煉油廠含油污泥的生物堆肥試驗(yàn)

陶興玲，唐柳

(長江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

余維初

非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心(長江大學(xué))，湖北武漢430100石油石化污染物控制與處理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京1022006長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北荊州434023

胡傳炯，何恕

(非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心(長江大學(xué))，湖北 武漢 430100)

江濤

(長江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 樣品

新疆某煉油廠待排放含油污泥，進(jìn)行多點(diǎn)取樣(包括浮渣、活性污泥和罐底污泥)后裝入無菌袋存于實(shí)驗(yàn)室4℃冰箱密封保存。

1.1.2 菌種

3種高效石油降解菌：側(cè)孢芽孢桿菌(Brevibacilluslaterosporus)、熱帶假絲酵母(Candidatropicalis)、仁川冢村氏菌(Tsukamurellainchonensis)，保存于長江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院微生物實(shí)驗(yàn)室。

1.1.3 培養(yǎng)基

無機(jī)鹽培養(yǎng)基：KCl 0.5g、NaNO31.5g、K2HPO41g、MgSO40.5g、(NH4)2SO41.5g、NaCl 5g、CaCl20.01g、FeSO40.01g、蒸餾水1 L，pH 7.0～7.2。

富集馴化降解培養(yǎng)基：無機(jī)鹽培養(yǎng)基加入0.2%的含油污泥。

擴(kuò)大培養(yǎng)基：牛肉膏 5g、蛋白胨 10g、NaCl 5g、蒸餾水1 L、pH 7.0。

含蛋白質(zhì)多的食物包括：奶制品，如牛奶、羊奶等；畜肉，如牛、羊、豬、狗肉等；禽肉，如雞、鴨、鵝、鵪鶉等；蛋類，如雞蛋、鴨蛋、鵪鶉蛋等；魚、蝦、蟹類；大豆類，包括黃豆、大青豆和黑豆等，其中以黃豆的營養(yǎng)價(jià)值最高，它是嬰幼兒食品中優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)來源。此外，像芝麻、瓜子、核桃、 杏仁、松子等干果類蛋白質(zhì)的含量也較高。

1.1.4 營養(yǎng)劑

由豆粕、玉米粉、麩皮和鋸木屑按照1∶1∶1∶1混合均勻。

1.2 方法

1.2.1 菌種的制備

高效石油降解混合菌的制備：將3株高效石油降解菌進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，取等量的菌懸液混勻，以10%(V/W)接種量接種到營養(yǎng)劑中培養(yǎng)，制成固體菌劑。

營養(yǎng)劑土著混合菌群的制備：將豆粕、玉米粉、麩皮和鋸木屑分別接種到馬鈴薯蔗糖固體培養(yǎng)基[11]和牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基[13]上，分別于37℃和28℃條件下培養(yǎng)18h，挑選長勢最好的真菌和細(xì)菌各1株，共8株。將8株菌分別接種到豆粕、玉米粉、麩皮和鋸木屑上，再將已接種的4種營養(yǎng)劑等比例混合獲得營養(yǎng)劑土著混合菌群。

含油污泥土著混合菌群的制備：將油泥樣品接入富集馴化降解培養(yǎng)基，富集馴化3代得到含油污泥土著微生物混合菌群[12]。

土著微生物混合菌液的制備：將上述含油污泥土著混合菌群和營養(yǎng)劑土著混合菌群混合，再擴(kuò)大培養(yǎng)獲得土著微生物混合菌液。

1.2.2 試驗(yàn)方法

參考張紅巖等[10]的試驗(yàn)方案，分別稱取400g供試油泥裝于方形花盆，按表 1 所示方案對(duì)油泥進(jìn)行60d的堆肥試驗(yàn)，每天均勻翻動(dòng)堆肥保持透氣性，每組實(shí)驗(yàn)設(shè)置3個(gè)平行。

表1 生物堆肥試驗(yàn)方案

1.2.3 測定方法

油泥溫度采用溫度計(jì)直接測量；油泥水分采用烘干法[14]測定；pH采用電位計(jì)法[14]測定；微生物計(jì)數(shù)采用涂抹平板計(jì)數(shù)法[12]；石油降解率根據(jù)文獻(xiàn)[15]進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥過程中溫度的變化

