微生物法处理陕北采油污水

高小朋,王 平,薛小龙,贺晓龙,任桂梅

(延安大学生命科学学院, 陕西延安 716000)

陕北是我国重要的新兴能源化工基地,石油产业在开采、储运、加工等过程中,经常会发生泄漏,陕北油井中10%的井场位于水源一级、二级保护区[1],泄漏的原油对水体、土壤造成了严重的污染,使陕北地区的环境污染与生态破坏有加剧趋势[2-3]。石油污染的修复技术研究是目前环境科学技术领域的研究热点[4]。理化方法处理石油污染物因其造价高,二次污染严重等问题而使其应用受到限制[5],而生物处理法是迄今为止处理石油烃污染比较好的一种方法,因处理效果好、费用低、无二次污染等优点而受到人们的广泛关注[6]。笔者利用已有的高效石油降解菌,对从陕北油区靖边天赐湾注水井、子长余家坪选油站和青化砭选油站采集采油污水进行了净化实验,为陕北地区的采油废水的微生物净化提供一定的技术探索、为建设环境友好型社会提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

a.实验材料：实验菌株CT-6 由延安大学生命科学学院微生物实验室提供;实验所用采油污水和石油分别采自靖边天赐湾注水井、子长余家坪选油站、青化砭选油站(编号分别为油样A、油样B、油样C;水样A、水样B、水样C)。

b.试剂：浓硫酸(95%～98%,分析纯,西安三浦精细化工厂生产)、石油醚(沸程90 ～120 ℃,分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司生产)、无水硫酸钠(分析纯,天津市北方天医化学试剂厂生产)。

c.仪器：隔水式电热恒温培养箱(PYX-DHS-40*50-BS,上海跃进医疗器械厂生产)、紫外分光光度计(UVmini-1240,日本岛津生产)、pH 计(pHS-25C,上海康仪仪器有限公司生产)、立式压力蒸汽灭菌锅(LS-B50L,江阴滨江医疗仪器厂生产)。

1.2 方 法

a.实验菌株的活化与扩大培养：将实验菌株CT-6 接种于LB 液体培养基中,实验条件为37 ℃、180 r/min、24 h 后将菌液按5%的接种量接种于LB培养基中,实验条件为37 ℃、180 r/min、培养13 h,如此重复3 次。

b.污水中石油类物质质量浓度的检测。 ①石油波长的选择[7]：不同产地的石油及其产品在紫外区不同波长处都有特征吸收峰,不同产地的石油敏感波长不同[8],将不同来源的石油样品进行全波长扫描,确定各种样品的敏感吸收峰。 ②不同样品标准曲线的绘制[9]：将原油样品用石油醚稀释至10 mg/mL作为储备液待用,分别取储备液1.0 mL、2.0 mL、3.0 mL、4.0 mL、5.0 mL 于10 mL 容量瓶中,用石油醚定容, 得到质量浓度分别为1.0 mg/mL、2.0 mg/mL、3.0 mg/mL、4.0 mg/mL、5.0 mg/mL 的石油-石油醚标准质量溶液。以石油醚为参比,测定其在特征波长下的光密度(OD)值,以质量浓度为横坐标、相应OD 值为纵坐标绘制标准曲线。由于不同产地原油组分不同,需分别绘制不同产地原油的标准曲线。 ③石油类物质质量浓度的测定。用紫外分光广度法[10]测定各样品中的石油类物质质量浓度。

c.实验菌株对污水中石油的降解实验：根据已有研究结果[11-12],菌株CT-6 能够在质量浓度分别为葡萄糖5.7 g/L、氯化铵3.8 g/L 的培养基中迅速生长,且在接种量8%、39.6 ℃、198 r/min 实验条件下对石油有较高的降解率,故该实验在前叙条件下进行。在每种污水中按ρ=5.7 g/L、ρ=3.8 g/L 的质量浓度分别加入葡萄糖和氯化铵为实验Ⅰ组,不加任何营养物质的污水为实验Ⅱ组,两组实验各做3个重复,每组同时以不加菌的污水作为对照组,从实验开始,2 d、4 d、6 d、8 d 后分别测定各污水水样中的残油量。

