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嗜盐菌与高盐度废水生物处理研究进展pdf

发布时间:2020-12-31 18:06 作者:扑克王app官网

  第33卷第9期 环境科学与管理 VoL33No.9 ANDMANAGEMENT 2008年9月 ENVⅡtoNM哐NTAI.SCⅡ£NCE sop.2008 文章编号:1673—1212(2008)09-0079-05 嗜盐菌与高盐度废水生物处理研究进展 郭艳丽,张培玉,于德爽,成广勇 (青岛大学环境科学与工程系,山东青岛266071) 摘要:嗜盐茵指在高盐环境下生长的细茵,它主要生长在盐湖、盐场等浓缩海水中,以及腌鱼、盐兽皮等盐制 品上。本文简要介绍了嗜盐茵的分类、形态特征和嗜盐机理。国内外学者采用了不同的工艺研究了高盐度废 水生化处理的可行性,研究得出盐度对生物处理系统存在不同的影响,本文综述了盐度对生物处理系统有机物 去除率和脱氮除磷效果的影响以及在污泥驯化过程中微生物相、优势菌种和污泥沉降性能的变化;总结了嗜盐 茵在高盐度废水生物处理中的应用,为这方面的进一步研究提供参考。 关键词:嗜盐茵高盐度废水生物处理 中图分类号:X703.1 文献标识码:A of Advanceof and Treatment Wastewater HalophileBiological High—-Salinity Guo Yanli,ZhangPeiyu,YuDeshuang,ChengGuangyong ofEnvironmentaland 26607 Science (Department Engineering,QingdaoUniversity,Qingdao1,China) isthekindofbacteriawhichlivesin inconcentrated environments.Theygrow seawater(sa— Abstract:Halophile salty usually line the with featureand lakes、saltfield)andproductspreparedsalt(saltedfish,saltedfurs).neclassification,shapehalophilie mechanismof are jntroducedinthis athomeandabroadhavestudiedthe of halophilebriefly text.Scholars feasibilitybiological treatmentofwastewaterwith different resultsshowthatdifierentsalinltieshavevarieseffectson hishsalimtyusing technologies.The effectsof ratioofthe mattersand of treatment renewsum/ll商ZeSthe on biological system.’n“s salimtyremoving organic efficiency the and floe—formativeoftheactivated the denitrogenationde-phosphorization.Duringprocess sludge,microbialcommunity,domi- nantbacteriaand all researchresultsand of to treatmentof sludge biological settlingpropertychange.The applicationshalophile for this wastewateraresummarizedinthis will referencesthefurtherin field. high—salinity paper.11hisprovides study treatments Keywords:halophile;high—salinitywastewater;biological 高盐度废水是指含盐质量分数至少1%的废’ 水的处理中。