微生物絮凝劑產(chǎn)生菌的篩選及其對(duì)含油廢水的處理研究

含油廢水是油田鉆井、原油生產(chǎn)、原油煉制與加工、油品水洗等過程中產(chǎn)生的一類廢水，含有油類、芳烴、氨、磷、硫和重金屬等污染物。

煉油廠大多采用“隔油-浮選-生化”技術(shù)處理含油廢水，鑒于其中含有乳化油和生物難降解的有機(jī)物以及大量的懸浮物，為減少懸浮物對(duì)水處理設(shè)備的磨損并減輕后續(xù)生化處理的負(fù)荷，一般采用混凝法去除含油廢水中的大部分乳化油、懸浮物、膠體和部分難降解有機(jī)物，而絮凝劑的選擇和使用是混凝過程的核心和關(guān)鍵[1]。常用的傳統(tǒng)絮凝劑是聚合鋁和聚丙烯酰胺及其衍生物，存在耗費(fèi)大、危害生態(tài)環(huán)境、會(huì)帶來二次污染等問題[2～4]。微生物絮凝劑是微生物在生長過程中分泌的一類高分子聚合物，它們可使水中的微小顆粒凝聚、沉降，與無機(jī)絮凝劑和有機(jī)合成絮凝劑相比，微生物絮凝劑最大的優(yōu)點(diǎn)是無毒、無害、易生物降解、不產(chǎn)生二次污染。

作者在此采用以吡啶為氮源的培養(yǎng)基篩選出可處理含油廢水的絮凝劑產(chǎn)生菌株，并對(duì)其絮凝影響因素進(jìn)行了初步研究，以期為微生物絮凝劑應(yīng)用于含油廢水的處理提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、培養(yǎng)基與儀器

土樣，采集于勝利油田的石油污染土壤。

發(fā)酵培養(yǎng)基：蔗糖 20 g， 尿素 0.75 g，酵母膏0.75 g，磷酸氫二鉀5 g， 磷酸二氫鉀5 g,氯化鈉0.1 g,去離子水 1000 mL,pH值7.0。除酵母膏為生化級(jí)外，其余試劑均為分析純。

HZQ-X100型振蕩培養(yǎng)箱，哈爾濱東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)公司；OIL510型全自動(dòng)紅外分光測油儀，北京華夏科創(chuàng)儀器技術(shù)有限公司；HH-6型化學(xué)耗氧量測定儀，江蘇江分電分析儀器有限公司；DBJ-623型電子變速攪拌機(jī)，解放軍四三三二工廠；PH510型臺(tái)式酸度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.2 含油廢水的配制

在1000 mL自來水中加入0.15 g硫酸亞鐵、0.1 g硝酸鈉、0.05 g硫酸鎂、 0.1 g氯化銨、0.2 g煤灰塵、0.08 g原油，即得含油廢水，其pH值自然。

1.3 菌株的篩選方法

采用吡啶篩選法篩選絮凝劑產(chǎn)生菌。將土樣或活性污泥接入吡啶為氮源的培養(yǎng)基，使可以耐受吡啶的微生物存活下來。然后將培養(yǎng)液稀釋涂布，得到單菌，利用高嶺土懸濁液測定單菌發(fā)酵液的絮凝活性，篩選出絮凝劑產(chǎn)生菌。

1.4 含油廢水絮凝處理

在250 mL燒杯中加入150 mL含油廢水、適量微生物絮凝劑，在電子變速攪拌機(jī)上進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)。操作程序?yàn)椋?00 r·min-1攪拌3 min，60 r·min-1攪拌3 min，靜置3 min。取上層水樣50 mL，分別測定絮凝前后的COD和石油類去除率[5，6]。

以不加發(fā)酵液為空白對(duì)照，分別考察微生物絮凝劑投加量、廢水pH值、廢水溫度、輔助金屬離子類型對(duì)絮凝效果的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 菌株的篩選

通過吡啶篩選法篩選6個(gè)土樣得到混合菌群，結(jié)果見表1。

表1 混合菌群篩選結(jié)果

由表1可以看出，每個(gè)混合菌群中含有6～13株不同菌株，共篩選得到各類菌株61株，其中有絮凝性的27株，篩出率為44.3%。

將混合菌群涂布后得到單菌，再進(jìn)行篩選[7]。結(jié)果見表2。

表2 吡啶篩選法復(fù)篩結(jié)果

由表2可以看出，絮凝率超過84%的菌株有7株，其中菌株B-6-1發(fā)酵液特別粘稠，絮凝率達(dá)到92.5%。因此，選擇菌株B-6-1進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

能產(chǎn)生絮凝劑的微生物培養(yǎng)液在發(fā)酵后期粘度較大，而且絮凝性和粘度有密切關(guān)系。特別是B-6-1菌株的培養(yǎng)液粘度很大，絮凝性較強(qiáng)。微生物絮凝劑是一種高分子聚合物，其粘性大小和分子量有直接關(guān)系，B-6-1產(chǎn)生的絮凝劑的粘性大，可能是由于絮凝劑分子量大，也可能是培養(yǎng)液中絮凝劑含量大所造成的，具體原因有待進(jìn)一步研究。

