CN113651431A - 利用光合细菌菌系高效降解炼油废水中污染物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为利用光合细菌菌系高效降解炼油废水中污染物的方法，所述光合细菌菌系包括红假单胞菌(Rhodopseudomonas)和假单胞菌(Rhodopseudomonas)，二者质量比为(0.8～1.2):1；将光合细菌菌系加入炼油废水中，并在光照、厌氧条件下进行培养。该方法的具体过程是：将光合细菌菌系投入到能透光、pH接近中性的炼油废水中，在400～4000lux光强下28‑35℃厌氧培养，处理时间为3‑15天，每天监测废水中污染物指标变化和菌体中类胡萝卜素、细菌叶绿素和辅酶Q10的含量变化。该方法能高效降解炼油废水中污染物并同时能在细胞内积累高价值物质。

Description

利用光合细菌菌系高效降解炼油废水中污染物的方法
技术领域
本发明属于污水处理及资源化利用领域，具体涉及一种利用光合细菌菌系高效降解炼油废水中污染物的方法，该方法能够高效降解含有较多烃类、酚类等有机物的炼油废水中污染物同时能够回收高价值胞内物质。
背景技术
重油在世界油气储量中占有很大的比重，据资料显示，稠油、超稠油、超稠油和天然沥青的可采储量均高达4000-6000×108m3。生物处理在污废水处理工艺中占很大比重。然而，在活性污泥反应器中，盐分入侵导致细胞渗透休克，降低了比氧吸收率，阻碍了细胞生长速率，干扰了酶途径、微生物代谢和污染物去除效率。另外，传统的生物处理方法也会产生大量的剩余污泥，而剩余污泥的处理成本高、难度大。因此，迫切需要找到一种工艺简单、能耗低、成本低的方法。
光合细菌广泛存在于湖泊和河流中，光合细菌不仅可以降解水中污染物，还可以实现菌体细胞的资源化。光合细菌体内富含类胡萝卜素、细菌叶绿素、辅酶Q10等高价值物质。辅酶Q10是呼吸链的重要组成部分，还可以治疗心力衰竭、帮助治疗肿瘤、提高免疫力、缓解疲劳。类胡萝卜素和细菌叶绿素是光合细菌的集光色素，也可作为食品和化妆品的着色剂。在当前的研究中，仅单独使用光合菌细菌进行含葡萄糖等食品有机物的废水处理，且需要较强的光照条件、需要进行曝气处理，工艺复杂，不适用于含石油烃、酚类等炼油废水的处理，目前还没有将光合细菌用于处理炼油废水并从中回收类胡萝卜素、细菌叶绿素和辅酶Q10的研究。
因此，如何将光合细菌有效作用于炼油废水，以更低的成本同时实现污染物的去除和高价值物质的高效回收是本领域面对的难题。
发明内容
本发明的目的在于开发出一种利用光合细菌菌系高效降解炼油废水中污染物的方法，该方法能高效降解炼油废水中污染物并同时能在细胞内积累高价值物质。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种利用光合细菌菌系高效降解炼油废水中污染物的方法，其特征在于，所述光合细菌菌系包括红假单胞菌(Rhodopseudomonas)和假单胞菌(Rhodopseudomonas)，二者质量比为(0.8～1.2):1；将光合细菌菌系加入炼油废水中，并在光照、厌氧条件下进行培养。
该方法的具体过程是：将光合细菌菌系投入到能透光、pH接近中性的炼油废水中，在400～4000lux光强下28-35℃厌氧培养，处理时间为3-15天，每天监测废水中污染物指标变化和菌体中类胡萝卜素、细菌叶绿素和辅酶Q10的含量变化。
光合细菌菌系直接加入到炼油废水中，不引入培养基中的营养物质，光合细菌菌系和炼油废水的加入比例为25～35g菌体/1000L炼油废水。
红假单胞菌(Rhodopseudomonas)和假单胞菌(Rhodopseudomonas)的质量比为1:1。
所述炼油废水的pH值为6.5-7.5。
所述炼油废水中含有酚类和烃类，不含葡萄糖、蔗糖类、醇类营养类物质，炼油废水指标为：COD：15000-20000mg/L，NH4 +-N：600-800mg/L，NO3 --N：150-180mg/L，NO2 --N：20-25mg/L，色度：大于10000，电导率：3-5mS/cm。
一种利用光合细菌菌系高效降解炼油废水中污染物的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)取5g湖泊中能被阳光直射到的缺氧区的泥土，放置于100mL量筒中，加入已经灭菌的富集培养基至95mL，再加入5mL液体石蜡，放置培养箱中，培养温度30℃，光强3000～4000lux，培养7天，待土壤表面有红色细菌附着，培养基由无色变为红色，取5mL液体移至新的培养基中，反复富集至颜色变为紫红色或深红色为止；
