?高鹽廢水通常采用生化、蒸發(fā)和膜處理3 種方法處理，但無(wú)論采用何種方法，高鹽廢水處理均存在難度大和成本高等問(wèn)題。微生物燃料電池（MFC）是一種基于產(chǎn)電微生物催化氧化有機(jī)物獲得電能的裝置，應(yīng)用MFC 處理廢水可實(shí)現(xiàn)在處理廢水的同時(shí)回收廢水中能量，從而降低廢水處理成本。近年來(lái)，應(yīng)用MFC 處理高鹽廢水來(lái)降低處理成本的研究逐漸開(kāi)展并成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。本文綜述了MFC 處理高鹽廢水研究的最新進(jìn)展，分析了鹽度對(duì)MFC 產(chǎn)電、污染物脫除、微生物生長(zhǎng)和群落的影響，基于耐鹽微生物、生物膜、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)及擴(kuò)展應(yīng)用等方面提出未來(lái)MFC 處理高鹽廢水的研究方向。

關(guān)鍵詞：廢水；高鹽；微生物燃料電池；降解；生物能源

引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，淡水資源的消耗量逐年迅速上漲，水資源日漸匱乏，同時(shí)水體污染日趨嚴(yán)重。這嚴(yán)重危害著人類(lèi)的健康，同時(shí)也威脅著人類(lèi)的長(zhǎng)期生存和發(fā)展。開(kāi)發(fā)高效低成本廢水處理技術(shù)具有重要意義。

在各種廢水中，高鹽廢水具有分布廣、含無(wú)機(jī)鹽離子濃度高、處理成本高等特點(diǎn)[1-2]，是一種難處理廢水[3]。若將未經(jīng)處理的高鹽廢水直接排放，高度無(wú)機(jī)離子將導(dǎo)致江河水質(zhì)礦化度提高[4]，而廢水中的氮、磷、有機(jī)物等會(huì)造成水體富營(yíng)養(yǎng)化[5]，同時(shí)高鹽廢水也造成土壤污染，甚至危及生態(tài)環(huán)境[6]。目前高鹽廢水通常采用電解法、膜分離法、生化法等技術(shù)進(jìn)行處理，但這些技術(shù)均存在處理成本高、處理后水質(zhì)不穩(wěn)定的問(wèn)題。開(kāi)發(fā)高效低成本的高鹽廢水處理新技術(shù)是未來(lái)的發(fā)展方向[7]。

微生物燃料電池（microbial fuel cell， MFC）是一種集廢水資源化、污泥減量化、水質(zhì)無(wú)害化的新型廢水處理技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景[8-9]。使用微生物燃料電池，可以實(shí)現(xiàn)廢水的高效低成本處理[10-11]，有望突破高鹽廢水處理成本高、難度大的困境，因而受到了廣泛關(guān)注[12-13]。

本文的目的是總結(jié)微生物燃料電池在高鹽廢水處理方面的研究進(jìn)展，著重分析鹽度對(duì)微生物、產(chǎn)電、污染物脫除的影響，在此基礎(chǔ)上，提出未來(lái)微生物燃料電池處理高鹽廢水的研究方向，以期促進(jìn)該領(lǐng)域的快速發(fā)展。

1 高鹽廢水的產(chǎn)生與處理

高鹽廢水指生產(chǎn)生活過(guò)程中產(chǎn)生的總含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1%的廢水[14]。高鹽廢水中不僅含有較高濃度的Cl－、SO42－、Na+、Ca2+等無(wú)機(jī)離子，而且含有氮、磷、中低碳鏈有機(jī)物等。

高鹽廢水主要來(lái)源于兩方面：一是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放出的高含鹽的有機(jī)廢水[15]，如紡織、印染、食品腌制、造紙、化工、農(nóng)藥等行業(yè)[16]；二是海水直接應(yīng)用所產(chǎn)生的廢水[17]，如海水用于電力、鋼鐵、化工、機(jī)械制造等行業(yè)的冷卻所產(chǎn)生的廢水，和沿海城市將海水用于道路和廁所沖洗、消防以及游泳娛樂(lè)等方面所產(chǎn)生的廢水[18]。在世界范圍內(nèi)，高鹽廢水排放量約占廢水總排放量的5%，年增長(zhǎng)率約為2%[19]。高鹽廢水處理已成為廢水處理的重要組成部分[20]。

