藻菌颗粒污泥系统处理高盐N-甲基吡咯烷酮废水的保护策略与自适应机制研究

针对高盐废水处理中微生物活性受抑制的难题，研究人员通过构建藻菌颗粒污泥（ABGS）系统，探究其在2%盐度下对N-甲基吡咯烷酮（NMP）的强化去除机制。结果表明，ABGS系统NMP去除率达80.9±5.6%，显著高于厌氧污泥系统（56.7±9.6%），其关键机制为胞外聚合物（EPS）形成的保护层及功能微生物（如Pseudomonas）的富集。该研究为高盐工业废水处理提供了低碳高效的生物解决方案。

　　

随着新能源电动汽车产业的快速发展，锂离子电池生产及回收过程中产生的高盐度N-甲基吡咯烷酮（NMP）废水对生态环境和人类健康构成严重威胁。传统物理化学处理方法成本高昂且易造成二次污染，而生物处理技术在高盐环境下常因微生物活性受抑制而效率低下。针对这一难题，中国的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表了一项创新研究，通过构建藻菌颗粒污泥（ABGS）系统，揭示了其在处理高盐NMP废水中的保护策略与自适应机制。

研究团队采用Chlorella sorokinana与厌氧污泥（AS）共培养构建ABGS系统，通过监测藻类生理响应、EPS分泌及微生物群落动态，结合基因功能预测分析，系统评估了ABGS在2%盐度及200 mg·L^-1·d^-1 NMP负荷下的性能。

主要技术方法

1. ABGS系统构建：将Chlorella sorokinana接种至AS中，模拟高盐（0.5%-3%）及NMP胁迫环境；
2. 生理参数监测：通过藻类光密度（OD₆₈₀）、叶绿素含量及光合效率（Fv/Fm、Y(II)）评估盐适应能力；
3. EPS组分分析：采用三维荧光光谱解析多糖（PS）与蛋白质（PN）在盐胁迫下的作用；
4. 宏基因组学：通过功能基因预测（如KEGG通路）揭示NMP降解与盐耐受机制。

研究结果

1. 藻类生理响应：盐度升至3%时，Chlorella的OD₆₈₀与Fv/Fm经7天适应后恢复，表明其具备自我调节能力；
2. NMP去除效能：ABGS系统在2%盐度下NMP去除率较AS系统提高24.2%，且颗粒结构未解体；
3. EPS保护机制：盐胁迫显著刺激EPS分泌，其中LB-EPS（松散型EPS）和TB-EPS（紧密型EPS）的多糖占比分别达65.2%和58.7%，形成物理屏障；
4. 微生物群落：功能菌属（如Pseudomonas、Lentimicrobium）在ABGS中富集，而耐盐菌Fusibacter未显著增加，表明系统依赖EPS而非菌种替换适应高盐；
5. 基因水平证据：ABGS中氮代谢（narG、nirK）和NMP降解基因（如加氧酶基因）表达上调，与去除效率正相关。

结论与意义
该研究首次提出ABGS系统通过“EPS保护层+功能微生物协同”的双重机制抵抗高盐胁迫：藻类光合作用提供溶解氧促进NMP降解，同时诱导的EPS（尤其是多糖）作为缓冲层减少盐分渗透。这一发现不仅为高盐工业废水处理提供了低碳路径（无需持续添加相容性溶质），还揭示了藻菌互作在环境胁迫下的新型适应策略。未来研究可进一步优化ABGS的盐度适应范围，推动其在锂电废水处理中的规模化应用。