但有些高盐度废水的含盐量通常在 5%以上,有的甚至达到20%(燃料化工废水、石油 水,这种废水含有大量有机物质和CI一、SO:一、Na+、 Ca2+等无机盐离子。虽然这些离子都是微生物生长加工废水等)∞J,普通生物难以适应这样的高盐环 所必需的营养元素,但是若这些离子浓度过高会对 境,严重影响了生物法在高盐度废水处理中的应 微生物的生长产生毒性,因此高盐度废水给生物处 用。因此有必要探讨在高盐环境中仍能降解污染物 理带来一定的难度。 的特殊微生物,即嗜盐微生物。近年来许多学者开 目前对于高盐度废水处理有多种方法如生物 展了这方面的研究,针对不同的含盐废水从环境中 法、物理法、化学法¨’2o等。但由于化学法运行费用 筛选、分离出嗜盐微生物,经过适当的驯化可以实现 高、处理效果欠佳、容易造成二次污染而难于在实际 净化高盐度废水的目的。 中推广;生物法因经济、高效被广泛地用于高盐度废 1 嗜盐菌及其特性 1.1嗜盐菌的分类 收稿日期:2008一04—28 基金项目:国家自然科学基金;山东省教育科技计划项目 菌,它主要生长在盐湖、盐场等浓缩海水中,以及腌 (J06103);山东省研究生教育创新计划资助项目 (SDYY07091)资助项目 鱼、盐兽皮等盐制品上。根据其对盐的耐受程度不 作者简介:郭艳丽(1982一),女,山东泰安人,硕士研究生。主要从事同H1可分为四类:即非嗜盐菌;弱嗜盐菌;中等嗜盐 环境生物学研究工作。 菌和极端嗜盐菌(见表1)。 .79. 万方数据 第33卷第9期 VoL33No.9 郭艳丽等·嗜盐菌与高盐度废水生物处理研究进展 2008年9月 S叩.2008 表1不同盐度的微生物 2嗜盐微生物处理高盐度废水 目前,国内外学者采用了不同的工艺研究了高 盐度废水生化处理的可行性。研究发现盐度对有机 物去除率、脱氮除磷效果均有一定的影响;污泥在含 盐环境的驯化过程中,污泥中的优势菌属、微生物相 及污泥沉降性能均发生不同程度的变化。 2.1 盐度对生物处理系统污染物去除效率的影响 2.1.1 盐度对有机污染物的降解效率的影响 国内外关于盐度对有机物降解效率影响的报导 嗜盐菌多是好气化能异养类型,一些嗜盐杆菌的 很不一致。多数人认为,高盐环境对生物处理有抑 种可进行厌氧呼吸。细胞含类胡萝卜素,菌体呈红 制作用。Ingram【l叫通过对杆菌的研究发现,当NaCl 色、桃红、紫色,大多数不运动,只有少数种靠丛生鞭 浓度10s/L时,微生物呼吸速率降低,有机物去除 毛缓慢运动,采用二分分裂法进行繁殖,无休眠状态, 率下降。A.“[1¨等研究了在两段接触氧化池内有 不产生孢子∞J。有些嗜盐菌具有和传统微生物相同 机负荷和进水盐度对生物处理效果的影响,通过污 的代谢功能,可利用多种基质进行新陈代谢,利用多 泥驯化实验得出随着盐浓度的增长,有机物去除效 种电子受体,产生胞外多聚物MJ,积累营养物质等。 率会下降。 根据表型特征的不同,可分为嗜盐球菌和嗜盐 有一些学者研究得出相反的结论。Woolard 杆菌。根据16SrRNA的序列分析并结合其它生物 等[121把嗜盐微生物在序批式生物膜反应器中培养, 学形态,目前将极端嗜盐菌划分为8个属:盐杆菌 处理含盐量1%一15%的合成含酚废水,即使含盐 属(Halobacterium)、盐深红菌属(Halorubrum)、富盐 量高达15%时对酚的去除率依然在99%左右。