目前對(duì)于含鹽廢水的處理主要有電解[13，21]、焚燒[22-23]、膜分離[24-25]、深井灌注[26-27]、生物處理[28-30]以及物理化學(xué)處理[31-32]等方式。其中，電解法對(duì)污水的適應(yīng)性較強(qiáng)，去除效果好[33]，但運(yùn)行費(fèi)用高[34]；焚燒法具有簡(jiǎn)便、徹底的優(yōu)勢(shì)，但僅適宜處理有機(jī)物濃度高、熱值高的高鹽廢水，而對(duì)低熱值的高鹽廢水，存在焚燒前需要調(diào)整pH、添加燃料[35]，且燃燒后需要進(jìn)行尾氣處理等問(wèn)題[36]；膜分離處理工藝簡(jiǎn)單、不會(huì)造成二次污染[37]，但運(yùn)行費(fèi)用較高，且膜容易堵塞[38]；深井灌注處理操作簡(jiǎn)便，但會(huì)導(dǎo)致土壤和地下水受到污染[2]。生物處理法具有應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好、處理效率高等特點(diǎn)[39]，是含鹽廢水處理最常用的方法[40]，但生物法大多適用于處理鹽度低于3.5%的廢水[41]。物理化學(xué)方法可以處理更高鹽度的廢水，但不能有效去除廢水中所含有的溶解性有機(jī)物[2，42]，因此物理化學(xué)方法通常作為生物處理法的前處理，用以規(guī)避鹽度限制。

廢水處理是高耗能行業(yè)[43]，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011 年我國(guó)污水處理廠(chǎng)單位水量電耗、單位COD 削減電耗、單位耗氧污染物削減電耗平均值分別為0.293kW·h·m?3、1.594 kW·h·kg?1、1.991 kW·h·kg?1；對(duì)于包含高鹽廢水在內(nèi)的難處理廢水，其單位水量電耗、單位COD 削減電耗、單位耗氧污染物削減電耗平均值更是分別高達(dá)0.471 kW·h·m?3、2.603kW·h·kg?1、3.249 kW·h·kg?1 [44]。通常，我國(guó)每年在廢水處理行業(yè)消耗的電量約占發(fā)電總量的1%[45]。

2 微生物燃料電池處理高鹽廢水的研究現(xiàn)狀

微生物燃料電池是一種利用微生物作為催化劑，氧化/還原污水中的有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物，實(shí)現(xiàn)廢水處理從耗能向產(chǎn)能的轉(zhuǎn)化的裝置[46-47]。在微生物燃料電池中，陽(yáng)極微生物催化氧化有機(jī)污染物和含低價(jià)態(tài)氮、硫元素的污染物，同時(shí)產(chǎn)生H+和電子，H+和電子分別經(jīng)過(guò)溶液和外電路傳遞到陰極，在陰極處電子受體與電子、H+結(jié)合，發(fā)生還原反應(yīng)，完成整個(gè)氧化還原反應(yīng)[48-49]，同時(shí)電子不斷流過(guò)外電路而產(chǎn)生電能[50-51]。若溶液中含有較高濃度的金屬離子，還可能在陰極發(fā)生金屬離子還原，達(dá)到回收金屬的目的[52-53]。

當(dāng)微生物燃料電池處理高鹽廢水時(shí)，高濃度的陰陽(yáng)離子使離子遷移速度加快，因而廢水具有良好的導(dǎo)電性，可以顯著降低MFC 內(nèi)阻，有利于MFC產(chǎn)電。但高鹽環(huán)境也會(huì)影響微生物的代謝和生長(zhǎng)，從而影響MFC 中微生物的種群和群落結(jié)構(gòu)，可能對(duì)MFC 的產(chǎn)電和污染物脫除效果產(chǎn)生不利影響。因此，鹽度是影響微生物燃料電池處理高鹽廢水時(shí)產(chǎn)電和污染物脫除性能的主要因素之一。

