CN102876574A - 一种除油菌剂的制备及该除油菌剂处理油田污水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种除油菌剂的制备及该除油菌剂处理油田污水的方法，其通过对油田含油污水和含油泥土中的细菌进行富集、分离、纯化和筛选，选出了适合油田含油污水、除油效率高的除油菌，再通过组合和培养后得到高效复合除油菌剂，并将复合微生物制备成具有较高活化率的粉剂。并应用于油田高矿化度的含油污水中，首先对菌剂进行增殖培养，再在生化池中挂膜，然后进行含油废水驯化培养，最后对含油污水进行处理。该方法的生物活性高，生物膜耐冲击能力强，除油效果好，达到了高效除油的目的；菌剂的制备方法具备操作简单、成本低廉的特点，适合规模化生产应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种微生物复合菌剂的制备方法及其应用，特别涉及一种油田含油污水处理的菌剂及其在处理油田污水中的应用。
背景技术
油田含油污水主要含有石油类、固体悬浮物、胶体物以及化学药剂等多种成分，生化法主要是利用自然环境中的微生物，通过人工强化的工程技术手段和方法，把含油污水中的油（包括乳化油和溶解油）和有机物降解为水和CO2，消除硫化物，有效提高出水水质的稳定性。生化处理法能使污水的污染物质降解转化，并最终实现无害化，使水资源再生利用；同时能提高设备和过滤装置使用寿命；该法对还原性物质、原油及其它有机物质的大量消耗，减少了污水中其他微生物耐以生存的有机类营养物质，能有效控制TGB、FB等菌类的生长，使系统沿程水质稳定性得到提高，减轻二次、及沿程污染。因此油田含油污水生化处理技术近几年在油田得到逐步推广应用。
现有技术主要存在的问题：
油田含油污水盐度一般在8000～60000 mg/L，最高可达200000 mg/L。在高盐度环境下，微生物代谢酶活性受阻，微生物生长速度缓慢或不繁殖生长，一般的除油微生物往往不能适应油田的污水环境，有生化处理系统挂膜启动周期长、除油效果差或系统挂膜启动失败等缺点。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种除油菌剂的制备方法，使其能高效去除高矿化度油田污水中的油；本发明的目的之二是提供上述除油菌剂在油田污水处理中的应用。
为实现上述目的之一，本发明提供的一种除油菌剂的制备方法，依次包括如下步骤：
1)在江苏油田多个含油污水池中取含油污水和污泥；对油田含油污水和含油污泥中的细菌在LB培养基、中性环境、25～30℃条件下富集培养，经过多次分离、纯化和筛选，获得3株除油效率高的除油菌；所述3株除油菌菌株分别为
OFB-1：蜡状芽孢杆菌(拉丁文学名为Bacillus cereus)，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物保藏中心（CGMCC），保藏日期：2011年8月15日，保藏号为：CGMCC NO. 5135；
OFB-2：蜡状芽孢杆菌(拉丁文学名为Bacillus cereus)，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物保藏中心（CGMCC），保藏号为：CGMCC NO. 5136；
OFB-3：芽孢杆菌(拉丁文学名为Bacillus sp.)，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物保藏中心（CGMCC），保藏号为：CGMCC NO. 5137；
2）将上述三株除油菌的菌液按体积比例OFB-1：OFB-2：OFB-3为1：（0.9～1.1）：（0.9～1.1）进行混合，三株除油菌的活菌数分别109～1011个/ml；
