微生物絮凝劑產生菌的篩選及其對含油廢水的處理研究

含油廢水是油田鉆井、原油生產、原油煉制與加工、油品水洗等過程中產生的一類廢水，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”技術處理含油廢水，鑒于其中含有乳化油和生物難降解的有機物以及大量的懸浮物，為減少懸浮物對水處理設備的磨損并減輕后續生化處理的負荷，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物，而絮凝劑的選擇和使用是混凝過程的核心和關鍵[1]。常用的傳統絮凝劑是聚合鋁和聚丙烯酰胺及其衍生物，存在耗費大、危害生態環境、會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，與無機絮凝劑和有機合成絮凝劑相比，微生物絮凝劑最大的優點是無毒、無害、易生物降解、不產生二次污染。

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

1 實驗

1.1 材料、培養基與儀器

土樣，采集于勝利油田的石油污染土壤。

發酵培養基：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。除酵母膏為生化級外，其余試劑均為分析純。

HZQ-X100型振蕩培養箱，哈爾濱東聯電子技術開發公司；OIL510型全自動紅外分光測油儀，北京華夏科創儀器技術有限公司；HH-6型化學耗氧量測定儀，江蘇江分電分析儀器有限公司；DBJ-623型電子變速攪拌機，解放軍四三三二工廠；PH510型臺式酸度計，上海精密科學儀器有限公司。

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

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，在電子變速攪拌機上進行絮凝實驗。操作程序為：200 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]。

以不加發酵液為空白對照，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絮凝效果的影響。

2 結果與討論

2.1 菌株的篩選

通過吡啶篩選法篩選6個土樣得到混合菌群，結果見表1。

表1 混合菌群篩選結果

由表1可以看出，每個混合菌群中含有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，再進行篩選[7]。結果見表2。

表2 吡啶篩選法復篩結果

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發酵液特別粘稠，絮凝率達到92.5%。因此，選擇菌株B-6-1進行后續實驗。

能產生絮凝劑的微生物培養液在發酵后期粘度較大，而且絮凝性和粘度有密切關系。特別是B-6-1菌株的培養液粘度很大，絮凝性較強。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系，B-6-1產生的絮凝劑的粘性大，可能是由于絮凝劑分子量大，也可能是培養液中絮凝劑含量大所造成的，具體原因有待進一步研究。

2.2 微生物絮凝劑投加量對絮凝效果的影響

其它條件不變，考察微生物絮凝劑投加量對絮凝效果的影響，結果見圖1。

圖1 微生物絮凝劑投加量對絮凝效果的影響

由圖1可以看出，微生物絮凝劑具有相當好的絮凝能力，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到51%；而后繼續增大絮凝劑投加量，石油類去除率反而下降。這是由于絮凝劑過量會導致再穩現象的發生[8]。由于微生物絮凝劑是有機物質，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值對絮凝效果的影響，結果見圖2。

圖2 廢水pH值對絮凝效果的影響

由圖2可以看出，廢水pH值對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值過高會導致后續生化處理過程中菌類死亡，不利于后續操作。這是由于酸堿度的變化改變了生物聚合體的帶電狀態和中和電荷的能力以及被絮凝物質的顆粒表面性質。因此，確定最佳含油廢水pH值為9.0。

2.4 含油廢水溫度對絮凝效果的影響

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絮凝效果的影響，結果見圖3。

圖3 廢水溫度對絮凝效果的影響

由圖3可以看出，廢水溫度為35℃時，COD和石油類去除率均達到最高。這是因為，廢水溫度太低，絮凝劑水解反應慢、水解時間長，影響絮凝效果；廢水溫度過高，可導致絮凝劑變性，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，考察其對絮凝效果的影響，結果見圖4。

圖4 金屬離子助劑對絮凝效果的影響

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Fe3+的顏色；Al3+有一定的毒性，不利于使用；Zn2+的價格很高。因此，確定最佳輔助金屬離子為Ca2+。

3 結論

采用吡啶篩選方法對6個土樣進行篩選，得到菌株B-6-1，其絮凝率達到92.5%；將其用于處理含油廢水，最佳絮凝處理條件為：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：

[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]．遼寧城鄉環境科技，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] 國家環保局．水和廢水監測分析方法(第四版)[M]．北京：中國環境科學出版社，2002：210-212，491-494．

[6] 李智良，張本蘭，裴健．微生物絮凝劑產生菌的篩選及相關廢水絮凝效果試驗[J]．應用與環境生物學報，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生菌的篩選[J]．微生物學通報，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．