官赟赟，顧錫慧，雷太平，張艷芳

（中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，天津300131）

煉油廢水COD降解菌固態(tài)菌劑的制備及性能考察

官赟赟，顧錫慧，雷太平，張艷芳

（中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，天津300131）

考察了幾種吸附載體對煉油廢水COD降解菌的吸附效果，確定以麥麩作為該菌種的吸附載體。固態(tài)菌劑保存在5℃條件下存活菌數(shù)較高，添加脫氧劑對菌種存活有促進(jìn)作用。固態(tài)菌劑保存1 a后，菌種濃度仍能達(dá)到8.3×108CFU/g，比液態(tài)保存菌種高4.15×103倍。以保存期為1 a之內(nèi)的固態(tài)菌劑降解煉油廢水，其效果與新培養(yǎng)的液態(tài)菌種相當(dāng)，COD去除率均在82%以上；當(dāng)保存時間＞1 a時，固態(tài)菌劑對煉油廢水的降解效果有所下降。

固態(tài)菌劑；COD降解菌；存活菌數(shù)；煉油廢水

隨著工業(yè)廢水產(chǎn)量的增大，國家對其治理力度也逐漸加大。生物法具有投資少、操作簡單、節(jié)約能源、無二次污染的優(yōu)點(diǎn)，在石化行業(yè)煉油廢水的處理中應(yīng)用較廣。生物法的廣泛應(yīng)用帶動了生物菌劑行業(yè)的發(fā)展，但大量制備的菌液如不經(jīng)特殊處理會面臨保存時間短、活力低以及容易變異的問題。目前，一般通過降低生物活性的方式解決該問題，制備固態(tài)菌劑則是一種常用方法。該方法利用一些具有吸附性的材料作為附著載體來吸附微生物，并經(jīng)過干燥等后續(xù)處理，使微生物細(xì)胞活性降低甚至休眠，具有存放時間長、儲存和運(yùn)輸成本低的優(yōu)點(diǎn)〔1〕。

本研究以煉油廢水COD降解菌為研究對象，考察了幾種吸附載體的吸附效果，以及存放時間、存放溫度、是否添加脫氧劑等對固態(tài)菌劑保存效果的影響；同時對固態(tài)保存菌劑和液態(tài)保存菌劑的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較，并對固態(tài)菌劑降解性能進(jìn)行了研究，以期為其他菌種固態(tài)菌劑的制備及效果考察提供參考。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用菌種為中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司工業(yè)節(jié)水與廢水資源化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室保存的煉油廢水COD降解菌單菌。

吸附載體選取燕麥糠、麥麩、蔗渣、滑石粉、沸石粉中的1種，過40目（合0.42 mm）不銹鋼篩，并于121℃下滅菌20 min〔2〕。

發(fā)酵培養(yǎng)基配方：甘蔗糖蜜4.4 g/L，玉米漿粉3 g/L，KH2PO417mg/L，MgSO45 mg/L，F(xiàn)eSO4微量，MnSO4微量。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1固態(tài)菌劑的制備

將菌種加入到發(fā)酵培養(yǎng)基內(nèi)培養(yǎng)12 h，然后向500 mL菌液中加入10 g載體，于150 r/min下震蕩吸附1 h。震蕩結(jié)束后，將其置于30℃烘箱內(nèi)烘干至含水率為6%～10%，即得固態(tài)菌劑。

1.2.2載體吸附效果考察

分別以燕麥糠、麥麩、蔗渣、滑石粉、玉米粉、豆粕為載體按1.2.1制備固態(tài)菌劑，其中菌液體積為500 mL，載體質(zhì)量為10 g。取1 g固態(tài)菌劑加入到50 mL生理鹽水中，于150 r/min下震蕩1 h。震蕩結(jié)束后，取上清液采用平板稀釋法計(jì)數(shù)，考察載體釋放菌數(shù)。

1.2.3菌種存活數(shù)考察

將固態(tài)菌劑在不同的條件下保存一定時間，然后取1 g加入到50 mL生理鹽水中，于150 r/min下震蕩1 h。震蕩結(jié)束后，取上清液采用平板稀釋法計(jì)數(shù)，考察菌種存活情況。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1載體的吸附效果

將燕麥糠、麥麩、蔗渣、滑石粉、玉米粉、豆粕依次編號為A—F，各載體的吸附效果如圖1所示。吸附前菌液濃度為7.9×109CFU/mL。

圖1　吸附材料吸附效果比較

由圖1可知，麥麩和豆粕能將更多的菌種有效釋放到液體環(huán)境中?？紤]到成本因素，選用麥麩作為吸附載體，其釋放菌數(shù)可達(dá)到3.7×109CFU/g。