微生物燃料電池處理高鹽廢水具有無(wú)能量投入、成本低、適應(yīng)性廣、過(guò)程高效、產(chǎn)物清潔，且能回收廢水處理中電能的特點(diǎn)[54-56]，對(duì)解決高鹽廢水處理中存在的處理成本高、效率低、出水水質(zhì)不穩(wěn)定、存在二次污染等問(wèn)題[57-59]具有巨大的潛力。應(yīng)用微生物燃料電池處理高鹽廢水，可以回收廢水中的能量，同時(shí)達(dá)到脫氮[60-61]和降解有機(jī)物[62-63]、脫硫[64-65]、除磷[66-67]、回收金屬[68-70]等效能。

2.1 MFC 處理高鹽廢水時(shí)的產(chǎn)電性能

2.1.1 鹽度對(duì)MFC 處理高鹽廢水時(shí)產(chǎn)電性能的影響

提高鹽度將對(duì)MFC 的產(chǎn)電性能產(chǎn)生兩方面的影響：一方面，廢水鹽度增加會(huì)提高溶液電導(dǎo)率和質(zhì)子傳遞能力，降低電池內(nèi)阻，有利于反應(yīng)器產(chǎn)電性能的提高；另一方面，高鹽度會(huì)對(duì)產(chǎn)電微生物的新陳代謝及酶活性產(chǎn)生抑制作用，不利于電池的產(chǎn)電。

研究人員對(duì)鹽度影響MFC 產(chǎn)電性能的研究得出了不同的結(jié)果。羅勇等[12]采用序批式雙室化學(xué)陰極MFC 研究了陽(yáng)極液中NaCl 濃度從0 提高到70g·L?1 對(duì)MFC 性能的影響，發(fā)現(xiàn)隨著陽(yáng)極液NaCl濃度逐步提高，MFC 的最大輸出電壓逐漸從660mV 下降到130 mV，最大輸出功率密度從34 W·m?3下降到1.4 W·m?3，庫(kù)侖效率也從67%急劇下降到4%，表明提高陽(yáng)極溶液鹽度降低MFC 產(chǎn)電性能；與此同時(shí)，劉明等[71]研究了連續(xù)流雙室生物陰極MFC，發(fā)現(xiàn)當(dāng)陰極溶液的NaCl 濃度從0 提高到24.5g·L?1 時(shí)，MFC 的最大輸出功率密度從2.5 W·m?3下降到0.515 W·m?3，表明提高鹽度對(duì)生物陰極也產(chǎn)生不利影響。此外，Wang 等[72]研究序批式空氣陰極單室MFC 中鹽度及催化劑對(duì)產(chǎn)電性能的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以CoTMPP 和AC 作催化劑時(shí)，MFC 的產(chǎn)電性能均隨鹽度的升高而下降。然而Liu 等[73]以序批式單室MFC 為反應(yīng)器研究鹽度對(duì)產(chǎn)電性能的影響時(shí)得出相反的結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)：隨著溶液中NaCl 濃度從5.84 g·L?1 提高到23.36 g·L?1，MFC 最大輸出功率從18 W·m?3 上升到33.25 W·m?3，表明鹽度提高有助于MFC 產(chǎn)電。也有研究表明在雙室MFC 中增加陽(yáng)極溶液的鹽度能提高M(jìn)FC 的產(chǎn)電功率。如Miyahara 等[74]發(fā)現(xiàn)隨著陽(yáng)極液NaCl 濃度從0 提高到5.84 g·L?1，MFC 最大輸出功率提高了近4倍，從2.58 W·m?3 上升到11.42 W·m?3。在一種連續(xù)流雙室MFC 中，當(dāng)陽(yáng)極溶液的NaCl 濃度從0 提高到20 g·L?1 時(shí)，MFC 的最大輸出功率從27 W·m?3上升到35 W·m?3 [75]。這些研究表明鹽度對(duì)MFC 產(chǎn)電性能的影響可能與反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、微生物種類(lèi)、運(yùn)行條件等因素有關(guān)。

