CN1990854A - 一种处理稠油污水的微生物菌剂及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及采油污水的生物治理技术，具体地说是一种处理稠油污水的微生物菌剂及制备方法。按重量百分比计，成份为：5～10％铜绿假单孢杆菌、10～15％枯草芽孢杆菌、5～15％地衣芽孢杆菌、10～15％弗氏丙酸杆菌、10～20％液化金杆菌、5～10％环状芽孢杆菌、5～10％萎蔫短小杆菌、5～10％球形节杆菌、5～10％木棍杆菌、10～15％热土厌氧棒菌。经菌种活化、摇瓶培养、扩繁，混合制得。它协同作用强，生物表面活性剂产生菌可增大石油烃在水中的溶解性，使石油烃更易与微生物直接接触，厌氧菌可提高稠油废水的可生化性，好氧菌降解能力大，适用于稠油污水的生物处理。

Description

一种处理稠油污水的微生物菌剂及制备方法
技术领域
本发明涉及采油污水的生物治理技术，具体地说是一种处理稠油污水的复合型微生物菌剂及制备方法。
背景技术
随着石油工业的发展，我国大部分油田都已进入高含水稠油或超稠油热采阶段，原油采出液中含水率高达80％～90％以上。关于油田采出水的处理，国内外已有不少报道。国内外对稠油污水的处理大都是经深度处理后回用于锅炉做循环水，稠油污水处理一般包括油水分离、混凝沉淀、气浮等工艺，其最大弊端是无法满足达标排放(主要是COD达标)。国外的稠油污水经深度处理后全部回用于锅炉作循环水，基本上没有外排现象。国内油田原油含水率逐渐升高，回用量增加不大，导致稠油污水外排现象严重，因此外排达标成为国内各大油田污水处理工作的关键环节。稠油污水的本质特征是含有比较高的胶质与沥青质，并且由于稠油开采工艺的特殊性，在生产工程中投加了大量的高分子药剂，这些污染物分子量大，生物降解性差，使污水的处理难度加大。在废水的各种形式的间歇、组合生物处理工艺中，微生物占据着主导地位，稠油污水的生物处理效率主要取决于废水的可生化性调控。但因以往采用的膜分离活性污泥、颗粒化活性污泥等技术采用的是土著微生物，不能提高污水的可生化性，进而不能有效的去除稠油污水中的污染物，解决稠油污水无法达标排放还是个难题。
发明内容
本发明目的是提供一种处理稠油污水复合微生物菌剂及其制备方法，其微生物菌剂协同作用强，在稠油废水处理中能提高稠油污水的可生化性，可更有效地降解稠油污水中的难降解有机物污染物，很好地解决稠油污水无法达标排放的难题。
本发明的技术方案是：在考虑能有效地对稠油污水处理，提高污水的可生化性，解决稠油污水无法达标排放的难题，本发明主要由好氧菌、兼性菌及厌氧菌组成，所述微生物菌剂中的各菌种含量可根据稠油污水中污染物性质进行调节、配比。
按重量百分比计(湿重)，所述微生物菌剂成份为：5～10％铜绿假单孢杆菌、10～15％枯草芽孢杆菌、5～15％地衣芽孢杆菌、10～15％弗氏丙酸杆菌、10～20％液化金杆菌、5～10％环状芽孢杆菌、5～10％萎蔫短小杆菌、5～10％球形节杆菌、5～10％木棍杆菌、10～15％热土厌氧棒菌；所述球形节杆菌、木棍杆菌为产生生物表面活性剂菌；铜绿假单孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、弗氏丙酸杆菌、液化金杆菌、环状芽孢杆菌、萎蔫短小杆菌、热土厌氧棒菌为石油降解菌。
微生物菌剂制备方法具体操作步骤为：
(1)菌种活化：采用所述菌种，用常规方法将菌种接到准备好的试管中的斜面培养基上，分别培养，在25～30℃培养3～7天，其中热土厌氧棒菌培养在严格厌氧环境下进行；
(2)摇瓶培养：将上述斜面培养物用无菌水制成菌悬液，球形节杆菌、木棍杆菌接种到产生生物表面活性剂培养基中分别培养，在25～30℃培养3～7天；铜绿假单孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、弗氏丙酸杆菌、液化金杆菌、环状芽孢杆菌、萎蔫短小杆菌和热土厌氧棒菌接种到细菌培养基中分别培养，在25～30℃培养3～7天；热土厌氧棒菌培养在严格厌氧环境下进行。
(3)扩繁：按步骤2)的方法进行；
(4)混合：将上述微生物发酵液按所述微生物湿重比例混合，同时加入微生物菌剂湿重总量20～30％的秸秆粉作为微生物载体。
