高效菌群处理油泥的成效分析

(1.四川省地质矿产勘查开发局成都水文地质工程地质队,四川成都，610072；2.四川省天晟源环保股份有限公司，四川成都，610072)

高效菌群处理油泥的成效分析

王建刚1,2王婷2熊振1,2杨在文1,2

(1.四川省地质矿产勘查开发局成都水文地质工程地质队,四川成都，610072；2.四川省天晟源环保股份有限公司，四川成都，610072)

以美国生态实验室Microbe lift水处理菌群(A)、油田废水中驯化培养的混合菌群(B)及假单胞杆菌群(P.Aeruginosa，C)为实验菌剂，模拟了生物反应器和生物强化法处理油泥的成效，研究结果表明：三组菌群均能有效降解油泥中的油类污染物，组合菌群的去油效果要优于单组菌群；单组菌群以C的去油效果最好，经生物反应器处理7 d和生物强化法处理120 d后，对油的去除率分别达到61.79%和41.93%；组合菌群以ABC处理效果最好，经生物反应器处理7 d和生物强化法处理120 d后，对油的去除率分别达到72.21%和74.61%；各菌群在生物反应器和生物强化法处理油泥过程中，加速生长期分别为2 d 和30 d，生物反应器的去油效果要优于生物强化法。

菌群 生物反应器 生物强化法 去除率

油泥产生于原油开发和生产加工过程，具有污染物含量高、组分复杂、致癌性强等特征，一旦处理不当就会对周边环境造成严重危害[1,2]。传统油泥处理方法中，物理法[3,4]和化学法[5,6]因成本过高、二次污染大、技术装备复杂、操作要求高等问题[7,8]，制约了其实际应用，而生物法则克服了上述缺点，被誉为二十一世纪最具前景的修复技术[9]。目前，已有大量有关堆肥[10,11]、生物反应器[12,13]、生物强化法[14,15]、植物-微生物联合修复[9,16]等的研究报道，但受制于油泥特征、不同地域气候条件、降解菌群性能等因素影响，即使同一种石油降解菌群或处理方法在不同区域也可能表现出差异性。而驯化、筛选、诱变或通过基因重组技术等多种手段获得高效石油降解菌种，则是提高生物法处理油泥成效的关键[17,18]。

本文通过室内模拟生物反应器和生物强化法处理油泥实验，研究了单组菌群和多组菌群处理油泥时的可行性及其效果，并对生物反应器和生物强化法处理效果进行了对比分析，旨在评价和确定合适的油泥处理菌群和处理方法，为油田含油污泥生物处理提供有益技术依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

供试油泥：采自克拉玛依油田，含油量289011 mg·kg-1，pH值6.92，总氮2125 mg·kg-1、总磷653 mg·kg-1。

实验菌种：采用购自美国的水处理菌群A(Microbe lift)，油田废水驯化培养后的菌液B以及从油田污染土壤中分离获得的假单胞菌C[9]。

实验设备：主要包括恒温震荡器(型号为SHA-C，常州智博瑞仪器制造有限公司)、培养箱(型号为SPX-250B-Z，上海博讯实业有限公司)、电子天平(型号为YP-B，上海光正医疗仪器有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 生物反应器处理油泥实验

实验采用摇瓶震荡培养法进行[19]。实验共设置三组：(1)添加单组菌群。共设置对照(不接菌)，接菌A、接菌B、接菌C共4个处理，主要考察单组菌群处理油泥的效果，各处理中菌液添加量均保持25%；(2)添加组合菌群。共设置对照、接菌AB、接菌AC、接菌BC、接菌ABC共5个处理。接菌4个处理分别代表菌群A、B、C两种或三种等比例混合。保持每种菌液添加量均为25%，主要考察组合菌群对油泥的处理效果，以筛选合适的菌群组合方式；(3)三种菌群等比例混合后加入共代谢底物。共设置对照、接菌ABC、接菌ABC后分别添加葡萄糖、水杨酸和邻苯二甲酸氢钾共5个处理，主要考察共代谢底物对石油降解的促进作用，并确定最优的共代谢底物，每个处理中每种菌液的添加量均25%。

