在化工、制藥、燃料的生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生的廢水除含有高濃度的有機(jī)物外，還含有高濃度的鹽類(lèi)物質(zhì)，采用生物法進(jìn)行處理，高濃度的鹽類(lèi)物質(zhì)對(duì)微生物具有抑制作用，采用物化法處理，投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，且難以達(dá)到預(yù)期的凈化效果。采用生物法對(duì)此類(lèi)廢水進(jìn)行處理，仍是目前國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。本文介紹了鹽濃度對(duì)微生物的抑制作用，嗜鹽菌的特性、培馴方法，并介紹了采用生物法處理含鹽有機(jī)廢水的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀。

1  鹽濃度對(duì)生物處理的影響

高含鹽量有機(jī)廢水的有機(jī)物根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程不同，所含有機(jī)物的種類(lèi)及化學(xué)性質(zhì)差異較大，但所含鹽類(lèi)物質(zhì)多為Cl-、SO42-、Na+、Ca2+等鹽類(lèi)物質(zhì)。雖然這些離子都是微生物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，在微生物的生長(zhǎng)過(guò)程中起著促進(jìn)酶反應(yīng)，維持膜平衡和調(diào)節(jié)滲透壓的重要作用。但是若這些離子濃度過(guò)高，會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生抑制和毒害作用，主要表現(xiàn)：鹽濃度高、滲透壓高、微生物細(xì)胞脫水引起細(xì)胞原生質(zhì)分離；鹽析作用使脫氫酶活性降低；氯離子高對(duì)細(xì)菌有毒害作用；鹽濃度高，廢水的密度增加，活性污泥易上浮流失，從而嚴(yán)重影響生物處理系統(tǒng)的凈化效果。

高鹽環(huán)境對(duì)生化處理有抑制作用，表現(xiàn)為微生物代謝酶活性受阻，致使生物增長(zhǎng)緩慢, 產(chǎn)率系數(shù)低。早在1940年，Ingram[1]對(duì)桿菌研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)NaCl濃度＞10 g/L時(shí)，能夠使微生物的呼吸速率降低。Lawton[2]研究表明，當(dāng)NaCl濃度＞20 g/L時(shí)，會(huì)導(dǎo)致滴濾池BOD去除率降低；在此濃度下，活性污泥法的BOD去除率降低，同時(shí)污泥中的絮凝性變壞，出水SS升高，硝化細(xì)菌受到抑制。處理含高濃度鹵代有機(jī)物廢水的實(shí)驗(yàn)表明，BOD的去除率隨著鹽濃度的增加而降低。Davis[3]采用活性污泥系統(tǒng)，處理含鹽濃度高達(dá)12%的廢水中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，廢水中的TOC去除率較低，且實(shí)驗(yàn)運(yùn)行相當(dāng)困難。

Kargi[4]等利用間歇生物反應(yīng)器研究了鹽的抑制作用及動(dòng)力學(xué)常數(shù)， Shim[5]等研究了高鹽環(huán)境下化工廢水的生物處理， Li[6]等討論了鹽度對(duì)二階段接觸氧化法處理含鹽廢水的影響。一些學(xué)者認(rèn)為，在高鹽度環(huán)境中，微生物生長(zhǎng)沒(méi)有受到抑制, 相反一些嗜鹽細(xì)菌的生長(zhǎng)得到了相應(yīng)的促進(jìn), 使反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度增加，降低了污泥負(fù)荷, 提高了污泥的絮凝性。Woolard[7]等在序批式生物膜反應(yīng)器( SBR) 中培養(yǎng)的嗜鹽微生物處理含鹽量1%－15%的合成含酚廢水,當(dāng)含鹽量高達(dá)15%(150 g/L)時(shí)，對(duì)酚的去除率依然在99%左右。Hamoda[8]等采用活性污泥法處理含鹽廢水(10 g/L 和30 g/L)，生物活性和有機(jī)物去除率均有提高，當(dāng)NaCl 濃度分別為0、10、30 g/L 時(shí)，TOC 去除率分別為96.3%、98.9%、99.2%。由此可見(jiàn), 嗜鹽微生物比普通微生物對(duì)高鹽度環(huán)境有更強(qiáng)的適應(yīng)能力。

2  嗜鹽微生物的特征及其馴化

2.1  嗜鹽微生物的分類(lèi)、特征及機(jī)理

在一定濃度鹽溶液中，生長(zhǎng)良好的微生物，稱為嗜鹽菌。依據(jù)嗜鹽濃度的不同，嗜鹽菌可分為輕度嗜鹽菌、中度嗜鹽菌和極端嗜鹽菌。抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的鹽濃度，不同細(xì)菌差別很大，如大腸桿菌是6%，枯草桿菌是9%，嗜鹽菌在10%以上也能增殖。

