菌源对高盐废水驯化的影响

尤涛

摘要：针对高盐废水生物处理过程中菌源难于驯化的问题，采用逐步驯化法分别考察2种菌源对高盐废水驯化的影响，通过监测生物相的变化和挂膜情况，考察不同微生物菌群的处理能力。结果表明，采用每次提高进水盐度1 g/L（以NaCl计）的逐步驯化方法，菌源A可建立能适应盐度8 g/L（以NaCl计）的高盐微生物处理系统，出水COD值可达407 mg/L，处理效率达到83.7%，并对盐度的增大表现出较好的稳定性。

关键词：高盐废水；耐盐微生物；优势菌群；逐步驯化法

中图分类号：X703文献标志码：A文章编号：1002-1302（2017）06-0285-04

含盐废水微生物处理系统的构建按照微生物的来源可以分2种，一种是采用淡水微生物进行盐度驯化，另一种是接种筛选嗜盐微生物[1]。不同的菌源具有不同的生物多样性，导致其产生不同的生化功能特性，同时微生物体系对高盐环境的适应性也存在差异，获得高效耐盐微生物处理体系具有关键性的作用。废水生物处理反应器的功能是由微生物代谢活动和反应器运行参数共同控制实现的，而微生物的群落结构（多样性、种类、数量和分布）决定着其功能，反应器的处理效果可以通过微生物的群落结构得以反映[2]，我国对这方面的研究还很薄弱，尤其是关于高盐度废水生物处理中的微生物群落结构分析报道较少。2004年Uygur等采用SBR工艺处理不同盐度的人工配水，当盐度从0升高到6%，COD去除率从96%下降至32%；同时，盐度的增加，破坏了活性污泥内原有的群落结构，污泥性能变差[3]。何健等研究了某化工厂的高盐废水生物处理，将污泥在高盐环境下驯化培养出具有高降解活性的耐盐污泥，当NaCl浓度为45 g/L、COD容积负荷为1.6 kg/（m3·d）时，COD去除率达到96%[4]。王志霞等通过控制盐浓度，使其在一定范围内逐渐增加，研究了SBR反应器的运行情况，结果表明，污泥性能随着盐浓度的升高呈递增的趋势，出水水质良好[5]。汪善全等采用多种类型的接种污泥，在SSBR中处理高盐废水，研究显示，在盐度不断提高的情况下，驯化出的好氧颗粒污泥可以高效处理含盐废水，同时，得到的污泥与对照组相比，在抗盐度冲击、污泥活性、污泥稳定性等方面都有显著优势[6]。

本研究重点选择生活污水处理厂的活性污泥和制药废水处理厂的低盐活性污泥作为驯化的菌源，以腌制含盐废水为处理对象，探讨了采用逐步驯化法对比2种菌源进行高盐废水驯化的可行性及影响，以期为高盐废水的生物处理奠定基础。

1材料与方法

1.1试验装置

试验采用的反应器由有机玻璃制成，其有效容积为 163.5 L。内设片状组合填料；通过恒温加热棒控制水温在（25±2）℃。采用充氧泵经砂头曝气，采用“进水—反应—沉淀—排水—闲置”的连续式运行方式。

1.2模拟废水水质

废水水源采用模拟高盐污水，以蔗糖为碳源，谷氨酸钠和磷酸二氢钾为氮源和磷源，按照m（COD） ∶m（N） ∶m（P）=200 ∶5 ∶1配制。模拟废水水质的各项指标：COD为2～3 g/L，盐度（以NaCl计）为5～8 g/L，pH值为6.3～7.6，水温为25～30 ℃。

1.3试验方法

2种菌源分别为生活污水处理厂的活性污泥，命名菌源A；某制药厂的低盐活性污泥，命名菌源B。在含高盐废水的反应器中分别接种菌源A与B，进行驯化挂膜，形成对照；进水pH值为7.0，有机负荷为0.35 kg/（m3·d），温度25 ℃。运行工况为开始进水流速设置为20 mL/min，采用逐步提高进水流速及进水盐度的方法进行驯化启动，即接种污泥后，每个阶段提高盐度1 g/L（以NaCl计）直到预定的目标盐度 8 g/L（以NaCl计），进水流速提高到65 mL/min，对每个驯化阶段测试COD值，并考察其生物相。