(2)取富集完成的培养液0.2mL均匀涂布在改良的RCVBN固体培养基上，菌液风干后倒入液体石蜡隔绝氧气，放置培养箱中在30℃、光强3000～4000lux培养，先生长假单胞菌(Pseudomonas)，再生长红假单胞菌(Rhodopseudomonas)，待固体培养基表面有红色细菌时，此时红假单胞菌(Rhodopseudomonas)和假单胞菌(Pseudomonas)同时存在，挑取含这两种菌种的菌落在新的培养基中划线，重复上述操作，直到红色菌落占大多数；
(3)光合细菌菌系的扩大培养采用改良的RCVBN培养基，取10mL培养基放入试管，121℃高温灭菌20min，从固体培养基中挑取步骤(2)获得的混菌菌落接种到试管中，置于摇床内，30℃，120rpm培养3天，之后接种到已灭菌的含有30mL培养基的50mL锥形瓶内，30℃，120rpm培养3天，重复以上培养过程，直至获得所需的菌液量，此时红假单胞菌和假单胞菌二者相对丰度均为39-42％；
(4)将步骤(3)扩大培养后得到的菌液再转接一代，保证两代菌液微生物群落一致，获得微生物稳定的菌液；
(5)将炼油废水稀释10-15倍，使炼油废水能够透光，稀释后调节炼油废水的pH值为6.5-7.5，将微生物稳定的菌液以30％接种量接种至稀释后的炼油废水中，在400～1000lux光强下30℃厌氧培养，处理时间为3-15天，监测废水中污染物指标变化和菌体中类胡萝卜素、细菌叶绿素和辅酶Q10的含量变化，回收类胡萝卜素、细菌叶绿素或辅酶Q10。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明方法将光合细菌菌系用于处理炼油废水并实现资源回收。光合细菌菌系中假单胞菌和红假单胞菌的比例接近，二者协同作用，能够对于炼油废水起到高效的降解作用，实现资源回收。在去除炼油废水中污染物的同时还可以实现菌体细胞的资源化，将处理炼油废水后的细胞用于回收类胡萝卜素、细菌叶绿素和辅酶Q10，所回收产量高于之前的研究。
(2)本发明方法工艺十分简单，成本低，无需氮气饱和曝气、搅拌控制，省去相关附属设备，只需给予适当光照即可完成，且光强要求不高，在500lux下即可完成，极大的降低了硬件投入成本和时间成本。
(3)本发明方法利用湖泊底泥，经过分离培养、纯化、富集，得到一种可以用于处理炼油废水的光合细菌菌系。针对重油炼制废水，SCOD、氨氮去除率分别达到了60％和90％以上，氨氮出水浓度低于7mg/L；硝态氮出水低于6mg/L；未检测出亚硝态氮。在去除炼油废水中污染物的同时，菌体细胞中类胡萝卜素最大含量和产量为分别高于5mg/L和10mg/g-DCW，细菌叶绿素最大含量和产量分别为高于3mg/L和5mg/g-DCW。辅酶Q10含量和产量分别为高于4.5mg/L和9.5mg/g-DCW。
附图说明
图1是用光合细菌菌系处理炼油废水工艺图。
图2为光合细菌菌系处理炼油废水的示意图。
图3是光合细菌菌系最近两次转接后的微生物菌群结构，高通量分析表明最近两次转接后的微生物菌群结构基本一致，说明该菌系可稳定增殖。
具体实施方式
下面结合实施例及附图进一步解释本发明，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。
本发明利用光合细菌菌系高效降解炼油废水中污染物的方法，所述光合细菌菌系包括红假单胞菌(Rhodopseudomonas)和假单胞菌(Rhodopseudomonas)，二者质量比为(0.8～1.2):1；将光合细菌菌系投入到能透光、pH接近中性的炼油废水中，在400～4000lux光强下28-35℃厌氧培养，处理时间为3-15天，每天监测废水中污染物指标变化和菌体中类胡萝卜素、细菌叶绿素和辅酶Q10的含量变化。光合细菌菌系和炼油废水的加入比例为25～35g菌体/1000L炼油废水。
光合细菌菌系直接加入到炼油废水中，不引入培养基中的营养物质，优选两种菌种按照质量比1:1加入。
本发明所述炼油废水中含有较多的酚类和烃类等有机物，不含葡萄糖、蔗糖类、醇类等能营养类物质，炼油废水中COD较高，本申请利用光合细菌菌系处理炼油废水在不调碳氮比的条件下能够实现对炼油废水的高效处理，并回收胞内高价值物质，更加节能，成本更低。
实施例1
本实施例利用光合细菌菌系高效降解炼油废水中污染物的方法，包括以下步骤：