由淡水環(huán)境到高鹽環(huán)境時(shí)，由于菌種選擇的結(jié)果能適應(yīng)高鹽的菌種很少，輪蟲(chóng)、固著及游泳性纖毛蟲(chóng)等原生動(dòng)物迅速死亡，穩(wěn)定以后游泳性纖毛蟲(chóng)可以重新出現(xiàn)。低鹽到高鹽時(shí)，微生物有一個(gè)適應(yīng)期，鹽濃度的變化可能引起微生物代謝途徑的改變。細(xì)菌馴化過(guò)程就是使代謝方式逐漸適應(yīng)高鹽環(huán)境，并使耐鹽菌大量增殖的過(guò)程，但這需要一定的時(shí)間，急劇地變化鹽濃度或馴化時(shí)間過(guò)短都會(huì)使細(xì)菌受到抑制。因此，把握鹽濃度的變化程度和馴化時(shí)間是十分重要的[9]。

高鹽環(huán)境生物隨著高鹽生態(tài)系統(tǒng)中離子組成，鹽濃度、pH值、氧氣、養(yǎng)分供應(yīng)等方面的變化而展現(xiàn)出復(fù)雜的微生物多樣性。為了能在高鹽環(huán)境中生存，各種嗜鹽菌具有不同的適應(yīng)環(huán)境機(jī)理。嗜鹽厭氧菌，嗜鹽硫還原菌以及嗜鹽古菌是在細(xì)胞內(nèi)積累高濃度鉀離子(4－5 mol/L)的平衡高滲環(huán)境。嗜鹽真核生物、嗜鹽真細(xì)菌和嗜鹽甲烷菌的嗜鹽機(jī)理是在胞內(nèi)積累大量的小分子極性物質(zhì)，如甘油、單糖、氨基酸及它們的衍生物。這些小分子極性物質(zhì)在嗜鹽、耐鹽菌的胞內(nèi)構(gòu)成滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，幫助細(xì)胞從高鹽環(huán)境中獲得水分，而這些物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)能夠被快速的合成和降解。因此，這種機(jī)制克服了高鹽環(huán)境下微生物對(duì)環(huán)境滲透壓的改變而具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力[9]。

2.2  嗜鹽微生物的馴化

Woolard[10]采用一種含鹽量為15%的溶液作為實(shí)驗(yàn)用廢水，其中含有140 g/L NaCl；2 g/L KCl；  0.5 g/L MgSO4；7.6 g/L MgCl2；0.2 g/L NaHCO3和1.7 g/L CaCl2，其他營(yíng)養(yǎng)元素比如氮、磷、鐵等以NH4Cl、K2HPO4和FeCl2·4 H2O的形式分別加入培養(yǎng)基中。在室溫下培養(yǎng)，經(jīng)過(guò)篩選，得到所需的微生物對(duì)苯酚的去處效果顯著。宋應(yīng)民[11]等則采取漸進(jìn)的方式來(lái)馴化污泥，取400 mL活性污泥于1 000 mL燒杯中，加入經(jīng)復(fù)合的優(yōu)勢(shì)菌液50 mL，連續(xù)曝氣24 h，加入10 mL高含鹽化工有機(jī)廢水；5 h后再加入20 mL廢水，18 h后加入20 mL廢水，經(jīng)過(guò)5 h，再加入20 mL廢水；第三天加入30 mL廢水。從第四天起每天上、下午各加入25 mL廢水，至累計(jì)加入200、300、400 mL時(shí)，各鏡檢水樣一次。至第九天，共加入高含鹽化工有機(jī)廢水400 mL為止。得到的污泥處理效果顯著。

此外，還有其他一些馴化污泥的方法，具體步驟不盡相同，但是原理相似，都是利用微生物對(duì)環(huán)境的逐漸適應(yīng)，優(yōu)勝劣汰，最終獲得高效、優(yōu)質(zhì)菌種。但是，上述馴化方法所需時(shí)間長(zhǎng)，操作較為繁瑣。更加廉價(jià)，方便，快捷的方式還有待進(jìn)一步的研究和發(fā)現(xiàn)。

3  高含鹽有機(jī)廢水生物處理技術(shù)

3.1  好氧微生物法

在實(shí)際的工程應(yīng)用中，Ludzack[12]和 Noran的研究表明，當(dāng)氯化物的含量高于5－8 g/L的時(shí)候，將對(duì)傳統(tǒng)的好氧廢水處理工藝產(chǎn)生影響。盡管鹽的含量對(duì)生物活性存在著致命性的影響，但活性污泥對(duì)高含鹽環(huán)境的適應(yīng)并非不可實(shí)現(xiàn)。工程上通常采用從低含鹽量逐漸增加的方式來(lái)培養(yǎng)微生物，以使之適應(yīng)高含量的環(huán)境，使廢水得到凈化。Doudoroff[13]研究表明，埃希氏菌群在生長(zhǎng)的停滯期對(duì)NaCl的適應(yīng)能力最強(qiáng)。研究表明，鹽濃度頻繁改變比起逐漸改變對(duì)微生物能產(chǎn)生更加不利的影響，且鹽濃度的大幅度改變將會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)的釋放，從而使可溶COD上升[14-19]。雖然可以證明通過(guò)馴化活性污泥可適應(yīng)高鹽環(huán)境，但是一個(gè)主要的瓶頸是此類(lèi)適鹽系統(tǒng)的正常運(yùn)行通常需要在5%含鹽量以下[20-24]。

