微生物絮凝剂产生菌的筛选及其对含油废水的处理研究

含油废水是油田钻井、原油生产、原油炼制与加工、油品水洗等过程中产生的一类废水，含有油类、芳烃、氨、磷、硫和重金属等污染物。

炼油厂大多采用“隔油-浮选-生化”技术处理含油废水，鉴于其中含有乳化油和生物难降解的有机物以及大量的悬浮物，为减少悬浮物对水处理设备的磨损并减轻后续生化处理的负荷，一般采用混凝法去除含油废水中的大部分乳化油、悬浮物、胶体和部分难降解有机物，而絮凝剂的选择和使用是混凝过程的核心和关键[1]。常用的传统絮凝剂是聚合铝和聚丙烯酰胺及其衍生物，存在耗费大、危害生态环境、会带来二次污染等问题[2～4]。微生物絮凝剂是微生物在生长过程中分泌的一类高分子聚合物，它们可使水中的微小颗粒凝聚、沉降，与无机絮凝剂和有机合成絮凝剂相比，微生物絮凝剂最大的优点是无毒、无害、易生物降解、不产生二次污染。

作者在此采用以吡啶为氮源的培养基筛选出可处理含油废水的絮凝剂产生菌株，并对其絮凝影响因素进行了初步研究，以期为微生物絮凝剂应用于含油废水的处理提供理论依据。

1 实验

1.1 材料、培养基与仪器

土样，采集于胜利油田的石油污染土壤。

发酵培养基：蔗糖 20 g， 尿素 0.75 g，酵母膏0.75 g，磷酸氢二钾5 g， 磷酸二氢钾5 g,氯化钠0.1 g,去离子水 1000 mL,pH值7.0。除酵母膏为生化级外，其余试剂均为分析纯。

HZQ-X100型振荡培养箱，哈尔滨东联电子技术开发公司；OIL510型全自动红外分光测油仪，北京华夏科创仪器技术有限公司；HH-6型化学耗氧量测定仪，江苏江分电分析仪器有限公司；DBJ-623型电子变速搅拌机，解放军四三三二工厂；PH510型台式酸度计，上海精密科学仪器有限公司。

1.2 含油废水的配制

在1000 mL自来水中加入0.15 g硫酸亚铁、0.1 g硝酸钠、0.05 g硫酸镁、 0.1 g氯化铵、0.2 g煤灰尘、0.08 g原油，即得含油废水，其pH值自然。

1.3 菌株的筛选方法

采用吡啶筛选法筛选絮凝剂产生菌。将土样或活性污泥接入吡啶为氮源的培养基，使可以耐受吡啶的微生物存活下来。然后将培养液稀释涂布，得到单菌，利用高岭土悬浊液测定单菌发酵液的絮凝活性，筛选出絮凝剂产生菌。

1.4 含油废水絮凝处理

在250 mL烧杯中加入150 mL含油废水、适量微生物絮凝剂，在电子变速搅拌机上进行絮凝实验。操作程序为：200 r·min-1搅拌3 min，60 r·min-1搅拌3 min，静置3 min。取上层水样50 mL，分别测定絮凝前后的COD和石油类去除率[5，6]。

以不加发酵液为空白对照，分别考察微生物絮凝剂投加量、废水pH值、废水温度、辅助金属离子类型对絮凝效果的影响。

2 结果与讨论

2.1 菌株的筛选

通过吡啶筛选法筛选6个土样得到混合菌群，结果见表1。

表1 混合菌群筛选结果

由表1可以看出，每个混合菌群中含有6～13株不同菌株，共筛选得到各类菌株61株，其中有絮凝性的27株，筛出率为44.3%。

将混合菌群涂布后得到单菌，再进行筛选[7]。结果见表2。

表2 吡啶筛选法复筛结果

由表2可以看出，絮凝率超过84%的菌株有7株，其中菌株B-6-1发酵液特别粘稠，絮凝率达到92.5%。因此，选择菌株B-6-1进行后续实验。

能产生絮凝剂的微生物培养液在发酵后期粘度较大，而且絮凝性和粘度有密切关系。特别是B-6-1菌株的培养液粘度很大，絮凝性较强。微生物絮凝剂是一种高分子聚合物，其粘性大小和分子量有直接关系，B-6-1产生的絮凝剂的粘性大，可能是由于絮凝剂分子量大，也可能是培养液中絮凝剂含量大所造成的，具体原因有待进一步研究。