(1)取5g湖泊中可以被阳光直射到的缺氧区的泥土，放置于100mL量筒中，加入已经灭菌的富集培养基至95mL，再加入5mL液体石蜡，放置培养箱中，培养温度30℃，光强3000～4000lux，培养7天，待土壤表面有红色细菌附着，培养基由无色变为红色，取5mL液体移至新的培养基中，反复富集至颜色变为紫红色或深红色为止。富集培养基成分为：乙酸钠：3g/L，丙酸钠：0.3g/L，硫酸铵：0.3g/L，氯化钙：0.1g/L，磷酸氢二钾：0.3g/L，磷酸二氢钾：0.5g/L，硫酸锰：0.025g/L，硫酸亚铁：0.005g/L，酵母膏：0.1g/L，蛋白胨：0.01g/L，谷氨酸：0.0002g/L。
(2)取富集完成的培养液0.2ml均匀涂布在改良的RCVBN固体培养基(在液体培养基中加入15％的琼脂)上，改良RCVBN培养基成分：苹果酸：4g/L，硫酸镁：0.12g/L，硫酸铵：1g/L，磷酸氢二钾：0.3g/L，磷酸二氢钾：0.5g/L，乙二胺四乙酸二钠：0.02g/L酵母膏:0.1g/L，微量元素溶液：1mL/L。菌液风干后倒入液体石蜡隔绝氧气。放置培养箱中30℃，光强3000～4000lux培养，先生长假单胞菌(Pseudomonas)，再生红色细菌(红假单胞菌(Rhodopseudomonas))，待固体培养基表面有红色细菌时，此时红假单胞菌(Rhodopseudomonas)和假单胞菌(Pseudomonas)同时存在，挑取含这两种菌种的菌落在新的培养基中划线，重复上述操作，直到红色菌落占大多数。
(3)光合细菌菌系的扩大培养采用改良的RCVBN培养基，取10mL培养基放入试管，121℃高温灭菌20min，从固体培养基中挑取混菌菌落接种到试管中，置于摇床内，30℃，120rpm培养3天，之后接种到已灭菌的含有30mL培养基的50mL锥形瓶内，30℃，120rpm培养3天，重复以上培养过程，直到获得所需的菌液量，此时红假单胞菌和假单胞菌同时存在，且二者相对丰度均为40％左右，二者相对丰度比接近1:1。
(4)将步骤(3)扩大培养后得到的菌液再转接一代，将两代菌液用高通量技术进行微生物群落分析，结果显示这两代菌液微生物群落基本一致，说明菌液中微生物稳定。
(5)将炼油废水稀释10-15倍，使炼油废水能够透光，稀释后炼油废水的pH值为6.5-7.5，将微生物稳定的菌液以30％接种量接种至稀释后的炼油废水中，在400～1000lux光强下30℃厌氧培养，处理时间为3-15天，每天监测废水中污染物指标变化和菌体中类胡萝卜素、细菌叶绿素和辅酶Q10的含量变化。30％接种量是指每1000L稀释后的炼油废水加入300L菌液，且不直接加入菌液，需要对菌液中的菌体进行离心提取，将离心提取后的菌体直接加入稀释后的炼油废水中，菌液中菌体的浓度为102mg/L。
实施例2
辽宁省盘锦市某家炼油厂，炼油废水指标为：COD：16181mg/L，NH4 +-N：771mg/L，NO3 --N：165mg/L，NO2 --N：21mg/L，色度：15000，电导率：4.14mS/cm。该炼油废水含有较多的酚类和烃类、pH6.14，偏中性，不透光，将该炼油废水稀释12倍使其能透光，稀释后pH为6.8，调pH为7.0。取稀释后适量的炼油废水装于锥形瓶中，再以30％投加量(每1000L稀释后炼油废水，加入300L菌液离心后的菌体，菌液中两种菌种的浓度为102mg/L)，加入光合细菌菌系，光照30℃厌氧培养，光强梯度设置为：500、2000、4000、6000和8000lux，培养一段时间后，进行沉淀分离，测量上清液中污染物指标变化，同时测量沉淀中菌体类胡萝卜素、细菌叶绿素、辅酶Q10的含量。
光强为500lux效果最好，第8天COD去除率达到62.66％，NH4 +-N去除率达到91.47％(高效)，出水NH4 +-N低于7mg/L，说明采用光合细菌菌系能处理含盐较高的炼油废水，降解后氨氮去除率很高，出水氨氮含量很低，实现高效降解。
光强为500lux下，第7天NO3 --N出水浓度达到最低值7.48mg/L。
在光强为500lux下，第8天光合细菌菌系最高类胡萝卜素产量为10.48mg/g-DCW，细菌叶绿素产量为5.52mg/g-DCW，辅酶Q10产量为9.90mg/g-DCW，胞内高价值物质产量显著高于之前的研究。
延长培养时间为15天，培养第12天COD去除率为69.94％，氨氮去除率为91.25％，去除率提升幅度不明显，因此采用8天为最佳培养时间。
实验表明，本实施例在8天基本完成废水处理，可根据最终目标回收物质选择合适的培养时间。如目标为回收光合细菌内的辅酶Q10，可以设置培养时间为8天，给予500lux光强，此时能最大程度的实现对炼油废水的降解，同时回收大量的辅酶Q10。若目标为回收光合细菌内的细菌叶绿素，可以设置培养时间为5天，给予500lux光强，此时能回收大量的细菌叶绿素