Kargi[25]和Dincer于1997年開(kāi)始使用逆流床反應(yīng)器研究鹽濃度對(duì)好氧生物處理的影響。反應(yīng)器中采用活性污泥接種，人工合成廢水由溶解蜜糖、尿素、磷酸二氫鉀和氯化鈉組成，濃度為50 g/L，COD∶N∶P的比例為100∶10∶1。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鹽度從零上升到5%的時(shí)候，出水COD去除率從85%降至59%。此后，又進(jìn)行了包括好氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)在內(nèi)的一系列創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)，得出嗜鹽菌是改善好氧處理工藝的最佳途徑。

3.2  厭氧生物法

早于1965年，Kugelman[26]和McCarty就得出結(jié)論，Na+濃度超過(guò)10 g/L的時(shí)候，將強(qiáng)烈抑制甲烷的產(chǎn)生。然而，Omil[27]等于1995年的研究表明，活性產(chǎn)甲烷菌群對(duì)廢水鹽度的適應(yīng)是可能的，其效率取決于讓菌群適應(yīng)高含鹽量所采取的方法。此外，F(xiàn)eijoo[28]于1995年得出，污泥中Na+的毒性取決于多種因素，其中尤為重要的一點(diǎn)是，污泥的特征和對(duì)高含鹽水的逐漸適應(yīng)性。

近年來(lái)，利用嗜鹽微生物厭氧消化對(duì)廢水中的有機(jī)物進(jìn)行生物降解的研究和應(yīng)用越來(lái)越廣泛。不過(guò)相比好氧生物的相關(guān)研究，研究成果還相對(duì)較少，其中大多數(shù)探索的鹽濃度在10－71 g/L之間，遠(yuǎn)比好氧研究的范圍要小。

Aspé等[29]于2001年模擬了金屬元素鉬對(duì)厭氧消化的抑制作用，認(rèn)為產(chǎn)甲烷階段是最受抑制的階段。后來(lái)，人們采用厭氧過(guò)濾器[30-32]；上流式厭氧污泥床反應(yīng)器[33]；厭氧接觸反應(yīng)器[34]等工藝；處理海產(chǎn)品加工廢水，上述方式進(jìn)行廢水處理時(shí)，COD去除率在70%到90%之間，其有機(jī)負(fù)荷率為1－15 kg COD m3/d。Lefebvre等[35]使用UASB技術(shù)研究皮革廠浸泡廢水的厭氧消化處理，適宜的工況限制在較低有機(jī)負(fù)荷下。限制了此類(lèi)工藝的應(yīng)用。

3.3  厭氧/好氧處理技術(shù)

由于單獨(dú)的好氧和厭氧工藝在處理工業(yè)廢水中COD去除率無(wú)法達(dá)到預(yù)期的效果，因此為了更好的處理廢水中的有機(jī)物，兩種方法的結(jié)合成了研究人員的又一選擇。Panswad[36]和Anan于1999年采用了好氧/缺氧/厭氧工藝對(duì)含有3%鹽分的合成廢水進(jìn)行處理，COD去除率達(dá)到71%的。2006年，Lefebvre等處理皮革廢水實(shí)驗(yàn)，UASB技術(shù)與活性污泥后處理的結(jié)合改善了廢水處理工藝總體效果，COD去除率可達(dá)96%[35]。采用厭氧/好氧處理工藝，物化手段的使用主要體現(xiàn)在廢水的預(yù)處理上，其目的主要在于降低廢水中的有機(jī)物和鹽度，為微生物處理創(chuàng)造良好的環(huán)境。采取的整體工藝流程：廢水首先經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)池，然后經(jīng)過(guò)物化的預(yù)處理(通常采用調(diào)節(jié)pH值、混凝、沉淀、電解、微電解等方法)，而后加入預(yù)先培養(yǎng)好的嗜鹽菌進(jìn)行生物處理。

4  結(jié)  語(yǔ)

廢水中較高鹽濃度對(duì)生物處理有抑制作用，針對(duì)利用污泥對(duì)高鹽濃度的適應(yīng)性，對(duì)微生物進(jìn)行篩選和馴化，獲得的嗜鹽菌可承受較高鹽度，使生物處理高含鹽有機(jī)廢水成為可能。嗜鹽菌廉價(jià)，來(lái)源廣，可以利用許多有機(jī)物(包括難降解和有毒物質(zhì))作為碳源，因此，利用嗜鹽細(xì)菌處理高含鹽量有機(jī)廢水有廣闊的應(yīng)用前景，研究快捷的嗜鹽菌選擇馴化方法，對(duì)實(shí)際應(yīng)用和理論研究均具有重要意義。

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