炼油厂润滑油废白土的微生物修复试验

2019-09-18

长江大学学报(自科版) 2019年8期

(长江大学生命科学学院，湖北荆州 434025)

余维初

(长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州434023 非常规油气湖北省协同创新中心(长江大学)，湖北武汉430100 石油石化污染物控制与处理国家重点实验室，北京102206)

炼油厂利用重侧线馏分油生产润滑油基础油的生产工艺中需要采用白土补充精制，从而产生大量的含润滑油废白土(LOWC)[1,2]。润滑油废白土是一种褐色粉末状固体废弃物[3～5]，残留大约20%的润滑油和精制后的胶质、沥青、稠环芳烃和无机盐类等非理想成分。为防止其对土壤、空气及水资源造成污染，必须对润滑油废白土进行无害化处理。

生物修复可能是一种有效、经济环保的处理润滑油废白土的方法。闫毓霞[6]利用土著微生物对含油污泥进行230d的修复后，油含量下降了42.8%。魏小芳等[7]利用疏松剂和强化菌协同对石油污染土壤进行异位强化生物修复，经过300d处理，除油率达到79%。而利用强化微生物与土著微生物联合修复含油污染废弃物的研究较少。为此，笔者探讨了强化微生物与土著微生物联合对润滑油废白土微生物修复的影响，以期为润滑油废白土微生物修复技术的发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验土样

试验土样为新疆某炼油厂润滑油废白土，自然风干，经过破碎混匀过2mm筛后保存待用。其含油量为24.15%，pH为4.86，含水量为7.11%。

1.1.2 辅料

豆粕、玉米粉和麸皮购于当地农贸市场，无霉变、无杂质。锯末收集自木材加工厂，除去石子等大颗粒杂质，晒干备用。

1.1.3 菌种

高效石油降解菌：侧孢芽孢杆菌(Brevibacilluslaterosporus)、热带假丝酵母(Candidatropicalis)、仁川冢村氏菌(Tsukamurellainchonensis)[8]，均保存于长江大学生命科学学院微生物实验室。

土样土著菌：取适量土样接入含油无机盐液体培养基[9]中进行富集驯化3代获得。

营养物及锯末土著菌：将豆粕、玉米粉、麸皮及锯末分别接种到PDA和牛肉膏蛋白胨固体培养基上，挑选长势最好的真菌及细菌各1株，转接至豆粕、玉米粉、麸皮及锯末上，8株菌生长良好，作为营养物及锯末土著菌用于试验。

1.2 方法

1.2.1 菌种的制备

石油降解菌经活化扩大，以10%(V/W)接种量接种到营养物(豆粕∶玉米粉∶麸皮=1∶1∶1，W/W)中培养，制成固体菌剂。

土样土著菌、营养物质土著菌活化扩大，等体积混合制成土著菌液。

1.2.2 微生物修复试验

试验在直径为18cm、高为15cm的塑料盆中进行。每组试验用LOWC 400g，共设置3个处理，各3个平行，试验处理方案详见表2。通过添加自来水使试验组含水率保持在50%～60%之间。

表1 试验方案

1.2.3 测定项目与方法

定期测定不同修复方式下土样的温度、pH、含水量、含油量和微生物数量。其中含水量测定采用烘干法[10]；pH测定采用电位法，土水比为1∶2.5(W/V)[11]；微生物数量的测定采用涂布平板法[12]；含油量的测定参考超声-索氏提取重量法[13]。

2 结果与分析

2.1 修复过程中温度的变化

图1 修复过程中环境和试验组温度的变化

环境和试验组温度的变化如图1所示。由图1可知，3个试验组温度变化具有相似的变化趋势。在第0～5天，快速升温，维持一段时间后，缓慢降温，然后回升，最终试验组温度与环境温度基本保持一致。在第1天，试验组与环境间存在最大温度差，分别为4.8、6.0、6.9℃。因为石油降解菌和土著菌的添加，3#方案中温度升高更快，也为微生物降解石油提供适宜的温度。

2.2 修复过程中含水量的变化

修复过程中含水量的变化如图2所示。由图2可知，在60d的堆肥试验过程中，3个试验组的水分含量波动不大。结果表明，在60d堆肥过程中，维持水分在一定的范围内，有利于取得最佳修复效果。强化微生物和土著微生物生长会充分利用堆肥中的水分，从而使60d后堆肥中的水分含量低于添加营养剂的水分含量。

2.3 修复过程中pH的变化

修复过程中pH的变化如图3所示。3种方案的pH都是在反应前10天逐渐上升，保持一段时间后稍微降低并最终维持在稳定的水平。营养物中含氮物质的分解使得pH升高，为降油微生物提供适宜pH条件。而石油降解产生有机酸造成pH降低[14,15]。有机酸继续降解产生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。

图2 修复过程中含水量的变化图3 修复过程中pH的变化

2.4 修复过程中微生物数量的变化

图4 修复过程中微生物数量的变化

修复过程中微生物数量的变化如图4所示。在试验开始阶段1#和2#中微生物总数分别为0.36×108CFU/g和0.46×108CFU/g，而3#中微生物总数为4.9×108CFU/g，显著高于1#和2#。微生物数量始终是3#>2#>1#。营养物土著菌将麸皮等大分子营养物分解成更适宜降油菌生长的小分子物质，有利于油类污染物的降解。

2.5 修复过程中含油量的变化

修复过程中含油量和降油率的变化如图5所示。与1#和2#相比，3#在15d后含油量下降快，相应的降油率分别提高了237.86%和25.89%。30d后，3个试验组油降解缓慢，经过60d处理，3种方案中含油量基本稳定，降油率分别为42.12%、48.57%和51.79%。营养物质、强化微生物与土著微生物三者联合比仅添加营养物和添加营养物及强化微生物联合的修复效果更好。