M. 菌属(HMoferax)、盐盒菌属(Haloarcula)、盐球菌属 (Halococcus)、嗜盐碱杆菌属(Natronobacterium)、嗜 究发现,在高盐环境下生物活性和有机物去除率均 盐碱球菌属(Natronocoecus)LTIo g/L、 有提高,TOC去除率在NaCl含量为0g/L、10 1.2嗜盐机理 嗜盐菌之所以能够在高盐环境中生长,是因为 在高盐度环境中,微生物生长没有受到抑制相反促 嗜盐菌具有特殊的生理结构和细胞中所含的特殊物 进了一些嗜盐细菌的生长,使反应器内微生物浓度 质使之能耐盐生长。在嗜盐菌的细胞内具有基本上 增加,提高了有机物的降解率。 和细胞外相等的离子浓度,这样可以抵抗胞外高盐 2.1.2盐度对生物处理系统脱氮效率的影响 ’溶液对细胞的脱水作用。另外,嗜盐菌具有浓缩 目前关于盐度对处理系统脱氮效果影响的报导 K+和排斥Na+的能力,因此在Na+占优势的高盐 已有不少。研究表明,在一定盐度范围内,经过适当 环境中也不会有过多的Na+进人细胞;而且在嗜盐 驯化的污泥能够有效地进行硝化和反硝化作用将废 菌的生理活性中K+比Na+更重要,因此嗜盐菌在高 水中的含氮化合物去除。当超过一定的盐度时,系 盐环境中能保持细胞结构稳定并能很好地生存。 统的去除率明显下降。 嗜盐菌细胞膜上具有一些特殊的、成六面格子 王静等人¨41采用完全混合活性污泥法研究了 的紫色斑块,称为紫膜。紫膜主要以细菌视紫质为 海水盐度对氨氮去除率的影响。研究结果表明,污 代表的一类视黄醛蛋白组成,是一个功能稳定的光 水中海水比例占12%时,对氨氮去除率影响不大; 能转换器。细菌视紫质在光照下能不断地从细胞膜 海水比例达到36%时,氨氮去除率明显降低。Cam- 内侧吸收质子并将其排出,使细胞膜内外形成质子 pos等人¨51采用活性污泥法对高氨氮高盐度废水的 梯度,为细胞浓缩K+和排出Na+、吸收营养物质提 硝化过程进行了研究。研究表明,当进水含盐浓度 供能量,满足嗜盐菌正常的生理需求旧J。 为30∥L时,转化率接近于100%;如果将盐度进一 嗜盐菌还积累或产生一些能使细胞内外渗透压 步提高,硝化程度将会明显降低。Dincer等¨刮采用 维持平衡又有助于细胞正常新陈代谢的兼容性物 活性污泥法对含盐废水硝化过程动力学进行了研 质。除此之外,嗜盐菌普遍能合成糖、氨基酸等,以 究:试验结果表明盐度对硝化过程的抑制属于非竞 调节渗透压,维持细胞在高盐环境下正常地进行代 争性抑制。随着盐度增高,硝化反应速率逐渐降低; 谢活动‘91。 与无盐条件下的硝化反应速率相比,含盐浓度为50 .80. 万方数据 第33卷第9期 VoL33N“9 郭艳丽等·嗜盐菌与高盐度废水生物处理研究进展 2008年9月 sep.2008 g/L时硝化反应速率降低20%。 生动物,如纤毛虫中的裂口虫和漫游虫;裂口虫和漫 这可能与硝化菌对盐度比较敏感有关;并且硝 游虫在高盐度工业废水处理系统中具有明显的水质 化菌世代时间较长,在短时间内能够适应高盐环境 指示作用,当它们在活性污泥中出现时处理效果好, 的硝化菌不会大量增殖,处理系统中活性高的硝化 出水澄清度高;由于裂口虫以捕食游离细菌和摄取 菌数量少而导致氨氮去除率降低。 可溶性有机物为主,并能分泌勃液使细菌活化,促使 2.1.3 盐度对生物处理系统除磷效果的影响 细菌絮凝,所以它们对于污泥中菌胶团的形成、活性 国内外关于高盐条件下生物除磷的研究报导不 污泥的沉淀性能以及出水水质都具有重要作用。 多,从已有的报导来看,高盐环境下的除磷效果并不 2.2.2污泥驯化前后优势茵属的变化 理想。