3) 将步骤2）的混合菌液在工业培养基中进行发酵放大培养；发酵工艺条件为：发酵温度：28～32℃；接种量：4～6%v/v（v/v为体积浓度，下同）；搅拌速度：100～200 rpm；发酵时间：30～60 h；发酵过程中向培养基中通入空气，每分钟通入空气的气液体积比为1～1.5；
4）发酵结束后，通过板框式压滤机将发酵液压干，压滤压力为0.2～0.6 MPa，使之水份含量为40～50%；
5）通过沸腾式干燥塔将剩余水份部分去除，使水份含量为8～10%，干燥温度为60～80℃，干燥后粉碎，制成干粉菌剂。
上述步骤3）中的工业培养基可由如下组分构成：
菜子饼 0.8%～1.2% w/v（w/v为质量浓度，下同）；
麦麸 1%～3% w/v；
MgSO47H2O 0.05%～0.15% w/v；
NaH2PO4 0.5%～0.7% w/v；
CaCO3 0.4%～0.6% w/v；
余量为水。使用该培养基，可以使细菌快速增殖。
本发明的目的之二在于提供一种利用上述方法获得的除油菌剂处理油田污水的方法，包括如下步骤：
1）生化池中加满清水，曝气使池水溶氧达到3～4 mg/L；
2）在生化池中加入池水重量0.05%～0.15%的复合干粉菌剂，每克活菌数109～1011；
3）在生化池内投加葡萄糖，使池内水体COD达到600～1000 mg/L，然后向池内添加玉米粉5～15mg/L，麦麸10～30 mg/L，无机磷酸盐370～630 mg/L，无机铵盐750～1250 mg/L；生化池曝气增氧，池水溶解氧维持在1～3 mg/L，促使菌剂在填料上生长成生物膜；
4）观察生物膜情况，生物膜生长良好并在填料上挂膜后，进行含油废水培养驯化阶段；以设计进水速度10%的速度连续进油田含油污水，污水中含油量为5～20 mg/L，硫化物2～20 mg/L；生化系统的除油率达到98%，硫化物去除率达到100%以后，以每天增加10%的进水量速度连续进上述油田含油污水，直到以100％设计进水速度连续进油田含油污水；该步骤中，每天向池内添加无机磷酸盐、无机铵盐，使池内C:N:P的摩尔比为100:（4.8～5.2）:（0.9～1.1），溶解氧不小于4 mg/L；
5）达到100％设计进水速度后，进行实际连续处理油田含油污水；维持生化池进口含油≤100 mg/L，硫化物≤50 mg/L，同时，每天向池内添加无机磷酸盐、无机铵盐，使池内C:N:P=100:（4.8～5.2）:（0.9～1.1），池水曝气处理，溶解氧不小于4 mg/L。
本发明的效果在于：通过对油田含油污水和含油污泥中的细菌进行富集、分离、纯化和筛选，选出了适合油田含油污水、除油效率高的除油菌，再通过组合和培养后得到高效复合除油菌剂，并将复合微生物制备成具有较高活化率的粉剂。本发明的特点是微生物能适应油田高矿化度的含油污水，生物活性高，生物膜耐冲击能力强，除油效果好，达到了高效除油的目的；菌剂的制备方法具备操作简单、成本低廉的特点，每克微生物菌剂中活菌数为109～1011个，适合规模化生产应用。由本发明中的高效复合除油菌剂建立的生化处理系统挂膜启动周期短，在系统成功启动后，一般十五天后即可稳定地处理油田含油污水；在进口含油≤100 mg/L时，生化系统出口含油≤2 mg/L，除油效率达98%以上，出口水质稳定，水处理系统不形成沿程二次污染，能对含油污水进行平稳高效的处理，达到处理高矿化度油田污水的目的。
生物保藏
所涉及的微生物已提交生物保藏，其中：
| 菌株 | OFB-1 |
| 保藏单位 | 中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心 |
| 地址 | 北京市朝阳区北辰西路1号院3号 |
| 保藏日期 | 2011-8-15 |
| 保藏编号 | CGMCC NO.5135 |
| 分类命名 | 蜡状芽孢杆菌（Bacillus Cereus） |
| 菌株 | OFB-2 |
