高盐胁迫下硫化物自养反硝化(SAD)系统的氮去除阈值行为及谷氨酸强化恢复机制研究

针对高盐度(>2% wt)含氮废水处理难题，本研究探究了硫化物自养反硝化(SAD)系统在梯度盐胁迫下的性能演变规律。研究发现系统在2.57%盐度下保持99.82%脱氮效率，5.14%盐度时崩溃，而1 mmol/L谷氨酸(Glu)可恢复60.56%性能。通过微生物组分析揭示盐耐受机制涉及Proteobacteria富集、Na+调控及抗氧化补偿，为高盐废水生物处理提供新策略。

　　

随着水产养殖、食品加工等行业排放的高盐含氮废水日益增多，传统生物脱氮技术面临严峻挑战。当盐度超过2% wt时，亚硝酸盐氧化菌(NOB)活性受抑，异养反硝化效率从99%骤降至71.9%。更棘手的是，积累的亚硝酸盐对微生物具有更强毒性，极易导致系统崩溃。在此背景下，无需有机碳源的硫化物自养反硝化(SAD)技术因其"双污染物同步去除"特性备受关注。虽然短期实验显示SAD在1%盐度下能维持100%脱氮效率，但长期高盐(>2% wt)环境引发的离子毒性和渗透胁迫仍是悬而未决的难题。

为攻克这一瓶颈，浙江大学团队在《Bioresource Technology》发表研究，通过UASB反应器模拟梯度盐胁迫(0-5.14% wt)，结合微生物组学分析，系统阐释了SAD系统的盐耐受阈值及恢复策略。研究采用宏基因组测序、活性氧(ROS)检测、微生物网络分析等技术，重点考察了谷氨酸(Glu)对崩溃系统的修复作用。

SAD反应器系统性能演变
在无盐阶段(Phase I)，系统保持95.76-100%亚硝酸盐去除率。盐度升至2.57% wt(Phase III)时仍维持99.82%高效脱氮，归因于Proteobacteria(相对丰度增加12.7%)和Campilobacterota的富集。当盐度达3.86% wt(Phase IV)，脱氮效率暴跌至35.42%，5.14% wt(Phase V)时完全崩溃，电镜显示细胞破裂伴随ROS激增3.8倍。

谷氨酸的修复机制
添加1 mmol/L Glu使系统恢复60.56%性能。机理研究表明：Glu通过三羧酸循环促进ATP合成，缓解Na⁺/K⁺-ATP酶能量短缺；同时降低ROS水平42.3%，修复DNA氧化损伤。微生物网络分析显示Glu增强了Sulfurovum与Thiobacillus的共生关系，促进电子传递链重构。

盐胁迫的双重作用
研究首次量化了渗透压与离子毒性的贡献度：盐度<3% wt时以渗透胁迫为主，通过相容性溶质积累可逆调节；>3% wt后Na⁺内流引发的离子毒性占主导，导致膜脂过氧化和酶失活。

该研究不仅明确了SAD系统的盐耐受阈值(2.57% wt)和崩溃临界点(5.14% wt)，更创新性地提出Glu介导的"代谢-抗氧化"协同修复机制。实践层面，1 mmol/L Glu的干预方案可使处理成本降低17.6%，为高盐废水处理工艺优化提供理论依据。理论层面，揭示的Proteobacteria盐适应策略为极端环境微生物研究开辟新视角。这些发现对推动"双碳"目标下的废水处理技术革新具有重要价值。