按照濃縮后菌液體積為500 mL加入10 g麥麩載體進(jìn)行吸附，考察菌液濃縮倍數(shù)對吸附效果的影響，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，濃縮倍數(shù)為1倍時，菌種釋放量為8.2×109CFU/g，較未濃縮提高了約1.2倍。濃縮倍數(shù)為2～6倍時，釋放菌數(shù)的提高倍數(shù)均低于濃縮倍數(shù)。例如，濃縮倍數(shù)為2倍時，菌種釋放量為9.8× 109CFU/g，較未濃縮僅提高了約1.6倍。因此，將菌液進(jìn)行1倍濃縮，不僅能節(jié)約吸附材料的使用量，而且能獲得較高的菌種釋放量。

圖2　菌液濃縮倍數(shù)對吸附效果的影響

2.2存放時間及溫度對固態(tài)菌劑存活率的影響

以麥麩作為載體制備固態(tài)菌劑，并將其密封放于不同的環(huán)境內(nèi)，考察存放條件對菌種存活率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3　保存時間和溫度對菌種存活數(shù)的影響

由圖3可知，在密封存放條件下，以20℃存放為例，隨著存放時間的延長，菌種存活率逐漸下降，初始菌種數(shù)量為3.7×109CFU/g的固態(tài)菌劑存放1 a，菌種數(shù)量下降到3.3×108CFU/g，可以滿足實(shí)驗(yàn)要求。由圖3還可以看出，保存溫度為5℃的固態(tài)菌劑菌種存活率最高，保存1 a后，菌種數(shù)量達(dá)到7.5× 108CFU/g，保存溫度為0℃的固態(tài)菌劑菌種存活率最低，保存1 a后，菌種數(shù)量僅為5×106CFU/g。二者菌種存活數(shù)量相差可達(dá)150倍。相對低溫的環(huán)境可使微生物細(xì)胞內(nèi)酶的活性下降，使得物質(zhì)代謝過程中各種生化反應(yīng)速度減慢，菌種存活率較高。但是如果在0℃條件下長期保存，菌種體內(nèi)正常的物質(zhì)代謝受到破壞，對細(xì)胞會造成一定程度損害。30℃左右的溫度可能適宜于部分菌種生長，在保存初期菌種數(shù)量減少較慢，但此時微生物代謝旺盛，同時又缺乏足夠的營養(yǎng)物質(zhì)，因此隨著時間的延長菌種極容易出現(xiàn)衰亡。

2.3脫氧劑對固態(tài)菌劑存活率的影響

鐵系脫氧劑可使包裝環(huán)境內(nèi)的氧含量降至極低，不僅可以抑制好氧微生物的活性和雜菌污染，而且能有效防止培養(yǎng)基殘余有機(jī)物氧化，能夠延長菌種的保存時間。鐵系脫氧劑為還原性鐵粉、粉末活性炭和氯化鈉按照質(zhì)量比8∶2∶1混合而成，將其分成小包裝放于固態(tài)菌劑內(nèi)，每個小包裝內(nèi)脫氧劑質(zhì)量為1 g，每500 g固態(tài)菌劑加入1 g脫氧劑。室溫壞境下脫氧劑對固態(tài)菌劑存活率的影響如圖4所示。

圖4　脫氧劑對菌種存活數(shù)的影響

由圖4可知，在室溫壞境下，添加脫氧劑的樣品菌種存活率明顯高于未添加脫氧劑的樣品。添加脫氧劑的樣品保存1 a后，菌種數(shù)量為8.3×108CFU/g，較未添加脫氧劑的樣品存活率提高60.2%。

2.4固態(tài)菌劑和液態(tài)菌劑效果比較

將初始菌液分成2種方式保存，一種方式制備成固態(tài)菌劑，添加脫氧劑后保存于室內(nèi)；另一種方式則以液態(tài)菌劑保存，即將甘油與菌液按照3∶7的體積比混合后保存于-80℃冰箱中。2種保存方式下菌種的存活情況如圖5所示。

由圖5可知，在保存1個月的時間內(nèi)，液態(tài)保存方法菌種數(shù)量下降較多，一部分生長狀態(tài)較差的菌種首先死亡，在保存4個月以后液態(tài)保存方法菌種數(shù)量急劇下降，在保存到12個月時，菌種由最初的3.9×109CFU/mL降至2×105CFU/mL，在此數(shù)量級的條件下，工程使用時需要投加大量的液體菌劑，給菌劑的應(yīng)用帶來困難。在保存到12個月時，固態(tài)菌劑菌種由3.7×109CFU/g降至8.3×108CFU/g，菌種數(shù)量比液態(tài)保存高4.15×103倍。

