煉油廠潤滑油廢白土的微生物修復試驗

(長江大學生命科學學院，湖北 荊州 434025)

余維初

(長江大學化學與環(huán)境工程學院，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)，湖北武漢430100 石油石化污染物控制與處理國家重點實驗室，北京102206)

煉油廠利用重側線餾分油生產潤滑油基礎油的生產工藝中需要采用白土補充精制，從而產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、瀝青、稠環(huán)芳烴和無機鹽類等非理想成分。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行無害化處理。

生物修復可能是一種有效、經濟環(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行230d的修復后，油含量下降了42.8%。魏小芳等[7]利用疏松劑和強化菌協(xié)同對石油污染土壤進行異位強化生物修復，經過300d處理，除油率達到79%。而利用強化微生物與土著微生物聯(lián)合修復含油污染廢棄物的研究較少。為此，筆者探討了強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的影響，以期為潤滑油廢白土微生物修復技術的發(fā)展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗土樣

試驗土樣為新疆某煉油廠潤滑油廢白土，自然風干，經過破碎混勻過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地農貿市場，無霉變、無雜質。鋸末收集自木材加工廠，除去石子等大顆粒雜質，曬干備用。

1.1.3 菌種

高效石油降解菌：側孢芽孢桿菌(Brevibacilluslaterosporus)、熱帶假絲酵母(Candidatropicalis)、仁川冢村氏菌(Tsukamurellainchonensis)[8]，均保存于長江大學生命科學學院微生物實驗室。

土樣土著菌：取適量土樣接入含油無機鹽液體培養(yǎng)基[9]中進行富集馴化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菌各1株，轉接至豆粕、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。

1.2 方法

1.2.1 菌種的制備

石油降解菌經活化擴大，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)物質土著菌活化擴大，等體積混合制成土著菌液。

1.2.2 微生物修復試驗

試驗在直徑為18cm、高為15cm的塑料盆中進行。每組試驗用LOWC 400g，共設置3個處理，各3個平行，試驗處理方案詳見表2。通過添加自來水使試驗組含水率保持在50%～60%之間。

表1 試驗方案

1.2.3 測定項目與方法

定期測定不同修復方式下土樣的溫度、pH、含水量、含油量和微生物數量。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 結果與分析

2.1 修復過程中溫度的變化

圖1 修復過程中環(huán)境和試驗組溫度的變化

環(huán)境和試驗組溫度的變化如圖1所示。由圖1可知，3個試驗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，最終試驗組溫度與環(huán)境溫度基本保持一致。在第1天，試驗組與環(huán)境間存在最大溫度差，分別為4.8、6.0、6.9℃。因為石油降解菌和土著菌的添加，3#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 修復過程中含水量的變化

修復過程中含水量的變化如圖2所示。由圖2可知，在60d的堆肥試驗過程中，3個試驗組的水分含量波動不大。結果表明，在60d堆肥過程中，維持水分在一定的范圍內，有利于取得最佳修復效果。強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 修復過程中pH的變化

修復過程中pH的變化如圖3所示。3種方案的pH都是在反應前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。而石油降解產生有機酸造成pH降低[14,15]。有機酸繼續(xù)降解產生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 修復過程中含水量的變化圖3 修復過程中pH的變化

2.4 修復過程中微生物數量的變化

圖4 修復過程中微生物數量的變化

修復過程中微生物數量的變化如圖4所示。在試驗開始階段1#和2#中微生物總數分別為0.36×108CFU/g和0.46×108CFU/g，而3#中微生物總數為4.9×108CFU/g，顯著高于1#和2#。微生物數量始終是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，有利于油類污染物的降解。

2.5 修復過程中含油量的變化

修復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，相應的降油率分別提高了237.86%和25.89%。30d后，3個試驗組油降解緩慢，經過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、強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)物及強化微生物聯(lián)合的修復效果更好。

圖5 修復過程中含油量和降油率的變化

3 結論

經過60d堆肥試驗，以3#(潤滑油廢白土加營養(yǎng)物、強化菌和土著菌)修復處理方案最佳，降油率可達到51.79%。結果表明，營養(yǎng)物質、強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。