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一组混合菌降解水解聚丙烯酰胺和石油的研究

发布日期:2015-07-05 16:43:54
聚丙烯酰胺(PAM)是丙烯酰胺均聚物或与其他水解聚丙烯酰胺单体共聚而得聚合物的统称,是水溶性髙分子中应用最广泛的品种之一。在我国因石油开采领域大量 使用PAM,使采出水中因含有聚合物而黏度高,水 中油滴及固体悬浮物的乳化稳定性强,导致油、水分 离和含油污水处理的难度加大[11。笔者尝试通过生 化法来降解聚合物驱采出水中的HPAM和石油。
1实验部分
1.1菌种来源、实验材料及培养基
菌种从南阳采油一厂注聚联合站的含聚合物废 水和该站配制聚丙烯酰胺溶液所清除的罐底污泥中 筛到。
HPAM:产地河南郑州,型号0510,固体质量分 数2=90%,相对分子质量& 1.949xl07,水解度22.01%, 黏度>20 rnlVs,南阳采油一厂驱油用的聚合物。
APP4:改性后的HPAM产物,bbo必博_bbo必博官网_bbo必博娱乐:其特点是在低浓 度时,黏度比HPAM低,高浓度时,黏度比HPAM 髙,由于海上驱油特点水中含有高浓度无机盐,因此 该聚合物有抗盐敏效应。
平板培养基:每升蒸馏水中加入MgS04*7H20 0.409 g、CaCl2 0.015 g、KH2P041 g、K2HP04.3H20 1.31 g、NH4N031 g、HPAM 1 g、酵母粉 1 g、琼脂 20 g。
摇床实验用含HPAM污水:每升蒸馏水中加人 MgS04 .7H20 0.409 g、CaCl2 0.015 g、KH2P04 1 g、 K2HP04.3H20 1.31 g、NH4N03 1 g、HPAM 0.1 g、酵母 浸粉1 go
APP4培养液:每升绥中勸海海上采出水中加人 MgS04-7H20 0.409 g、CaCl2 0.015 g、KH2P04 1 g、 K2HP0r3H20 1.31 g、NH4N03 1 g、APP4 1 g、酵母浸 粉1 go
摇床实验用含石油污水:每升蒸馏水中加入
MgS04 -7H20 0.409 g、CaCl2 0.015 g、KH2P04 1 g, K2HP(V3H20 1.31 g、NH4N03 1 g、APP40.5 g、酵母 浸粉1 g、原油(缓中36-1油田采出的电脱罐底油)
1 go
生物膜工艺试验用含HPAM污水:每升蒸馏水 中加人 MgS04.7H20 0.409 g、CaCl2 0.015 g、KH2P04 1 g、K2HP04.3H20 1.31 g、NH4N03 1 g、HPAM 0.05~ 0.15 g、绵白糖 0.2 g。
1.2菌种分离与鉴定
将混合菌液取出1 mL,稀释lxlOMxlOMxlO5 倍后分别涂聚丙烯酰胺平板,分离菌种,共得到17 株菌,对其分别进行编号和命名为HC-1~HC-17。 按文献〔2〕、〔3〕进行菌种鉴定。鉴定结果:HC-1、 HC -2、HC -3、HC -4、HC -6、HC -7、HC -9、HC -11、 HC-12、HC-13、HC-14、HC-15、HC-17 为芽孢杆菌 属;HC-8为节细菌属;HC-5和HC-16为黄杆菌 属;HC-10为不动细菌属。
1.3分析方法
聚丙烯酰胺浓度测定采用淀粉-碘化镉显色 法⑷;COD测定采用5B-3D型COD快速测定仪 (兰州);油含量测定采用OIL 420型红外分光测油 仪(北京)。
2结果与分析
2.1摇床培养考察混合菌处理含聚合物污水的效果 2.1.1含聚合物污水的培养条件
配制好的污水在121 t条件下,灭菌20 min 后,倒人2个250 mL锥形瓶中各150 mL,—瓶接3 mL混合菌,另一瓶不接菌,作为参照液,放在37 170 r/min的摇床中培养。
摇床培养考察混合菌处理含聚合物污水的效果 2.1.1含聚合物污水的培养条件
配制好的污水在121 t条件下,灭菌20 min 后,倒人2个250 mL锥形瓶中各150 mL,—瓶接3 mL混合菌,另一瓶不接菌,作为参照液,放在37 170 r/min的摇床中培养。
2.1.2含聚合物污水的实验结果 实验结果见表1。 
表1 混合菌降解HPAM实验结果
时间/d吸光度HPAM/Cmg-L1)HPAM去除率/
%COD/Cmg-L-1)COD去除率/
%
水样1水样2参照样1参照样2水样参照样水样参照样
第5天0.2240.2110.6770.73626.090.071.1
第9天0.2430.2510.8170.78616,0100.084.0145.5563.074.1
第11天182.3916.480.1
注:实验污水测吸光度取样体积除第9天的水样1、2为10 mL外,均为5mL。
 
由表1可以看出,混合菌表现出高效降解HPAM 的性能。于第9天HPAM去除率达84.0%,COD去除 率达74.1%。
另外,从表1还可以看出第9天的参照液中 HPAM质量浓度为100 mg/L,比第5天的参照液中 HPAM质量浓度(90 mg/L)升高了,原因是在37 170 r/min的摇床条件下锥形瓶中水分挥发所至。实 验中还发现接菌样锥形瓶中液位下降幅度比参照液 大得多,原因是不仅水分大量挥发,而且在菌的代谢 作用下,消耗了大量的水分,但第9天的接菌样中 HPAM质量浓度(16 m外)还是比第5天的(26 mg/L) 降低了,即实际上第9天HPAM去除率要高于 