Nugul 由于各种微生物对盐的耐受程度不同,一些微 intrasungkha等¨叫采用SBR反应器研 究了海产品加工废水的脱氮除磷效果,结果显示,当 生物能够适应高盐环境而大量繁殖成为优势菌种, 盐度水平在0.03%一0.2%NaCI范围内时,除磷效有些不能适应的种类逐渐减少甚至被淘汰。 果较好,但当盐度在0.5%NaCI时,生物除磷比较困 刘正旧。在含NaCI的氯丁橡胶废水生物处理试 难。 验中,对驯化后的微生物进行分离,其优势菌种为假 Panswad等人【1副采用A2/0工艺研究了高盐度单胞杆菌,其数量占总菌数量的80%以上。而处理 对废水中有机物、氮、磷等污染物去除的影响。试验 不含盐的氯丁橡胶废水系统的菌种主要是细菌和真 采用两组平行运行的反应器,其中一组反应器中接种 菌,这表明微生物在含盐废水的驯化过程中,优势菌 的污泥在含盐环境中经过驯化,而另一组反应器中的 属发生较大的变化,分离出的优势菌种可以在更高 污泥未经过驯化;当NaCl浓度从0g/L增加为30g/ 的含盐浓度下生长。 L时,PO:+一P的去除率分别从48%降到36%(污泥何健等闺1以某化工厂苯乙酸车间酸化废水的 未驯化)与10%(污泥经过驯化)。Abu—ghararah稀释水作为试验用水,通过逐步提高盐浓度的方法 等L1州的研究结果表明,在含盐浓度很低时,生物除磷 使耐盐能力较强的菌群得到增殖而成为优势菌。反 效果即会明显下降;在其研究中,无盐条件下PO:+一 应器中污泥在经过高盐度驯化后,污泥中优势菌主 P的去除率达到82%,当含盐浓度为4g/L时,PO:+ 一P的去除率降到25%。 sp.,编号为P1)、邻单胞菌属(Plesiomonassp.,编号 -含盐环境中系统的除磷效率明显下降,可能是 为PLI)、假单胞菌属(Pseudomonassp.,编号为 由于聚磷菌比碳氧化菌和硝化菌对盐度更敏感。在 P2)。在处理系统受到高浓度盐份冲击后,原有的 含盐环境中,盐度在聚磷菌细胞内累积,盐度在细胞 三种优势菌并没有立即消失,而是呈逐渐下降到非 内聚集到一定程度导致了细胞渗透压的显著增加, 优势菌的趋势;同时污泥中另外两种细菌经初步鉴 减小了细胞的聚磷能力进而引起磷去除率的降低。 定为节细菌属、假单胞菌属,并且数量逐步增加。 2.2盐度对生物处理系统的影响 2.2.3 盐度对污泥沉降性能的影响 常规活性污泥在含盐环境中经过驯化后,污泥 国内外关于无机盐对污泥沉降性能影响的报导 中的微生物相、优势菌种和污泥沉降性能均发生变 很不一致。一些研究认为盐度的增加有利于污泥沉 化。 降,而有些研究得出相反的结论。 .,一 2.2.1 盐度对处理系统微生物相的影响 张雨山等041研究了海水盐度对污泥沉降性能 ‘李玲玲∞1研究发现:污泥在含盐环境驯化初期 的影响,研究结果表明盐度提高有利于增加污泥的 中,污泥中仍有大量原生动物存在,尤其是钟虫数量 沉降性能。随着盐度的提高,污泥的沉降性能越来 较多;而后生动物因对含盐环境无法适应,在处理系 越好,污泥容积指数逐渐降低,污泥出现膨胀的SVI 统中消失。随着盐度进一步提高,污泥中原生动物 临界点显著降低。刘长青等【2纠采用SBR工艺就添 数量和种类都在明显减少,镜检观察到的原生动物 加海水改善生物处理系统污泥沉降的影响进行了研 主要是小口钟虫。小口钟虫在驯化过程中已具有了 究并测两组试验的污泥沉降比:不加海水的一组污 耐盐能力,在氯化钠浓度为35g/L的环境中,也观 泥沉降比为86%,添加海水的一组污泥沉降比为 察到小口钟虫的存在。 34%。对各组反应后的污泥镜检发现,不添加海水 杨健旧川等人对活性污泥处理系统驯化前后的 的一组反应完毕后污泥中存在大量丝状菌,丝状菌 生物相进行观察,发现驯化后污泥中钟虫、盾纤虫和 的菌丝细长,缠绕在污泥颗粒之间,使污泥的结构松 丝状细菌均已消失,可能因为这些微生物对盐度的 散;而添加海水的一组丝状菌数量明显减少,丝状菌 提高无法适应所致。