2结果与分析

2.1驯化过程中2种菌源对出水COD及处理负荷的影响

试验中所设置的菌源A与菌源B污泥驯化过程中COD及处理负荷的变化如图1、图2、图3所示。

2.1.1二级氧化池驯化过程中2种菌源对出水COD变化影响的结果由图1可知，当盐度为5 g/L、进水流速控制在 20 mL/min 时，菌源B驯化后二级氧化池出水COD值均小于菌源A，2组污泥驯化后的出水COD均伴随着驯化时间推移而逐渐变小；当盐度为6 g/L、进水流速控制在40 mL/min时，菌源B驯化后的二级氧化池出水COD值与菌源A之间差值在逐渐减小，此阶段菌源B出水COD值大于菌源A，整体上2组的出水COD值变化稳定，污泥均开始进入稳定的驯化阶段；当盐度为7 g/L、进水流速控制在60 mL/min时，2组的出水COD值比前一驯化阶段略增大，但总体上变化缓慢，并且菌源B的出水COD值大体上略高于菌源A；当盐度为8 g/L、进水流速控制在65 mL/min时，随着盐度与进水流速的不断提升，此阶段开始时2组污泥的出水COD值均有明显增大的趋势，表明此时的高盐及高负荷已经接近微生物所能承受的临界值，此后污泥不断适应驯化条件，使出水COD值由大变小至稳定阶段。从图1还可以看出，整个驯化阶段中，在不同驯化条件下，每提高一个阶段盐度及进水流速，初期均引起出水COD值的升高，随着驯化时间延长，出水COD值逐渐降低直至达到一个稳定的水平，这可能是由于每提高一个盐度，形成的新生态系统需要一个适应的过程，随着新生态系统逐步稳定，对盐度的承受能力不断提高，从而处理有机物的能力逐渐增强，出水水质逐渐好转；整个过程中菌源B的污泥的优势仅体现在第1阶段的适应期，在其他各个阶段中菌源A污泥表现出了较好的耐盐能力，分析其原因可能是由于菌源B比菌源A污泥组成中含有较多耐盐性微生物，但微生物多样性较为单一，所以在驯化初期耐鹽性微生物发挥了耐盐能力，随着驯化时间的延长，菌源A大量丰富的微生物不断适应驯化的高盐环境，发挥出潜在的耐盐能力，形成了更加丰富的耐盐微生物系统；并且在驯化终期盐度8 g/L时，出水COD值达到较好效果，出水COD值为407 mg/L，达到污水综合排放标准（≤450 mg/L），处理效率为83.7%。说明采用逐步提高盐度的驯化方法，菌源A较菌源B能成功构建耐盐微生物处理系统。

2.1.2二级氧化池驯化过程中2种菌源对处理负荷变化的影响由图2可知，当盐度为5 g/L、进水流速控制在 20 mL/min 时，菌源B的处理负荷整体高于菌源A，2组污泥的处理负荷在该阶段内呈现稳定变化的趋势；当盐度为 6 g/L、进水流速控制在40 mL/min时，同样可以看出，此阶段2组污泥的COD处理负荷数值差异较小；当盐度为7 g/L、进水流速控制在60 mL/min时，此阶段的2组污泥处理负荷均较高，呈明显的上升趋势，并且菌源A的处理负荷能力强于菌源B；当盐度为8 g/L、进水流速控制在65 mL/min时，污泥的处理负荷变化与出水COD变化基本一致，均呈现出良好状态，菌源A污泥COD处理负荷达到1.14 kg/（m3·d）。说明采用逐步提高盐度的驯化方法，菌源A较菌源B的处理能力更强，更适合高盐度的水处理环境，为由于盐度剧烈变化而引起的突发水污染情况提供了应急预案理论的数据。

2.1.3一级氧化池驯化过程中2种菌源的出水COD及处理负荷变化一级氧化池的每个阶段驯化条件均与二级氧化池相同，由图3可知，在每个不同的驯化阶段，一级氧化池的出水COD及处理负荷变化趋势与二级氧化池的变化相符，并没有大幅度变化；整个驯化过程中菌源A的出水COD及处理负荷略好于菌源B，进一步证实了对二级氧化池所获得数据的可靠性与科学性。

2.2不同菌源驯化的耐盐菌群对盐度变化的稳定性

根据图1的试验数据分析，在驯化过程中，当盐度小于 7 g/L 时，二级氧化池出水水质保持逐步改善的趋势，说明盐度在此范围内增大对微生物菌群未造成较大的影响，属于微生物菌群较适应的变化范围。当盐度大于7 g/L时，每提高一次盐度，二级出水水质都会产生由差变好的大幅波动，说明7 g/L是原有微生物菌群可耐受的极限盐度。在盐度大于 7 g/L 的每一个驯化阶段，微生物菌群都会对自身结构进行优化以适应新的盐度环境。对比2种菌源驯化得到的微生物菌群在盐度为8 g/L时的驯化情况，菌源A的出水水质变化幅度要小于菌源B，对于盐度的增大表现出较好的稳定性，原因可能在于菌源较好的生物多样性有利于驯化后菌群的稳定性。