1.2.2 生物强化法处理油泥实验

生物强化法处理油泥实验采用培养箱进行[9]。整个实验在培养箱中进行，油泥使用量为0.18 kg，保持油泥含水率为15%，碳：氮：磷比例约为100:5:1，培养箱温度38℃，取样时间为0、3、5、10、20、30、60、90、120 d。整个实验设置三组处理：(1)添加单组菌群。使各处理设置与生物反应器处理油泥实验的第一组相同。接菌后，使油泥中接入菌体的菌密度达到1944 mg·kg-1；(2)添加组合菌群。使实验设置与生物反应器处理油泥实验的第二组相同。等比例接入两、三种菌体后，使油泥中单组菌体的密度与本实验第一组相同；(3)三种菌群等比例混合。使油泥中菌体密度达到本实验第二组的1倍、2倍及3倍的实验处理。

1.3 测定方法

油泥中油含量的测定采用重量法测定[20]。

2 结果与分析

2.1 生物反应器处理油泥效果分析

图1A为接入单组菌群时，生物反应器对油泥的处理效果。由图可见，与对照相比，接菌A、接菌B、接菌C的处理中，油的去除率均随着培养时间增加而逐步增加。其中，接菌2 d后油的去除率明显加快，在接菌7 d时，三个处理中，油类去除率分别达到了42.97%、31.18%、61.79%，大大高于对照的0.41%。这说明三种菌群加速生长期为第2 d，且三种菌群去油效果相比，表现为接菌C>接菌A>接菌B>对照。

图1 生物反应器处理油泥时油去除率的变化

图1B为接入组合菌群时，生物反应器对油泥的处理效果。由图可见，接入组合菌群的各实验处理，油的去除率表现出与接入单组菌群时相似的规律。接菌2 d后，由于菌群生长进入加速生长期，油的去除率迅速增加，在接菌7 d时，接菌AC、接菌AB、接菌BC、接菌ABC的处理中油的去除率分别达到40.21%、68.06%、65.99%、72.21%，显著高于对照的0.41%。这说明接入组合菌群加速了油类污染物的生物降解，而各种菌群组合方式中，以接菌ABC处理效果最好。

图1C为油泥中接入ABC组合菌群后，再分别添加葡萄糖、水杨酸及邻苯二甲酸氢钾时，生物反应器对油泥的处理效果。由图可见，添加三种共代谢底物时，油的去除率仍保持了较快的增长，在第7 d时，添加葡萄糖、水杨酸及邻苯二甲酸氢钾的3个处理中，油的去除率分别达到了70.73%、72.95%、72.35%。而未添加共代谢底物的接菌ABC处理和对照中油的去除率为72.21%和0.41%。这说明在油泥中接菌ABC组合菌群后，再添加水杨酸和邻苯二甲酸氢钾可以提升油泥治理效果，但效果不明显，而添加葡萄糖则无助于提升ABC组合菌群对油的去除效果。因此，生物反应器中添加ABC组合菌群处理油泥时，可不添加三种共代谢底物。

2.2 生物强化法处理油泥效果分析

图2A为油泥中接入单组菌群时，生物强化法对油泥的处理效果。由图可见，在接菌30 d后，接菌A、接菌B、接菌C的3个处理中，油的去除率迅速提高，这说明三种菌群在油泥中的加速生长期应该在第30 d。此外，经120 d生物处理后，接菌A、接菌B、接菌C处理及对照中，油的去除率分别为37.67%、40.79%、41.93%、0.40%，这说明三种菌群均能提升油泥的治理效果，但仍存在油的去除率偏低的问题，这可能由于油泥含油量较高，对各菌群的生物毒性较强。另外，油泥中大量土著微生物与3种菌群存在竞争关系，也限制了单组菌群的生物降解作用。因此，有必要将3种菌群进行组合，以提高油泥的治理效果。

图2 生物强化法处理油泥时油去除率的变化

图2B为接入A、B、C组合菌群时，生物强化法对油泥的处理效果。由图可见，各处理中组合菌群的加速生长期仍为第30 d。其中，经120 d处理后，接菌AC、接菌AB、接菌BC、接菌ABC的组合菌群中油的去除率分别为41.69%、47.08%、45.41%、54.21%，而对照中，油的去除率仅为0.40%，这说明各组合菌群对油的去除效果为接菌ABC>接菌AC>接菌BC>接菌AB>对照。但是，即使接菌ABC组合菌群，油的去除率也不足55%，有必要对接菌ABC组合菌群进行优化，以提升油泥处理效果。

