盐胁迫对微生物活性的影响及活性测定方法

1、 盐胁迫是高盐度(K+、Na+等)对微生物造成的一种胁迫作用，这种胁迫作用通常表现为对微生物生长及其生物活性的影响。研究表明，低含盐量有利于微生物的生长，高盐度则会抑制非耐盐微生物的生理活动。 沿海城市海水冲厕等应用的推广，使生活污水含盐量升高，冲厕污水经排水管网进入城市污水处理厂，最后在生化池中对活性污泥中的微生物形成盐胁迫。目前我国大部分城市的污水处理工艺采用的是多种形式的活性污泥法，因此研究盐胁迫对微生物活性生长的影响，可为以活性污泥为核心的城市污水处理提供理论依据。 城市污水处理生物过程主要发生在生化池中。生物处理（biological treatment）利用生物即细菌、霉菌或原生动

2、物的代谢作用处理污水，分为好氧性处理和厌氧性处理。 目前城市污水的生物处理法主要有A2/O传统曝气法和氧化沟法，污水处理中A2/O工艺由厌氧池、好氧池以及缺氧池三部分串联组成，能将污水的氮、磷元素同时去除。 盐度入侵改变微生物的胞外渗透压，影响微生物代谢活性和系统对污染物的降解能力，造成功能性微生物的活性损失，干扰正常污水的处理。 在连续流中模拟盐度入侵对污染物的去除影响发现，盐度升至13g/L，COD去除率降至80%，氨氮去除率降至90%，TN去除率降至50%。TP去除的最好效果只能达到50%，且极不稳定。 Uygur等在SBR配水实验中，发现高盐度污水对COD、氨氮和磷去除速率有抑制作用。

3、 无机盐类物质在微生物生长过程中起酶促反应、维持和调节膜两侧渗透压平衡的作用，适当浓度的无机盐有利于微生物的代谢，但过量却会使其丧失活性。 无机盐参与微生物代谢酶的合成，在三磷酸腺苷(ATP)的合成过程中微生物也需要一定的Na+，所以低浓度的钠盐是必要的。 Kargi等研究发现当水环境中盐浓度大于10 g/L时，会造成微生物细胞发生质壁分离或细胞失活现象。 祝贵兵等在研究海水含盐量对活性污泥微生物影响中，发现含盐量为5 g/L 的污水中，相对于无盐环境，微生物生理活性明显更高，但盐度过高，则会对微生物的生长产生抑制作用。 其主要原因在于：盐度过高，微生物所处细胞外界环境渗透压高，使细胞脱水，引

4、起细胞壁与原生质分离；在盐度高的情况下，盐析作用还会使脱氢酶活性降低，使微生物失活。 活性污泥主要由微生物群体、难降解的有机物、各种无机物以及微生物内源代谢物和自身氧化的残留物组成。其中生物过程处理污水主要利用生物降解机制，去除有机物和进行脱氮除磷工艺。这些功能菌主要有参与有机物代谢的异养型微生物如好氧细菌、厌氧细菌和兼性细菌，生物脱氮过程中的氨化细菌、硝化细菌和反硝化细菌以及除磷过程中的聚磷菌。 目前生物除磷技术主要运用反硝化聚磷菌（DPAO）作为优势菌种，该类微生物能够利用O2、NO2或NO3-作为电子受体进行吸磷，并以聚合磷酸盐的形式储存在细胞内，同时NO3-被还原为N2。 无机盐类在微

5、生物的生长过程中起酶促反应、调节渗透压和维持膜平衡等作用，但是过高的盐浓度会使微生物的形态和理化性质发生改变，抑制微生物的生长代谢。 盐胁迫下好氧颗粒污泥微生物体内Na+含量随着盐浓度增加而下降，而好氧颗粒污泥微生物体内K+和Ca2+含量随着盐浓度增加呈现上升趋势，Na+、K+、Ca2+含量在含盐量低于10 g/L时变化幅度都不大，盐浓度大于10 g/L时，产生明显变化。盐胁迫对微生物生长的影响盐胁迫对微生物生长的影响 微生物通过吸K+排Na+机制提高微生物的耐盐性，Na+主要通过钠钾泵和Na+/H+逆向运输蛋白来降低胞内Na+浓度，K+主要涉及钠钾泵和 K+通道，以及一些耐盐微生物特殊的膜蛋

