煉油廠潤滑油廢白土的微生物修復(fù)試驗(yàn)

(長江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

余維初

(長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北荊州434023 非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心(長江大學(xué))，湖北武漢430100 石油石化污染物控制與處理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102206)

煉油廠利用重側(cè)線餾分油生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油的生產(chǎn)工藝中需要采用白土補(bǔ)充精制，從而產(chǎn)生大量的含潤滑油廢白土(LOWC)[1,2]。潤滑油廢白土是一種褐色粉末狀固體廢棄物[3～5]，殘留大約20%的潤滑油和精制后的膠質(zhì)、瀝青、稠環(huán)芳烴和無機(jī)鹽類等非理想成分。為防止其對土壤、空氣及水資源造成污染，必須對潤滑油廢白土進(jìn)行無害化處理。

生物修復(fù)可能是一種有效、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的處理潤滑油廢白土的方法。閆毓霞[6]利用土著微生物對含油污泥進(jìn)行230d的修復(fù)后，油含量下降了42.8%。魏小芳等[7]利用疏松劑和強(qiáng)化菌協(xié)同對石油污染土壤進(jìn)行異位強(qiáng)化生物修復(fù)，經(jīng)過300d處理，除油率達(dá)到79%。而利用強(qiáng)化微生物與土著微生物聯(lián)合修復(fù)含油污染廢棄物的研究較少。為此，筆者探討了強(qiáng)化微生物與土著微生物聯(lián)合對潤滑油廢白土微生物修復(fù)的影響，以期為潤滑油廢白土微生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)土樣

試驗(yàn)土樣為新疆某煉油廠潤滑油廢白土，自然風(fēng)干，經(jīng)過破碎混勻過2mm篩后保存待用。其含油量為24.15%，pH為4.86，含水量為7.11%。

1.1.2 輔料

豆粕、玉米粉和麩皮購于當(dāng)?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場，無霉變、無雜質(zhì)。鋸末收集自木材加工廠，除去石子等大顆粒雜質(zhì)，曬干備用。

1.1.3 菌種

高效石油降解菌：側(cè)孢芽孢桿菌(Brevibacilluslaterosporus)、熱帶假絲酵母(Candidatropicalis)、仁川冢村氏菌(Tsukamurellainchonensis)[8]，均保存于長江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院微生物實(shí)驗(yàn)室。

土樣土著菌：取適量土樣接入含油無機(jī)鹽液體培養(yǎng)基[9]中進(jìn)行富集馴化3代獲得。

營養(yǎng)物及鋸末土著菌：將豆粕、玉米粉、麩皮及鋸末分別接種到PDA和牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基上，挑選長勢最好的真菌及細(xì)菌各1株，轉(zhuǎn)接至豆粕、玉米粉、麩皮及鋸末上，8株菌生長良好，作為營養(yǎng)物及鋸末土著菌用于試驗(yàn)。

1.2 方法

1.2.1 菌種的制備

石油降解菌經(jīng)活化擴(kuò)大，以10%(V/W)接種量接種到營養(yǎng)物(豆粕∶玉米粉∶麩皮=1∶1∶1，W/W)中培養(yǎng)，制成固體菌劑。

土樣土著菌、營養(yǎng)物質(zhì)土著菌活化擴(kuò)大，等體積混合制成土著菌液。

1.2.2 微生物修復(fù)試驗(yàn)

試驗(yàn)在直徑為18cm、高為15cm的塑料盆中進(jìn)行。每組試驗(yàn)用LOWC 400g，共設(shè)置3個處理，各3個平行，試驗(yàn)處理方案詳見表2。通過添加自來水使試驗(yàn)組含水率保持在50%～60%之間。

表1 試驗(yàn)方案

1.2.3 測定項(xiàng)目與方法

定期測定不同修復(fù)方式下土樣的溫度、pH、含水量、含油量和微生物數(shù)量。其中含水量測定采用烘干法[10]；pH測定采用電位法，土水比為1∶2.5(W/V)[11]；微生物數(shù)量的測定采用涂布平板法[12]；含油量的測定參考超聲-索氏提取重量法[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 修復(fù)過程中溫度的變化

