生化去除南阳油田污水COD的研究

（黄淮学院化学化工系，河南驻马店463000）

采油污水经过一级处理后，虽然含油量、氨氮、总磷等指标能满足国家外排指标要求，但化学需氧量（COD）高达450mg·L－1左右，不能满足国家规定的废水一级排放标准（COD≤50mg·L－1），寻找高效经济的废水处理方法势在必行。生化处理方法相对于高级氧化技术具有避免二次污染、净化效果好、成本低、操作简单等优点，具有广阔的应用前景［1－6］。

国内对生化处理采油污水开展了很多研究。王英敏等［7］采用生化法处理双河油田污水，可使污水的COD 值从420mg·L－1降到112.5mg·L－1；龚争辉等［8］采用气浮－生物接触氧化技术处理采油污水，再经2＃、3＃罐生物接触氧化处理约9.2h后，其COD 值由156mg·L－1降至121.2 mg·L－1；马帅［9］采用生物接触氧化技术处理江苏油田7个采油厂的污水，COD值由196～497.8mg·L－1降到67.7～184.24 mg·L－1；李景全等［10］采用生物强化技术处理河南油田含表面活性剂和聚合物的采油污水，在表面活性剂浓度不高时，加入尿素、有机营养剂，可有效降低含油量，使进水COD 值从251.3mg·L－1降到124.7mg·L－1。尽管上述研究为油田污水处理提供了有价值的参考，但目前还未发现能使出水COD 值小于50mg·L－1的生化方法。这可能是由于油田采油方式及一级处理方法的不同造成的，因此，需要针对油田的性质进行特定的生物菌种的分离和驯化，提高生化处理效率及COD去除率。

南阳油田采油污水经一级处理后，其COD 值为450mg·L－1，含油量为3 mg·L－1，氨氮10 mg·L－1，BOD5／COD 值为0.1 左右，属于难生化降解污水。作者针对污水特性，对菌种进行筛选和驯化，以期达到降低废水COD 值的目的。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

南阳油田污水处理厂污水和污泥（起始COD 值为450mg·L－1）。

所用试剂均为市售分析纯，实验用水为超纯水。

COD 值测定仪（青岛路博公司），高压蒸汽灭菌锅，无菌操作台，恒温恒湿培养箱，恒温摇床，电加热炉，电动搅拌仪，便携式pH 计。

1.2 培养基

营养琼脂培养基（g·L－1）：牛肉膏3；蛋白胨10；NaCl 5；琼脂32；水1 000mL。

PDA 培养基：200g干净的马铃薯加水煮烂，捣成糊状，用8层纱布过滤，滤液加热煮沸，根据需要加葡萄糖和琼脂，搅拌均匀，冷却后补足水分至1 000mL，120 ℃灭菌20min左右，冷却备用。

硝化细菌培养基（g·L－1）：（NH4）2SO40.5；NaCl 0.3；FeSO40.03；NaH2PO41；MgSO40.03；CaCl27.5。

亚硝化细菌培养基（g·L－1）：（NH4）2SO44.12；NaCl 1.7；FeSO40.03；NaH2PO40.87；MgSO40.76；CaCO31.0；琼脂20。

1.3 方法

1.3.1 菌种的富集、分离和鉴定

将采集的油田污水或污泥加入生理盐水中稀释100倍，接种至上述4种培养基中，置于40 ℃恒温摇床（转速130r·min－1）中培养。以平板划线分离，挑取单菌落进行纯化。通过增殖得到大量菌种，置于4 ℃冰箱中备用。然后，根据细菌的个体形态、生化特征等对其进行鉴定［11］。

1.3.2 生化去除油田污水COD 的效果研究

将筛选的菌种用无菌水制成菌悬液，以相同接种量接种到油田污水中，并置于37℃恒温培养箱中培养7d，分别考察pH 值、氮源、磷源、接种量、温度对厌氧菌和好氧菌去除污水COD 效果的影响。

2 结果与讨论

2.1 菌株的分离和筛选

在厌氧和好氧条件下，分别筛选得到一种菌株，其形态和生化特征见表1，镜检照片见图1。

表1 厌氧菌和好氧菌的形态及生化特征Tab.1 Morphology and biochemical characteristics of anaerobic bacterium and aerobic bacterium

图1 厌氧菌（a）和好氧菌（b）的光学显微镜照片Fig.1 Optical micrographs of anaerobic bacteria（a）and aerobic bacteria（b）

根据两种菌株的个体形态、生化特征，可初步鉴定为假单胞菌属（Pseudomonas），该菌属是石油及其烃降解菌种中比较常见的菌属。

2.2 厌氧菌对油田污水COD的去除效果

将培养12h 的厌氧菌投加到100 mL 油田污水中，分别在不同pH 值、不同磷源、不同温度下恒温培养7d，测定COD 值，以确定厌氧菌的最适条件。

2.2.1 pH 值对COD 去除效果的影响

在不添加磷源、温度为37 ℃时，不同pH 值对COD 去除效果的影响见图2。

图2 pH 值对COD去除效果的影响Fig.2 Effect of pH value on COD removal efficiency

由图2可看出，随着pH 值的增大，COD 值先降低后升高，在pH 值为8时，COD 值降至最低。因此，厌氧菌的最适pH 值为7～8。

2.2.2 磷源对COD 去除效果的影响

研究表明，氮、磷源在自然环境中的含量非常有限，不能满足烃类降解过程中微生物对原油的生物降解，因此，限量添加氮、磷源对原油的生物降解与菌体生长都有着重要影响。由于油田污水中含有一定的氮元素，因此仅添加磷源（磷酸二氢钠或磷酸氢二钠），在pH 值为7～8、温度为37 ℃的条件下，考察磷源对COD 去除效果的影响，结果见图3。