2.2 微生物絮凝剂投加量对絮凝效果的影响

其它条件不变，考察微生物絮凝剂投加量对絮凝效果的影响，结果见图1。

图1 微生物絮凝剂投加量对絮凝效果的影响

由图1可以看出，微生物絮凝剂具有相当好的絮凝能力，150 mL废水中仅用0.05 mL絮凝剂(即投加量为0.33 mL·L-1)，废水的石油类去除率就达到51%；而后继续增大絮凝剂投加量，石油类去除率反而下降。这是由于絮凝剂过量会导致再稳现象的发生[8]。由于微生物絮凝剂是有机物质，因此随着絮凝剂投加量的增大，COD去除率并没有升高，而是缓慢下降。综合考虑COD和石油类去除率，确定最佳微生物絮凝剂投加量为0.33 mL·L-1。

2.3 含油废水pH值对絮凝效果的影响

微生物絮凝剂投加量为0.33 mL·L-1，其它条件不变，考察含油废水pH值对絮凝效果的影响，结果见图2。

图2 废水pH值对絮凝效果的影响

由图2可以看出，废水pH值对絮凝效果有较大的影响，pH值过低絮凝效果很不理想；pH值越高，絮凝效果越好；但pH值过高会导致后续生化处理过程中菌类死亡，不利于后续操作。这是由于酸碱度的变化改变了生物聚合体的带电状态和中和电荷的能力以及被絮凝物质的颗粒表面性质。因此，确定最佳含油废水pH值为9.0。

2.4 含油废水温度对絮凝效果的影响

微生物絮凝剂投加量为0.33 mL·L-1、废水pH值为9.0，其它条件不变，考察含油废水温度对絮凝效果的影响，结果见图3。

图3 废水温度对絮凝效果的影响

由图3可以看出，废水温度为35℃时，COD和石油类去除率均达到最高。这是因为，废水温度太低，絮凝剂水解反应慢、水解时间长，影响絮凝效果；废水温度过高，可导致絮凝剂变性，絮凝效果受到影响。因此，确定最佳废水温度为35℃。

2.5 金属离子助剂对絮凝效果的影响

微生物絮凝剂投加量为0.33 mL·L-1、废水pH值为9.0、废水温度为35℃，其它条件不变，加入3 mL 1 mol·L-1不同金属离子助剂，考察其对絮凝效果的影响，结果见图4。

图4 金属离子助剂对絮凝效果的影响

由图4可以看出， Fe3+、Al3+、Ca2+、Zn2+的助凝作用较好，K+、Na+的助凝作用较差。但Fe3+絮凝后的上清液出现Fe3+的颜色；Al3+有一定的毒性，不利于使用；Zn2+的价格很高。因此，确定最佳辅助金属离子为Ca2+。

3 结论

采用吡啶筛选方法对6个土样进行筛选，得到菌株B-6-1，其絮凝率达到92.5%；将其用于处理含油废水，最佳絮凝处理条件为：微生物絮凝剂投加量0.33 mL·L-1、废水pH值9.0、废水温度35℃、添加辅助金属离子Ca2+。

参考文献：

[1] 陈芳艳，唐玉斌，何军．用聚合氯化铝铁混凝处理炼油废水的研究[J]．辽宁城乡环境科技，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] 国家环保局．水和废水监测分析方法(第四版)[M]．北京：中国环境科学出版社，2002：210-212，491-494．

[6] 李智良，张本兰，裴健．微生物絮凝剂产生菌的筛选及相关废水絮凝效果试验[J]．应用与环境生物学报，1997，3(1)：67-70．

[7] 卢文玉，张通，张冬艳，等．天然碱泥分离用微生物絮凝剂产生菌的筛选[J]．微生物学通报，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．