煉廠油泥降解菌的篩選及降油條件初探

梁利華，董 霞

(石藥集團維生藥業(石家莊)有限公司，河北 石家莊 050035)

石油煉廠污水處理系統和石油儲運系統會產生大量的煉油污泥(簡稱油泥)。常見的生物處理方法有：土地耕作法[1]和生物堆肥法[2]。溫度、油本身的組分、外源營養物質、油污的物理狀態等是影響微生物降解能力的主要因素[3]。不同微生物對原油中烴類化合物的代謝途徑和機理不同，目前對原油烴的微生物降解研究多為以下3個方面：篩選和馴化優良降解菌種[4，5]；原油降解特性的研究[6]；微生物治理原油污染的應用研究[7]。作者篩選出高效穩定降解油泥的菌株，優化其實驗室培養條件，初步探討了該菌在實驗室條件下處理煉廠油泥的效果，為其進一步應用奠定基礎。

1 實驗

1.1 材料與培養基

實驗用土樣采自鉆井機周邊土壤和某煉廠廠內土壤，泥樣采自某煉廠污水處理站活性污泥、污水處理站處理后污泥。

(1)基礎無機鹽溶液(g)：NaCl 0.5，(NH4)2SO40.1，NaNO30.2，KH2PO40.4，K2HPO4·3H2O 1.0，蒸餾水 100 mL。

(2)原油液體培養基：基礎無機鹽溶液100 mL，原油(勝利原油，下同)2.0 g，pH值自然。

(3)原油固體選擇性培養基：基礎無機鹽溶液 100 mL，原油2.0 g，酵母膏0.1 g，瓊脂1.5 g，pH值自然。

(4)葡萄糖液體培養基：基礎無機鹽溶液100 mL，酵母膏0.1 g，20%葡萄糖溶液5.0 mL，pH值自然。

(5)LB液體培養基。

(6)油泥培養基：油泥5.0 g，優化的無機鹽溶液50.0 mL，pH值自然。

1.2 菌株篩選

1.2.1 初篩

將采集到的樣品加入到原油液體培養基中，在30 ℃、160 r·min-1下搖床培養7 d。取降解現象明顯的培養基，在原油固體選擇性培養基上進行劃線分離，30 ℃下培養4～5 d。從降油斑附近挑取單菌落到葡萄糖液體培養基中，搖床培養24 h,再次劃線，分離保存。

1.2.2 復篩

將初篩得到的菌株接種到葡萄糖液體培養基中，160 r·min-1、30 ℃下培養24 h。吸取10 mL菌液加入到原油液體培養基中，30 ℃、160 r·min-1下培養7 d。用紫外分光光度法測其含油量。將篩選出的高效降油菌株接種到LB液體培養基中，30 ℃、160 r·min-1下培養，用分光光度法測定菌體生長量。

1.2.3 菌株生理生化特性

對所篩選出的菌株進行革蘭氏染色、淀粉水解、明膠液化、糖或醇發酵、甲基紅(MR)、乙酰甲基醇(VP)、吲哚、硫化氫產生等生理生化實驗。

1.3 溫度、pH值、葡萄糖及無機鹽濃度對降解菌T1生長的影響

將經LB液體培養基培養后的菌株T1，按5%的接種量接種到121 ℃滅菌20 min的葡萄糖液體培養基培養20 h，測量菌體生長的OD600值。考察溫度(20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃)、pH值(6.0、7.0、8.0、9.0、10.0)、葡萄糖濃度(g·L-1)(10、15、20、25、30)、無機鹽濃度(g·L-1)[NaCl為1.0、3.0、5.0、7.0、9.0；(NH4)2SO4為0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、1.8；NaNO3為1.0、1.5、2.0、3.0、4.0；KH2PO4為2.0、4.0、6.0、8.0、10.0；K2HPO4·3H2O為5.0、10.0、15.0、20.0、25.0]對菌株生長的影響。

1.4 無機鹽對菌株T1降解油泥的影響

1.5 降解菌對油泥的降解效果

在油泥培養基中考察篩選菌株對油泥的降解效果。

2 結果與討論

2.1 菌株分離純化

分離得到純化菌株8株，其中4株原油降解率在60%以下；3株原油降解率在60%～70%之間；1株原油降解率在70%以上。圖1為3株原油降解率較高菌(T1、A2、Z8)的降解效果，其中菌株T1對原油的降解效果最好，降解率為17.9%。

圖1 篩選的3株菌對原油的降解率

2.2 菌株生理生化特性(表1)

