生化去除南陽油田污水COD的研究

（黃淮學院化學化工系，河南駐馬店463000）

采油污水經過一級處理后，雖然含油量、氨氮、總磷等指標能滿足國家外排指標要求，但化學需氧量（COD）高達450mg·L－1左右，不能滿足國家規定的廢水一級排放標準（COD≤50mg·L－1），尋找高效經濟的廢水處理方法勢在必行。生化處理方法相對于高級氧化技術具有避免二次污染、凈化效果好、成本低、操作簡單等優點，具有廣闊的應用前景［1－6］。

國內對生化處理采油污水開展了很多研究。王英敏等［7］采用生化法處理雙河油田污水，可使污水的COD 值從420mg·L－1降到112.5mg·L－1；龔爭輝等［8］采用氣浮－生物接觸氧化技術處理采油污水，再經2＃、3＃罐生物接觸氧化處理約9.2h后，其COD 值由156mg·L－1降至121.2 mg·L－1；馬帥［9］采用生物接觸氧化技術處理江蘇油田7個采油廠的污水，COD值由196～497.8mg·L－1降到67.7～184.24 mg·L－1；李景全等［10］采用生物強化技術處理河南油田含表面活性劑和聚合物的采油污水，在表面活性劑濃度不高時，加入尿素、有機營養劑，可有效降低含油量，使進水COD 值從251.3mg·L－1降到124.7mg·L－1。盡管上述研究為油田污水處理提供了有價值的參考，但目前還未發現能使出水COD 值小于50mg·L－1的生化方法。這可能是由于油田采油方式及一級處理方法的不同造成的，因此，需要針對油田的性質進行特定的生物菌種的分離和馴化，提高生化處理效率及COD去除率。

南陽油田采油污水經一級處理后，其COD 值為450mg·L－1，含油量為3 mg·L－1，氨氮10 mg·L－1，BOD5／COD 值為0.1 左右，屬于難生化降解污水。作者針對污水特性，對菌種進行篩選和馴化，以期達到降低廢水COD 值的目的。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

南陽油田污水處理廠污水和污泥（起始COD 值為450mg·L－1）。

所用試劑均為市售分析純，實驗用水為超純水。

COD 值測定儀（青島路博公司），高壓蒸汽滅菌鍋，無菌操作臺，恒溫恒濕培養箱，恒溫搖床，電加熱爐，電動攪拌儀，便攜式pH 計。

1.2 培養基

營養瓊脂培養基（g·L－1）：牛肉膏3；蛋白胨10；NaCl 5；瓊脂32；水1 000mL。

PDA 培養基：200g干凈的馬鈴薯加水煮爛，搗成糊狀，用8層紗布過濾，濾液加熱煮沸，根據需要加葡萄糖和瓊脂，攪拌均勻，冷卻后補足水分至1 000mL，120 ℃滅菌20min左右，冷卻備用。

硝化細菌培養基（g·L－1）：（NH4）2SO40.5；NaCl 0.3；FeSO40.03；NaH2PO41；MgSO40.03；CaCl27.5。

亞硝化細菌培養基（g·L－1）：（NH4）2SO44.12；NaCl 1.7；FeSO40.03；NaH2PO40.87；MgSO40.76；CaCO31.0；瓊脂20。

1.3 方法

1.3.1 菌種的富集、分離和鑒定

將采集的油田污水或污泥加入生理鹽水中稀釋100倍，接種至上述4種培養基中，置于40 ℃恒溫搖床（轉速130r·min－1）中培養。以平板劃線分離，挑取單菌落進行純化。通過增殖得到大量菌種，置于4 ℃冰箱中備用。然后，根據細菌的個體形態、生化特征等對其進行鑒定［11］。

1.3.2 生化去除油田污水COD 的效果研究

將篩選的菌種用無菌水制成菌懸液，以相同接種量接種到油田污水中，并置于37℃恒溫培養箱中培養7d，分別考察pH 值、氮源、磷源、接種量、溫度對厭氧菌和好氧菌去除污水COD 效果的影響。