2.3驯化过程中2种菌源生物相观察结果

生物相观测结果如图4、图5、图6、图7及表1所示。由镜检可知，菌源A污泥中所含微生物种类丰富，以钟虫为优势菌属，菌源B污泥中纤毛虫较多。随着盐度的进一步提高，钟虫逐渐减少，丝状菌在盐度为6 g/L时大量存在，随着盐度的提高，逐渐消失，分析其原因，是由于高盐废水中溶解性BOD5比例高，诱发丝状菌的异常繁殖，另一方面，在渗透压逐渐增大的过程中，增加了水相中的基质进入细胞内的难度，而丝状菌凭借比表面积大的特点，凸显了其在对有机物基质竞争中的优势，但丝状菌的耐盐极限有限，高盐度时丝状菌消失。菌源B污泥与菌源A污泥中分别出现了漫游虫，并且漫游虫在盐度为6～7 g/L范围内大量存在。纤毛虫在整个盐度驯化过程中始终存在，表现出良好的耐盐能力。此外，当盐度提高到8 g/L时，菌源A污泥中开始出现少量眼虫，菌源B污泥有少量线虫，并且2组污泥均出现污泥絮体松散、出水浑浊，分析认为高盐条件下，微生物的种类和数量减少，使得有机物的降解受到抑制，废水污染程度加剧，因此出现了可表征环境监测水域内有机物增多、污染的生物指标眼虫，并且嗜盐微生物增加，主要以杆菌为主，由于其动能大，絮凝性差，影响到污泥的结构，使出水浑浊。

在盐度为5～8 g/L范围内，盐度的升高对反应器中的微生物生态系统有较大的影响，可以认为在盐度变化时，微生物通过调节体内的相容性物质来适应外界渗透压变化，并且盐

度的高低与微生物的调渗能力成反比，高盐度条件下不耐盐微生物会死亡，而能适应高盐条件的微生物生存下来并大量增殖，使有机物的去除率能逐渐提高。在高盐条件下，中等嗜盐菌在细胞壁积累Na+、K+等无机阳离子和氨基酸、甘油等有机化合物，从而增加了细胞的离子强度，以够维持细胞的渗透压。同时，镜检发现，随着盐度的提高，菌源A污泥的微生物适应性及多样性均好于菌源B污泥，可以认为反应器中的菌源A耐盐性更好，更具有高效处理含盐废水的潜力。

试验结果表明，通过逐步提高反应器中盐浓度的方法，以盐浓度为选择压力，可以把污泥中的非耐盐微生物淘汰，使耐盐能力较强的菌群得到快速增殖，并通过逐渐提高盐度，可使以盐度为生存必要条件的嗜盐菌成为优势菌种，逐步构建出适应高盐浓度环境的耐高盐微生物系统。

3结论

采用逐步提高进水流速及进水盐度的方法进行驯化启动，分别对取自生活污水处理厂的菌源A与取自某制药厂的菌源B建立了目标盐度为8 g/L（以NaCl计）的高盐微生物处理环境；通过对比研究表明菌源A发挥出了潜在的耐盐能力，形成了更加丰富的耐盐微生物系统；并且在驯化终期盐度8 g/L时，出水COD达到较好效果，出水值为407 mg/L，处理效率达83.7%，处理负荷为1.14 kg/（m3·d），当盐度由 7 g/L 提高到8 g/L过程中，表现出良好稳定性，说明适合应用到由于盐度造成的突发性应急处理中。镜检结果表明，随着盐度的提高，菌源A污泥的微生物适应性及多样性均好于菌源B污泥，以钟虫为优势菌属，确定将菌源A污泥作为研究对象，应用到后续的高盐废水处理的研究中，其更具有实际应用价值，具有良好的应用前景。

参考文献：

[1]钟璟，韩光鲁，陈群. 高盐有机废水处理技术研究新进展[J]. 化工进展，2012，31（4）：920-926.

[2]杨静. 耐盐微生物的筛选及其在高盐废水处理中的应用[D]. 沈阳：沈阳师范大学，2013.

[3]Uygur，A，Kargi，et al. Salt inhibition on biological nutrient removal from saline wastewater in a sequenceing batch reactor[J]. Enzyme and Microbial Technology，2004，34（3/4）：313-318.

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[6]汪善全，原媛，孔云華，等. 好氧颗粒污泥处理高含盐废水研究[J]. 环境科学，2008，29（1）：145-151.卢怡，龙健，廖洪凯，等. 不同土地利用方式对喀斯特峰丛洼地土壤团聚体碳、氮、磷分布特征的影响[J]. 江苏农业科学，2017，45（6）：289-294.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.06.074