杨振琳

【摘 要】本文主要论述了生物脱氮工艺处理盐废水主要策略、微生物机体调节渗透压机制、以及相容性溶质的作用机理。其中相容性溶质策略在目前来看最为经济有效。研究厌氧氨氧化耦合反硝化工艺运用相容性溶质处理含盐有机废水对于拓展生物脱氮工艺的实际应用领域具有的重要的理论指导意义。

【关键词】含盐废水；相容性溶质；厌氧氨氧化；反硝化

中图分类号： X703 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）06-0153-002

【Abstract】this paper mainly discusses the main strategies of biological denitrification treatment，the mechanism of regulating osmotic pressure of microorganism and the mechanism of compatibility solute.The compatibility solute strategy is most economical and effective at present.It is important to study the application of compatible solute in the treatment of anaerobic ammonia oxidation to the practical application field of biological denitrification technology.

【Key words】Saline wastewater；Compatible solute；Anaerobic ammonia oxidation；Denitrification

1 含盐（海水）废水的来源；危害及其处理现状

由于淡水资源短缺且水质下降，海水的应用越来越受到人们的广泛关注，尤其是在沿海地区。制革厂，食品，饮料和纺织工业，以及渔业也都排放高盐度的废水 FADDIN EN.CITE {Belkin， 1993 #38；Dalmacija，1996 #39；Feijoo， 1995 #40}。海水应用于厕所冲洗系统来缓解水资源短缺的问题。这不可避免的产生了大量的海水废水，然而，由于盐度的不利影响，传统的废水工艺处理这种废水面临着巨大的挑战。

盐度对微生物代谢活动，污染物清除，污泥沉降有负面影响。盐度会造成微生物的渗透压快速改变，导致菌体细胞破裂或抑制微生物的生长，破坏生物的代谢功能并降低生物的讲解能力，使生物处理系统受到破坏。

传统的处理厂提供了处理盐水的可行方法。然而，这些方法大多使用精密的设备，这些设备需要大量的经济投资和消耗大量的能源。此外，这些常规方法在控制漫射污染方面是无效的（通常指的是非点源污染）。

2 厌氧氨氧化与反硝化耦合工艺

在实践中，许多来源的废水，如牲畜养殖、废弃物处理和护发产品工业，都含有高浓度的氮和化学需氧量（COD），这意味着单一anammox过程很难有效地处理废水。目前，人们对厌氧氨氧化与反硝化耦合工艺（SAD）研究的兴趣越来越浓厚。研究发现，在有机碳存在的环境中，在有机碳存在的环境中，厌氧氨氧化与反硝化反应能同步发生且相互促进。AnAOB与反硝化菌（HDB）的协同作用可以消除有机物质、温度和温度的抑制作用。厌氧氨氧化与反硝化耦合过程可以将anammox产生的NO3--N转化为NO2--N，然后转化为N2。Anammox利用反硝化產生的中间产物NO2--N作为电子受体。反硝化产生的CO2可为ANAMMOX提供无机碳源，同时减轻了温室气体的排放。SAD工艺可以解决传统生物脱氮工艺外碳源不足的问题。

然而，SAD受很多因素影响，细菌生长速率、底物浓度、pH值、温度、碳氮比、盐度等。当前的研究对于耦合反应中国氮素去除的贡献率、AnAOB与HDB的竞争关系以及耦合反应器的运行状况等方面都存在认识上的缺陷。如何平衡各因素以及有机物对AnAOB的抑制作用对于Anammox与反硝化耦合工艺的稳定运行至关重要。

3 微生物机体调节渗透压的策略

微生物机体在高盐度条件下调节渗透压以生存有俩种基础策略，“saltin”策略和“相容性溶质”策略。细胞通常运用“相容性溶质”策略不仅仅是在高盐度环境下的渗透胁迫，而且在其他极端环境的条件下。第一种策略是细胞增加细胞内的离子浓度（主要是钾离子）来平衡细胞外渗透压，并且细胞内的酶须适应这些新的环境。全部的生理机能已经适应了渗透环境的厌氧嗜盐菌用所谓的“saltin”策略。大量的微生物会积累一种叫做“相容性溶质”的有机物。通过有机相容性溶质的作用，不需要细胞内酶的特殊适应，高的外部环境的渗透压和细胞质内是相同的，同时，细胞内处于高离子强度时，相容性溶质还可以作为蛋白质的稳定剂。

4 相容性溶质的作用机理

微生物机体积累CS是由其基因编码的蛋白质（包括酶）或者从环境转运而来、或者从头合成而来，因而CS的组成和含量包含着微生物的遗传信息。相容性溶质具有稳定蛋白质的特性，这种特性支持适当多肽链的折叠。相容性溶质的作用发生在溶剂结构的变化中，或者蛋白质动态特性的微妙变化中，而不是通过改变蛋白质本身的结构。除了他们的渗透功能外，相容性溶质也可以保护大分子，例如保护膜变性。在高渗透压环境下，微生物机体不完全依赖于从头到尾合成相容性溶质，当环境中存在CS时，他们还可以从环境中吸收CS。这种转运方式更大程度的促进了CS的经济积累。而对于非嗜盐生物，无法合成含氮的CS，可以转换为这种更加节省能量的渗透调节方式，从而增加了对盐度的耐受阈值。许多研究表明从环境中积累相容性溶质要比生物机体自身合成节省能量。微生物优先选择高效的相容性溶质具有以下特点：在没有转运系统胁迫时，不透过细胞膜；分子量小、溶解度高；生理pH条件下不带电荷但有极性基因以保持与水亲和势；对细胞内正常的代谢活动无干扰。多数微生物通过相容性溶质的调节，既可以在高盐环境中成长，又可以在低盐环境中成长，并且避免了体内大量蛋白质的修饰，减少了不必要的遗传信息。因而利用相容性溶质来调节渗透压是一种遗传上更简单更灵活的适应策略。基于细胞的这个机制，很多生物废水处理研究通过在废水或者介质外源投加相容性溶质来减轻恶劣的环境压力。

5 厌氧氨氧化/反硝化运用相容性溶质处理海水废水的研究进展

Cyplik等研究了在15g/LNacl条件下四氢嘧啶和海藻糖对反硝化作用的影响。研究发现投加1mmol四氢嘧啶加快了反硝化过程，使得NO3-和NO2-分别在5天和7天之后被完全去除，然而在没有投加CS的反应过程中，NO3-和NO2-分别在8天和9天之后被去除。Cyplik等指出，投加1mmol四氢嘧啶条件下，脂肪酶和硝酸盐还原酶的相对酶活性分别增加了32%和35%。比硝酸盐还原速率达到5.7mgN（gVSS·h），高于没有没有投加四氢嘧啶的值（3.2mgN（gVSS·h）），然而海藻糖的添加对反硝化速率却没有明显的影响。

刘等研究发现1mmol的甜菜碱对anammox缓解盐度抑制是有效的。在盐度为25g/L条件下，分别添加1mmol的甜菜碱、海藻糖、四氢嘧啶，比厌氧氨氧化活性与没有投加相容性溶质相比分别提高了59.0%、51.3%、39.7%。陈辉等运用上流序式批式反应器（UASB），在5-30gNaCl/L条件下，投加50-5000mmol的甜菜碱对NH4+和NO2-的去除没有积极的作用。这可能是由于AnAOB和HDB对于NO2--N的竞争导致AnAOB的生长受到限制。两种结果截然不同，混合的微生物例如anammox微生物和反硝化微生物对相容性溶质的吸收是相对缓慢的。

【参考文献】

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