2 結果與討論

2.1 菌株的分離和篩選

在厭氧和好氧條件下，分別篩選得到一種菌株，其形態和生化特征見表1，鏡檢照片見圖1。

表1 厭氧菌和好氧菌的形態及生化特征Tab.1 Morphology and biochemical characteristics of anaerobic bacterium and aerobic bacterium

圖1 厭氧菌（a）和好氧菌（b）的光學顯微鏡照片Fig.1 Optical micrographs of anaerobic bacteria（a）and aerobic bacteria（b）

根據兩種菌株的個體形態、生化特征，可初步鑒定為假單胞菌屬（Pseudomonas），該菌屬是石油及其烴降解菌種中比較常見的菌屬。

2.2 厭氧菌對油田污水COD的去除效果

將培養12h 的厭氧菌投加到100 mL 油田污水中，分別在不同pH 值、不同磷源、不同溫度下恒溫培養7d，測定COD 值，以確定厭氧菌的最適條件。

2.2.1 pH 值對COD 去除效果的影響

在不添加磷源、溫度為37 ℃時，不同pH 值對COD 去除效果的影響見圖2。

圖2 pH 值對COD去除效果的影響Fig.2 Effect of pH value on COD removal efficiency

由圖2可看出，隨著pH 值的增大，COD 值先降低后升高，在pH 值為8時，COD 值降至最低。因此，厭氧菌的最適pH 值為7～8。

2.2.2 磷源對COD 去除效果的影響

研究表明，氮、磷源在自然環境中的含量非常有限，不能滿足烴類降解過程中微生物對原油的生物降解，因此，限量添加氮、磷源對原油的生物降解與菌體生長都有著重要影響。由于油田污水中含有一定的氮元素，因此僅添加磷源（磷酸二氫鈉或磷酸氫二鈉），在pH 值為7～8、溫度為37 ℃的條件下，考察磷源對COD 去除效果的影響，結果見圖3。

圖3 磷源對COD去除效果的影響Fig.3 Effect of phosphorus source on COD removal efficiency

由圖3可看出，以磷酸二氫鈉為磷源時的COD 去除效果好于磷酸氫二鈉，最佳添加量為0.5g·L－1。

2.2.3 溫度對COD 去除效果的影響

溫度對厭氧菌的作用效果有一定的影響，溫度太高容易導致菌株失活，溫度太低影響菌株的活性。固定pH 值為7～8、添加0.5g·L－1磷酸二氫鈉，考察不同溫度對COD 去除效果的影響。

結果發現，厭氧菌具有較高的溫度耐受性，最高耐受溫度達45 ℃，最低耐受溫度可達20 ℃。該溫度耐受范圍有利于現場作業。

在最適條件下，用厭氧菌去除油田污水COD，其COD 值從450mg·L－1降到250mg·L－1，COD 去除率達到44%。這是由于，在此條件下，經過厭氧處理后的有機物轉化為小分子、易降解的有機物和部分有機酸，不僅降低了COD 值，還提高了B／C 值，增強了可生化處理性，為好氧處理單元的正常運轉提供了良好條件。

2.3 好氧菌對油田污水COD的去除效果

與厭氧菌接種條件一樣，考察了pH 值、氮源、磷源、接種量、溫度對好氧菌去除油田污水COD 效果的影響。

2.3.1 pH 值對COD 去除效果的影響（圖4）

圖4 pH 值對COD去除效果的影響Fig.4 Effect of pH value on COD removal efficiency

由圖4可看出，與厭氧菌不同的是，好氧菌更適合在偏酸性（pH 值為6～7）環境下發揮最佳效果。這可能與菌株的個體差異有關，說明經過厭氧處理后的油田污水可不經過酸堿處理直接用于好氧作用，有利于聯合利用厭氧－好氧工藝處理油田污水。

2.3.2 氮源對COD 去除效果的影響

單獨依靠油田污水本身的氮源，好氧菌不能使COD 值降到100mg·L－1以下。以尿素或硝酸銨為外加氮源，在pH 值為6～7時考察氮源對COD 去除效果的影響，結果見圖5。