圖1 總結(jié)了現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道中，不同鹽度下微生物燃料電池的最大功率密度[12，71-78]。雖然不同研究者得出的鹽度對(duì)MFC 產(chǎn)電性能的影響的結(jié)論不同，但從圖中可以看出，鹽度對(duì)MFC 產(chǎn)電性能的影響大致呈現(xiàn)一趨勢(shì)：在NaCl 濃度低于20 g·L?1 時(shí)，隨著鹽度的提高，反應(yīng)器的最大功率密度提高；而當(dāng)NaCl 濃度高于20 g·L?1 時(shí)，隨著鹽度的提高，反應(yīng)器的最大功率密度下降。研究表明：0 ～ 20g·L?1NaCl 濃度是種類(lèi)繁多的非嗜鹽菌和弱嗜鹽菌適宜生長(zhǎng)的鹽度范圍[79]，在此鹽度范圍內(nèi)，產(chǎn)電菌可能很容易適應(yīng)鹽度的變化，其活性不受鹽度變化的影響，而增加鹽度提高了溶液電導(dǎo)率，因而降低反應(yīng)器內(nèi)阻，提高M(jìn)FC 產(chǎn)電性能；但當(dāng)NaCl 濃度高于20 g·L?1 時(shí)，非嗜鹽菌和弱嗜鹽菌生長(zhǎng)受到抑制，提高鹽度對(duì)微生物活性產(chǎn)生嚴(yán)重抑制作用，微生物活性降低導(dǎo)致反應(yīng)器產(chǎn)電性能下降，且產(chǎn)電性能下降的效果比降低內(nèi)阻導(dǎo)致反應(yīng)器產(chǎn)電性能提升的效果更加顯著。因此，反應(yīng)器的產(chǎn)電性能隨鹽度的增加而顯著降低。

2.1.2 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)對(duì)MFC 處理高鹽廢水時(shí)產(chǎn)電性能的影響

反應(yīng)器結(jié)構(gòu)對(duì)MFC 處理高鹽廢水時(shí)產(chǎn)電性能的影響還未見(jiàn)研究報(bào)道，但從現(xiàn)有的研究結(jié)果來(lái)看，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)對(duì)MFC 處理高鹽廢水時(shí)產(chǎn)電性能的影響與對(duì)MFC 處理低鹽度廢水時(shí)的影響大致相同，單室MFC 的產(chǎn)電功率高于雙室MFC[12，73]，雙室生物陰極MFC 的最大輸出功率密度顯著低于雙室化學(xué)陰極MFC[12，71]。然而處理高鹽廢水時(shí)，MFC 以序批式運(yùn)行時(shí)其最大功率密度比連續(xù)流運(yùn)行時(shí)高[71-72]，這與其他應(yīng)用場(chǎng)合有所不同。

2.2 鹽度對(duì)MFC 污染物脫除效果的影響

目前，將微生物燃料電池應(yīng)用于高鹽廢水處理時(shí)，污染物的利用與脫除對(duì)象主要為有機(jī)物和含氮物質(zhì)，而在含磷物質(zhì)、含硫物質(zhì)的脫除以及金屬回收等方面的研究還很少。

2.2.1 鹽度對(duì)有機(jī)物脫除效果的影響

微生物燃料電池處理廢水時(shí)，鹽度對(duì)有機(jī)物脫除效果的影響是鹽度對(duì)微生物代謝速度及酶活性的影響造成的。研究表明，適當(dāng)?shù)柠}度有利于提高微生物代謝速度及酶活性，進(jìn)而提升有機(jī)物的去除效果，但過(guò)高鹽度會(huì)抑制微生物代謝速度及酶活性，從而阻礙有機(jī)物的去除[80]。