本发明方法依赖两种菌种的协同作用，针对炼油废水能直接在室外条件下即可进行回收利用，不依赖于超强的光照条件，也不需要搅拌、曝气等操作，设备及操作简单，利于工程应用。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (7)

1.一种利用光合细菌菌系高效降解炼油废水中污染物的方法，其特征在于，所述光合细菌菌系包括红假单胞菌(Rhodopseudomonas)和假单胞菌(Rhodopseudomonas)，二者质量比为(0.8～1.2):1；将光合细菌菌系加入炼油废水中，并在光照、厌氧条件下进行培养。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法的具体过程是：将光合细菌菌系投入到能透光、pH接近中性的炼油废水中，在400～4000lux光强下28-35℃厌氧培养，处理时间为3-15天，每天监测废水中污染物指标变化和菌体中类胡萝卜素、细菌叶绿素和辅酶Q10的含量变化。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，光合细菌菌系直接加入到炼油废水中，不引入培养基中的营养物质，光合细菌菌系和炼油废水的加入比例为25～35g菌体/1000L炼油废水。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，红假单胞菌(Rhodopseudomonas)和假单胞菌(Rhodopseudomonas)的质量比为1:1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述炼油废水的pH值为6.5-7.5。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述炼油废水中含有酚类和烃类，不含葡萄糖、蔗糖类、醇类营养类物质，炼油废水指标为：COD：15000-20000mg/L，NH4 +-N：600-800mg/L，NO3 --N：150-180mg/L，NO2 --N：20-25mg/L，色度：大于10000，电导率：3-5mS/cm。
7.一种利用光合细菌菌系高效降解炼油废水中污染物的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)取5g湖泊中能被阳光直射到的缺氧区的泥土，放置于100mL量筒中，加入已经灭菌的富集培养基至95mL，再加入5mL液体石蜡，放置培养箱中，培养温度30℃，光强3000～4000lux，培养7天，待土壤表面有红色细菌附着，培养基由无色变为红色，取5mL液体移至新的培养基中，反复富集至颜色变为紫红色或深红色为止；
(2)取富集完成的培养液0.2mL均匀涂布在改良的RCVBN固体培养基上，菌液风干后倒入液体石蜡隔绝氧气，放置培养箱中在30℃、光强3000～4000lux培养，先生长假单胞菌(Pseudomonas)，再生长红假单胞菌(Rhodopseudomonas)，待固体培养基表面有红色细菌时，此时红假单胞菌(Rhodopseudomonas)和假单胞菌(Pseudomonas)同时存在，挑取含这两种菌种的菌落在新的培养基中划线，重复上述操作，直到红色菌落占大多数；
(3)光合细菌菌系的扩大培养采用改良的RCVBN培养基，取10mL培养基放入试管，121℃高温灭菌20min，从固体培养基中挑取步骤(2)获得的混菌菌落接种到试管中，置于摇床内，30℃，120rpm培养3天，之后接种到已灭菌的含有30mL培养基的50mL锥形瓶内，30℃，120rpm培养3天，重复以上培养过程，直至获得所需的菌液量，此时红假单胞菌和假单胞菌二者相对丰度均为39-42％；
(4)将步骤(3)扩大培养后得到的菌液再转接一代，保证两代菌液微生物群落一致，获得微生物稳定的菌液；
(5)将炼油废水稀释10-15倍，使炼油废水能够透光，稀释后调节炼油废水的pH值为6.5-7.5，将微生物稳定的菌液以30％接种量接种至稀释后的炼油废水中，在400～1000lux光强下30℃厌氧培养，处理时间为3-15天，监测废水中污染物指标变化和菌体中类胡萝卜素、细菌叶绿素和辅酶Q10的含量变化，回收类胡萝卜素、细菌叶绿素或辅酶Q10。
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