| 保藏单位 | 中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心 |
| 地址 | 北京市朝阳区北辰西路1号院3号 |
| 保藏日期 | 2011-8-15 |
| 保藏编号 | CGMCC NO.5136 |
| 分类命名 | 蜡状芽孢杆菌（Bacillus Cereus） |
| 菌株 | OFB-3 |
| 保藏单位 | 中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心 |
| 地址 | 北京市朝阳区北辰西路1号院3号 |
| 保藏日期 | 2011-8-15 |
| 保藏编号 | CGMCC NO.5137 |
| 分类命名 | 芽孢杆菌（Bacillus sp.） |
具体实施方式
实施例1：
一种除油菌剂的制备方法，依次包括如下步骤：
步骤1)
在江苏油田多个含油污水池中取含油污水和污泥；对油田含油污水和含油污泥中的细菌在LB培养基、中性环境、25～30℃条件下富集培养，经过多次分离、纯化和筛选，获得3株除油效率高的除油菌，所述3株除油菌菌株分别为
OFB-1：蜡状芽孢杆菌(拉丁文学名为Bacillus cereus)，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物保藏中心（CGMCC），保藏日期：2011年8月15日，保藏号为：CGMCC NO. 5135；
OFB-2：蜡状芽孢杆菌(拉丁文学名为Bacillus cereus)，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物保藏中心（CGMCC），保藏号为：CGMCC NO. 5136；
OFB-3：芽孢杆菌(拉丁文学名为Bacillus sp.)，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物保藏中心（CGMCC），保藏号为：CGMCC NO. 5137；
3株除油菌中，OFB-1菌株来源于含油污水，为其中的优势菌；OFB-2菌株来源于含油污泥，为其中的优势菌；OFB-3菌株为含油污水和含油污泥中均有的次优势菌，3株菌种均对油具有良好的降解作用，均能在高盐度的水体中生存，在10℃～45℃活性高，80℃以下可存活。
步骤2）
将上述三株除油菌的菌液按体积比例OFB-1菌株：OFB-2菌株：OFB-3菌株为1：1：1进行混合，OFB-1菌株、OFB-2菌株、OFB-3菌株的活菌数分别为109～1011个/ml。
步骤3)
将步骤2）的混合菌液在工业培养基中进行发酵放大培养；发酵工艺条件为：发酵温度：28～32℃；接种量：5%v/v；搅拌速度：150 rpm；发酵时间：45 h；发酵过程中向培养基中通入空气，每分钟通入空气的气液体积比为1～1.5；工业培养基可由如下组分构成：
菜子饼 1% w/v；
麦麸 2% w/v；
MgSO47H2O 0.1% w/v；
NaH2PO4 0.6% w/v；
CaCO3 0.5% w/v；
余量为水。
步骤4）
发酵结束后，通过板框式压滤机将发酵液压干，压滤压力为0.2 Mpa，使之水份含量为40%。
步骤5）
通过沸腾式干燥塔将剩余水份部分去除，使水份含量为8%，干燥温度为60℃，干燥后粉碎，制成复合干粉菌剂待用。
实施例2
又一种除油菌剂的制备方法，与实施例1不同之处在于，步骤2）中，将3株除油菌的菌液按体积比例OFB-1菌株：OFB-2菌株：OFB-3菌株为1： 0.9： 1.1进行混合，OFB-1菌株、OFB-2菌株、OFB-3菌株的活菌数分别为109～1011个/ml。混合菌液在工业培养基中进行发酵放大培养时；发酵工艺条件为：发酵温度：28～32℃；接种量：4%v/v；搅拌速度：100 rpm；发酵时间：30h；发酵过程中向培养基中通入空气，每分钟通入空气的气液体积比为12；工业培养基由如下组分构成：