但驯化后污泥中仍存在少量原 的菌丝变短,活性污泥结构密实呈小的团块状,因此 ·81· 万方数据 第33卷第9期 VoL33Nn9 郭艳丽等·嗜盐菌与高盐度废水生物处理研究进展 2008年9月 Sep.2008 在处理系统中添加海水可以显著改善活性污泥的沉 的混合污泥为菌种研究了含盐废水生物降解的经验 降性能。 模型。试验结果表明,COD去除率随A/Q(盘表面 另外一些研究认为污泥在高盐度环境中沉降性 秽进水流量)的增加而增加,随进水COD和盐浓度 能会变差。如何健Ⅲ1在耐盐污泥驯化过程中,发现 的增加而减少。系统对A/Q、进水COD比对盐浓度 污泥的SVI值逐渐增大,污泥在无盐条件下的SVI 更敏感。系统A/Q值大能够处理高强度(初始COD 值约为20mL/g,但在含盐浓度为45g/L的环境中, 为5ks/m3)和高含盐量(盐质量分数为5%)的废 SVI值达到70 mL/g。 水.去除率大于90%。 污泥在高盐环境中沉降性能的研究结果存在较 魏呐【3副有针对性地从长期被石油开采及炼油 大差异,可能是由于所研究废水成分、污泥种类及驯 废水污染的土壤底泥及深井油泥中进行菌种筛选。 化方法不同等因素造成的。在高盐环境中,既存在 筛选出5种优势菌,对高含盐石油废水进行处理,在 有利于污泥沉降的因素,盐度可以增加电荷强度,增 废水的氯离子含量为20g/L一36g/L、COD浓度 强污泥的絮凝性;又存在一些对污泥沉降不利的因 l 600 000 mg/L一4 mg/L范围内,高含盐量对耐盐 素,如盐度增加了废水的密度,使悬浮物的浮力增 复合高效微生物无明显抑制作用,结合物化处理方 加,不利于污泥沉降,并且由于高盐的物理性质,使 法COD去除率稳定在90%左右,处理后废水达到 系统分散性增高,这种高分散体系会造成活性污泥 二级排放标准。 沉降性能下降。 3结论与展望 2.3嗜盐菌在高盐废水生物处理中的应用 污泥在含盐环境中经过适当的驯化可以适应高 综上所述,虽然盐度对生物处理系统有机污染 盐环境,但是污泥驯化所需的时间过长而且有些污 物的降解效率、脱氮效率和除磷效果等均有不同程 泥能耐受的盐度范围是有限的。盐田、盐湖中有丰 度的影响,且不同的专家可能因实验条件的不同得 富的嗜盐微生物,利用嗜盐微生物处理高盐废水是 出了不同的结论,但多数专家认为一些特殊微生物 一种快速有效的方法,国内外已有关于这方面的报 在高盐环境中仍能有效的降解污染物,因此利用生 导,而且取得了较好的效果。 物法处理高盐度废水技术上是可行的。我们认为今 Woolard CR旧7。圳利用从美国大盐湖中分离出 后应重点以下方面的研究: 的嗜盐菌处理盐度为I%一15%的含酚废水。研究 (1)鉴于中国有着广阔的盐土和盐水资源,嗜 结果表明,酚的去除率达到99%.出水悬浮固体质 盐微生物资源十分丰富,我们应充分利用这一资源 量浓度约50-,,g/L,低于普通污泥处理的含盐废水 从环境中筛选和分离出嗜盐微生物,并应用分子生 出水的悬浮固体;当盐度从1%突变到15%时,处理 物学方法进行鉴定分类;筛选有效菌经过适当的驯 系统仍能对酚进行稳定有效地去除.这可能与反应 化,应用于净化高盐度废水的实践中。 器中同时存在耐盐微生物与嗜盐微生物有关。 (2)嗜盐菌的降盐机理研究仍将是高盐度废水 G.T.Shin等Ⅲ1用酵母菌处理泡菜生产废水, 处理的研究热点,如何利用耐盐菌的降盐机理,并结 48 000 h后可以完全除去废水的酸度,BOD由ll 合合适的构筑物处理实际的高含盐工业废水,还需 200 mg/L降到3mg/L,去除率为70%。M.H. 进一步的研究和探讨。 