6、白结构，在吸K+排Na+方面有重要作用，可使胞内K+浓度上升。Ca2+在耐盐方面的作用与Ca2+维持细胞膜的稳定性、降低通透性、保持完整性和 Ca2+激活相关酶的活性有关，Ca2+作为第二信使参与盐胁迫信号传递，调节微生物体内生理生化反应，进而表现出耐盐效应。 研究还发现盐度对好氧微生物好氧微生物的呼吸抑制较强。 在不同盐浓度下好氧微生物在基因水平上发生改变和演替，特别是在盐胁迫下，正常情况下的优势菌群已难以生存，盐胁迫对嗜盐菌群有明显的选择作用，对盐浓度敏感的菌群不再适应高盐环境。低盐下的优势菌群有的在高盐浓度下数量减少，甚至消失，但一些菌群在高盐条件下通过适应性机制发展成为优势菌群。 好氧

7、微生物在不同盐浓度下种群丰富，结构复杂。低盐和高盐下的优势菌种存在差异，种群结构和数量都存在一定的变化。 盐胁迫对微生物群落的影响盐胁迫对微生物群落的影响 好氧微生物种群在不同盐浓度下更替明显。 红环菌科(Rhodocyclaceae)、黄杆菌属(Flavobacterium)、动胶菌属(Zoogloea)、不动杆菌属(Acinetobacter)和亚硝化细菌(Ammonia-oxidizing bacterium)是低盐下优势菌属。放线菌属(Actinobacterium)、-变形菌(Betaproteoba-cterium)、链霉菌(Streptomyces)、厌氧菌(Anaerobic-

8、 bacterium)、嗜冷杆菌(Psychrobacter)和芽孢杆菌属(Bacillus)属于高盐下优势菌属。 噬氢菌属(Hydrogenophaga)和棒状杆菌属(Coryne-bacterium)在整个盐胁迫过程中都是优势菌属，对环境适应能力强，具有很强的耐盐特性。微生物活性的测定方法pH值法 通过检测活性污泥系统pH值的变化，采用最小二乘法得出OH-的减小速率(OH-)，换算为单位微生物单位时间内呼出CO2的量(CO2)，用CO2来表征污泥的活性，这种方法基于微生物的呼吸作用，受水质等外界因素干扰小，测定仪器便于携带，是一种适合现场检测污泥活性的快捷、可靠的方法。 监测期间，pH值在

9、89之间，碳酸平衡体系中HCO3-占95.3%97.4%，所以基本上为一级电离。将监测的pH换算为反应器中OH-，从而由OH-的变化情况反映出微生物菌群呼吸作用产生的CO2的量，进而反映污泥的活性。 具体操作步骤如下： 调节泥水的体积比，添加营养物使初始COD为1500mg/L，曝气20min,使污泥充分吸附营养物，然后向混合液中投加氢氧化钙粉末。 少量多次，每次投加微量氢氧化钙粉末后充分搅拌，然后测其pH值。 当pH值稳定在9左右时，停止投加，充分搅拌后继续曝气。观测pH值上升到一个最大值后，并有下降的趋势时开始记录。 以后每隔5min记录一次，直到pH值不再下降为止。重复以上步骤，做其它泥