菜子饼 0.8% w/v；
麦麸 1% w/v；
MgSO47H2O 0.05%% w/v；
NaH2PO4 0.5%% w/v；
CaCO3 0.4%% w/v；
余量为水。
发酵结束后，通过板框式压滤机将发酵液压干，使之水份含量为50%，压滤压力为0.6 MPa；最后通过沸腾式干燥塔将剩余水份部分去除，使水份含量为10%，干燥温度为80℃，干燥后粉碎，制成干粉菌剂待用。
实施例3
又一种除油菌剂的制备方法，与实施例1、2不同之处在于，步骤2）中，将3株除油菌的菌液按体积比例OFB-1菌株：OFB-2菌株：OFB-3菌株为1： 1.1： 0.9进行混合，OFB-1菌株、OFB-2菌株、OFB-3菌株的活菌数分别为109～1011个/ml；
步骤3）中，混合菌液在工业培养基中进行发酵放大培养时；发酵工艺条件为：发酵温度：28～32℃；接种量： 6%v/v；搅拌速度： 200 rpm；发酵时间： 60 h；发酵过程中向培养基中通入空气，每分钟通入空气的气液体积比为1.5；工业培养基由如下组分构成：
菜子饼 1.2% w/v；
麦麸 3% w/v；
MgSO47H2O 0.15% w/v；
NaH2PO4 0.7% w/v；
CaCO3 0.6% w/v；
余量为水。
发酵结束后，通过板框式压滤机将发酵液压干，使之水份含量为45%，压滤压力为0.4 MPa。最后，通过沸腾式干燥塔将剩余水份部分去除，使水份含量为9%，干燥温度为80℃，干燥后粉碎，制成干粉菌剂待用。
实施例4
上述实施例1～3获得的除油菌剂在油田某污水处理站现场应用。采用两级接触氧化模式，每级生化池容积150 m3，设计处理量25 m3/h，采用组合式纤维亲水填料，油田污水温度30℃，试验污水为：含油43～100 mg/L，硫化物30～60 mg/L，总盐度24235 mg/L，进水COD 360 mg/L，BOD 165 mg/L。
具体处理步骤如下：
1）生化池中加满清水，曝气使池水溶氧达到3～4 mg/L；
2）在生化池中加入池水体积0.05%的上述复合干粉菌剂，每克活菌数109～1011；
3）在生化池内投加葡萄糖，使池内水体COD达到800 mg/L，然后向池内添加玉米粉5 mg/L，麦麸30 mg/L，无机磷酸盐500 mg/L，无机铵盐1000 mg/L；生化池曝气增氧，池水溶解氧维持在1～3 mg/L，促使菌剂在填料上生长成生物膜；
4）观察生物膜情况，生物膜生长良好并在填料上挂膜后，进行含油废水培养驯化阶段；以设计进水速度10%的速度（2.5 m3/h）连续进油田含油污水，污水中含油量为5～20 mg/L，硫化物2～20 mg/L；生化系统的除油率达到98%，硫化物去除率达到100%以后，以每天增加10%的进水量速度连续进上述油田含油污水，直到以100％设计进水速度（25 m3/h）连续进油田含油污水；该步骤中，每天向池内添加无机磷酸盐、无机铵盐，使池内C:N:P的摩尔比为100: 4.8:～1.1，溶解氧不小于4 mg/L；
5）达到100％设计进水速度后，进行实际连续处理油田含油污水；维持生化池进口含油≤100 mg/L，硫化物≤50 mg/L，同时，每天向池内添加无机磷酸盐、无机铵盐，使池内C:N:P=100: 4.8:～1.1，池水曝气处理，溶解氧不小于4 mg/L。
用复合干粉菌剂建立生化系统，系统启动十五天后，系统除油效率达到98%以上，COD去除率达到75%，硫化物去除率达到100%，生物膜呈现褐色，菌胶团与填料结合紧密。表明生物膜活性高，除油效果好，处理效率高，出水水质稳定。
实施例5
油田某污水处理站现场应用。采用两级接触氧化模式，每级生化池容积150 m3，设计处理量25 m3/h，采用组合式纤维亲水填料，油田污水温度32℃，试验污水为：含油42～131 mg/L，硫化物10～30 mg/L，总盐度14986 mg/L，进水COD：410 mg/L，BOD：196 mg/L。