圖1 修復(fù)過程中環(huán)境和試驗(yàn)組溫度的變化

環(huán)境和試驗(yàn)組溫度的變化如圖1所示。由圖1可知，3個試驗(yàn)組溫度變化具有相似的變化趨勢。在第0～5天，快速升溫，維持一段時間后，緩慢降溫，然后回升，最終試驗(yàn)組溫度與環(huán)境溫度基本保持一致。在第1天，試驗(yàn)組與環(huán)境間存在最大溫度差，分別為4.8、6.0、6.9℃。因?yàn)槭徒到饩屯林奶砑樱?#方案中溫度升高更快，也為微生物降解石油提供適宜的溫度。

2.2 修復(fù)過程中含水量的變化

修復(fù)過程中含水量的變化如圖2所示。由圖2可知，在60d的堆肥試驗(yàn)過程中，3個試驗(yàn)組的水分含量波動不大。結(jié)果表明，在60d堆肥過程中，維持水分在一定的范圍內(nèi)，有利于取得最佳修復(fù)效果。強(qiáng)化微生物和土著微生物生長會充分利用堆肥中的水分，從而使60d后堆肥中的水分含量低于添加營養(yǎng)劑的水分含量。

2.3 修復(fù)過程中pH的變化

修復(fù)過程中pH的變化如圖3所示。3種方案的pH都是在反應(yīng)前10天逐漸上升，保持一段時間后稍微降低并最終維持在穩(wěn)定的水平。營養(yǎng)物中含氮物質(zhì)的分解使得pH升高，為降油微生物提供適宜pH條件。而石油降解產(chǎn)生有機(jī)酸造成pH降低[14,15]。有機(jī)酸繼續(xù)降解產(chǎn)生CO2和水，使pH回升。在第10至30天，3#的pH比1#和2#的pH低，石油降解速率更快。

圖2 修復(fù)過程中含水量的變化圖3 修復(fù)過程中pH的變化

2.4 修復(fù)過程中微生物數(shù)量的變化

圖4 修復(fù)過程中微生物數(shù)量的變化

修復(fù)過程中微生物數(shù)量的變化如圖4所示。在試驗(yàn)開始階段1#和2#中微生物總數(shù)分別為0.36×108CFU/g和0.46×108CFU/g，而3#中微生物總數(shù)為4.9×108CFU/g，顯著高于1#和2#。微生物數(shù)量始終是3#>2#>1#。營養(yǎng)物土著菌將麩皮等大分子營養(yǎng)物分解成更適宜降油菌生長的小分子物質(zhì)，有利于油類污染物的降解。

2.5 修復(fù)過程中含油量的變化

修復(fù)過程中含油量和降油率的變化如圖5所示。與1#和2#相比，3#在15d后含油量下降快，相應(yīng)的降油率分別提高了237.86%和25.89%。30d后，3個試驗(yàn)組油降解緩慢，經(jīng)過60d處理，3種方案中含油量基本穩(wěn)定，降油率分別為42.12%、48.57%和51.79%。營養(yǎng)物質(zhì)、強(qiáng)化微生物與土著微生物三者聯(lián)合比僅添加營養(yǎng)物和添加營養(yǎng)物及強(qiáng)化微生物聯(lián)合的修復(fù)效果更好。

圖5 修復(fù)過程中含油量和降油率的變化

3 結(jié)論

經(jīng)過60d堆肥試驗(yàn)，以3#(潤滑油廢白土加營養(yǎng)物、強(qiáng)化菌和土著菌)修復(fù)處理方案最佳，降油率可達(dá)到51.79%。結(jié)果表明，營養(yǎng)物質(zhì)、強(qiáng)化微生物和土著微生物三者聯(lián)合更有利于潤滑油廢白土中油類污染物的降解。