盐度驱动微藻-细菌颗粒的演变：解锁营养盐去除、微生物协同与生物质潜力

为解决虾养殖废水的高盐度抑制微生物活性及传统处理方法成本高的问题，研究人员开展了盐度对微藻-细菌颗粒（MBG）系统处理效能影响的研究。结果表明，MBG在15‰盐度下仍能维持高效的NH4+-N（71%）和TP（98%）去除率，微生物群落发生适应性演替，生物质组分中碳水化合物显著积累。该研究为低成本处理高盐废水提供了技术支撑，对可持续水产养殖发展具有重要意义。

　　

随着全球对虾类消费需求的持续增长，集约化养殖产业迅猛发展，年均产量已达560万公吨。然而虾养殖废水含有5-35‰的盐度、高浓度有机物和营养盐，若直接排放易引发水体富营养化。更棘手的是，高盐环境会显著抑制微生物活性，尤其是对氮磷去除效率造成严重制约。虽然物化处理方法见效快，但存在成本高、易产生二次污染等问题。在此背景下，微藻-细菌颗粒（Microalgal-Bacterial Granule, MBG）技术因其具有高效去除污染物、耐受环境胁迫、降低曝气能耗以及易于生物质回收等优势，成为处理含盐废水的新兴解决方案。

为探究MBG系统在中等盐度下的性能表现，来自胡志明市理工大学的研究团队在《Environmental Technology》发表了创新性研究。他们通过平行运行四个光生物反应器（PBR），在无曝气、无pH调节、自然光照的低成本条件下，系统考察了0‰、5‰、10‰和15‰盐度对MBG处理效能、生物质组分及微生物群落的影响。

研究采用的主要技术方法包括：搭建四组并联光生物反应器系统，采用批次运行模式（HRT为48小时）；使用成熟MBG作为接种污泥，配制模拟虾养殖废水；通过标准方法监测水质参数（NH₄⁺-N、NO₂^--N、NO₃^--N、TP）和生物质特性（MLSS、MLVSS、叶绿素a、EPS）；采用凯氏定氮法、酚硫酸法和Bligh-Dyer法分别测定蛋白质、碳水化合物和脂质含量；应用宏基因组测序（DNBSeq-G99平台）和QIIME2分析平台解析微生物群落结构。

3.1. Effect of salinity on nutrient removal performance

3.1.1. Nitrogen removal performance

研究结果显示，MBG系统的氨氮去除效率随盐度升高而提升，在15‰盐度时达到71.1±18.8%，显著高于对照组的60.8%。然而氨氮去除速率在盐度条件下有所下降，表明盐度对微生物代谢活性产生了一定抑制。值得注意的是，亚硝酸盐（NO₂^--N）在运行初期出现积累现象，且盐度越高积累持续时间越长，这反映了硝化细菌（NOB）对盐度胁迫需要适应期。通过微生物群落分析发现，盐度升高导致Cyanophyceae_unclassified等光养微生物丰度下降，而具有耐盐特性的异养硝化菌Sphingopyxis和硝化杆菌Nitrobacter显著富集，这种微生物演替是维持系统脱氮性能的关键。

3.1.2. Phosphorus removal performance

盐度对磷去除效果呈现明显的正向促进作用，总磷去除效率从对照组的28.9%显著提升至15‰盐度下的98.0%。去除速率也从1.64 mgTP/gVSS增至3.97 mgTP/gVSS。微生物分析表明，聚磷菌Rhodocyclales_unclassified和Sphingopyxis在高盐条件下丰度显著增加，这些耐盐菌群通过强化磷的 assimilation（同化作用）和 accumulation（积累）过程，共同促成了系统除磷性能的提升。

3.2. Effect of salinity on biomass component

盐度对MBG生物质组分产生规律性影响：蛋白质含量在5‰盐度时最高（42.99%），随后随盐度升高而下降；碳水化合物含量则随盐度增加而持续上升，在15‰时达到32.33%，这与微生物为调节渗透压而分泌更多胞外聚合物（EPS）密切相关；脂质含量变化不显著，表明中等盐度不足以诱导脂质大量积累。这些发现为MBG生物质的资源化利用方向提供了重要依据，高碳水化合物含量暗示其在生物燃料生产领域的应用潜力。

3.3. Effect of salinity on microbial community

微生物多样性分析（Shannon指数）显示，中低盐度（5-10‰）下物种丰富度降低，而在15‰盐度下多样性反而回升。Beta多样性分析表明不同盐度下的群落结构存在明显分异。在门水平上，Actinomycetota（放线菌门）在中等盐度下占主导，而Pseudomonadota（变形菌门）在15‰盐度下显著富集。属水平上，Nitrobacter、Sphingopyxis和Rhodocyclales等耐盐功能菌群随盐度增加而丰度上升，而Sphingomonas、Cyanophyceae_unclassified和Bacteria_unclassified等盐敏感类群则呈现下降趋势。这种群落结构的适应性变化是MBG系统维持高处理性能的微生物学基础。

该研究通过多角度验证了MBG系统在高达15‰盐度下仍能维持优异的污染物去除性能，并揭示了盐度驱动下的微生物群落演替规律及生物质组分变化特征。研究结果证明MBG技术是一种适合处理虾养殖废水的低成本、高效率解决方案，无需额外曝气和人工照明，大大降低了运营成本。更重要的是，该研究为MBG系统在盐水环境中的微生物响应机制提供了深入见解，对推动水产养殖废水处理的可持续发展具有重要意义。随着循环经济理念的深入推广，这种将废水处理与资源回收相结合的技术模式有望成为未来环境治理的重要方向。