圖1 不同處理?xiàng)l件下堆肥過程中溫度的變化

不同處理?xiàng)l件下堆肥過程中溫度的變化情況如圖1所示。3組試驗(yàn)堆肥方案溫度變化呈現(xiàn)相似的趨勢，均是在0～5d內(nèi)快速升溫，維持一段時(shí)間后，緩慢降溫，最終升溫和環(huán)境溫度基本保持一致。在第5天，A1、A2和A3的堆肥溫度和環(huán)境溫度均有較大溫差，分別為7、6、6℃。由此可見，在生物堆肥條件下，即使不添加高效石油降解菌和土著微生物，只添加營養(yǎng)劑，也會(huì)獲得一定的堆肥效果，營養(yǎng)劑有利于創(chuàng)造優(yōu)化的微生物生長環(huán)境，利于取得最佳的生物堆肥效果。

圖2 不同處理?xiàng)l件下堆肥過程中水分含量的變化

2.2 堆肥過程中水分含量的變化

不同處理?xiàng)l件下堆肥過程中水分含量的變化情況如圖2所示。在60d的堆肥試驗(yàn)過程中，3組方案的水分含量變化均不大，與A1相比，A2、A3水分含量更穩(wěn)定，60d時(shí)A1、A2和A3的水分含量分別為62.09%、58.84%和59.41%。由此可知，在60d堆肥過程中，高效石油降解菌和土著微生物生長會(huì)充分利用堆肥中的水分，從而使堆肥中的水分含量低于添加營養(yǎng)劑的水分含量且維持在一定的范圍內(nèi)，有利于取得最佳堆肥效果。

2.3 堆肥過程中pH的變化

不同處理?xiàng)l件下堆肥過程中pH的變化情況如圖3所示。3組堆肥方案中pH變化趨勢相似，堆肥開始后，pH緩慢下降，隨著堆肥時(shí)間延長，pH上升，約30d后pH略微下降，隨后基本維持不變，60d時(shí)A1、A2和A3的pH分別為7.15、7.11和7.20。在堆肥前期，堆肥中的有機(jī)質(zhì)被微生物利用，微生物快速繁殖，污染物降解產(chǎn)生的有機(jī)酸類造成堆體 pH 下降，隨著時(shí)間的延長，微生物活性增強(qiáng)，有機(jī)酸類物質(zhì)被降解轉(zhuǎn)化，pH緩慢上升，最后有機(jī)物質(zhì)基本消耗殆盡，pH趨于穩(wěn)定。由此可知，添加營養(yǎng)劑、高效石油降解菌和土著微生物都會(huì)對(duì)堆肥降解產(chǎn)生一定的效果。

2.4 堆肥過程中微生物數(shù)量的變化

不同處理?xiàng)l件下堆肥過程中微生物數(shù)量的變化情況如圖4所示。3組實(shí)驗(yàn)的微生物數(shù)量均先上升后迅速下降。在整個(gè)堆肥過程中，A3的微生物數(shù)量總是高于A1、A2。由此可知，添加高效石油降解菌和土著微生物更有利于堆肥微生物數(shù)量的增長，土著微生物將營養(yǎng)劑分解成更適宜降解菌生長所需要的小分子物質(zhì)，由此快速增加微生物數(shù)量，利于取得最佳堆肥降解的效果。

圖3 不同處理?xiàng)l件下堆肥過程中pH的變化圖4 不同處理?xiàng)l件下堆肥過程中微生物數(shù)量的變化

圖5 不同處理?xiàng)l件下堆肥過程中石油降解率的變化

2.5 堆肥過程中石油降解率的變化

不同處理?xiàng)l件下堆肥過程中石油降解率的變化情況如圖5所示。3組試驗(yàn)的石油降解率均呈現(xiàn)上升趨勢，經(jīng)過60d修復(fù)后A1、A2和A3的石油降解率分別為53.2%、70.8%、82.3%，與A1相比，A2、A3的石油降解率分別提高了17.6和29.1個(gè)百分點(diǎn)，A3的石油降解率相比A2提高了11.5個(gè)百分點(diǎn)。由此可知，高效石油降解菌和土著微生物是堆肥過程中提高石油降解率的重要影響因素，高效石油降解菌和土著微生物的聯(lián)合作用更有利于石油的降解。

3 結(jié)論

經(jīng)過60d的堆肥試驗(yàn)，以A3(油泥+營養(yǎng)劑+高效石油降解菌+土著微生物混合菌液)堆肥處理方案為最佳，石油降解率可達(dá)到82.3%。研究結(jié)果表明，營養(yǎng)劑、高效石油降解菌和土著微生物聯(lián)合作用更有利于含油污泥中油類物質(zhì)的降解。