固體菌劑的制備與污水處理模擬試驗，篩選得到的兩降解菌株CJ419和FA16,通過平板轉接，試管培養，搖瓶培養，經 500mL發酵罐、1L發酵培養，經由顯微鏡檢查活菌菌數后，培養成菌株菌懸液。將制 備好的菌懸液按一定的比例接入發酵池中的固體培養基中進行培養，分別制備各個菌的 固體菌劑。

根據污水中微生物菌體增殖數量、PH、降解率、HPAM降解轉化率等物理化學指 標檢測進行多方位評估，通過對兩菌株固體菌劑比例的配伍試驗，得到最優化的菌株配 伍比例；同時對培養基中培養溫度、培養時間、接種量、輔料四個主要降解參數進行的 優化，固體菌劑的制備與污水處理模擬試驗，應用正交手段最終確定污水處理中各條件的最佳組合。

1實驗材料

1.1實驗菌種

實驗篩選菌種CJ419和FA16。

1.2培養基

細菌液體培養基：葡萄糖2.5%,玉米漿0.6%，磷酸氫二鉀0.1%,磷酸氫二鈉0.4%， 尿素 0.5%，PH6.7。

固體菌劑培養基：麩皮80%，面粉20%。

1.3儀器與設備

實驗室發立式酵罐；SY-3100型發酵罐；SY-3005T型發酵罐；發酵池。

2實驗方法

2.1固體菌劑的制備工藝

將篩選到的兩菌株分別經試管培養、搖瓶培養、種子罐培養后.將種子罐培養得 到的菌懸液按5-10%比例（體積百分比）接種量，分別接入發酵罐液體培養，培養溫度 為25-351C,培養時間為24-72小時，發酵罐菌懸液分別鏡檢，其活菌數^109個/m丨，培 養成篩選菌株菌懸液。

將發酵罐發酵所得的篩選菌株菌懸液按1-5% (重量百分比）比例，分別接入滅菌 固體培養基，培養溫度為25-351,培養時間為24-72小時，分別鏡檢固體培養基，至 活菌數21〇9個/g時，即可終止培養。滅菌固體培養基是麩皮培養基。

將固體培養后的篩選菌株菌劑培養物，干燥后即成為生產用固體菌劑。

2.2復合固體菌劑復配

復合固體菌劑的復配是HPAM污水生物處理技術的關鍵。固體菌劑的制備與污水處理模擬試驗，通過對接種過單菌固體菌 劑的含HPAM污水在一定溫度下，一定時間培養，根據污水中微生物菌體增殖數量、PH 值變化、降解率、主要有害成分HPAM降解轉化率等物理化學指標檢測進行多方位評估, 通過正交實驗確定復合固體菌劑中各類菌的最佳復配比例。

2. 3培養工藝優化

以鉆井污水處理工藝中固體復合菌劑接種童、輔料加入量、培養溫度、培養時間等 主要技術參數為因素，設計四因素三水平的正交試驗，以培養后的含聚污水中微生物菌 體增殖數量、PH值變化、降解率、主要有害成分HPAM降解轉化率為衡量標準，確定 最佳培養工藝條件。

3結果與討論

3.1固體菌劑的制備工藝

固體菌劑制備工藝流程如下：

試管菌株—搖瓶培養—種子罐培養—發酵罐培養—固體培養—干燥―•復配 通過該工藝發酵制備的各類固體菌劑，經復配后可直接使用。

3.2處理含聚污水所使用的固體菌劑復配

以接種培養后的含聚污水中菌體增殖數量、HPAM含量和降解率為指標，使用篩選 到的CJ419和FA16作為處理含聚污水使用的固體菌劑復配菌株。正交試驗接種量為1%， 培養溫度為2(TC,培養時間為30d。試驗結果為表5-1所示。

表5^1菌種復配實驗結果 Table 5-1 Experimental results of strain mixtures

試驗編號菌種比例 (CJ419： FA16)試驗結果菌數 (1010cfu/g)HPAM降解率 (%)pH

11；35.879.98.6

21：26.772.18.1

31；16.870.38.2

42：113.273.87.4

53；18.970.77.8

6只加入CJ4194.546.28.8

7只加入FA166.139.68.4

試驗可以看出當逐漸增大芽孢桿菌CJ419的接種比例時，降解后混合菌菌數上升， 降解率上升，處理后pH值下降。接種比例達到2: 1時各項指標達到最大值，再次加大 CJ419的接菌量各項指標均有下降。