Choi等m1用耐高渗透压酵母菌Pichiaguilliermondii (3)研究证明高盐环境下含氮化合物的去除率 210 A9处理泡菜生产废水,24h后废水BOD,由l 降低,如何提高高盐环境下含氮化合物的去除率是 mg/L降到120mg/L,去除率达到90%;NaCI质量 今后研究的关键,可以利用固定化微生物技术开展 分数为10%时,A9的生长没有受到抑制。 耐盐脱氮微生物制剂的研制,将其直接加人反应器 B.M.Peyton等旧¨将五种不同的嗜盐菌放在含 中实现快速、高效的脱氮目的。 盐质量分数10%以酚为培养基的介质中培养。这 五种菌都能将50 mg/L的酚降解到2mg/L。其中 参考文献: 一种菌能降解初始质量浓度为320mg/L的酚溶液。 [1]杨蕴哲,杨卫身,杨凤林,等.电化学法处理高含盐 动力学分析表明:酚降解与酚浓度成零级关系,污泥 增长量与污泥浓度成一级关系。初始酚质量浓度为 178—181. 50mg/L时,它们的污泥比增长速率在O.22—0.32 G.Electrochemicaloxidationof2 M,Cerisola [2]Panizza active h~,与非嗜盐菌降解酚的污泥比增长速率近似。 withinsitu chlorine[J], 一naphthol eleetrogenerated EleetroehimicaActa,2003,鹌(I1):1515—1519. F.Kargi¨刮在生物转盘中,以嗜盐菌和活性污泥 ·82· 万方数据 第33卷第9期 VoL33No.9 郭艳丽等-嗜盐菌与高盐度废水生物处理研究进展 2008年9月 Sep.2008 [3]李耀辰,鲍建国,周旋.高盐度有机废水对生物处理 wastewateronananaerobic/anoxic/aerobiewithand process withoutinocalationofchlorideacchmated 系统的影响研究进展[J].环境科学与技术,2006,29(6):109 8eed8[J].Wat.Res, —112. 1999,33(5):1165—1172. in andsoluteconcentra· nutrient [4]Kushner,DJ.Lifehi#salt ZH,SherrardJH.Biological [19]Abu一#ar岫h lifeinextrem removalin flora,in“Microbialenvironments”[J].Acdemichighsalinity Press,London,1978:317—368. 1993。28:599—613. [5]刘会强,张立丰,韩彬,等.嗜盐菌的研究新进展 [20]李玲玲.高盐庹废水生物处理特性研究[D].中国 [J].新疆师范大学学报,2005。24(3):84—88. 海洋大学博士论文,2006. [6]张锐,曾润颖.极端微生物产碱性蛋白酶菌株的筛 [21]杨健,郭长虹.废水中高浓度钠盐对活性污泥系统 选及发酵条件研究[J].微生物学通报,2001,28(4):5-9.的影响[J].污染防治技术,1998,11(4):199—202. [7]王振雄,徐毅,周培瑾.嗜盐碱古生菌新种的系统分 [22]刘正.高浓度含盐废水生物处理技术[J].化工环 类学研究[J].微生物学报,2000,40(2):115—120..保,2004,24(增刊):209—211. [8]陶卫平.嗜盐菌的嗜盐机理[J].生物学通报,1996,[23]何健。等.含盐工业废水生化处理酎盐污泥驯化及 31(1):23-24. 其机制[J].中国环境科学,2002,22(6):546—550. 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