具体处理步骤如下：
1）生化池中加满清水，曝气使池水溶氧达到3～4 mg/L；
2）在生化池中加入池水体积0.01%的上述复合干粉菌剂，每克活菌数109～1011；
3）在生化池内投加葡萄糖，使池内水体COD达到1000 mg/L，然后向池内添加玉米粉10mg/L，麦麸20 mg/L，无机磷酸盐630 mg/L，无机铵盐1250 mg/L；生化池曝气增氧，池水溶解氧维持在3 mg/L，促使菌剂在填料上生长成生物膜；
4）观察生物膜情况，生物膜生长良好并在填料上挂膜后，进行含油废水驯化培养阶段；以设计进水速度10%的速度（2.5 m3/h）连续进油田含油污水，污水中含油量为5～20 mg/L，硫化物2～20 mg/L；生化系统的除油率达到98%，硫化物去除率达到100%以后，以每天增加10%的进水量速度连续进上述油田含油污水，直到以100％设计进水速度（25 m3/h）连续进油田含油污水；该步骤中，每天向池内添加无机磷酸盐、无机铵盐，使池内C:N:P的摩尔比为100:5:1，溶解氧不小于4 mg/L；
5）达到100％设计进水速度后，进行实际连续处理油田含油污水；含油污水经过粗分离并曝气处理，去除部分浮油和硫化物，维持生化池进口含油≤100 mg/L，硫化物≤50 mg/L，同时，每天向池内添加无机磷酸盐、无机铵盐，使池内C:N:P=100:5:1，池水曝气处理，溶解氧不小于4 mg/L。
用复合干粉菌剂建立生化系统，系统启动十五天后，系统除油效率达到99%以上，COD去除率达到80%，硫化物去除率达到100%，生物膜呈现褐色，菌胶团与填料结合紧密，生化系统出口接超滤膜装置，生化出水达到超滤膜进水要求，超滤膜连续运行时间可达20天以上。这表明生化系统除油效果好，出水水质稳定。
实施例6
一种利用实施例1～3获得的除油菌剂处理油田污水的方法，包括如下步骤：
1）生化池中加满清水，曝气使池水溶氧达到3～4 mg/L；
2）在生化池中加入池水体积0.15%的复合干粉菌剂，每克活菌数109～1011；
3）在生化池内投加葡萄糖，使池内水体COD达到600 mg/L，然后向池内添加玉米粉15 mg/L，麦麸10 mg/L，无机磷酸盐370 mg/L，无机铵盐750 mg/L；生化池曝气增氧，池水溶解氧维持在2～3 mg/L，促使菌剂在填料上生长成生物膜；
4）观察生物膜情况，生物膜生长良好并在填料上挂膜后，进行含油废水培养驯化阶段；以设计进水速度10%的速度连续进油田含油污水，污水中含油量为5～20 mg/L，硫化物2～20 mg/L；生化系统的除油率达到98%，硫化物去除率达到100%以后，以每天增加10%的进水量速度连续进上述油田含油污水，直到以100％设计进水速度连续进油田含油污水；该步骤中，每天向池内添加无机磷酸盐、无机铵盐，使池内C:N:P的摩尔比为100: 5.2: 0.9，溶解氧不小于4 mg/L；
5）达到100％设计进水速度后，进行实际连续处理油田含油污水；维持生化池进口含油≤100 mg/L，硫化物≤50 mg/L，同时，每天向池内添加无机磷酸盐、无机铵盐，C:N:P=100: 5.2: 0.9，池水曝气处理，溶解氧不小于4 mg/L。
运行20日后，检查生化池，生物膜生长良好，生化系统出口含油≤2 mg/L，除油效率达98%以上，出口水出水清澈、水质稳定，
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种除油菌剂的制备方法，其特征在于依次包括如下步骤：
1)在江苏油田多个含油污水池中取含油污水和污泥；对油田含油污水和含油污泥中的细菌在LB培养基、中性环境、25～30℃条件下富集培养，再分离、纯化和筛选，获得3株除油效率高的除油菌；所述3株除油菌菌株分别为
