目前,光伏行业废水的深度处理是制约其绿色发展的核心环境挑战之一。这类废水成分复杂,含有氟化物(F-)、正磷酸盐(PO43--P)和氨氮(NH4+-N)等污染物,形成了难以处理的复合污染系统(Huang et al., 2017)。由于半导体制造过程中大量使用盐类,这类废水通常具有高盐度特征(Fang et al., 2025)。目前,物理化学方法如钙盐沉淀被广泛用于F-和PO43--P的去除,但在实际应用中面临多种技术挑战。过量添加钙(Ca2+)不仅无法将F-浓度降至15 mg L-1以下,从而无法满足国家排放标准,还会使出水中的Ca2+浓度升高至152-220 mg L-1(Cui et al., 2025; Zhou et al., 2022)。
残留的F-具有高流动性、强毒性和显著的生物毒性。即使在低浓度下,也能穿透微生物细胞,引发氧化应激和DNA损伤,最终导致细胞凋亡(Barbier et al., 2010)。过量的Ca2+会直接改变水生环境的盐度,对海洋生物的生存产生不利影响(Zhou et al., 2025)。此外,这种处理方法的PO43--P去除效率不稳定,残留浓度在5-66 mg L-1之间波动(Sim et al., 2023)。不符合标准的PO43--P排放会严重破坏水生生态系统,危及水生生物的健康(Rathi & Kumar, 2023)。更严重的是,传统的钙盐沉淀方法几乎无法去除溶解的NH4+-N,导致其在废水中持续存在(NH4+浓度高达100-200 mg L-1)(Gao et al., 2024)。F-、Ca2+和PO43--P的共存形成了新的环境风险。过高的盐度还会破坏微生物细胞的渗透压平衡,导致细胞脱水和失活(He et al., 2024)。因此,开发一种能够同时去除物理化学预处理后盐水中多种污染物的新技术已成为该领域亟需突破的关键瓶颈。
为了克服上述物理化学技术在处理复杂污染物方面的局限性,研究能够协同去除多种污染物的绿色高效生物技术已成为研究前沿。近期研究深入探讨了微生物诱导的钙沉淀(MICP)技术在稳定F-方面的潜力。具备异养硝化-好氧反硝化(HNAD)能力的细菌在去除氨氮过程中可以产生碱度和碳酸盐(CO32-),这些细菌利用胞外聚合物(EPS)作为成核位点,有助于将F-、Ca2+和PO43--P稳定为生物矿物形式(Wang et al., 2024b; Wang et al., 2021)。基于HNAD/MICP的生物技术为光伏废水的深度处理提供了有前景的替代方案。
尽管F-是各种工业废水中的常见有毒污染物,但在基于HNAD/MICP的生物技术过程中的影响研究有限。研究表明,在MICP微生物固定化系统中,Pseudomonas sp. WZ39对F-的抑制浓度为3 mg L-1(Wang et al., 2022)。在MICP系统的固定化生物膜反应器中,反硝化细菌在F-浓度为1-5 mg L-1范围内实现了高效的反硝化和F-去除(Zhang et al., 2022a)。此外,有报告指出F-的毒性在不同微生物群体中存在差异,其生物毒性会影响微生物的同步反硝化和F-去除效率(Ochoa-Herrera et al., 2009)。然而,目前的研究主要集中在MICP作用下胞外矿化F-的矿化成核机制上(Wang et al., 2021)。关于微生物在F-压力下的潜在响应机制以及微生物F-稳定策略的研究仍然有限,特别是在MICP/HNAD过程中(Wang & Wu, 2025)。
本研究分离并培养了一种具有HNAD和MICP能力的耐盐菌株LX-6。(i)分析菌株LX-6的生理特性和动力学性质;(ii)研究菌株LX-6在不同F-压力下的生长情况,并确定影响F-通过MICP固定的因素;(iii)揭示菌株LX-6在低浓度F-暴露下的响应机制和高浓度F-暴露下的抑制机制。