嗜盐菌在高盐废水处理中的应用研究

向菲 王弘宇 姜宇

(1.武汉市城市排水发展有限公司，湖北武汉 430062; 2.武汉大学市政工程系，湖北武汉 430072)

高盐度废水是指含盐质量分数至少1%的废水，这种废水含有多种污染物质，包括有机物、重金属和放射性物质等［1］。高含盐废水若不经处理而直接排放，势必会对生态环境造成极大的危害。高含盐废水广泛来源于海水直接利用过程中排放的废水及一些行业如海产品、印染、造纸、制药、化工等工业生产废水。我国石油储备比较丰富，石油开采作为我国工业主要组成部分之一，排放的废水一般含有高浓度可溶性无机盐及难降解或有毒的有机物。不仅如此，作为我国国民经济主要支柱的化工、制药等行业，也产生大量类似成分的工业废水。这类废水的环境影响是不容忽视的。目前，对高盐废水的处理方法包括物理法、物理化学法及生物法。生物处理方法因其经济、高效且不易造成二次污染等优点具有广阔的应用前景。无机盐类可维持生物细胞膜平衡、调节渗透压、促进微生物的酶反应。但是，较高的盐度会破坏生物的代谢功能，降低生物的降解动力，从而抑制微生物的生长代谢。因此，研究人员将目光投向能适应高盐环境并具有有机物降解功能的细菌——嗜盐菌。因此，本文在对嗜盐菌的分类、作用机理及利用其特性进行分析的基础上，对高含盐量有机废水进行生物处理的应用研究最新进展进行了展望。

1 嗜盐菌的分类

嗜盐菌(Halophile)指只能在高盐环境下生长的细菌，根据其耐盐程度的不同可分为四类：非嗜盐菌(目前生物法常用细菌)、弱嗜盐菌(一般海洋微生物)、中度嗜盐菌及极端嗜盐菌(即古细菌)［2］。非嗜盐菌生活在盐度小于1%的环境，主要生长在淡水中。弱嗜盐菌在盐度为2%～5%生长最好，严格地说，这种菌种是耐盐菌，即具有一定的耐盐性能，可与嗜盐菌共存，同时在盐度较低环境下也可生长。中度嗜盐菌在3%～15%盐度下生长最好，基本上是真细菌类。极端嗜盐菌生长于15%～30%的环境，主要属于古细菌［3］。

2 嗜盐菌的嗜盐机理

1)细胞水平。极端嗜盐菌生存需要大量的Na+离子以避免溶菌现象［4］，同时协助pH调节及维持电位平衡。然而，极端嗜盐菌细胞内并未含有大量钠离子，而是通过积累钾离子保持渗透压的平衡，能够促使细胞进行排钠吸钾的重要结构被称为紫膜。它是细胞膜上呈六面格子的紫色斑块，主要由一类视黄醛蛋白组成。紫膜可通过驱动细胞内质子形成梯度将光能转变为细胞自身进行生命活动的能量［5］。同时，有研究表明Cl-离子也起着十分重要的作用。Roebler等认为Cl-可能对酶和蛋白质起稳定作用，在高盐低氧压情况下以光合磷酸化方式将H+运回细胞内合成ATP，以维持细胞在高盐环境中的代谢活动［6］。

对于中度嗜盐菌，它们通过在细胞内积累一些被称为相容性溶质的高度水溶性的小分子物质，来抵抗细胞外的高渗透压，保持细胞内的低水活度，维持细胞的形态、结构和生理功能。相容性溶质包括糖，糖醇，氨基酸及氨基酸的衍生物等［7］。

2)分子生物学水平。极端嗜盐菌细胞中含有嗜盐极酶，通过肽链中酸性氨基酸残基形成负电区域使酶蛋白在高盐环境中的稳定。另一方面，嗜盐菌通过在蛋白质基因上的特殊物质在酶蛋白表面上形成盐桥，消除盐离子的屏蔽效应［8］。

3 嗜盐菌的分离筛选

嗜盐菌广泛生长于盐湖、盐碱湖、盐沼、死海和盐场等环境中。1937年，Zobell等［9］首次进行了废水中盐分对不同来源微生物存活率的影响的相关实验研究。结果表明在盐度较大的环境中，一般微生物存活的可能性很低。国内很多研究者也开始对嗜盐菌进行分离和鉴定方面的研究。何健等［10］以逐步提高盐浓度的方法从某化工厂苯乙酸车间酸化废水的稀释水中得到增殖后的耐盐能力较强的优势菌。熊焰等［11］报道了一株分离于实验室盐藻培养物中的中度嗜盐菌NY-011，对其进行形态观察、代谢指纹分析及16SrDNA扩增和测序等工作，通过对其同源性进行分析，从GenBank中获得Halomonas，Chromohalobacter和Zymobacter属中其他种的16SrDNA基因序列，同NY-011的16SrDNA一起构建系统发育树，确定该菌株属于盐单胞菌属。

4 嗜盐菌应用于高盐度废水处理

关于耐盐微生物应用的研究，国内外学者进行了大量研究。Hamoda等［12］使用活性污泥完全混合反应器分别对几组盐度不同的废水在不同泥龄(3 d～20 d)和不同有机负荷(0.15 kg～2.0 kg CODCr/VSS·d)条件下进行平行对照实验，发现未经驯化的活性污泥系统较驯化的活性污泥系统受到盐度的冲击更大，驯化后的活性污泥对TOC的去除率均达到96%以上。Kargi和Uygur对含有盐杆菌的活性污泥系统进行研究，发现水中盐度为5%时，CODCr去除率仍可达80%左右［13］。王基成等人将某石化企业乙烯污水处理厂产生的含有高浓度氯化钙和难生物降解有机氯化物的高钙盐废水作为水样，采用逐步加压的方法对活性污泥进行耐盐驯化，记录驯化过程中污泥微生态的变化及驯化污泥对废水处理效果，发现当盐度逐渐增加，丝状菌、钟虫等种属数量明显变少。随着盐度的增加会改变活性污泥中的优势菌群。实验表明，经过驯化后的耐盐活性污泥工艺对废水中COD的去除率明显高于该污水处理厂现有处理工艺对COD的去除率［14］。宋晶等［15］从大连旅顺盐场底泥中筛选出适合高盐度的嗜盐菌，在序批式间歇反应器(SBR)中对其进行3.5%(质量分数)盐度的驯化，污泥混合液悬浮固体(MLSS)平均质量浓度达600 mg/L。利用培养的污泥进行高盐模拟废水处理试验，结果表明，对盐度为3.5%，COD为240 mg/L～340 mg/L的高盐废水，在每周期12 h、曝气量0.6 L/min、污泥MLSS为600 mg/L、污泥龄为18 d条件下，COD去除率达95%以上，NH4+-N去除率达61%，TP去除率达55%。该系统有较强的抗冲击负荷能力。孙磊采用两级ABR-SBR工艺对高浓度高盐废水进行处理，可使废水中的COD去除率达到97%左右［16］。

5 结论和展望

综上所述，虽然高盐环境对大多数微生物的生长和正常代谢产生不利影响，但国内外大量研究表明一些特殊的微生物可在高盐环境下降解有机污染物。自然界存在嗜盐微生物以及可以通过驯化培养出具有降解特定物质功能的嗜盐菌为生物法处理高盐废水提供了可行性。

目前，国内外对处理实际高盐废水还处于实验室小试阶段，离实际工程应用还有较大距离。我国拥有丰富的盐水资源，可以充分利用此资源进行嗜盐菌的筛选和机理研究工作，以期为嗜盐菌处理实际高盐废水提供理论基础。

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