10、样。TTC-脱氢酶活性法 乳酸脱氢酶(LDH)是一种存在于细胞质内的物质，通过检测胞外溶液中的LDH活性，可以间接反映在不同盐度产生的渗透压下，细胞膜的相对破损程度。脱氢酶是一类能够激活某些特殊氢原子的蛋白质，使底物发生氧化。在氧化过程中,脱氢酶参与有机物的降解和能量的获取。生物体的脱氢酶活性(dehyd-zogenase activitiy,DHA)在很大程度上反映生物体的活性，而且直接表示生物细胞对其基质降解能力的强弱。 用TTC(三苯基四唑化氯)作为氢的人工受体测定脱氢酶的活性能很好地反映活性污泥的氧化能力。 通过TTC-脱氢酶活性法测定污水厂污泥活性发现，用脱氢酶活性(TF)作为反映污

11、泥微生物活性的指标，测定简便,灵敏可靠,适用于污水处理厂的日常工作。 当TTC被引入电子得失的反应链中后,由于与核黄素相连的脱氢酶向细胞色素的氢的转移机制将由 TTC代替（Ecken felder等发现于1988年）,还原后的TTC形成一种为TF的红 色物质,该物质可从细胞中提取出来 并由比色法定量测定其浓度。当环 境因素诸如温度和pH值等都不变的 条件下,TF形成的越多表明微生物的 活性越大,反应式如图所示。 f(MLVSS/MLSS)值法 f即MLVSS/MLSS比值。需要测定如下几个值： 污泥浓度（MLSS）的测定。 挥发性污泥浓度（MLVSS）的测定。 求出的比值f，即污泥浓度与挥发性

12、污泥浓度的比值。污水盐度升至最适值，f值逐渐增大，说明微生物活性强；超过最适值后，f值减小，说明微生物活性降低。SOUR值法 SOUR值是指单位时间内微生物消耗的溶解氧量，用来表示系统中微生物的代谢活性，该指标易受基质的可生化性、毒物浓度（如污水盐度）等多种运行条件的影响,同时与处理系统的温度、负荷、污泥龄等环境条件及运行参数有关。 SOUR可表征A2/O系统有机物降解效率，常规SOUR介于7.113.3mg02/g MLSSh，含硝化和亚硝化过程的硝化SOUR常规范围在0.882.95 mg 02/g MLSSh之间。处理系统在遭受盐胁迫时，污泥SOUR 会突然下降，因此SOUR可监测进水中

13、是否含盐度过高,并为之做出灵敏的早期警报。 耗氧速率的测定是通过直接测定系统中最终受氢体，即溶解氧（DO）的消耗速率得到。测定方法一般采用分批试验法，分为密闭间歇曝气和连续曝气，最常用的是密闭间歇曝气法，试验装置见图4。FISH和live/dead分析方法 通过综合多种检测方法分析盐度对硝化菌活性的影响，可用FISH和live/dead细胞染色的分析方法测定微生物活性。 原理：live/dead细胞的检测是利用PI和DAPI对于双链DNA染色的特点，不同盐度冲击后，分别针对活性污泥的衰亡细胞和总细胞进行染色，使用荧光显微镜进行观察，每个样品观察20个视野。通过Image-pro plus软件分

14、析各类细菌占相应视野面积的比值，利用相对面积法，计算活细菌在总细菌中的比例。 用该方法测定发现在盐度水平(0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、3.0%)定量化的情况下，盐度从0.08%上升到1.5%时，AOB和NOB细胞的活性损失率分别为77.24%和74.37%；盐度继续升至3.0%时，其活性损失率分别为81.14%和83.25%。AOB/NOB的细胞衰亡率随着盐度从0.08%上升到3.0%，而逐渐从8.96%升高到 62.58%。 盐胁迫（NaCl）能够在短时间内抑制污水处理系统中的高等微生物活性,使其停止捕食活动,出现收缩和脱水现象，其原因是高等微生物对高渗透压的低耐受性。当盐度大于某一阈值时，盐胁迫就会抑制水中微生物的生长代谢，严重时会造成微生物因胞外渗透压过高而脱水死亡。 通过微生物活性各项指标的联合测定，可以准确反映微生物在污水中的生存状态，进而反馈生化池中污水处理工艺的运行状况。微生物活性测定的工程意