2.2 微生物絮凝劑投加量對(duì)絮凝效果的影響

其它條件不變，考察微生物絮凝劑投加量對(duì)絮凝效果的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 微生物絮凝劑投加量對(duì)絮凝效果的影響

由圖1可以看出，微生物絮凝劑具有相當(dāng)好的絮凝能力，150 mL廢水中僅用0.05 mL絮凝劑(即投加量為0.33 mL·L-1)，廢水的石油類去除率就達(dá)到51%；而后繼續(xù)增大絮凝劑投加量，石油類去除率反而下降。這是由于絮凝劑過量會(huì)導(dǎo)致再穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生[8]。由于微生物絮凝劑是有機(jī)物質(zhì)，因此隨著絮凝劑投加量的增大，COD去除率并沒有升高，而是緩慢下降。綜合考慮COD和石油類去除率，確定最佳微生物絮凝劑投加量為0.33 mL·L-1。

2.3 含油廢水pH值對(duì)絮凝效果的影響

微生物絮凝劑投加量為0.33 mL·L-1，其它條件不變，考察含油廢水pH值對(duì)絮凝效果的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 廢水pH值對(duì)絮凝效果的影響

由圖2可以看出，廢水pH值對(duì)絮凝效果有較大的影響，pH值過低絮凝效果很不理想；pH值越高，絮凝效果越好；但pH值過高會(huì)導(dǎo)致后續(xù)生化處理過程中菌類死亡，不利于后續(xù)操作。這是由于酸堿度的變化改變了生物聚合體的帶電狀態(tài)和中和電荷的能力以及被絮凝物質(zhì)的顆粒表面性質(zhì)。因此，確定最佳含油廢水pH值為9.0。

2.4 含油廢水溫度對(duì)絮凝效果的影響

微生物絮凝劑投加量為0.33 mL·L-1、廢水pH值為9.0，其它條件不變，考察含油廢水溫度對(duì)絮凝效果的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 廢水溫度對(duì)絮凝效果的影響

由圖3可以看出，廢水溫度為35℃時(shí)，COD和石油類去除率均達(dá)到最高。這是因?yàn)?，廢水溫度太低，絮凝劑水解反應(yīng)慢、水解時(shí)間長，影響絮凝效果；廢水溫度過高，可導(dǎo)致絮凝劑變性，絮凝效果受到影響。因此，確定最佳廢水溫度為35℃。

2.5 金屬離子助劑對(duì)絮凝效果的影響

微生物絮凝劑投加量為0.33 mL·L-1、廢水pH值為9.0、廢水溫度為35℃，其它條件不變，加入3 mL 1 mol·L-1不同金屬離子助劑，考察其對(duì)絮凝效果的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 金屬離子助劑對(duì)絮凝效果的影響

由圖4可以看出， Fe3+、Al3+、Ca2+、Zn2+的助凝作用較好，K+、Na+的助凝作用較差。但Fe3+絮凝后的上清液出現(xiàn)Fe3+的顏色；Al3+有一定的毒性，不利于使用；Zn2+的價(jià)格很高。因此，確定最佳輔助金屬離子為Ca2+。

3 結(jié)論

采用吡啶篩選方法對(duì)6個(gè)土樣進(jìn)行篩選，得到菌株B-6-1，其絮凝率達(dá)到92.5%；將其用于處理含油廢水，最佳絮凝處理?xiàng)l件為：微生物絮凝劑投加量0.33 mL·L-1、廢水pH值9.0、廢水溫度35℃、添加輔助金屬離子Ca2+。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳芳艷，唐玉斌，何軍．用聚合氯化鋁鐵混凝處理煉油廢水的研究[J]．遼寧城鄉(xiāng)環(huán)境科技，2000，20(5)：27-29．

[2] Dearfield K L,Abernathy C O,Ottley M S,et al.Acrylamide:Its metabolism developmental and reproductive effects,genotoxicity,and carcinogenicity[J].Mutat Res,1988,195(1):45-77.

[3] Jang Jin-Ho,Ike Michihiko,Myoung Kim Shin,et al.Production of a novel bioflocculant by fed-batch culture ofCitrobactersp.[J].Biotechnol Lett,2001,23(8):593-597.

[4] He Ning,Li Yin,Chen Jian.Production of a novel polygalacturonic acid bioflocculant REA-11 byCorynebacteriumglutamicum[J].Bioresource Technol,2004,94(1):99-105.

[5] 國家環(huán)保局．水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版)[M]．北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002：210-212，491-494．

[6] 李智良，張本蘭，裴健．微生物絮凝劑產(chǎn)生菌的篩選及相關(guān)廢水絮凝效果試驗(yàn)[J]．應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，1997，3(1)：67-70．

[7] 盧文玉，張通，張冬艷，等．天然堿泥分離用微生物絮凝劑產(chǎn)生菌的篩選[J]．微生物學(xué)通報(bào)，2002，29(2)：17-21．

[8] Salehizadeh H,Vossoughi M,Alemzadeh I.Some investigations on bioflocculant producing bacteria[J].Biochemical Engineering Journal,2000,5(1):29-34．