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1、生物除油剂在前处理的应用研究关 键 词：生物，除油剂，研究作 者：内容：摘要：从被油污染的土壤中获取菌源，对混合菌种进行富集驯化，研究了富集驯化过程中油的降解率变化。通过正交试验研究了混合茵液的降解能力。结果发现，第一天油的降解率达到77，随后逐渐减慢。最佳工艺参数为：温度40 ，pH 7585，接种量60，Na2Si039H20 57 gL，Na3P04-12H20 520 gL，OP一10 2 gL，摇床转速150 rmin。除油试验表明，在电镀前处理中利用微生物除油是可行的。1 前言金属件电镀及涂装前的除油处理是保证镀层及涂层质量的重要手段。目前，除油处理采用的方法主要有喷砂法、燃烧法、
2、溶剂法、电化学法、化学清洗法及其他多功能水剂除油法。其中，化学清洗投资少、效果好、操作容易、管理方便，是目前应用最多的一种除油处理方法。传统化学除油存在的缺点是使用时必须加热，常温下除油效果差，除油效果随着槽液的老化而逐渐变弱，既浪费资源又造成油污、泥渣的二次污染，还存在高泡沫性和高碱性等问题。因此，寻找一种低成本、无污染、安全性好的室温除油剂，对节约能源、降低能耗、保护环境具有深远的意义。本文对除油微生物进行了富集驯化，研究了钢铁表面微生物除油的影响因素，以期获得可在室温条件下使用的低成本、无污染的高效微生物除油剂。21菌种来源 自然环境中，能够降解石油成分的微生物多达200种以上。其中，假
3、单胞菌属、棒杆菌属、微球菌属和产碱杆菌属中存在许多高效降解石油成分的细菌菌株。本试验从各种石油污染的环境中采集菌种样品，作为富集驯化的菌源：(1)以威海槐云路五菱汽车修配厂废机油、汽油、柴油污染的土壤为样品1；(2)以威海东方大众汽配厂受油污污染的土壤为样品2；(3)以威海宇成线业有限公司污水排放口的土壤为样品3；(4)以电镀厂废油污染的土壤为样品4。22培养基 牛肉膏蛋白胨培养基用于细菌总数的测定和微生物分离，原油无机盐培养基用于原油降解菌平板数量的测定。原油无机盐培养基(pH=72)的成分如下(以质量分数表示)：润滑油02NaCl 05(NH4)2S0401，MgS047H20 0025，
4、NaN03 02，KH2P0405，K2HP04H20 10，琼脂l6。23试剂和仪器 所用石油醚等试剂均为市售分析纯。 恒温振荡器，pH温度测试笔，紫外可见分光光度计、分析天平和可见分光光度计，离心机。24富集驯化处理各称取14号样品200 g，分别加入蒸馏水800 mL，搅拌30 min，静置沉淀，上清液转移到l0 L的玻璃瓶中，从而获得多种来源的混合菌种。然后，加入土壤浸提液1L1 L水中加入200 g肥沃土壤(提供各种元素)，搅拌，沉淀，获得的上清液为土壤浸提液，控制温度在35 、pH 85，曝气富集驯化数天。混合液曝气驯化l d后测定残油含量，然后定量补充润滑油、无机磷和无机氮等元素
5、，调整混合液中碳、氮、磷的比例，以利于微生物的生长。富集驯化液中C(即7样机油，为驯化液质量分数的l)、N即(NH4)2S04和 P(即KH2P04)的质量比约为l00：5：1。除油微生物驯化装置如图l所示。图1除油微生物富集驯化装置Figure l Device for enrichment and domestication of microbes25测定指标 石油含量的测定采用紫外分光光度法，混合液中油的提取方法如下：将定量的待测样品移入250 mL分液漏斗中，加入质量分数50的硫酸5 mL酸化，按混合液质量的2加入氯化钠，用20 mL石油醚清洗采样器皿，移入分液漏斗，萃取，油层移入10
6、0 mL容量瓶中。萃取完全后，用石油醚稀释至标线。在选定波长处，用10 min石英比色皿、以石油醚为空白试样测量吸光度，根据标准曲线计算出石油的含量。26驯化过程中微生物的变化 驯化的初期和末期，分别利用牛肉膏蛋白胨培养基和原油培养基、采用MPN(Maximum Probable Number)法测定异养细菌和原油降解菌的数目，在30 下，分别培养l周和2周，然后统计细菌的数目。利用牛肉膏蛋白胨固体培养基分别对驯化前、后的微生物进行分离，在30 下培养3 d，观察平板分离的菌株，将菌落形态和菌体形态一致的菌落作为纯种予以保留。27正交试验因素水平在驯化的末期，以驯化液和分离的菌种混合液制作的混
7、合菌液进行正交试验，按L9(34)考察接种量、初始pH、温度和加油量对降解率的影响。正交试验因素水平见表1。在300 mL的三角瓶中，按正交表设定装入混合菌液，不足的部分以无机盐培养基补足，液体总体积为100 mL。在30 、150 rmin的摇床中培养24 h后，利用紫外分光光度法测定残油的含量。表1正交试验因素水平表Table1 Factors and levels of orthogonal test28金属表面除油效果试验 以硫酸铜浸渍法考察金属表面的除油效果4。将清洗后的工件浸在酸性硫酸铜水溶液(其组成为质量分数5的CuS04和2的H2S04)中，l min后取出工件，用水冲洗。根据