所述产生生物表面活性剂培养基成分为(gL-1)：硫酸铵5.0g，葡萄糖2.0g，氯化钾1.10g，氯化钠1.10g，硫酸亚铁0.028g，磷酸二氢钾1.5g，磷酸氢二钾1.5g，硫酸镁0.5g，酵母膏0.5g，微量元素液5.0ml，柴油20.0ml，pH7～7.5。
所述细菌培养基成分为(gL-1)：牛肉膏5g，蛋白胨10g，氯化钠5g，pH7～7.5；所述斜面培养基采用细菌培养基。
所述的复合型微生物菌剂中的球形节杆菌和木棍杆菌种属于产生生物表面活性剂菌株，它们以石油烃类物质为基质，合成糖脂类化合物及表面活性蛋白等，这些代谢产物可降低石油烃与水的界面张力，增加石油烃在水中的溶解性，使石油烃更易与微生物直接接触，促进生物降解；所述厌氧菌和兼性菌如：热土厌氧棒菌、地衣芽孢杆菌、弗氏丙酸杆菌和环状芽孢杆菌在厌氧或缺氧环境下将石油烃等大分子物质转化为可被生物利用的小分子物质，提高稠油污水的可生化性；所述的石油烃类降解主要是通过好氧生物如铜绿假单孢杆菌、枯草芽孢杆菌、液化金杆菌及萎蔫短小杆菌的降解作用产生细胞体、CO2和H2O来完成的；由于产生生物表面活性剂菌和石油降解菌共存，它们共同发挥的作用比单独使用石油降解菌时的作用提高20％左右；污水中污染物成分复杂，由于厌氧降解菌和好氧降解菌共存，有效的发挥了微生物之间的协同作用和共代谢作用，提高污水的处理效率。
使用时，将本发明所述的复合微生物菌剂投入到处理反应器中，以石油烃类有机污染物为碳源，达到以废制废、提高处理效率的目的，且无二次污染，出水达到排放标准。
本发明的优点是：
(1)采用多种菌种组合的方式，兼顾了厌氧、好氧和兼性菌对稠油污水的不同作用，提高稠油污水的可生化性，避免了因单一菌种对污水处理不彻底。
(2)将石油降解菌和产生表面活性剂菌有机的结合，有效地利用了微生物能降解脂肪族和芳香族等石油烃类化合物、在微生物细胞表面和烃接触的界面上产生生物表面活性剂的特性，增加污染物在水中的溶解性。
(3)由于本发明所述的菌种来源广泛，从而降低了污水处理的成本；其对稠油污水的处理效果明显，操作方便，所以有着很大的实用和推广价值。
附图说明
图1为添加本发明微生物菌剂后自配水中石油烃及其族组分含量的变化情况。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本实施例采用自配含油废水为(gL-1)：原油10g、硫酸铵0.5g、硝酸钠0.5g、氯化钙0.02g、硫酸镁0.2g、磷酸二氢钾1.0g、磷酸二氢钠1.0g、调节pH 7.5，在室内进行石油烃降解实验。
所述菌剂采用细菌菌株，具体为：10％铜绿假单孢杆菌(Pseudomonasaeruginosa)、15％枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、8％地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)、12％弗氏丙酸杆菌(Propionibacterium freudennreichii)、14％液化金杆菌(Aureobacterium liquefaciens)、5％环状芽孢杆菌(Bacilluscirculans)、10％萎蔫短小杆菌(Curtobacterium flaccumfaciens)、10％球形节杆菌(Arthrobacter globiformis)、6％木棍杆菌(Clavibacter xyli)和10％热土厌氧棒菌(Anaerobaculum thermoterrenum)
微生物菌剂制备方法具体操作步骤为：
1)菌种活化：采用所述菌种，用常规方法将菌种接种到准备好的试管中斜面培养基(本实施例采用细菌培养基)上，在28℃培养5天，其中热土厌氧棒菌培养在严格厌氧环境下进行；
2)摇瓶培养：将所述斜面培养物用无菌水制成菌悬液，球形节杆菌、木棍杆菌接种到产生生物表面活性剂培养基中分别在28℃培养5天，铜绿假单孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、弗氏丙酸杆菌、液化金杆菌、环状芽孢杆菌、萎蔫短小杆菌、热土厌氧棒菌接种到细菌培养基中分别培养，在28℃培养5天，热土厌氧棒菌培养在严格厌氧环境下进行。
3)扩繁：按步骤2)的方法进行；
