油污降解菌劑YW-I的制備及降解油污實(shí)驗(yàn)

司曉光，張曉青，成 玉，曹軍瑞

(自然資源部天津海水淡化與綜合利用研究所，天津 300192)

石油在開采、冶煉、運(yùn)輸和使用過程中，經(jīng)常會(huì)伴隨著石油泄漏導(dǎo)致的環(huán)境污染[1-3]。同其它污染物相比，油污與土壤之間具有更強(qiáng)的親和力，因此，油污土壤的治理難度更大，成本更高[4-6]。

目前，油污土壤的治理方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法，其中物理法、化學(xué)法的治理成本較高，操作復(fù)雜，技術(shù)要求較高，同時(shí)治理不合理會(huì)產(chǎn)生二次污染。而生物法中的微生物修復(fù)則具有成本低、效率高、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，成為世界各國(guó)學(xué)者研究的熱點(diǎn)之一[7-10]。微生物修復(fù)是指利用微生物的代謝機(jī)理，通過人為添加土著微生物或者外源微生物，并為其提供適宜的生存環(huán)境，從而提高其代謝速率，以達(dá)到去除油污的目的[11-14]。

作者將實(shí)驗(yàn)室篩選的油脂降解菌YZ-042發(fā)酵液與生物表面活性劑產(chǎn)生菌BM-029發(fā)酵液進(jìn)行復(fù)配，制備油污降解菌劑YW-I(簡(jiǎn)稱YW-I菌劑)，擬為油污土壤的治理提供可靠的技術(shù)產(chǎn)品。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

原油樣品：采自天津大港油田，常溫下為黑色黏稠物，密度為0.862 g·mL-1，室溫下黏度為12.35 mm2·s-1。

污染土壤：采自天津大港油田原油污染區(qū)域，土壤樣品呈棕色至褐色。

菌株YZ-042：本實(shí)驗(yàn)室保存的一株用于降解油脂的菌株，篩選自油田附近的土壤樣品。

菌株BM-029：本實(shí)驗(yàn)室保存的一株產(chǎn)生物表面活性劑的菌株，篩選自海河入?？诟浇挠倌?。

種子培養(yǎng)基：牛肉膏 3 g、蛋白胨 5 g、NaCl 5 g、蔗糖 9 g，定容至1 L，滅菌。

發(fā)酵培養(yǎng)基：氯化銨0.5 g、硫酸鎂0.15 g、三氯化鐵0.1 g、磷酸氫二鉀0.3 g、磷酸二氫鈉0.5 g、氯化鈣0.1 g、玉米淀粉糖化液2 g、玉米漿5 g，定容至1 L，滅菌。

油污降解培養(yǎng)基：氯化銨0.5 g、硫酸鎂0.15 g、三氯化鐵0.1 g、磷酸氫二鉀0.3 g、磷酸二氫鈉0.5 g、氯化鈣0.1 g、玉米淀粉糖化液0.5 g、玉米漿3 g、原油5 g，定容至1 L，滅菌。

1.2 YW-I菌劑的制備

將菌株YZ-042、BM-029分別用平板劃線法接種于種子培養(yǎng)基中，30 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h，挑取單菌落接種于發(fā)酵培養(yǎng)基中，30 ℃搖床培養(yǎng)48 h，獲得菌株YZ-042、BM-029的發(fā)酵液。將兩種發(fā)酵液分別按復(fù)配比例(VYZ-042發(fā)酵液∶VBM-029發(fā)酵液)1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1制備液體YW-I菌劑，經(jīng)離心、洗滌、干燥后，獲得YW-I菌劑。

1.3 YW-I菌劑的保存條件研究

將YW-I菌劑分別保存在低溫(4 ℃冰箱)、室溫(約25 ℃)和高溫(40 ℃)下，分別于0 d、30 d、60 d和90 d取樣，采用稀釋涂布法測(cè)定YW-I菌劑中的有效活菌數(shù)，考察保存溫度和保存時(shí)間對(duì)YW-I菌劑的影響。