為了研究鹽度對(duì)有機(jī)物脫除效果的影響，劉明等[71]研究了鹽度對(duì)連續(xù)流雙室生物陰極MFC 脫氮除碳性能的影響，發(fā)現(xiàn)在控制反應(yīng)器COD 濃度相同的條件下，當(dāng)NaCl 濃度分別為0、3.5、10.5、17.5g·L?1 時(shí)，COD 去除率分別為99%、98%、95%、94%，而當(dāng)NaCl 濃度為24.5 g·L?1 時(shí)，COD 去除率僅為80%，表明有機(jī)物脫除效果隨鹽度增加而逐漸下降。而Lefebvre 等[75]研究了連續(xù)流雙室空氣陰極MFC中陽(yáng)極液的NaCl 濃度對(duì)有機(jī)物脫除效果的影響，卻發(fā)現(xiàn)當(dāng)反應(yīng)器陽(yáng)極液中不添加NaCl 時(shí)，COD 去除率為27%±5%，分別添加5、10、20 g·L?1 NaCl時(shí)，COD 去除率分別提升到31%±1%、37%±3%、42%±1%，但當(dāng)NaCl 濃度提高到40 g·L?1 時(shí)，COD去除率下降至26%±2%，表明隨著鹽度的提高，MFC 對(duì)有機(jī)物的脫除效果先提升后下降。這些研究結(jié)果說(shuō)明陰極類(lèi)型會(huì)影響鹽度變化時(shí)MFC 對(duì)有機(jī)物的脫除效果，今后還需要對(duì)不同鹽度下，不同類(lèi)型的陰極對(duì)有機(jī)物的脫除效果及其規(guī)律進(jìn)行更詳細(xì)的探究。

2.2.2 鹽度對(duì)含氮物質(zhì)脫除效果的影響鹽度影響

微生物代謝速度及酶活性的同時(shí)，也影響MFC 脫除含氮物質(zhì)的效果。Dincer 等[81]研究了不同NaCl濃度下系統(tǒng)的硝化效率，發(fā)現(xiàn)NaCl 濃度為0 時(shí)，系統(tǒng)硝化效率為100%，而NaCl 濃度分別提高到10、30、50、60 g·L?1 時(shí)，硝化效率分別降至95%、90%、55%、40%，表明隨著鹽度的升高，微生物的硝化效率逐漸降低。Rosa 等[82]在研究含鹽廢水的硝化時(shí)也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)反應(yīng)器中NaCl 濃度從25 g·L?1 提高到50 g·L?1 時(shí)，氨氮去除率由95%下降到50%。他們?cè)陔S后的研究中再次證實(shí)了MFC 的硝化性能隨鹽度的升高而下降[83]。

鹽度對(duì)反硝化性能影響的研究得到了不同的結(jié)論。Dincer 等[81]研究了不同NaCl 濃度下系統(tǒng)的反硝化效率，發(fā)現(xiàn)NaCl 濃度從0 分別提升至50g·L?1 和60 g·L?1 時(shí)，體系的反硝化效率分別降到60%和30%，表明隨著鹽度的提升，反硝化性能下降。郭姿璇等[84]探究了鹽度對(duì)未馴化微生物活性的影響，發(fā)現(xiàn)NaCl 濃度為0 時(shí)，比亞硝酸鹽反硝化速率（SNIDR）和比硝酸鹽反硝化速率（SNADR）活性均為100%，當(dāng)添加15 g·L?1 NaCl 時(shí)，SNIDR 和SNADR 活性分別下降到57%和74%，而當(dāng)NaCl濃度增加到40 g·L?1 時(shí)，SNIDR 和SNADR 活性均顯著下降到5%以下，同樣發(fā)現(xiàn)鹽度提升不利于反硝化。然而，Yoshie 等[85]在研究含鹽廢水中高反硝化活性細(xì)菌的特性時(shí)卻發(fā)現(xiàn)，當(dāng)NaCl 濃度為10.47g·L?1 時(shí)，系統(tǒng)的反硝化速率為1.1 kg N·m?3·d?1，而NaCl 濃度增加到13.89 g·L?1 時(shí)，系統(tǒng)的反硝化速率增加到2.5 kg N·m?3·d?1，表明隨著鹽度的提升，系統(tǒng)的反硝化性能得到提高。目前鹽度對(duì)反硝化性能的影響機(jī)理尚不明確，但可能與鹽度影響含氮化合物氧化還原酶活性有關(guān)。表1 列舉了不同鹽度下硝化反硝化酶活性的變化，從表中可以看出，隨著NaCl 濃度從0 逐漸增加到24.5 g·L?1，亞硝酸鹽還原酶（NIR） 的活性逐漸減小， 而氨單加氧化酶（AMO）、亞硝酸鹽氧化酶（NOR）以及硝酸鹽還原酶（NR）的活性均先增大，后減小。