84.0%。同样,从表1可以看出第11天的COD要比第 9天的高,也是瓶中水分挥发所至。
2.2摇床培养考察混合菌处理含油污水的效果 2.2.1含油污水的特点
混合菌所处理的含油污水是模拟绥中渤海海上 聚合物驱的采出水来配制的,其特点是不仅含有由 HPAM改性后的聚合物APP4,还含有大量污油,尤 其是海水矿化度很髙,绥中渤海301中心平台采出 水总矿化度为5 865 mg/L(重量法)。
2.2.2混合菌利用APP4的考察
配制好的APP4培养液倒入2个250 mL锥形瓶 中各150 mL,121弋条件下灭菌20 min后,一瓶接3 mL混合菌,另一瓶作为参照样,37 ^、170 r/min条件 下摇床培养24 h后发现接菌锥形瓶中培养液变浑 浊,而参照样仍然清澈透明,这说明接菌锥形瓶中混 合菌大量生长,即混合菌能以APP4为营养源。
2.2.3污水的培养条件
在100 mL三角瓶中,加人50 mL模型污水。第 1组三角瓶中接菌;第2组三角瓶中加入6g/LNaCl 后接菌,目的是考察混合菌耐矿化度特性;第3组三 角瓶中不接菌做参照样。在37 <C、170 r/rnin条件下 摇床培养。
2.2.4混合菌处理含油污水的实验结果
混合菌处理含油污水的实验结果见表2。 表2混合菌处理含油污水实验结果
培养时间/d污水样加入油质量/g降解后剩余 油质M/g降解率/%
7
7
9
9
13
13参照
接种
参照
接种
参照
接种(含6g/L
NaCl)0.052 4 0.052 1 0.055 5 0.050 1 0.051 0
0.052 30.040 1 0.020 2 0.034 6 0,014 1 0,034 1
0.014 523.47
61.22
37.65
71.85
33.13
72.27
由表2可以看出:(1)混合菌能够降解绥中36- 1油田采出油;(2)混合菌在6 000 mg/L高矿化度下 不受影响,仍然具有降解石油的作用。
2.3混合菌生物膜处理含聚合物污水的效果
生物膜处理污水的原理是将生物膜固定于填 料或载体上,当流动的污水通过生物膜时,生物膜 中的微生物将污水中的污染物(包括有机物和无机 物)净化。
笔者在实验室里安装了一套生物膜反应装置, 与工业化装置相比,该装置规模较小,但与摇床培 养实验相比,该研究所获得的数据更接近于工业化 效果。
2.3.1生物膜工艺小试流程
生物膜工艺小试流程见图1。
采用工艺为厌氧段和好氧段两段法,混合菌中 有13种菌为兼性菌,可以在厌氧条件下生长。厌氧 段不需要充氧气,为兼性菌创造厌氧环境;在好氧段 用两个曝氧栗和5个曝气头为污水供氧,以满足需 氧菌的生长需要。每个罐里缠绕细绳为填料,供混合 菌挂膜;同时安装温控器,控制每段温度在混合菌生 长范围内。
2.3.2工艺条件
生物膜工艺小试装置处理量为410 mL/h,即 10 000 mlVd;温度由室温升到37 ^HPAM的质 量浓度由50 mg/L升到150 mg/L;绵白糖的质量浓 度为 200 mg/L。
2.3.3 pH变化情况
定期监测进水与出水的pH变化情况,结果如 图2所示。
由图2可以看出,经过混合菌处理后,pH升高 了,升髙幅度在0.31-0.64范围内,这与文献〔5〕、 〔6〕介绍的不同,文献〔5〕的作者用从土壤中分离得 到的两株菌处理PAM污水,pH由6.8降到5.8。文 献〔6〕的作者用从常年处理含油含聚合物污水的某 污水处理厂曝气池中分离出的一组混合菌(由7株菌组成)处理PAM污水,经过6 d的降解,pH由的菌株因代谢产物不同而导致pH或升或降。
7.00降低为6.50。2.3.4实验结果
由此可以看出,通过生化处理含HPAM的污混合菌生物膜工艺处理含HPAM污水的实验
水,pH是升高还是降低与所筛到的菌种有关,不同结果。
可以看出:
(1)污水处理量为410 mIVh、HPAM的质量浓度 为50 mg/L、温度为室温或稍高于室温时,COD去除 率为58.0%~61.6%;HPAM的质量浓度升高到100 mg/L、温度升到37 ^时,COD去除率降为60.0%~ 60.9%;HPAM的质量浓度升髙到150 mg/L、温度为 37 t时,COD 去除率为 56.4%~62.2%。
(2)在厌氧段温度为室温,好氧段为室温或稍 高于室温时,显色法测得吸光度出水比进水高,见 图3。
图3出水波峰发生偏移的UV谱
由图3可以看出,出水最大波峰与进水比明显 右移,这说明出水里显色物质与进水不同,即细菌代 谢后的产物发生显色反应。
(3)污水处理量为410 mL/h、HPAM的质量浓度 为150 mg/L、温度为37 t时,HPAM的去除率为 50.1%。
3结论
从油田筛到一组混合菌,通过摇床培养和生物 挂膜实验发现该混合菌具有很好的降解聚丙烯酰胺 的性能,同时能够去除污水中的COD和石油。混合 菌能够在6 000 mg/L矿化度下生长,说明混合菌不 仅适用于处理陆上聚合物驱采出水,而且适用于处 理海上聚合物驱采出水。