1.4 YW-I菌劑降解油污實(shí)驗(yàn)

取2 g YW-I菌劑接種到油污降解培養(yǎng)基中，30 ℃搖床培養(yǎng)，每隔24 h取樣，測(cè)定油污去除率。以滅活的YW-I菌劑作為對(duì)照。

1.5 油污土壤修復(fù)實(shí)驗(yàn)

稱取干化的污染土壤10 g，加入到未受石油污染的土壤中，獲得油污土壤；另取10 g YW-I菌劑溶于10 mL發(fā)酵培養(yǎng)基中，稀釋至100 mL，獲得YW-I土壤修復(fù)液。按照油污土壤質(zhì)量的2%噴灑YW-I土壤修復(fù)液，每隔2 d噴灑清水保持土壤濕潤(rùn)，分別于0 d、10 d、20 d、30 d取樣，測(cè)定土壤中油污含量。以滅活的YW-I菌劑作為對(duì)照。

1.6 分析方法

1.6.1 有效活菌數(shù)的測(cè)定

稱取1 g YW-I菌劑加入到250 mL無菌錐形瓶中，加入10顆玻璃珠、50 mL無菌水，充分搖勻，稀釋至不同梯度；取100 μL稀釋液涂布到平板上，30 ℃下培養(yǎng)48 h，計(jì)算有效活菌數(shù)。

1.6.2 發(fā)酵液中油污去除率的測(cè)定

將100 mL YW-I菌劑降解油污實(shí)驗(yàn)發(fā)酵液轉(zhuǎn)移到分液漏斗中，加入50 mL石油醚，充分混勻、振蕩，靜置分層，取上層有機(jī)相，加入無水硫酸鈉脫水；吸取0.5 mL脫水后的有機(jī)相至50 mL容量瓶中，用石油醚定容；測(cè)定235 nm處的吸光度(A)。測(cè)定對(duì)照組235 nm處的吸光度(A0)。油污去除率按式(1)計(jì)算：

(1)

1.6.3 土壤中油污含量的測(cè)定

取2 g油污土壤樣品，置于干燥器中干燥后粉碎，用質(zhì)量為M1的干凈濾紙包好，以石油醚為萃取劑，索氏抽提萃取5 h；取出濾紙包在烘箱中恒溫烘干，然后置于干燥器中冷卻至室溫，稱重為M2；用重量法測(cè)定索氏抽提萃取液中的油污質(zhì)量M3，土壤中油污含量按式(2)計(jì)算：

(2)

2 結(jié)果與討論

2.1 YW-I菌劑的復(fù)配比例優(yōu)化(圖1)

圖1 復(fù)配比例對(duì)油污去除率的影響

由圖1可以看出，菌株YZ-042發(fā)酵液和菌株BM-029發(fā)酵液的復(fù)配比例對(duì)油污去除率有一定的影響，在復(fù)配比例為2∶1時(shí)，油污去除率最高。油污的微生物降解是一個(gè)復(fù)雜的微生物反應(yīng)過程，是菌群協(xié)同作用的結(jié)果，需有專門的以油脂作為自身生長(zhǎng)繁殖要素的微生物，同時(shí)還應(yīng)有增加油污與水相互溶的微生物或其相關(guān)活性產(chǎn)物。YW-I菌劑中既有油脂降解菌，又有生物表面活性劑產(chǎn)生菌，大大提高了油污的降解效率。選擇YW-I菌劑的最佳復(fù)配比例為2∶1。