2.3 鹽度對(duì)MFC 中微生物生長(zhǎng)和群落的影響

2.3.1 鹽度對(duì)MFC 中微生物生長(zhǎng)的影響

鹽度是高鹽廢水區(qū)別于其他廢水最顯著的特征。由高鹽所帶來(lái)的溶液導(dǎo)電性、蒸氣壓、離子擴(kuò)散性等物理性質(zhì)改變，會(huì)導(dǎo)致微生物生長(zhǎng)特性和群落結(jié)構(gòu)的改變，進(jìn)而影響微生物燃料電池的產(chǎn)電以及污染物的脫除。

研究表明，適當(dāng)鹽度的培養(yǎng)液含有豐富的離子，可以為微生物的生長(zhǎng)發(fā)育提供必須的營(yíng)養(yǎng)元素，因而提高鹽度可提高微生物活性。但當(dāng)環(huán)境鹽度過(guò)高時(shí)，一方面高鹽度會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生鹽析作用，造成普通微生物的脫氫酶活性降低[86]，抑制微生物的生長(zhǎng)[87]，如表2 所示，隨著鹽度的增加，脫氫酶活性顯著下降；另一方面，高鹽度會(huì)使微生物細(xì)胞內(nèi)的水的滲透壓升高，細(xì)胞內(nèi)外的滲透壓差會(huì)引起微生物細(xì)胞脫水，產(chǎn)生質(zhì)壁分離，最終將導(dǎo)致微生物細(xì)胞過(guò)度失水而死亡[88]。此外，高鹽培養(yǎng)液中含有的高濃度的無(wú)機(jī)離子還可能破壞細(xì)胞膜的選擇透過(guò)性，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，對(duì)微生物產(chǎn)生毒害作用，導(dǎo)致其死亡[89]。

鹽度的突變會(huì)對(duì)微生物的生長(zhǎng)造成沖擊，微生物的新陳代謝會(huì)受到抑制，當(dāng)沖擊負(fù)荷過(guò)高時(shí)還可能導(dǎo)致微生物細(xì)胞的組分分解[40]。然而，當(dāng)鹽度緩慢地逐漸從低增高時(shí)，微生物會(huì)通過(guò)自身的滲透壓調(diào)節(jié)機(jī)制來(lái)平衡細(xì)胞內(nèi)水的滲透壓，使其耐鹽性能增強(qiáng)，獲得在高鹽環(huán)境下的生存能力[90]。還有一些微生物具有某些特殊基因，在高鹽環(huán)境中，這些基因?qū)?huì)表達(dá)，使其具有一些特殊的結(jié)構(gòu)，從而可以抵御高鹽環(huán)境[91]，如在鹽湖、深海等極端環(huán)境中生長(zhǎng)的嗜鹽菌[92]。嗜鹽菌具有大量分布在特殊蛋白質(zhì)和細(xì)胞壁上且?guī)ж?fù)電的氨基酸和脂類(lèi)物質(zhì)[93]，這種獨(dú)特的生物結(jié)構(gòu)，有助于微生物細(xì)胞內(nèi)帶正電的物質(zhì)的累積，從而使嗜鹽菌可以耐受極高的鹽度[94]。

2.3.2 鹽度對(duì)MFC 中微生物群落的影響

不同種類(lèi)的微生物適宜生長(zhǎng)的鹽濃度也不同，對(duì)鹽度的耐受閾值也不同，因此鹽度會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生選擇作用[95]，影響微生物群落結(jié)構(gòu)及其多樣性[96]。表3 為依據(jù)不同鹽度對(duì)細(xì)菌的分類(lèi)和各類(lèi)別的典型菌種。

