益，因此，選擇了第二種方案作爲該廢水(shuǐ)的(de)處理(lǐ)方法。

3 結論

國内外大(dà)量的(de)研究實驗證明(míng)了一些特殊微生物(wù)在高(gāo)鹽環境中照(zhào)樣能(néng)降解有(yǒu)機污染物(wù)，因此，利用(yòng)生物(wù)系統處理(lǐ)高(gāo)含鹽量有(yǒu)機工(gōng)業(yè)廢水(shuǐ)技術(shù)上(shàng)是可(kě)行(xíng)的(de)，但(dàn)在實際工(gōng)程中，利用(yòng)生化法直接處理(lǐ)（指不經過稀釋和(hé)預先提取鹽）高(gāo)含鹽量生産廢水(shuǐ)的(de)應用(yòng)還遠遠不夠廣泛，要使生化法在含鹽有(yǒu)機廢水(shuǐ)處理(lǐ)中真正得到(dào)廣泛的(de)應用(yòng)，還需要作很多更深入的(de)研究。

噬鹽菌和(hé)高(gāo)鹽廢水(shuǐ)處理(lǐ)的(de)研究

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