高鹽度石油廢水處理工藝綜述

◇桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 周沁宇 陳立明 劉澤華 黃英才 申泰銘

21世紀(jì)以來，各國(guó)大幅加速勘探采油作業(yè)，同時(shí)招致環(huán)境污染問題。高鹽度石油廢水已成為污染控制中的技術(shù)桎梏。它的強(qiáng)腐蝕性，高溫等理化性質(zhì)亟待解決。本文將討論石油廢水的處理方法。

1 高鹽度石油廢水的出產(chǎn)及特性

開采石油通過油氣分離等方式出產(chǎn)大量的有毒廢水，隨后再次注入地下，在中后期時(shí)，由于地下原油的含水量遠(yuǎn)高出開采需求，該高濃度的石油廢水不得已作為污染物排放至外界。該廢水含油大量的石油烴族，在環(huán)境中存續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，生物學(xué)毒性強(qiáng)，難降解，水溶性差且極易產(chǎn)生二次污染。目前進(jìn)行石油廢水處理的工藝可分為，物理、化學(xué)和生物法，楊玉楠等[1]發(fā)現(xiàn)生物法的降解效率和成本更為優(yōu)異，依靠微生物進(jìn)行降解更為徹底。

2 生物處理法

2.1 嗜鹽菌的馴化與培養(yǎng)

嗜鹽菌（Halophile）屬革蘭氏陰性異養(yǎng)菌，它主要生存在鹽湖、鹽田等高濃度環(huán)境，其細(xì)胞壁主要成分為偽肽聚糖，而大量的鈉離子可以穩(wěn)定糖蛋白的生物活性狀態(tài)與殘基，且其體內(nèi)多分泌嗜鹽酶,此由高鹽度環(huán)境進(jìn)行維穩(wěn)，在白光環(huán)境下其紫膜會(huì)加速鉀離子的細(xì)胞交換，而鈉離子加速調(diào)節(jié)平衡電位和細(xì)胞堿度，同時(shí)進(jìn)行氨基酸和糖類分子的化學(xué)反應(yīng)以維持細(xì)胞活性。李艷紅等人馴化培養(yǎng)此類細(xì)菌進(jìn)行降解烴族達(dá)到60%，但是鹽度的短期急速降低又導(dǎo)致了微生物的異常死亡，則需要進(jìn)行更多的保護(hù)工作。

2.2 ABR+SBR工藝處理

在SBR池內(nèi)投放碳源及有機(jī)物以培養(yǎng)并馴化高生化性污泥，ABR池連接SBR池進(jìn)行連續(xù)流接種以強(qiáng)化污泥，期間COD含量穩(wěn)定于預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)時(shí)控制高鹽度狀態(tài)以便篩選強(qiáng)化型耐鹽菌，同時(shí)繼續(xù)投放尿素等有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，ABR時(shí)間較短，生化性繼續(xù)提高，同時(shí)抗沖擊負(fù)荷的幅度上升，但是在運(yùn)行期間，常出現(xiàn)污泥膨脹或者流失等情況，需要崗位規(guī)范操作與人員素質(zhì)教育。

2.3 紫外線誘變除油菌

申泰銘等[2]對(duì)耐鹽菌株進(jìn)行紫外線誘變，共獲3株，其除油能力達(dá)到89%，經(jīng)測(cè)量COD也被大幅清降。具體方法為馴化篩選高耐鹽除油菌體，取各種菌懸液按照1:1:1:1的比例，配制成混合菌懸液，加入至廢水中，在不同的天數(shù)進(jìn)行計(jì)量與分析實(shí)驗(yàn)效果。根據(jù)非分散紅外分光光度法原理[3]，高效菌種在3030 nm處的吸收峰值與該樣品中所含芳香類物質(zhì)的含量正相關(guān)，石油中芳香類物質(zhì)的最終降解量各有不同，混合菌株的處理效果幾乎達(dá)到理想狀態(tài)。

3 影響微生物降解高鹽度采油廢水的因素

3.1 廢水的鹽度

采油廢水普遍呈現(xiàn)鹽含量高、礦化明顯的性質(zhì)，此理化性質(zhì)與水的活性呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，且高含量的重金屬離子不利于活細(xì)胞的生命活動(dòng)，可能會(huì)造成微生物的急性死亡與生命運(yùn)動(dòng)遲緩，以及相關(guān)的功能缺陷，鹽度的抑制恰好有利于石油中烴族的微生物降解作用[4]，行業(yè)主流的解放方法是馴化培養(yǎng)高耐鹽菌株。

3.2 高水溫

一般情況下，微生物對(duì)環(huán)境溫度敏感較強(qiáng)，在一定理想條件下，反應(yīng)速度與溫度呈現(xiàn)正相關(guān)態(tài)勢(shì)分布，而生物酶存在于活細(xì)胞，也需要一個(gè)理想合適的溫差范圍，由于采油污水的作業(yè)裝置影響，對(duì)于普通的細(xì)菌則展現(xiàn)出極強(qiáng)的高溫，在酶體被滅活的前提下反應(yīng)無法正常進(jìn)行，此外高溫依舊影響油的原子狀態(tài)與排列布局，烴的膜毒性與溫度成正比，溫度越高則毒性越強(qiáng)。相反，在毒性很低時(shí)，即溫度相對(duì)較低時(shí)，油膜的黏度極速增強(qiáng)，反而使得生物的生理運(yùn)動(dòng)變得停滯下來，進(jìn)而在最終處置是大大降低降解效率。

3.3 污水中的營(yíng)養(yǎng)平衡

微生物的正常活動(dòng)需要微量元素與有機(jī)物進(jìn)行輔助，而比例的控制與投放量需合理操作，含有污水一般來說其有機(jī)碳源比較富足，但缺少高磷高氮此類影響因子，而且氮磷元素恰好是降解菌的關(guān)鍵促成因素，需要試驗(yàn)人員加入適量的相關(guān)元素以促進(jìn)降解作業(yè)的進(jìn)行。大量的研究試驗(yàn)表明，上述兩種元素有利于石油中降解菌的耐性，且弱化石油烴的有機(jī)環(huán)裂解上限，促進(jìn)毒性烴的被降解工作，同時(shí)也避免了多環(huán)芳烴對(duì)細(xì)胞酶的受限缺陷。

4 結(jié)語(yǔ)

利用新型生物法處理一般采油廢水時(shí)，培養(yǎng)出高耐鹽度的超級(jí)石油降解菌，即可在成本和效率上先比較傳統(tǒng)方法，顯得更加快捷、高效、安全與環(huán)保，20世紀(jì)的大方向?yàn)樯飳用嬲純?yōu)，實(shí)際上微生物降解陸地原油以及海洋原油的技術(shù)正處于起步階段，一些實(shí)驗(yàn)觀察僅僅針對(duì)于高鹽度抑制的維度，并沒有深入探究其內(nèi)部的自然科學(xué)原理，而細(xì)化到微生物裂解開環(huán)石油烴的工程研究為數(shù)較少，也只能處理單一的一種抑或是一類，呈現(xiàn)出一菌單用的劣勢(shì)，同時(shí)希望未來能進(jìn)行對(duì)降解菌進(jìn)行基因工程改造，實(shí)現(xiàn)一菌多用，細(xì)菌馴化周期驟降等良好趨勢(shì)。