為了研究鹽度對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，一些學(xué)者通過(guò)改變鹽濃度來(lái)探究微生物群落中優(yōu)勢(shì)菌的變化。采用逐步提高鹽濃度以馴化微生物處理橡膠廢水時(shí)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)NaCl 濃度從18 g·L?1提高到28 g·L?1時(shí)，細(xì)菌優(yōu)勢(shì)種屬發(fā)生變化，最后假單胞桿菌成為優(yōu)勢(shì)菌屬，且含量超過(guò)80%[97]，表明鹽度變化會(huì)影響微生物群落中的優(yōu)勢(shì)種屬。在此基礎(chǔ)上，何健等[98-99]研究了逐步提高鹽濃度的方法馴化微生物來(lái)處理含鹽廢水，發(fā)現(xiàn)當(dāng)NaCl 濃度從較低值逐步提高到45 g·L?1 時(shí)，系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)菌屬?gòu)泥弳伟鷮僮優(yōu)楣?jié)細(xì)菌屬，也證明了鹽度會(huì)影響微生物群落中的優(yōu)勢(shì)菌屬。此外，羅勇等[12]對(duì)分別添加0、40、70 g·L?1 NaCl 的MFC 的微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行16SrDNA 基因片段分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)NaCl 濃度從0 提高到40 g·L?1 時(shí)，陽(yáng)極微生物群落結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯變化，而當(dāng)NaCl 濃度提高到70 g·L?1 時(shí)，群落結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，其中Enterobacter sp.和Shewanella sp.由于不能適應(yīng)高鹽度而消失，微生物優(yōu)勢(shì)群落變?yōu)槲磁囵B(yǎng)土壤細(xì)菌（uncultured soil bacterium clone），表明鹽度對(duì)MFC 微生物結(jié)構(gòu)的影響可能還存在一個(gè)分界值，超過(guò)此鹽度值時(shí)，鹽度變化會(huì)對(duì)微生物的群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，而低于此鹽度值時(shí)，鹽度變化不會(huì)對(duì)微生物的群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯影響?；诖?，Miyahara 等[74]系統(tǒng)研究了NaCl 濃度對(duì)單室MFC 陽(yáng)極微生物的影響，發(fā)現(xiàn)NaCl 濃度低于5.84 g·L?1 時(shí)，Geobacter spp.在MFC 陽(yáng)極大量富集，而當(dāng)NaCl濃度高于17.53 g·L?1 時(shí)，陽(yáng)極Geobacter spp.數(shù)量顯著減少，而Gammaproteobacteria 和Bacilli 含量大幅增加。此外，鹽度對(duì)MFC 的微生物多樣性產(chǎn)生影響。Wu 等[100]研究了分別在添加10 g·L?1 和40g·L?1 NaCl 的人工廢水中運(yùn)行68 d 的MFC 的微生物群落結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)在兩種鹽度下運(yùn)行的MFC 的微生物群落結(jié)構(gòu)相差顯著，在40 g·L?1 NaCl 下運(yùn)行的MFC 生物多樣性比在10 g·L?1 NaCl 下運(yùn)行的MFC的生物多樣性少40%，表明鹽度提高使MFC 微生物的群落結(jié)構(gòu)多樣性減少。然而， 當(dāng)以嗜鹽沉積物為接種源處理不同鹽度的高有機(jī)物廢水卻發(fā)現(xiàn)：當(dāng)NaCl 濃度從25 g·L?1 提高到121 g·L?1 時(shí)，反應(yīng)器的生物多樣性并未發(fā)生顯著改變，16S rDNA 結(jié)果顯示體系中耐鹽微生物占大多數(shù)，且其群落多樣性高[18]，表明鹽度對(duì)微生物群落多樣性的影響還與接種源有關(guān)。當(dāng)接種源為非耐鹽菌時(shí)，鹽度變化對(duì)生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性產(chǎn)生顯著影響；而當(dāng)接種源為耐鹽菌時(shí)，鹽度變化對(duì)生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性不產(chǎn)生顯著影響。