OFB-1：蜡状芽孢杆菌(拉丁文学名为Bacillus cereus)，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物保藏中心（CGMCC），保藏日期：2011年8月15日，保藏号为：CGMCC NO. 5135；
OFB-2：蜡状芽孢杆菌(拉丁文学名为Bacillus cereus)，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物保藏中心（CGMCC），保藏日期：2011年8月15日，保藏号为：CGMCC NO. 5136；
OFB-3：芽孢杆菌(拉丁文学名为Bacillus sp.)，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物保藏中心（CGMCC），保藏日期：2011年8月15日，保藏号为：CGMCC NO. 5137；
2）将上述三株除油菌的菌液按体积比例OFB-1：OFB-2：OFB-3为1：（0.9～1.1）：（0.9～1.1）进行混合，三株除油菌的活菌数分别为109～1011个/ml；
3) 将步骤2）的混合菌液在工业培养基中进行发酵放大培养；发酵工艺条件为：发酵温度：28～32℃；接种量：4～6%v/v；搅拌速度：100～200 rpm；发酵时间：30～60 h；发酵过程中向培养基中通入空气，每分钟通入空气的气液体积比为1～1.5；
4）发酵结束后，通过板框式压滤机将发酵液压干，压滤压力为0.2～0.6 MPa，使之水份含量为40～50%；
5）通过沸腾式干燥塔将剩余水份部分去除，使水份含量为8～10%，干燥温度为60～80℃，干燥后粉碎，制成干粉菌剂。
2.根据权利要求1所述的一种除油菌剂的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中的工业培养基由如下组分构成：
菜子饼 0.8%～1.2% w/v；
麦麸 1%～3% w/v；
MgSO4·7H2O 0.05%～0.15% w/v；
NaH2PO4 0.5%～0.7% w/v；
CaCO3 0.4%～0.6% w/v；
余量为水。
3.一种利用权利要求1所获得的除油菌剂处理油田污水的方法，包括如下步骤：
1）生化池中加满清水，曝气使池水溶氧达到3～4 mg/L；
2）在生化池中加入池水重量0.05～0.15%的干粉菌剂，每克活菌数109～1011；
3）在生化池内投加葡萄糖，使池内水体COD达到600～1000 mg/L，然后向池内添加玉米粉5～15 mg/L，麦麸10～30 mg/L，无机磷酸盐370～630 mg/L，无机铵盐750～1250 mg/L；生化池曝气增氧，池水溶解氧维持在1～3 mg/L，促使菌剂在填料上生长成生物膜；
4）观察生物膜情况，生物膜生长良好并在填料上挂膜后，进行含油废水培养驯化阶段；以设计进水速度10%的速度连续进油田含油污水，污水中含油量为5～20 mg/L，硫化物2～20 mg/L；生化系统的除油率达到98%，硫化物去除率达到100%以后，以每天增加10%的进水量速度连续进上述油田含油污水，直到以100％设计进水速度连续进油田含油污水；该步骤中，每天向池内添加无机磷酸盐、无机铵盐，使池内C:N:P的摩尔比为100:（4.8～5.2）:（0.9～1.1），溶解氧不小于4 mg/L；
5）达到100％设计进水速度后，进行实际连续处理油田含油污水；维持生化池进口含油≤100 mg/L，硫化物≤50 mg/L，同时，每天向池内添加无机磷酸盐、无机铵盐，使池内C:N:P=100:（4.8～5.2）:（0.9～1.1），池水曝气处理，溶解氧不小于4 mg/L。
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