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                一組混合菌降解水解聚丙烯酰胺和石油的研究

                發布日期:2015-07-05 16:43:54
                水解聚丙烯酰胺
                聚丙烯酰胺(PAM)是丙烯酰胺均聚物或與其他水解聚丙烯酰胺單體共聚而得聚合物的統稱,是水溶性髙分子中應用最廣泛的品種之一。在我國因石油開采領域大量 使用PAM,使采出水中因含有聚合物而黏度高,水 中油滴及固體懸浮物的乳化穩定性強,導致油、水分 離和含油污水處理的難度加大[11。筆者嘗試通過生 化法來降解聚合物驅采出水中的HPAM和石油。
                1實驗部分
                1.1菌種來源、實驗材料及培養基
                菌種從南陽采油一廠注聚聯合站的含聚合物廢 水和該站配制聚丙烯酰胺溶液所清除的罐底污泥中 篩到。
                HPAM:產地河南鄭州,型號0510,固體質量分 數2=90%,相對分子質量& 1.949xl07,水解度22.01%, 黏度>20 rnlVs,南陽采油一廠驅油用的聚合物。
                APP4:改性后的HPAM產物,其特點是在低濃 度時,黏度比HPAM低,高濃度時,黏度比HPAM 髙,由于海上驅油特點水中含有高濃度無機鹽,因此 該聚合物有抗鹽敏效應。
                平板培養基:每升蒸餾水中加入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、瓊脂 20 g。
                搖床實驗用含HPAM污水:每升蒸餾水中加人 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培養液:每升綏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
                搖床實驗用含石油污水:每升蒸餾水中加入
                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(緩中36-1油田采出的電脫罐底油)
                1 go
                生物膜工藝試驗用含HPAM污水:每升蒸餾水 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、綿白糖 0.2 g。
                1.2菌種分離與鑒定
                將混合菌液取出1 mL,稀釋lxlOMxlOMxlO5 倍后分別涂聚丙烯酰胺平板,分離菌種,共得到17 株菌,對其分別進行編號和命名為HC-1~HC-17。 按文獻〔2〕、〔3〕進行菌種鑒定。鑒定結果: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 為芽孢桿菌 屬;HC-8為節細菌屬;HC-5和HC-16為黃桿菌 屬;HC-10為不動細菌屬。
                1.3分析方法
                聚丙烯酰胺濃度測定采用淀粉-碘化鎘顯色 法⑷;COD測定采用5B-3D型COD快速測定儀 (蘭州);油含量測定采用OIL 420型紅外分光測油 儀(北京)。
                2結果與分析
                2.1搖床培養考察混合菌處理含聚合物污水的效果 2.1.1含聚合物污水的培養條件
                配制好的污水在121 t條件下,滅菌20 min 后,倒人2個250 mL錐形瓶中各150 mL,—瓶接3 mL混合菌,另一瓶不接菌,作為參照液,放在37 170 r/min的搖床中培養。
                搖床培養考察混合菌處理含聚合物污水的效果 2.1.1含聚合物污水的培養條件
                配制好的污水在121 t條件下,滅菌20 min 后,倒人2個250 mL錐形瓶中各150 mL,—瓶接3 mL混合菌,另一瓶不接菌,作為參照液,放在37 170 r/min的搖床中培養。
                2.1.2含聚合物污水的實驗結果 實驗結果見表1。 
                表1 混合菌降解HPAM實驗結果
                時間/d吸光度HPAM/Cmg-L1)HPAM去除率/
                %COD/Cmg-L-1)COD去除率/
                %
                水樣1水樣2參照樣1參照樣2水樣參照樣水樣參照樣
                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:實驗污水測吸光度取樣體積除第9天的水樣1、2為10 mL外,均為5mL。
                 