由圖5可看出，向油田污水中補加氮源，COD 去除效果明顯改善，其中以硝酸銨為氮源的COD 去除效果明顯好于尿素，最佳添加量為3g·L－1。

2.3.3 磷源對COD 去除效果的影響

基于硝酸銨最佳添加量為3g·L－1，按氮磷比為6∶1選擇磷源添加量為0.5g·L－1，以磷酸二氫鈉或磷酸氫二鈉為磷源，考察其對COD 去除效果的影響。

結果發現，以磷酸二氫鈉為磷源時的COD 去除效果好于磷酸氫二鈉，最佳添加量為0.5g·L－1。

圖5 氮源對COD去除效果的影響Fig.5 Effect of nitrogen source on COD removal efficiency

2.3.4 接種量對COD 去除效果的影響

控制pH 值為6～7、硝酸銨添加量為3g·L－1、磷酸二氫鈉添加量為0.5g·L－1，將培養12h的菌種以不同接種量接種到油田污水中，考察接種量對COD去除效果的影響。

結果發現，接種量太高不能有效發揮菌群的作用，太低達不到有效降低COD 值的目的，在接種量為50 mL·L－1時的COD 去除效果最好，COD 值能夠降至70mg·L－1左右。

2.3.5 溫度對COD 去除效果的影響

在接種量為50mL·L－1、pH 值為6～7、硝酸銨添加量為3g·L－1、磷酸二氫鈉添加量為0.5g·L－1時，不停向油田污水中通入空氣保持一定的氧濃度，在不同溫度下恒溫培養7d后測定COD 值。結果發現，好氧菌的耐受溫度范圍為20～35 ℃。

在最適條件下，用好氧菌去除油田污水COD，其COD 值從450mg·L－1降到70 mg·L－1左右，COD去除率達84%。

3 結論

從南陽油田污水和污泥中分離馴化得到一種厭氧菌和一種好氧菌，初步鑒定為假單胞菌屬，這兩種菌均能有效降低污水COD 值。厭氧菌的最適條件為：pH值7～8、溫度20～45 ℃、磷酸二氫鈉添加量0.5g·L－1，7d后可將油田污水COD 值從450 mg·L－1降到250mg·L－1，去除率達44%。好氧菌的最適條件為：pH 值6～7、硝酸銨添加量3g·L－1、磷酸二氫鈉添加量0.5g·L－1、接種量50 mL·L－1、溫度20～35 ℃，7d后可將油田污水COD 值從450mg·L－1降到70mg·L－1左右，去除率達84%。

［1］仝坤，張以河，謝加才，等.提高稠油廢水可生化性的研究進展［J］.化工環保，2011，31（5）：423－426.

［2］張紅蓮，夏立群，段東霞，等.含油廢水中絮凝劑產生菌DX－3的分離鑒定及特性研究［J］.化學與生物工程，2011，28（11）：22－26.

［3］魏維利，劉金泉，王俊安，等.MBBR 廢水處理工程應用關鍵問題探討［J］.現代化工，2013，33（1）：9－12.

［4］楊玖坡，陳梅梅，張海濤，等.固定化微生物技術處理石油石化廢水研究進展［J］.環境工程，2013，31（5）：25－29.

［5］王曉雪.港口含油污水生化處理技術研究及應用［D］.長沙：長沙理工大學，2009.

［6］湛美，陳丹.固定化菌劑處理含油廢水的試驗研究［J］.環境保護科學，2011，37（5）：23－25.

［7］王英敏，劉寧，胡書奎，等.雙河油田污水生化處理技術研究與應用［J］.精細石油化工進展，2010，11（10）：35－37.

［8］龔爭輝，呂興東，周雅芳，等.氣浮－生物接觸氧化技術在采油廢水處理中的應用［J］.黑龍江環境通報，2000，24（4）：26－28.

［9］馬帥.生物接觸氧化工藝處理采油廢水效果研究［D］.揚州：揚州大學，2012.

［10］李景全，肖盟，石步乾，等.生物強化技術在油田污水處理工程中的應用［J］.油田化學，2011，28（3）：338－341.

［11］R E 布坎南，N E 吉本斯.中國科學院生物研究所《伯杰氏細菌鑒定手冊》翻譯組譯.伯杰氏細菌鑒定手冊［M］.第八版.北京：科學出版社，1984：274－648.