4)混合：将所述扩繁后的微生物发酵液按所述微生物湿重比例混合，得混合微生物菌剂150.0g，同时加入秸秆粉30.0g作为微生物载体。
所述产生生物表面活性剂培养基成分为(gL-1)：硫酸铵5.0g，葡萄糖2.0g，氯化钾1.1g，氯化钠1.1g，硫酸亚铁0.028g，磷酸二氢钾1.5g，磷酸氢二钾1.5g，硫酸镁0.5g，酵母膏0.5g，微量元素液5ml，柴油20ml，pH为7。
所述细菌培养基成分为(gL-1)：牛肉膏5g，蛋白胨10g，氯化钠5g，pH7.2。
降解处理：
将自配含油废水在1个大气压下灭菌30min后加入反应器中，反应器高21cm，总容积15L，选用PVC材料制作的圆柱体装置，反应器内配有通气搅拌装置。
将制备好的微生物菌剂接种于自配含油废水中，接种量为含油污水重量的1％，28℃培养，在培养的前7天，每天连续通气搅拌8小时；在培养的后8天，每天连续通气16小时。分别在培养第3、6、9、12和15天采样，测定自配水中石油烃的总量及各族组分的变化。
本发明根据每种菌株的不同特点、不同用途，充分利用了各菌株的不同特性，生物表面活性剂产生菌可增大石油烃在水中的溶解性，使石油烃更易与微生物直接接触，厌氧菌可提高稠油废水的可生化性，好氧菌降解能力大，其协同作用强，适用于稠油污水的生物处理。从测定结果来看：添加微生物菌剂后，废水中石油烃的含量急剧降低，经过15天的处理，总烃的去除率达到57.25％；在本发明微生物作用下，各族组分在处理过程中也发生很大变化，芳烃的含量首先升高然后降低，胶质、沥青质的含量首先降低后升高，说明在微生物的作用下，污染物中部分大分子物质转化为了可生物利用的小分子物质，提高了废水的可生化性，从而提高了石油烃的去除率，如图1所示。
实施例2
与实施例1不同之处在于：
实验用水为辽河油田稠油采出水，成份复杂，其中有机污染物主要为烷烃、芳烃、有机酸和石油胶质，不饱和烃类和非烃类物质含量较低。饱和烃中12碳以下物质比例不高，高碳链和芳香类物质比例较高，污水难于降解，CODcr的平均值在300mg/L左右。
所述菌剂采用细菌菌株，具体为：8％铜绿假单孢杆菌(Pseudomonasaeruginosa)、12％枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、5％地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)、10％弗氏丙酸杆菌(Propionibacterium freudennreichii)、20％液化金杆菌(Aureobacterium liquefaciens)、10％环状芽孢杆菌(Bacilluscirculans)、5％萎蔫短小杆菌(Curtobacterium flaccumfaciens)、5％球形节杆菌(Arthrobacter globiformis)、10％木棍杆菌(Clavibacter xyli)和15％热土厌氧棒菌(Anaerobaculum thermoterrenum)。
微生物菌剂制备方法具体操作步骤为：
1)菌种活化：采用所述菌种，用常规方法将菌种接到准备好的试管中斜面培养基(同实施例1)上，在30℃培养3天，其中热土厌氧棒菌培养在严格厌氧环境下进行；
2)摇瓶培养：将所述斜面培养物用无菌水制成菌悬液，球形节杆菌、木棍杆菌接种到产生生物表面活性剂培养基中分别在30℃培养3天，铜绿假单孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、弗氏丙酸杆菌、液化金杆菌、环状芽孢杆菌、萎蔫短小杆菌、热土厌氧棒菌斜面上接种到细菌培养基中分别培养，在30℃培养3天，热土厌氧棒菌培养在严格厌氧环境下进行。
3)扩繁：按步骤2)的方法进行；
4)混合：将所述扩繁后的微生物发酵液按所述微生物湿重比例混合，得混合微生物菌剂5000g，同时加入秸秆粉1500g作为微生物载体。
降解处理：
将制备好的微生物菌剂投加于稠油污水处理的生物反应器中，投加量为含油污水重量的1％，反应器为厌氧-好氧一体化生物反应器，其水力停留时间为8小时。采用气相色谱-质谱法(GC/MS)分析测试投加本发明菌剂后污染物在厌氧反应其中的变化；采用重铬酸钾法测定污水进水、厌氧出水、好氧出水的CODcr浓度。