2.2 YW-I菌劑的保存條件研究(圖2)

圖2 保存條件對(duì)YW-I菌劑的影響

由圖2a可以看出，隨著保存時(shí)間的延長(zhǎng)，40 ℃下保存的YW-I菌劑的有效活菌數(shù)不斷減少，90 d后YW-I菌劑的有效活菌數(shù)的數(shù)量級(jí)由最初的1011降至105；而4 ℃和25 ℃下保存90 d后，YW-I菌劑的有效活菌數(shù)的數(shù)量級(jí)分別為1010和109?？梢?，YW-I菌劑中的活菌對(duì)溫度較為敏感，低溫和室溫條件下保存90 d后有效活菌數(shù)的數(shù)量級(jí)仍在109以上，滿足使用要求。溫度影響微生物的生長(zhǎng)代謝，通常溫度越低，微生物的生長(zhǎng)代謝越緩慢，越有利于微生物的保存；但是低溫保存會(huì)增加保存成本。綜合考慮，YW-I菌劑常溫保存。

由圖2b可以看出，隨著保存溫度的升高和保存時(shí)間的延長(zhǎng)，油污去除率總體呈下降趨勢(shì)，與圖2a中有效活菌數(shù)的變化趨勢(shì)一致。表明，YW-I菌劑降解油污效果與YW-I菌劑的有效活菌數(shù)有關(guān)。

2.3 YW-I菌劑降解油污效果(圖3)

由圖3可以看出，0～3 d內(nèi)，隨著降解時(shí)間的延長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的油污去除率均逐漸升高，而3 d后對(duì)照組的油污去除率基本維持不變，約為11.54%；而實(shí)驗(yàn)組的油污去除率則繼續(xù)升高，7 d時(shí)達(dá)到最高，為33.24%。表明添加YW-I菌劑后，能顯著去除發(fā)酵液中的油污。通常單一菌種對(duì)油污的降解能力有限，而將不同菌種復(fù)配構(gòu)成復(fù)合菌劑，則能讓微生物發(fā)揮協(xié)同作用，共同完成油污的降解過程。

圖3 YW-I菌劑對(duì)油污的降解效果

2.4 油污土壤修復(fù)效果(圖4)

圖4 YW-I菌劑修復(fù)油污土壤的效果

由圖4可以看出，土壤中最初的油污含量為2.5%，經(jīng)過30 d的降解后，實(shí)驗(yàn)組土壤中的油污含量降為1.23%，油污去除率達(dá)到50.8%，而對(duì)照組的油污含量為2.4%,油污去除率僅為4%。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，YW-I菌劑修復(fù)油污土壤與搖瓶中的油污降解實(shí)驗(yàn)不同，在油污土壤中，YW-I菌劑的作用時(shí)間更長(zhǎng)(需要30 d的降解周期)，降解效率更高(油污去除率50.8%)；而在搖瓶中降解7 d即達(dá)到最高油污去除率33.24%(圖3)。YW-I菌劑應(yīng)用于油污土壤的修復(fù)，是多相、非均質(zhì)的復(fù)雜過程，涉及微生態(tài)、環(huán)境化學(xué)、土壤學(xué)等學(xué)科，還需要更深入的研究YW-I菌劑修復(fù)油污土壤的工藝條件，以提高對(duì)油污的降解效率。

3 結(jié)論

將油脂降解菌YZ-042發(fā)酵液與生物表面活性劑產(chǎn)生菌BM-029發(fā)酵液按最佳復(fù)配比例2∶1制備油污降解菌劑YW-I。在4 ℃下保存30 d后的YW-I菌劑的有效活菌數(shù)的數(shù)量級(jí)仍保持在初始數(shù)量級(jí)1011，在25 ℃下保存30 d后的YW-I菌劑的有效活菌數(shù)的數(shù)量級(jí)為1010，在4 ℃和25 ℃下保存90 d后的YW-I菌劑的有效活菌數(shù)的數(shù)量級(jí)分別為1010和109，綜合分析保存經(jīng)濟(jì)成本，YW-I菌劑可以常溫保存。YW-I菌劑在油污發(fā)酵液中的降解周期約為7 d，油污去除率最高為33.24%。YW-I菌劑用于油污土壤修復(fù)30 d后，土壤中的油污去除率達(dá)到50.8%，油污降解效果明顯。