图3 磷源对COD去除效果的影响Fig.3 Effect of phosphorus source on COD removal efficiency

由图3可看出，以磷酸二氢钠为磷源时的COD 去除效果好于磷酸氢二钠，最佳添加量为0.5g·L－1。

2.2.3 温度对COD 去除效果的影响

温度对厌氧菌的作用效果有一定的影响，温度太高容易导致菌株失活，温度太低影响菌株的活性。固定pH 值为7～8、添加0.5g·L－1磷酸二氢钠，考察不同温度对COD 去除效果的影响。

结果发现，厌氧菌具有较高的温度耐受性，最高耐受温度达45 ℃，最低耐受温度可达20 ℃。该温度耐受范围有利于现场作业。

在最适条件下，用厌氧菌去除油田污水COD，其COD 值从450mg·L－1降到250mg·L－1，COD 去除率达到44%。这是由于，在此条件下，经过厌氧处理后的有机物转化为小分子、易降解的有机物和部分有机酸，不仅降低了COD 值，还提高了B／C 值，增强了可生化处理性，为好氧处理单元的正常运转提供了良好条件。

2.3 好氧菌对油田污水COD的去除效果

与厌氧菌接种条件一样，考察了pH 值、氮源、磷源、接种量、温度对好氧菌去除油田污水COD 效果的影响。

2.3.1 pH 值对COD 去除效果的影响（图4）

图4 pH 值对COD去除效果的影响Fig.4 Effect of pH value on COD removal efficiency

由图4可看出，与厌氧菌不同的是，好氧菌更适合在偏酸性（pH 值为6～7）环境下发挥最佳效果。这可能与菌株的个体差异有关，说明经过厌氧处理后的油田污水可不经过酸碱处理直接用于好氧作用，有利于联合利用厌氧－好氧工艺处理油田污水。

2.3.2 氮源对COD 去除效果的影响

单独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。以尿素或硝酸铵为外加氮源，在pH 值为6～7时考察氮源对COD 去除效果的影响，结果见图5。

由图5可看出，向油田污水中补加氮源，COD 去除效果明显改善，其中以硝酸铵为氮源的COD 去除效果明显好于尿素，最佳添加量为3g·L－1。

2.3.3 磷源对COD 去除效果的影响

基于硝酸铵最佳添加量为3g·L－1，按氮磷比为6∶1选择磷源添加量为0.5g·L－1，以磷酸二氢钠或磷酸氢二钠为磷源，考察其对COD 去除效果的影响。

结果发现，以磷酸二氢钠为磷源时的COD 去除效果好于磷酸氢二钠，最佳添加量为0.5g·L－1。

图5 氮源对COD去除效果的影响Fig.5 Effect of nitrogen source on COD removal efficiency

2.3.4 接种量对COD 去除效果的影响

控制pH 值为6～7、硝酸铵添加量为3g·L－1、磷酸二氢钠添加量为0.5g·L－1，将培养12h的菌种以不同接种量接种到油田污水中，考察接种量对COD去除效果的影响。

结果发现，接种量太高不能有效发挥菌群的作用，太低达不到有效降低COD 值的目的，在接种量为50 mL·L－1时的COD 去除效果最好，COD 值能够降至70mg·L－1左右。

2.3.5 温度对COD 去除效果的影响

在接种量为50mL·L－1、pH 值为6～7、硝酸铵添加量为3g·L－1、磷酸二氢钠添加量为0.5g·L－1时，不停向油田污水中通入空气保持一定的氧浓度，在不同温度下恒温培养7d后测定COD 值。结果发现，好氧菌的耐受温度范围为20～35 ℃。

在最适条件下，用好氧菌去除油田污水COD，其COD 值从450mg·L－1降到70 mg·L－1左右，COD去除率达84%。

3 结论

从南阳油田污水和污泥中分离驯化得到一种厌氧菌和一种好氧菌，初步鉴定为假单胞菌属，这两种菌均能有效降低污水COD 值。厌氧菌的最适条件为：pH值7～8、温度20～45 ℃、磷酸二氢钠添加量0.5g·L－1，7d后可将油田污水COD 值从450 mg·L－1降到250mg·L－1，去除率达44%。好氧菌的最适条件为：pH 值6～7、硝酸铵添加量3g·L－1、磷酸二氢钠添加量0.5g·L－1、接种量50 mL·L－1、温度20～35 ℃，7d后可将油田污水COD 值从450mg·L－1降到70mg·L－1左右，去除率达84%。

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