经过3个月的监测发现：处理后的出水CODcr均在100mg以下，CODcr平均去除率为75％左右，比以往不投加本发明微生物菌剂CODcr去除率50％相比提高25％左右，见附表1；
附表1加入本发明菌剂后反应器内CODcr的变化(mgL-1)
  时间   进水CODcr   厌氧出水CODcr   好氧出水CODcr
  2004.5.7   328.24   183.28   79.16
  2004.6.7   309.69   173.11   80.33
  2004.7.7   294.35   160.48   75.39
  2004.8.8   317.12   165.99   77.98
经厌氧处理后，有机物分子量明显减小，100～200部分约占30％，大于300部分约占40％。在化合物组成上表现为醇类物质有一定比例的增加，醛类物质明显增多，说明厌氧反应虽然没有进行完全，但厌氧程度已经很大。厌氧前测得的胶质物质全部消失，不饱和物质中芳烃含量比例增大，见附表2。
附表2加入本发明菌剂后在厌氧反应器内处理前后污染物变化
  项目   原水    处理后   项目   原水      处理后
  有机物种类数目   67      57   ＞C26的烃   9         8
  含C-H-O的有机物数目   32      33   C-H-O的有机物含量，mgL-1   40.86     8.78
  其中：酚类   17      17   其中：酚类   37.93     5.45
  酮类   3       3   酮类   0.389     0.11
 酯类   4     4   酯类   1.467     2.85
 酸类   3     3   酸类   0.195     0.16
 醇类   4     5   醇类   0.619     0.19
 醌类   1     1   醌类   0.260     0.02
 含C-H的有机物数目   35    24   C-H的有机物含量，mgL-1   23.06     2.21
 其中：＜C15   11    6   被检出的有机物含量，mgL-1   63.92     10.99
 C16～C25的烃   15    10   -   -         -
实施例3
与实施例1不同之处在于：
实验用水为辽河油田污水处理厂稠油污水，该污水水质偏碱性，经隔油、气浮处理后，CODcr浓度为200～220mgL-1，BOD5值很低，BOD5/CODcr小于0.10，基本没有可生化性。石油类和乳化剂、破乳剂等有机聚合物为主要污染物，也是主要的难降解污染物。
所述菌剂采用细菌菌株，具体为：5％铜绿假单孢杆菌(Pseudomonasaeruginosa)、10％枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、15％地衣芽孢杆菌(Bacillus lichenformis)、15％弗氏丙酸杆菌(Propionibacteriumfreudennreichii)、10％液化金杆菌(Aureobacterium liquefaciens)、9％环状芽孢杆菌(Bacillus circulans)、9％萎蔫短小杆菌(Curtobacteriumflaccumfaciens)、9％球形节杆菌(Arthrobacter globiformis)、5％木棍杆菌(Clavibacter xyli)和13％热土厌氧棒菌(Anaerobaculum thermoterrenum)。
微生物菌剂制备方法具体操作步骤为：
1)菌种活化：采用所述菌种，用常规方法将菌种接到准备好的试管中斜面培养基(同实施例1)上，在25℃培养7天，其中热土厌氧棒菌培养在严格厌氧环境下进行；
2)摇瓶培养：将所述斜面培养物用无菌水制成菌悬液，球形节杆菌、木棍杆菌接种到产生生物表面活性剂培养基中分别在25℃培养7天，铜绿假单孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、弗氏丙酸杆菌、液化金杆菌、环状芽孢杆菌、萎蔫短小杆菌、热土厌氧棒菌斜面上接种到细菌培养基中分别培养，在25℃培养7天，热土厌氧棒菌培养在严格厌氧环境下进行。