图2C为提高油泥中ABC组合菌群的菌体密度时油的去除效果。由图可见，提高油泥中ABC组合菌群的密度至2倍和3倍时，油的去除率明显高于对照和接菌ABC处理的效果。其中，经120 d处理后，接菌2倍、3倍菌体密度的ABC处理时，油的去除率由接菌1倍菌体密度时的54.21%，分别提高至58.15%、74.61%。因此，在油泥的实际处理过程中，应选取ABC组合菌群。

2.3 菌群去油效果对比分析

利用生物反应器和生物强化法处理油泥时，单组菌群和组合菌群对油的去除效果表现出一定的相似性和差异性。

相似性表现在：①单组菌群A、B、C及其组合菌群AB、AC、BC、ABC均对油泥均有一定的生物处理效果，但组合菌群对油的去除效果要优于单组菌群；②单组菌群C和组合菌群ABC在生物反应器和生物强化法处理油泥时，对油泥的处理效果均最好。

差异性表现在：①单组菌群及组合菌群进入加速生长期的时间有所不同，生物反应器中单组菌群和组合菌群加速生长期均为2 d后，而生物强化法中单组菌群和多组菌群加速生长期为30 d后，前者要快于后者；②单组菌群和组合菌群在生物反应器中的去油效果要明显优于生物强化法。如：生物反应器中，处理效果最好的单组菌群C和组合菌群ABC在培养第7 d时，对油的去除率分别达到61.79%和72.21%，而在生物强化法中，单组菌群C和组合菌群ABC在生物处理120 d时对油泥的去除率才达到41.93%和54.21%。这主要因为生物反应器较生物强化法提供了更适宜菌群生长的氧气含量、养分等[17,18]，导致单组菌群和组合菌群进入加速生长期的时间要明显快于生物强化法，从而使前者的去油效果更好。此外，生物反应器所提供的菌群生长条件也有利于单组菌群和组合菌群在同油泥中土著菌群的竞争关系中占据主导地位。因此，在油泥的实际处理过程中，应根据修复时间、成本及资金量等因素，有针对性的选取生物反应器和生物强化法来开展油泥处理。

3 结论

(1)实验选用的单组菌群及其组合菌群均对油泥均有一定的处理效果。单组菌群中，以菌群C对油的去除效果最好，经生物反应器处理7 d后，对油的去除率达到61.79%。组合菌群中以菌群ABC对油的去除率最好，经生物反应器处理7 d后，对油的去除率达到72.21%，组合菌群的去油效果要明显优于单组菌群。

(2)在生物反应器处理油泥时，单组菌群和组合菌群的加速生长期为7 d，而生物强化法处理油泥时，单组菌群和组合菌群的加速生长期为30 d，生物反应器较生物强化法对油泥的处理效率要高。

(3)油泥实际处理时，资金充足而时间要求紧张的前提下，建议选取生物反应器作为油泥处理技术，反之，建议采用生物强化法处理油泥。

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AnalysisofOilSludgeBioremediationbyHighPerformanceBacteria

WangJiangang1,2,WangTing2,XiongZhen1,2,YangZaiwen1,2

(1.ChengduHydrogeologicalEngineeringGeologyTeam,SichuanProvincialgeologyandmineralexplorationandDevelopmentBureau,Chengdu610072,Sichuan,China;2.SichuanTianshengyuanEnvironmentalServicesCo.,Ltd,Chengdu610072,Sichuan,China)

In the paper, we separately chosen the ecological laboratory Microbe-Lift from America, indigenous petroleum degradation bacteria acclimated from oilfield wastewater and pseudomonas (hereinafter referred to as bacterium A，B and C) as the microbial inoculums to explore their oil sludge treatment efficiency in the simulated bioreactor and bio-augmentation. The results shown that three groups of inoculums were capable of degrading the oil, and the mixture inoculums were prior to sole one in treating oil sludge. The best efficiency for oil treatment was achieved by the C, which separately removed 61.79% and 41.93% of oil after 7 d of bio-reaction and 120 d of bio-augmentation. In addition, the same results were obtained by the mixture inoculum ABC with 72.21% and 74.61% of oil removal in the same conditions as above. Finally, the rapid growth period for all the inoculums in the simulated bioreactor and bio-augmentation were orderly 2 d and 30 d, and the former was superior to the latter in oil removal efficiency.

inocula; bioreactor; bio-augmentation; removal efficiency