                由表1可以看出,混合菌表現出高效降解HPAM 的性能。于第9天HPAM去除率達84.0%,COD去除 率達74.1%。
                另外,從表1還可以看出第9天的參照液中 HPAM質量濃度為100 mg/L,比第5天的參照液中 HPAM質量濃度(90 mg/L)升高了,原因是在37 170 r/min的搖床條件下錐形瓶中水分揮發所至。實 驗中還發現接菌樣錐形瓶中液位下降幅度比參照液 大得多,原因是不僅水分大量揮發,而且在菌的代謝 作用下,消耗了大量的水分,但第9天的接菌樣中 HPAM質量濃度(16 m外)還是比第5天的(26 mg/L) 降低了,即實際上第9天HPAM去除率要高于 
                84.0%。同樣,從表1可以看出第11天的COD要比第 9天的高,也是瓶中水分揮發所至。
                2.2搖床培養考察混合菌處理含油污水的效果 2.2.1含油污水的特點
                混合菌所處理的含油污水是模擬綏中渤海海上 聚合物驅的采出水來配制的,其特點是不僅含有由 HPAM改性后的聚合物APP4,還含有大量污油,尤 其是海水礦化度很髙,綏中渤海301中心平臺采出 水總礦化度為5 865 mg/L(重量法)。
                2.2.2混合菌利用APP4的考察
                配制好的APP4培養液倒入2個250 mL錐形瓶 中各150 mL,121弋條件下滅菌20 min后,一瓶接3 mL混合菌,另一瓶作為參照樣,37 ^、170 r/min條件 下搖床培養24 h后發現接菌錐形瓶中培養液變渾 濁,而參照樣仍然清澈透明,這說明接菌錐形瓶中混 合菌大量生長,即混合菌能以APP4為營養源。
                2.2.3污水的培養條件
                在100 mL三角瓶中,加人50 mL模型污水。第 1組三角瓶中接菌;第2組三角瓶中加入6g/LNaCl 后接菌,目的是考察混合菌耐礦化度特性;第3組三 角瓶中不接菌做參照樣。在37 <C、170 r/rnin條件下 搖床培養。
                2.2.4混合菌處理含油污水的實驗結果
                混合菌處理含油污水的實驗結果見表2。 表2混合菌處理含油污水實驗結果
                培養時間/d污水樣加入油質量/g降解后剩余 油質M/g降解率/%
                7
                7
                9
                9
                13
                13參照
                接種
                參照
                接種
                參照
                接種(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)混合菌能夠降解綏中36- 1油田采出油;(2)混合菌在6 000 mg/L高礦化度下 不受影響,仍然具有降解石油的作用。
                2.3混合菌生物膜處理含聚合物污水的效果
                生物膜處理污水的原理是將生物膜固定于填 料或載體上,當流動的污水通過生物膜時,生物膜 中的微生物將污水中的污染物(包括有機物和無機 物)凈化。
                筆者在實驗室里安裝了一套生物膜反應裝置, 與工業化裝置相比,該裝置規模較小,但與搖床培 養實驗相比,該研究所獲得的數據更接近于工業化 效果。
                2.3.1生物膜工藝小試流程
                生物膜工藝小試流程見圖1。
                采用工藝為厭氧段和好氧段兩段法,混合菌中 有13種菌為兼性菌,可以在厭氧條件下生長。厭氧 段不需要充氧氣,為兼性菌創造厭氧環境;在好氧段 用兩個曝氧栗和5個曝氣頭為污水供氧,以滿足需 氧菌的生長需要。每個罐里纏繞細繩為填料,供混合 菌掛膜;同時安裝溫控器,控制每段溫度在混合菌生 長范圍內。
                2.3.2工藝條件
                生物膜工藝小試裝置處理量為410 mL/h,即 10 000 mlVd;溫度由室溫升到37 ^HPAM的質 量濃度由50 mg/L升到150 mg/L;綿白糖的質量濃 度為 200 mg/L。
                2.3.3 pH變化情況
                定期監測進水與出水的pH變化情況,結果如 圖2所示。
                由圖2可以看出,經過混合菌處理后,pH升高 了,升髙幅度在0.31-0.64范圍內,這與文獻〔5〕、 〔6〕介紹的不同,文獻〔5〕的作者用從土壤中分離得 到的兩株菌處理PAM污水,pH由6.8降到5.8。文 獻〔6〕的作者用從常年處理含油含聚合物污水的某 污水處理廠曝氣池中分離出的一組混合菌(由7株菌組成)處理PAM污水,經過6 d的降解,pH由的菌株因代謝產物不同而導致pH或升或降。
                7.00降低為6.50。2.3.4實驗結果
                由此可以看出,通過生化處理含HPAM的污混合菌生物膜工藝處理含HPAM污水的實驗
                水,pH是升高還是降低與所篩到的菌種有關,不同結果。
                可以看出:
                (1)污水處理量為410 mIVh、HPAM的質量濃度 為50 mg/L、溫度為室溫或稍高于室溫時,COD去除 率為58.0%~61.6%;HPAM的質量濃度升高到100 mg/L、溫度升到37 ^時,COD去除率降為60.0%~ 60.9%;HPAM的質量濃度升髙到150 mg/L、溫度為 37 t時,COD 去除率為 56.4%~62.2%。
                (2)在厭氧段溫度為室溫,好氧段為室溫或稍 高于室溫時,顯色法測得吸光度出水比進水高,見 圖3。
                圖3出水波峰發生偏移的UV譜
                由圖3可以看出,出水最大波峰與進水比明顯 右移,這說明出水里顯色物質與進水不同,即細菌代 謝后的產物發生顯色反應。
                (3)污水處理量為410 mL/h、HPAM的質量濃度 為150 mg/L、溫度為37 t時,HPAM的去除率為 50.1%。
                3結論
                從油田篩到一組混合菌,通過搖床培養和生物 掛膜實驗發現該混合菌具有很好的降解聚丙烯酰胺 的性能,同時能夠去除污水中的COD和石油?;旌?菌能夠在6 000 mg/L礦化度下生長,說明混合菌不 僅適用于處理陸上聚合物驅采出水,而且適用于處 理海上聚合物驅采出水。
                 
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