3)扩繁：按步骤2)的方法进行；
4)混合：将所述扩繁后的微生物发酵液按所述微生物湿重比例混合，得混合微生物菌剂8000g，同时加入秸秆粉2000g作为微生物载体。
降解处理：
将制备好的微生物菌剂投加于稠油污水处理的生物反应器中，投加量为含油污水重量的1％，反应器为厌氧-好氧一体化生物反应器，其水力停留时间为24小时。采用气相色谱-质谱法(GC/MS)分析测试投加本发明菌剂后污染物在厌氧反应其中的变化；采用重铬酸钾法测定进水、出水CODcr浓度。
经过厌氧生物处理后，水中大部分大分子有机物转化为可生物降解的小分子有机化合物，当进水CODcr浓度在200～220mgL-1时，出水CODcr浓度在60～70mgL-1，CODcr去除率可达到70％以上。附表3是经生物处理前后主要有机污染物分析检测结果。
附表3生物处理前后水中主要有机污染物变化
  生物处理前有机污染物   厌氧处理后水中有机污染物
  比例％   分子式   分子量   比例％   分子式   分子量   比例％   分子式   分子量
  2.511.329.438.492.411.426.871.031.0124.587.493.23.92   C24H38O4C18H31NC16H32O2C22H38O2C19H40C23H28O7C15H30O3C13H24O2C21H24N2O6C15H28OC18H38OC43H88C29H52O2   390261256322254416258212400224270604432   13.354.244.082.083.613.441.892.162.9514.102.471.992.64   C7H10OC9H16C8H12OC19H40C8H10OC9H12OC15H30O2C18H38C21H22O4C16H22O4C21H44C19H38O2C13H28   110124124268122136242268268334296298184   2.972.631.042.229.0110.051.841.341.042.972.631.042.22   C13H38C21H44C23H46C21H44OC24H38O4C24H38O4C43H88C18H38C20H40O2C13H38C21H44C23H46C21H44O   254296322296390390604254312254296322296

Claims (3)

1、一种处理稠油污水的微生物菌剂，其特征在于：按重量百分比计，所述微生物菌剂成份为：5～10％铜绿假单孢杆菌、10～15％枯草芽孢杆菌、5～15％地衣芽孢杆菌、10～15％弗氏丙酸杆菌、10～20％液化金杆菌、5～10％环状芽孢杆菌、5～10％萎蔫短小杆菌、5～10％球形节杆菌、5～10％木棍杆菌、10～15％热土厌氧棒菌；所述重量为湿重。
2、一种按照权利要求1所述处理稠油污水的微生物菌剂制备方法，其特征在于具体操作步骤为：
1)菌种活化：采用铜绿假单孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、弗氏丙酸杆菌、液化金杆菌、环状芽孢杆菌、萎蔫短小杆菌、热土厌氧棒菌、球形节杆菌、木棍杆菌菌种，将所述菌种接种到试管中的斜面培养基上，在25～30℃分别培养3～7天；
2)摇瓶培养：将上述斜面培养物用无菌水制成菌悬液，再将球形节杆菌、木棍杆菌接种到产生生物表面活性剂培养基中分别培养，在25～30℃下培养3～7天；铜绿假单孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、弗氏丙酸杆菌、液化金杆菌、环状芽孢杆菌、萎蔫短小杆菌、热土厌氧棒菌接种到细菌培养基中分别培养，在25～30℃下培养3～7天；
3)扩繁：按步骤2)的方法进行；
4)混合：将步骤3)所述微生物发酵液按所述微生物湿重比例混合，同时加入微生物菌剂湿重总量20～30％的秸秆粉作为微生物载体，得微生物菌剂。
3、按照权利要求2所述处理稠油污水的微生物菌剂制备方法，其特征在于：其中步骤1)、2)和3)所述热土厌氧棒菌培养在厌氧环境下进行。
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