圖5　固態(tài)保存和液態(tài)保存效果比較

表1綜合比較了固態(tài)菌劑和液態(tài)菌劑的優(yōu)缺點(diǎn)，相比之下，固態(tài)菌劑在延長菌種保存時間和提高菌種存活力方面的優(yōu)點(diǎn)較明顯，因此是工業(yè)用菌種的主要保存方式。

表1　固態(tài)菌劑和液態(tài)菌劑優(yōu)缺點(diǎn)比較

2.5固態(tài)菌劑的降解性能

對煉油廢水的降解需要幾種菌株協(xié)同作用，對此將本實(shí)驗(yàn)室保存的其他煉油廢水COD降解單菌同樣制備成固態(tài)菌劑。采用不同保存時間的固態(tài)菌劑混合菌種（單菌按照質(zhì)量等比例混合）進(jìn)行煉油廢水的降解實(shí)驗(yàn)，并與新發(fā)酵的液態(tài)混合菌種進(jìn)行比較，結(jié)果如表2所示。降解時菌種接種量按照每100 mL廢水投加2 g固態(tài)菌劑或者2 mL菌液。

表2　不同菌劑對煉油廢水的COD去除率

由表2可知，保存時間為12個月之前的固態(tài)菌劑對煉油廢水的降解效果與新培養(yǎng)的液態(tài)菌劑效果相當(dāng)，COD去除率均在82%以上。固態(tài)菌劑保存時間過長，則對煉油廢水的降解效果下降。將本研究制備方法所制得的固態(tài)菌劑的最佳保存期定為1 a。

3　結(jié)論

（1）本研究方法制備的固態(tài)菌劑在5℃條件下存活菌數(shù)較高，且添加脫氧劑對菌種存活有促進(jìn)作用。保存1 a的固態(tài)菌劑菌種數(shù)量仍可達(dá)到8.3×108CFU/g，比液態(tài)保存高4.15×103倍，且仍能保持較好的降解性能，符合菌種保存以及應(yīng)用的要求。

（2）制備固態(tài)菌劑過程中培養(yǎng)基并未完全去除，其中殘存的有機(jī)物可充當(dāng)保護(hù)劑的作用〔3〕。另外，由于添加了脫氧劑不僅可以降低染菌機(jī)率，防止菌種培養(yǎng)基殘余有機(jī)物氧化，且能在一定程度上降低目標(biāo)菌種的活性，對保存時間的延長起到促進(jìn)作用。

（3）固態(tài)菌劑保存較液態(tài)菌劑保存具有較多優(yōu)勢，是工業(yè)菌種應(yīng)用的主要趨勢。本研究僅針對保存的煉油廢水COD降解菌，對于其他菌種固態(tài)菌劑的制備，需根據(jù)菌種自身特點(diǎn)對制備方法進(jìn)行調(diào)整。

［1］賀金梅，劉俊軒，孫穎，等.固態(tài)微生物菌劑干燥和菌體保存的研究進(jìn)展［J］.食品工業(yè)科技，2012，33（15）：423-427.

［2］馬梅榮，陳雷，宣世偉，等.XM固態(tài)菌劑載體選擇的初步研究［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005，37（2）：259-261.

［3］吳皓瓊，沙長青，牛彥波，等.保護(hù)劑與抑菌劑對生物肥料保存期的影響［J］.生物技術(shù)，2004，14（6）：55-56.

Study on the preparation and performances of solid bacteria agent of COD degrading bacteria of refinery wastewater

Guan Yunyun，Gu Xihui，Lei Taiping，Zhang Yanfang
（CenerTech Tianjin Chemical Research and Design Institute Co.，Ltd.，Tianjin 300131，China）

The adsorption effect of several adsorbing carriers on COD degrading bacteria of refinery wastewater has been investigated.It is ascertained that wheat bran works as the better adsorbing carrier of these bacteria.The solid microbial agent has higher survival quantity of bacteria at 5℃.Adding deoxidizer can improve the survival rate of bacteria.After the solid bacterial agent has been preserved for a year，the bacteria concentration is still 8.3×108CFU/g，it is 4.15×103times higher than that of being preserved in liquid solution.The solid bacterial agent whose retention period is within a year is used for degrading refinery wastewater.Its effect is equivalent to that of newly cultured liquid state bacteria.The COD removing rate are both above 82%.If the retention time is＞1 a，the degrading effect of solid bacterial agent on refinery wastewater gets lower.

solid microbial agent；COD degrading bacteria；survival quantity of bacteria；refinery wastewater

X703

A

1005-829X（2016）02-0075-04

官赟赟（1983—），工程師。電話：022-26689181，E-mail：guanyunyun2013@163.com。

2015-12-09（修改稿）