王 艷 王盛緯

摘要:文章針對(duì)石油污染生物治理過程中石油烴污染物生物可利用性差、生物降解速率低等問題,應(yīng)用鼠李糖脂生物表面活性劑來強(qiáng)化石油烴污染物的生物降解,重點(diǎn)考察生物表面活性劑在強(qiáng)化石油烴污染物生物降解中的作用過程和作用機(jī)理,為生物表面活性劑在石油烴污染生物治理中的應(yīng)用提供理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:石油烴污染物;生物表面活性劑;活性污泥;鼠李糖脂;微生物生物降解

中圖分類號(hào):X171文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)21-0115-02

大量的原油污水,嚴(yán)重威脅著人類的健康和生存環(huán)境。原油污水的處理方法有:物理方法、化學(xué)方法及生物方法。相較其他兩種方法,生物技術(shù)處理石油污染物,已成為一種經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益俱佳的手段。

由于石油烴自然降解的過程較慢,生物法處理原油時(shí),微生物可能被油黏附并包裹,限制了微生物的呼吸、新陳代謝及生長(zhǎng)繁殖,造成處理效果下降,有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)污泥上浮、微生物的大量死亡等現(xiàn)象,嚴(yán)重影響污水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行。研究表明,表面活性劑可以促進(jìn)石油烴的乳化,提高石油烴在水中溶解度及生物可利用性。但化學(xué)表面活性劑本身具有毒性且難于降解,因而會(huì)引入二次污染。生物表面活性劑不僅具有同化學(xué)表面活性劑相當(dāng)?shù)谋砻婊钚院腿榛阅?而且具有低毒和易于生物降解等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),另外,許多烴類降解菌可原位合成生物表面活性劑,這使其在石油烴污染場(chǎng)地的生物治理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。鼠李糖脂作為一種表面活性和乳化性能強(qiáng)的生物表面活性劑,被廣泛地用于生物清洗和生物降解,其中最主要被用于廢油污染的治理。

本研究利用廢油發(fā)酵產(chǎn)生鼠李糖脂,在活性污泥處理時(shí),不同量濃度的鼠李糖脂對(duì)石油烴類物質(zhì)降解速度和降解率的影響?？疾焓罄钐侵瑢?duì)不同種類烴類物質(zhì)(烷烴、芳香烴)的降解速度和降解率的影響。

一、實(shí)驗(yàn)材料和方法

(一)實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用鼠李糖紙的濃度為18.7g/L。

污泥的MLSS值為500mg/L。

(二)降解率計(jì)算:水中油含量測(cè)定(IR法)

取500mL降解后水樣,用氯仿/四氯化碳10mL進(jìn)行梯次萃取,進(jìn)行紅外分析,與之前繪制的油樣標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行對(duì)比,得到水中余油量,計(jì)算得到降解率。

(三)不同溫度下潤滑油的降解

在活性污泥玻璃池中,分別添加600mg/L的潤滑油和兩種濃度的鼠李糖脂,另加一個(gè)空白對(duì)比,分別在20、25、30三個(gè)溫度下降解24小時(shí),取水樣分析,測(cè)定降解率。

(四)降解動(dòng)力學(xué)的研究

考察活性污泥系統(tǒng)對(duì)石油烴的降解動(dòng)力學(xué),在污泥池中加入600mg/L的潤滑油和0.625ml/L的鼠李糖脂發(fā)酵液,分別于8、16、24、32小時(shí)取樣分析水樣。

(五)微生物對(duì)不同烴類的降解能力測(cè)定

1.正十六烷在室溫(25℃)下的降解。加入量分別600mg/L,取樣時(shí)間24h。

2.芳香族在室溫(25℃)下的降解。實(shí)驗(yàn)中考慮到芳香族對(duì)微生物的毒害,二甲苯的添加量逐漸增加的,分別為300mg/L和600mg/L,最終以600mg/L的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。

3.二甲苯的降解率。文獻(xiàn)報(bào)道,活性污泥對(duì)芳香族處理效率比較低,而現(xiàn)實(shí)情況與文獻(xiàn)描述不符合,故設(shè)想水中余油較低的原因是主要由于污泥吸附,遂取處理二甲苯的污泥進(jìn)行萃取,紅外分析污泥中吸附量,最終數(shù)據(jù)處理中扣除。再考慮二甲苯的24小時(shí)揮發(fā)量,最終確定活性污泥池對(duì)二甲苯的降解率。

二、結(jié)果與討論

(一)不同溫度下潤滑油的降解

(二)正十六烷在室溫(25℃)下的降解

(三)芳香族在室溫(25℃)下的降解

觀察污泥的狀況,發(fā)現(xiàn)600mg/L依然屬于污泥降解負(fù)荷之內(nèi),見表1,表2:

加入量分別300mg/L,取樣時(shí)間24h。

加入量分別600mg/L,取樣時(shí)間24h。

(四)二甲苯的降解率

25℃時(shí),活性污泥池對(duì)二甲苯的降解率見表3,圖3:

(五)活性污泥對(duì)正十六烷和二甲苯的降解效率比較

實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明,飽和烴的降解率高于低分子量的芳香族烴類化合物。

比較鼠李糖脂和傳統(tǒng)表面活性劑,發(fā)現(xiàn)其在理化指標(biāo)上毫不遜色,環(huán)境影響對(duì)石油烴的降解往往具有決定性的作用。溫度對(duì)微生物降解石油烴的影響主要是對(duì)石油烴物理狀態(tài)、化學(xué)組成的影響(特別是對(duì)微生物可接觸到的石油烴的表面積的大小和揮發(fā)后供微生物降解的石油烴類組成的影響)以及對(duì)微生物本身代謝活性的影響。微生物對(duì)石油烴的降解借助于酶的催化作用完成,而酶的活性只有在一定的溫度范圍內(nèi)才能得以發(fā)揮,因此溫度對(duì)生物降解有不可消除的影響。通過觀察潤滑油的降解動(dòng)力學(xué)曲線,發(fā)現(xiàn)16小時(shí)后,潤滑油基本降解完全。本實(shí)驗(yàn)采用液態(tài)潤滑油作為混合烴類代表,其降解率比較選用原油作為降解物的實(shí)驗(yàn)結(jié)果要好的多,說明石油烴的物理狀態(tài)對(duì)其微生物降解有顯著影響。在水體系中,微生物主要在油-水界面活動(dòng),油的分散程度直接影響微生物能接觸到的石油烴的表面積,油-水界面面積的增加,不僅使石油烴更易到達(dá)微生物,而且進(jìn)入水體的乳化液滴使氧和營養(yǎng)物更易被微生物獲得,從而促進(jìn)微生物對(duì)石油烴的降解作用

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作者簡(jiǎn)介:王艷(1986-),東北師范大學(xué)商學(xué)院碩士研究生,助理工程師,研究方向:應(yīng)用化學(xué)。