由試驗可以得出，CJ419與FA16的最佳組合為2: 1，即處理HPAM廢水使用的最 佳固體菌劑復配比例為CJ419: FA16=2: 1。

3. 3培養工藝優化

為了得到最優化的實驗結果，研究以含HPAM污水處理工藝中固體復合菌劑接種 量、輔料加入量、培養溫度、培養時間等主要技術參數為因素，以培養后的含聚污水中 微生物菌體增殖數量、pH值變化、主要有害成分HPAM物質降解轉化率為衡量標準， 通過正交試驗確定最佳培養工藝條件。

設計A培養溫度（aC)、B培養時間（d)、C接種量（％)、D輔料（％)四項為正 交試驗的4個因素，每個因素由3個水平進行試驗，具體實驗方案見下表5-2:

表5-2因素水平表

Table 5-2 factor level table

\因素A

培養溫度（X：)B

培養時間（d)C

接種量（％)菌種 比例2: 1D

輔料（％)

115250.50.1

2203010.2

325351.50.3

正交試驗設計方案實驗結果和試驗分析見下表5-3, 5-4:

 

表5«3正交試驗方案和試驗結果L9 (34)

Table 5-3 orthogonal test programs and L9 (34) test results

試驗因素試驗結果菌數 (1010cfii/g)HPAM 降

解率

(%)

編號A培養溫度 (•C)B培養時間 (d)C接種量 (%)D輔料 (%)

11 (15)1 (25)1 (0.5)1 (0.1)4.569.2

21 (15)2 (30)2 (1)2 (0.2)9.572.4

31 (15)3 (35)3 (1.5)3 (0.3)7.071.6

42 (20)1 (25)2 (1)3 (0.3)13.772.3

52 (20)2 (30)3 (1.5)1 (0.1)11.573.8

62 (20)3 (35)1 (0.5)2 (0.2)9,673.2

73 (25)1 (25)3 (1.5)2 (0.2)8.470.4

83 (25)2 (30)1 (0.5)3 (0.3)10.774.0

93 (25)3 (35)2(1)1 (0.1)14.974.6

表5>4試驗結果分析 Table 5-4 Analysis of test results

試驗結果菌數（10l(>cfti/g)HPAM降解率（％)

T 值 

ABCDABCD

T121.026.724.930.9213.3211.8216.3217.5

T234.531.838.127.6219.3220.2219.3216.0

T333.931.527.031.5219.0219.3215.7217.8

tl7.08.98.310.371.170.672.172.5

t211.610.612.79.273.173.473.172.0

t311.310.59.010.573.073.171.972.6

極差R4.61.74.41.32.02.81.20.6

分析較A2B2C2D3A2B2C2D3

優水平

主次因

注:

(1)T為因素試驗結果之和，例：Tl=4.5+9.5+7.0=21.0

(2)t為因素試驗結果之和的均值，例：tl=21/3=7.0

(3)R為t值中的大數-小數，例：t2-tl=4.6

由上面兩表得出影響4項指標的主次因素和較優水平為：試驗結果菌數A2C2B2D3; HPAM 降解率 B2A2C2D3。

從以上結論可以看出菌種的加入量、培養溫度和培養時間對HPAM降解影響較大， 而輔料的加入對降解率的影響較小。

由以上結論可以得出，A2B2C2D3結果最為理想，即培養溫度為20°C，固體菌劑的制備與污水處理模擬試驗，培養時間為 30d，接種量為1%,輔料添加量0.3%。但是考慮到生產同時需節約資源、減少成本和 縮短試驗周期方面考慮，同時輔料的添加是四個因素中對降解率影響較小的因素，最終 選擇A2B2C2D!為佳，即培養溫度為20°C,培養時間為30d，接種量為1%，輔料添加量 0.1%。

3.4復合菌劑培養處理后采油廢水各類理化指標的分析

對復合菌降解處理后采油廢水的各項指標進行了分析，分析結果如下:

表5*5復合菌劑處理后采油廢水各類理化指標的分析 Table5-5 Composite agents produced wastewater treatment of various physical and chemical

indicators

樣品陜西長慶油田新10-39號井含HPAM污水

項目對照組實驗組

HPAM降解率79.7%

菌體 、

數量1.7x10^2.8xl(T

通過對復合菌劑培養處理后含聚污水各類理化指標的分析，可以看出采油廢水中的 HPAM得到了有效降解，具體數量有大幅的提高，基本上達到了含聚污水無害化處理的

預期目的。

4小結

使用篩選得到的兩菌株降解HPAM的降解菌CJ419和FA16,通過平板轉接，試管 培養，搖瓶培養，經500mL發酵罐、1L發酵培養后，經由顯微鏡檢查活菌菌數，在 25-35°C，24-72h培養成菌株菌懸液。將菌懸液按一定的比例接入發酵池中的固體麩皮 培養基中在25-35^，24-72h培養后，分別鏡檢固體培養基，當活菌數之109個/g時，可 終止培養。最終分別制備得到各個菌的固體菌劑。

以接種培養后的含聚污水中菌體增殖數量、HPAM含量和降解率為指標，使用篩選 到的CJ419和FA16制備的固體菌劑作為處理含聚污水使用的固體菌劑，按照CJ419: FA16分別為3: 1、2: 1、1: 1、1: 2、1: 3進行復配。復配試驗接種量為1%,培養 溫度為20°C，培養時間為30d。通過對兩菌株固體菌劑比例的配伍試驗，得到最優化的 菌株配伍比例CJ419: FA16=2: 1。

為優化的試驗，研究以含HPAM污水處理工藝中固體復合菌劑接種量、輔料加入 量、培養溫度、培養時間等主要技術參數為因素，以培養后的含聚污水中微生物菌體增 殖數量、主要有害成分HPAM物質降解轉化率為衡量標準，通過正交試驗確定各主要 因素的最佳培養工藝條件。通過正交分析得出：培養溫度為20°C，培養時間為30d，接 種量為1%，輔料添加量0.3%是最優化方案。但是考慮到生產同時需節約資源、減少成 本和縮短試驗周期方面考慮，同時輔料的添加是四個因素中對降解率影響較小的因素， 最終選擇培養溫度為20°C,培養時間為30d，接種量為1%，輔料添加量0.1%為擴大化 試驗的最終優化結果。

結論與展望

1結論

本研究以陜西長慶油田某污水處理站經過沉降砂濾處理后的高分HPAM出水為研 究對象，對含高分聚合物污水的處理進行了生物原位污水處理技術研究，為油田含聚污 水的生物處理提供理論基礎。主要研究結論如下：

(1)從長慶油田泥漿池廢液周邊土壤中分離篩選出2株對聚丙烯酰胺有良好降解 作用的菌株分別命名為CJ419和FA16,通過生理生化性質，初步確定CJ419為假單胞 菌，FA16為枯草芽孢桿菌。

(2)對CJ419和FA16降解聚丙烯酰胺的能力進行了研究。發現CJ419 30°C培養條 件下在滅菌的實驗廢水樣品中搖瓶培養25d，最大降解率可達30.4%，FA16搖瓶培養25d 最大降解率可達25%;將兩菌株1: 1比例接種于培養基中30°C搖瓶培養25d,降解率 出現兩次峰值，最大降解率可達80.3%。同時研究了聚丙烯酰胺自發降解的降解率，30°C 搖瓶25d發現聚丙烯酰胺的自發降解率為7.4%。

(3)研究了混合菌在以HPAM為唯一碳源的情況下的降解能力。3(TC培養條件下 降解率也出現兩次峰值，降解曲線趨勢與污水中實驗基本相同，最大降解率達79.7%。 對含聚廢水中的烴類物質含量進行了跟蹤檢測分析，25d之內烴類物質質量濃度由降解 前的9.6mg/L降至6.2mg/L。認為分解的烴類物質為微生物生長提供了少量碳源，廢水 培養基中烴類物質質量濃度很低（烴類物質總量質量濃度<l〇mg/L)，而混合菌株對烴類 物質有一定程度的降解作用但作用效果并不十分顯著，因此烴類物質的降解對聯合降解 過程沒有明顯的影響。