2 结果与分析

2.1 全波长扫描结果

对采集3 个地点的原油样品进行全波长扫描,结果见图1。图1 中的1,2,3,4, …分别代表扫描曲线在此处峰值的数量。

图1 3 个地点的油样波长分析

由图1(a)可知,靖边县天赐湾原油样品有最大吸收峰在波长225.20 nm 处,故确定该样品的特定波长为225.20 nm。

由图1(b)可知,子长余家坪选油站原油样品的最大吸收峰在波长226.20 nm 处,故确定该样品的特定波长为226.20 nm。

由图1(c)可知,青化砭选油站原油样品的最大吸收峰在波长226.10 nm 处,故确定该样品的特定波长为226.10 nm。

2.2 实验菌株对污水中原油的降解结果

a.经分光光度法测定污水中的石油类物质质量浓度,水样A 在不同处理条件下的石油类物质质量浓度见图2。

图2 水样A 实验

由图2(a)、(b)可知,实验菌株对采自靖边县天赐湾含油污水中的原油降解效果非常明显,但两组实验之间的处理结果没有明显差异,2 d 后实验菌株对实验Ⅰ组、实验Ⅱ组水样中原油的降解率分别达到了83.40%、85.18%, 质量浓度分别为9.42 mg/L、7.86 mg/L,都达到了国家石油类物质排放二级标准(≤10 mg/L)。随着培养时间的增加,降解效果增加不明显,8 d 时实验Ⅰ组的质量浓度降至5.49 mg/L,实验Ⅱ组水样的质量浓度为4.21 mg/L,实验Ⅱ组达到了国家石油类物质排放一级标准(≤5 mg/L)。其原因可能是：实验Ⅰ组加入营养物质,为菌株提供碳、氮源, 和石油物质产生共代谢, 加速了石油降解[13],当营养物质利用完后,降解率也不再增加;实验Ⅱ组没有添加营养物质,在较低的原油质量浓度下,实验菌株可以将原油作为碳源,有效地将原油分解利用。

b.经分光光度法测定污水中的石油类物质质量浓度,水样B 在不同处理条件下的石油类物质质量浓度见图3。

图3 水样B 实验

由图3(a)、(b)可知,实验菌株对采自子长余家坪选油站含油污水中的石油降解效果较为明显。2 d 时实验Ⅰ组和Ⅱ组水样中的石油类物质质量浓度分别为：51.42 mg/L、182.34 mg/L,随着降解时间的增加,水样中的石油类物质质量浓度逐渐降低,到第8 天时,实验Ⅰ组、实验Ⅱ组水样中的石油类物质质量浓度分别为32.56 mg/L、19.52 mg/L,降解率分别达到49.56%、85.49%,实验Ⅱ组达到了石油类物质国家排放三级标准(≤20 mg/L)。在实验2 ～6 d时,实验Ⅰ组的处理效果要优于实验Ⅱ组,其原因可能是,实验Ⅰ组因为加入营养物质和石油物质产生共代谢,加速了石油的降解[13]。而当营养物质消耗完毕,降解率便不再增加。而实验Ⅱ组从实验菌株进入污水中开始,就开始适应环境,随着对环境的适应性增强,降解能力也在不断增加。

c.经分光光度法测定污水中的石油类物质质量浓度,水样C 在不同处理条件下的石油类物质质量浓度见图4。

图4 水样C 实验

从图4(a)、(b)可知,实验菌株对采自青化砭选油站的含油污水中的原油降解效果并不明显,经过8 d 的降解,实验Ⅰ组的和实验Ⅱ组的石油类物质质量浓度分别为678.35 mg/L、802.13 mg/L,实验菌株对原油的降解率分别为6.8%和2.4%。这可能是由于原油质量浓度过高,处理效果比较差,其原因可能是：①经事后了解,在采样之前,水样C 进行了酸化处理,过高的酸度可能导致了实验菌株的死亡,所以,处理效果比较差;②可能与水样C 中的原油本身的理化性质有关,因为在不同地区所产石油的组分和理化性质有一定差异,这对微生物的降解也存在影响。有研究报道[14],用同一种微生物降解不同地区产的石油,有不同的降解效果,这说明石油本身的性质对微生物的降解有一定的影响。

3 结 论

a.利用陕北石油高效降解菌分别对采自靖边天赐湾注水井、子长余家坪选油站、青化砭选油站的含油污水进行了净化处理,结果为：靖边天赐湾注水井水样在处理2 d 后,达到国家石油类物质排放二级标准,8 d 后达到一级排放标准;子长余家坪选油站水样处理8 d 后,达到国家石油类物质排放三级标准;青化砭选油站水样处理效果并不明显。

b.3 个水样的初始石油类物质质量浓度排序是水样A ＜水样B ＜水样C,从整体处理效果来看,水样A 优于水样B、水样B 优于水样C。其原因可能是和各水样中的初始石油类物质质量浓度有关,初始石油类物质质量浓度越大,处理效果越差。这是因为石油类物质浓度对降解有很大影响,油量越大,覆盖于水样表面的油膜越厚、面积越大,使得氧气难以进入,从而影响实验菌株对氧的利用,抑制其生长[15],在石油类物质浓度过高时,也会对实验菌株利用其他的营养盐产生一定的阻碍,这一结果也和Arco 等[16]提出的“随石油浓度的升高,最终降解率逐渐降低,降解率与石油浓度成负相关关系”观点相吻合。

c.从每一水样的两组实验来看,结果并不完全相同,水样A 和水样B 的处理结果说明,实验Ⅱ组比实验Ⅰ组处理效果好,由于实验Ⅱ组不用加营养物质,因此,对这两个水样,采用直接给水样中投加菌体的方法较好一些。

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