8、铜膜情况评定清洁度，若铜膜完整均匀、光泽及结合力好，表明工件表面无油污；反之，工件表面有油污。 生物除油剂初步研究：结果与分析（一）关 键 词：生物，除油剂，研究作 者：内容：31富集、驯化过程中油的降解率变化 富集驯化过程中，油的降解率变化如表2所示。表2油的降解率随时间的变化Table 2 Variation of oil desradation rate with time 由表2可知，驯化过程中，微生物降解油类的速率很快，降解过程主要发生在第一天。大部分油类在第一天转化为石油醚等不能萃取的非油性物质，降解率在75以上。之后，降解速率明显减慢，降解率的增加率仅在百分之几的范围内。这一现象
9、的产生是残油量逐渐积累的结果。 在驯化过程中，为了更详细地了解油类的降解规律，在优化了各种驯化条件下，添加无机营养盐，调节C、N、P的质量比为100：5：1，在35 下充分曝气，考察一天内油质降解率的变化规律，结果如图2所示。图2 24 h内油的降解率的变化Figure 2 Variation of oil degradation rate in 24 h 由图2可见，加油后的短时间内，微生物快速降解油质。前8h内，降解总量在50以上，随后降解速率逐渐减慢。 在含油的环境中，微生物首先将油质转变成带有-COOH结构的物质，再将其分解为水和二氧化碳。肛氧化和俨氧化是油类降解的主要方式，故在降解的
10、前期导致环境的pH下降。图3为油质降解时间与pH变化的关系曲线。图3表明，在微生物驯化过程中，酸碱度变化较大，油类降解最快的时间与pH变化最大的时间基本统一。4 h内，pH的变化接近于08，说明驯化体系中发生了快速的油质降解。图3 24 h内pH的变化Figure 3 Variation of pH in 24 h生物除油剂初步研究：结果与分析（二）32驯化前、后微生物数量和种类的变化 在驯化的初期和末期，分别利用牛肉膏蛋白胨培养基和原油培养基测定了异养细菌和原油降解菌的数目，并用牛肉膏蛋白胨固体培养基对驯化前、后的微生物进行了分离。经革兰氏染色和平板计数看出，共分离得到7株细菌，其菌落特征见
11、表3。从表3富集驯化前、后微生物的数量变化可以看出，l号、2号、3号和5号菌种在富集驯化后期数量增加较多(即在降解油类的同时，数量增加较多)，在油类降解过程中起主要作用。3.3混合菌液降解能力的正交试验结果 石油的降解是一个复杂的过程，在构筑物或反应器中创造微生物生长和降解的适宜条件，可以加速石油的分解过程。为此，设定了可能的适应条件，利用混合菌液进行了油降解的正交试验。正交试验结果和极差分析见表4。表3不同细菌菌落、菌体形态特征对比Table 3 Comparison of morphological characteristics ofdifferent bacterial colonie
12、s and thalli表4油的降解正交试验结果和极差分析Table 4 Results of orthogonal test and range analysis of oildeeradafion通过正交试验可以看出，加油量是降解率的主要影响因素，加油量增大，降解率提高。这可能是由于大量的润滑油中易降解成分较多所引起。微生物的数量是油类降解的主体，增大接种量有利于提高原油的降解效果。同时，微生物的数量是决定降解速率的最主要因素。因此，筛选、驯化适合工程的微生物是环境工作者主要的研究方向7。本试验中，60的接种量缩短了菌体增殖的时间，有利于在短时间内降解油类物质。试验中观察到，部分微生物的数
13、量增加很快，而另一部分微生物则检测不到。这表明在竞争过程中，可快速降解油类的微生物或能利用油类降解中间产物的微生物得到了富集。但微生物降解复杂的物质往往采用共代谢的途径。因此，单一菌种往往不能快速地降解石油成分。4种细菌单独培养后，按分离比例组成混合液，分别以同样的接种量进行油类降解试验，结果证实了单菌种的降油能力不如混合菌株。众多优势单一菌种合理搭配，才能获得油类降解的总体效果。微生物对油类的降解机理表明，微生物先产生表面活性物质乳化油质，以增大微生物与油类的接触面积，然后才能将油质降解8。因此，在降解油质的前期加入适量的表面活性剂，可以显著提高降解的效率，从而加快金属表面油质的解离和降解。
14、故确定添加无机乳化剂Na2Si039H20和Na3P0412H20。温度对油类的降解也有重要的影响，在特定的情况下，它将成为降解的主要因素。 结合正交试验结果，得到微生物除油的最佳工艺参数如下：Na2Si039H20 57 gLNa3P0412H20 520 gLOP-10 2 gL接种量 60p 40pH 7585摇床转速 l50 rmin在油类的降解过程中，油类成分的复杂性决定了后期降解的速率会相应地减慢，前期和后期降解速率相差很大9。在电镀除油等类似的工程中，为了实现快速降解和无污染排放，可采用两段法处理方式(其停留时间有所差别)：第一段，针对油类中易降解的物质，停留时间在1 d以内；第二段，主要降解难降解的物质，停留时间可延长到数天，从而减少最终的排放量。3.4.除油效果 根据镀件表面除油的测定方法，利用培养良好的微生物菌液进行除油试验，将擦有7机油的金属片分别浸入到培养好的微生物菌液中，曝气情况下放置12 min和5觚n，然后用清水冲洗，两类金属片都不挂水；利用硫酸铜溶液进行浸渍时，镀层均匀、光亮，结合力好。这说明在优化的工艺参数条件下，除油效果较好，能够获得电镀所需的洁净度。因此，微生物除油方法用于金属表面前处理是可行的。