3 結(jié)論與展望

高鹽廢水總量大、處理成本高，是一種典型的難處理廢水。MFC 作為一種新型的廢棄物利用化處理技術(shù)，具有電能回收和污染物處理雙重功效，是廢水處理方面的研究熱點(diǎn)。將MFC 引入高鹽廢水處理領(lǐng)域可以為高鹽廢水處理提供一種新思路，可望解決高鹽廢水處理成本高和穩(wěn)定性差的問(wèn)題。

MFC 處理高鹽廢水的研究成果表明：鹽度對(duì)MFC 的產(chǎn)電和廢水處理效果均產(chǎn)生影響。MFC 的產(chǎn)電性能隨著鹽度升高先提升后下降，當(dāng) NaCl 約為20 g·L?1 時(shí)，反應(yīng)器的產(chǎn)電性能最佳。以序批式運(yùn)行的處理高鹽廢水的MFC 其產(chǎn)電性能優(yōu)于以連續(xù)流運(yùn)行，這與低鹽度下的結(jié)果有所不同。鹽度對(duì)有機(jī)物的脫除效果因不同系統(tǒng)而不同，對(duì)生物陰極MFC，有機(jī)物的脫除效率隨鹽度增加而下降，而對(duì)空氣陰極MFC，有機(jī)物的脫除效率則隨鹽度增加先升高后下降。隨著鹽度的增加，系統(tǒng)的硝化性能逐漸下降，而系統(tǒng)的反硝化呈現(xiàn)不一致的研究結(jié)果，可能與鹽度影響含氮化合物氧化還原酶活性有關(guān)。鹽度對(duì)群落結(jié)構(gòu)及其多樣性的影響取決于接種源，當(dāng)接種源為非耐鹽菌時(shí)，鹽度變化對(duì)生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性產(chǎn)生顯著影響；而當(dāng)接種源為耐鹽菌時(shí)，鹽度變化對(duì)生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性不產(chǎn)生顯著影響。

雖然MFC 應(yīng)用于高鹽廢水處理實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)電和同步脫除碳氮污染物的效果，在鹽度對(duì)產(chǎn)電和污染物脫除效果的影響方面也開(kāi)展了深入研究，但目前MFC 處理高鹽廢水仍然存在許多問(wèn)題：一方面，微生物燃料電池處理高鹽廢水過(guò)程中，陽(yáng)極微生物的生長(zhǎng)代謝、群落演替以及有機(jī)物與含氮污染物的作用過(guò)程和機(jī)制還不清晰，導(dǎo)致出現(xiàn)一些表觀(guān)上相悖的結(jié)論；另一方面，目前脫除污染物僅研究了有機(jī)物和含氮物質(zhì)，而脫硫、除磷、回收金屬等的研究還未涉及。今后MFC 處理高鹽廢水的研究應(yīng)開(kāi)展以下幾方面工作。

（1）高耐鹽電化學(xué)活性微生物菌株的篩選和培養(yǎng)，在開(kāi)發(fā)耐鹽微生物菌株接種、馴化和生物膜生長(zhǎng)有效途徑的同時(shí)，利用現(xiàn)代基因工程技術(shù)，對(duì)微生物進(jìn)行基因改造，提高其高鹽度的耐受性。

（2）研究高鹽環(huán)境下，產(chǎn)電生物膜的形成過(guò)程、生物膜的結(jié)構(gòu)特征，查明微生物電化學(xué)過(guò)程與耐鹽生物膜的穩(wěn)定性是否存在一定的關(guān)系，提升MFC處理高鹽廢水的穩(wěn)定性。

（3）反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化，開(kāi)展單室和雙室結(jié)構(gòu)反應(yīng)器、溫度、pH、溶解氧、污染物濃度、電極間距和空氣陰極穩(wěn)定性研究，查明影響高鹽微生物產(chǎn)電性能的關(guān)鍵因素。此外，結(jié)合數(shù)值模擬進(jìn)行反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，探究不同條件對(duì)MFC性能影響的機(jī)理。

（4）開(kāi)展微生物燃料電池在高鹽廢水中脫硫、除磷、回收金屬等功能的研究，開(kāi)發(fā)微生物燃料電池與其他廢水處理技術(shù)的組合工藝。