(4)在實驗條件下對混合菌降解的溫度、pH、初始接菌量、混合菌活化次數等因素進 行了檢測。復合菌從10°C開始，溫度越高降解能力越強，在30~37°C區間達到最大值， 32°C時最大；固體菌劑的制備與污水處理模擬試驗，超過37C降解能力迅速下降，但到45°C仍具有一定的降解能力；最適降 解pH為7.2,在pH7.0~8.0之間仍能保持較高的降黏能力，但偏酸或偏堿的環境都不利 于混合菌的降解；在接種的菌量為3.6X104個/mL時，HPAM降解率可達75.6%,當 接種量持續增加，降解率不再有明顯的增加；而通過相同培養基進行活化而使細菌經歷 了遲滯期的適應過程后再重新與待降解物接觸就會大大縮短遲滯期時間，快速進入對數 期從而迅速降解聚合物。

(5)探討了微生物降解聚丙烯酰胺的機理。結果表明細菌降解HPAM是通過分解 胞外物質的方式進行的，而無法將聚合物包裹或吸收到細胞內進行降解，而細菌胞外分 泌的蛋白不能明顯降低聚合物的相對分子質量，降解需要胞外非蛋白產物的共同參與才 能完成。當兩菌株混合進行降解時，會大大提高降解效果，菌體間協同作用表現明顯^ 降解首先通過胞外酶的作用，聚合物被降解成小分子物質，降低了分子量，從而被微生 物進一步利用轉化降解，同時生長迅速的菌體又產生大量的胞外物質促進HPAM的降 解作用。

(6)模擬采油現場原位降解采油污水中的HPAM降解實驗。首先將兩菌株制成固 體菌劑，根據含HPAM污水中微生物菌體增殖數量、主要有害成分HPAM降解轉化率 等物理化學指標檢測進行多方位評估，通過正交實驗確定復合固體菌劑中各類菌的最佳 復配比例為CJ419: FA16=2: 1。使用此比例研究以含聚污水處理工藝中固體復合菌劑 接種量、輔料加入量、培養溫度、培養時間等為主要技術參數為因素，以培養后的污水 中微生物菌體增殖數量、主要有害成分HPAM物質降解轉化率為衡量標準，通過正交 試驗確定最佳培養工藝條件為：培養溫度為20°C，培養時間為30d，接種量為1%,輔 料添加量0.3%。但是考慮到生產同時減少成本和縮短試驗周期，同時輔料的添加是四 個因素中對降解率影響較小的因素，最終選擇最佳工藝條件是：培養溫度為2CTC，培養 時間為30山接種量為1%，輔料添加量0.1%。

2展望

由于時間及實驗條件的限制，研究還處于初步階段，需要在以后研究中進一步完善， 具體如下：

(1)論文中降解聚丙烯酰胺微生物的樣本有待于進一步擴充。所以下一步實驗需 增加實驗樣本，繼續從HPAM泥漿池周圍土壤、含油廢水，或直接從HPAM中分離篩 選更多的對聚丙烯酰胺有高效降解能力的降解菌株。

(2)論文中菌株的復合降解作用研究還處在初級階段。所以下一步研究可以對篩 選出的菌株兩菌復合和多菌復合，建立一套有效的篩選方法，對實驗組進行正交實驗， 并通過方差、極差等正交分析等統計學手段復配出降解效率和穩定性更高的菌群。

(3)下一步可以采用誘變、原生質體融合、基因工程等技術手段對已篩選菌株進 行選育，以期增強其對聚丙烯酰胺的降解效果。

(4)論文中微生物降解聚丙烯酰胺的機理有待于更深入的探討。固體菌劑的制備與污水處理模擬試驗，論文中研究發現 復合菌具有一定的協調機制，具有較高降解效果，但具體的機制尚未清楚，研究其協調 機制將是下一步實驗探索的重點。降解菌之間底物的利用關系、協同生長作用機理有待 進一步的研究。

(5)菌種固體菌劑的制備是下一步的研究方向。從種子加入反應體系后的活力、 復配種子的比例、菌種在降解過程中的相互作用等方面進行進一步研究，找到更佳的復 配方案。

(6)研究發現混合菌對聚合物廢水中的石油烴類物質也有一定的降解作用，今后 研究會集中在同時對HPAM和石油烴類物質都有有效降解能力菌種的研究上。

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