從表1可知，根據菌株形態及生理生化特征，初步鑒定菌株T1為芽孢桿菌屬。

2.3 降解菌T1的生長曲線

選定降油效果最好的菌株T1測定其生長曲線，結果見圖2。

從圖2可以看出，在0～16 h期間，菌株大量繁殖，處于對數生長期；在16～42 h期間，生長量變化不大，處于穩定期；在42 h之后，生長量減少，菌體生長進入衰亡期。因此，選擇菌液的發酵時間為20 h。

表1 菌株初步鑒定結果

圖2 菌株T1的生長曲線

2.4 溫度、pH值、葡萄糖及無機鹽濃度對降解菌T1生長的影響(圖3、圖4)

圖3 溫度、pH值、葡萄糖濃度對T1生長的影響

圖4 無機鹽濃度對T1生長的影響

對圖3進行分析，發現溫度和pH值對菌株T1生長的影響較大，這一結論和其它降油菌的研究相似[8]。

對圖4進行分析，各無機鹽中，K2HPO4·3H2O對菌株生長影響最大，K2HPO4在補充磷源的同時使培養基的pH值緩沖在偏堿性條件，有利于菌株的生長。得到降解菌T1的最佳培養條件及培養基組成為：溫度30 ℃，pH值9.0，葡萄糖25 g·L-1，NaCl 3.0 g·L-1,(NH4)2SO41.0 g·L-1，NaNO31.0 g·L-1，KH2PO44.0 g·L-1，K2HPO4·3H2O 25.0 g·L-1。

2.5 無機鹽對菌株T1降解油泥的影響

無機鹽組分正交實驗結果的極差分析見圖5。

圖5 無機鹽組分正交實驗極差分析

由圖5可以看出，無機鹽組分對油泥降解的影響大小依次為：K2HPO4·3H2O>KH2PO4>NaNO3>NaCl>(NH4)2SO4。其中，KH2PO4、NaNO3、NaCl三者的極差非常接近，對油泥降解的影響差別不大。磷酸鹽K2HPO4·3H2O和KH2PO4都能作為磷源的補充，但是K2HPO4·3H2O與KH2PO4相比，在調節培養基pH值上具有優勢，能使培養基維持堿性，因此K2HPO4·3H2O比KH2PO4對油泥降解影響更大一些。

2.6 篩選菌株對油泥的降解(圖6)

圖6 篩選菌株對油泥的降解效果

由圖6可以看出，T1、A2、Z8 3株菌對油泥的降解效果較好，油泥中原油的降解率均在60%以上，其中菌株T1的降解率為71.3%，相比對原油的降解效果有所下降，這是因為菌體所處的環境有所改變，油類的組成不同而造成的。需要對菌株進行進一步的馴化。

3 結論

篩選到了3株降解煉廠油泥中原油效果較好的菌株T1、A2、Z8，其中菌株T1的降解效果最好。菌株T1的最佳培養條件為：溫度30 ℃、轉速160 r·min-1、pH值9.0；最佳的培養基組成(g·L-1)為：葡萄糖25、NaCl 3.0、(NH4)2SO41.0、NaNO31.0、KH2PO44.0、K2HPO4·3H2O 25.0。雖然一代菌株對煉廠油泥的原油降解效果較為理想，但菌種傳代后，降油能力有退化的現象。應尋求更加合適的手段保持菌種的降解活性，并進一步深入研究該菌對原油的降解過程以及降解機理。

參考文獻：

[1] 關月明，張忠智，張衛木，等.生物地耕法降解含油污泥的研究[J].石油化工高等學校學報，2010,23(4):44-55.

[2] 歐陽威，劉紅，于勇勇，等.微生物強化處理與堆制強化處理含油污染對比試驗[J].環境科學，2006，21(1)：160-164.

[3] 王世杰，王翔，盧桂蘭，等.柴油降解菌的篩選鑒定及降解特性研究[J].農業環境科學學報，2011,30(1):49-54.

[4] DeMello J A，Carmichael C A，Peacock E E，et al.Biodegradation and environmental behavior of biodiesel mixtures in the sea：An initial study[J].Mar Pollut Bull，2007,54(7):894-904.

[5] Potter T L，Duval B.CerroNegrobitumen degradation by a consortium of marine benthic microorganisms[J].Environ Sci Technol，2001,35(1):76-83.

[6] 李曄，陳新才，王焰新.石油污染土壤生物修復的最佳生態條件研究[J].環境科學與技術，2004,27(4):17-20.

[7] 孫正貴.生物法處理勝利油田含油污泥的工業實驗[J].環境工程，2008,26(3):88-91.

[8] 賈群超，郭楚玲，盧桂寧，等.兩株稠油高效降解菌的篩選鑒定及其降解性能研究[J].環境工程學報，2011,5(5):1181-1186.