賴萬東，揚卓如，陳煥欽
（華南理工大學，廣州　　 510641）

　　摘要：本研究通過篩選高效降油菌進行除油實驗。試驗結果表明，在操作條件為PH：5.5～7.0、溫度：25～35℃、溶氧值5.5 ～7.0mg/L條件下，投加混菌處理24h后，廢水中總油含量的去除率可達90.7%以上。另外，試驗得出，在油含量E. oil≤2000mg/L時，生化反應為一級反應。
　　關鍵詞：廢水處理；油脂；生物降解；微生物
　　中圖分類號：X785
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1009-2455（2000）04-0021-03

Study of Bio-Degradation of Greasy Wastewater
LAI Wan-dong, YANG Zhou-ru , CHEN Huan-qin

　　Abstract: Tests were made for grease removal by screening of high-efficiency grease-degradating  bacteria. Results of the tests show that under the operating conditions of PH=5.5～7.0,temperature=25 ～35℃and dissolved oxygen value=5.5～7.0mg/L, at the end of the treatment,i.e.24 hours after mixed bacteria were added in , the removal rate of the total grease content in the wastewater may reach 90.7% or higher. The tests also show that in case of E. oil≤200mg/L the bio-chemical reaction should be a primary reaction.
　　Key words: wastewater treatment; grease; bio-degradation; microorganism

概述

　　油脂廢水是含油廢水中的一類，在食品加工、肉類聯合加工、合成洗滌劑廠及餐飲業的生產過程中都不斷有這類廢水排出。由于此類水中多數含有表面活性劑物質，油脂呈現出良好的乳化性和親水性，少量油脂就能導致水體CODcr、BOD₅的值迅速超高，更增加了處理的難度^[1,2]。對這類廢水若用化學絮凝、吸附、臭氧氧化、電解等方法處理，不但效果不明顯，且投資大，流程復雜，化學法還有產生二次污染的可能。相比之下，由于微生物能利用油脂作為生長所需的碳源和能源^[3,4]，并在酶的催化下將其水解成甘油、脂肪酸,最后降解為H_2O、C_O2等代謝產物。因此，生物法具有成本低，投資省，無二次污染的優點。近幾十年來，國內外對生物法處理含油廢水的研究逐漸形成熱點，但目前文獻多集中于石油類的研究^[5,6,7,8,9]，對油脂廢水的報導還不多見^[10]。本研究以油脂為生長限制性底物，篩選出2株高效降油菌進行除油實驗，同時還考察了混菌對油脂的降解條件，并對其生化反應動力學作了初步討論。

1　實驗內容與方法

1.1　富培養基
　　牛肉膏:1g，蛋白胨：2g，酵母膏:1g，NaCL:1g,H₂O:200mL,PH:6.0。
1.2　無機鹽培養液
　　K₂HPO₄^.3H₂O 1 g/L,KH₂PO₄^.3H₂O 1 g/L,Na₂HPO₄^.3H₂O 1 g/L, NaCl 0.5 g/L,MgSO₄.7H₂O 0.05 g/L。
1.3　分析項目與儀器
　　pH測定用玻璃電極酸度計；溶氧值用MO128型溶氧測定儀；油含量Eoil(mg/L)使用OCMA-220型油份濃度分析儀(Eoil值代表廢水中的總油含量)；菌體重用Stuorali電子分析天平。
1.4　高效降油菌的分離及馴化
　　將取自油脂加工廠廢水的活性污泥懸浮液接種于含油300mg/L無機鹽培養液中，置于30℃恒溫搖床上進行培養，每24h后補充少量油脂，7天為一周期，每周期結束后將老菌液逐步移至油含量為600mg/L、900mg/L、1200mg/L......3000mg/L的無機鹽培養液中進行馴化，最后劃平板分離，并將分離純化到的單菌移種到斜面上保存。單菌經鑒定為芽孢桿菌屬(Bacillus Subtilis)和產堿桿菌屬(Alcaligenes- xylosoxidansss)。
　　將分離到的單菌移至同一富培養液中馴化培養，每48h后，將菌液一分為二，分別加入同樣體積的富培養液中進行增殖，重復此步驟多次，16天后將所有細胞懸液用離心機分離(9000r/min)10min，將菌體收集集中，再用0.02mol/L，pH＝7的Na₂HPO₄-NaH₂PO₄緩沖液洗滌3次，用無菌水將菌體洗至消毒過的燒瓶中待用。

2　結果與討論

　　生物降解是一個相當復雜的生化反應體系，影響反應速率的因素很多，除了菌種和基質的結構特性外，還包括基質濃度和操作條件的影響。只有在適宜的條件下，細菌才能夠存活、生長和繁殖，其中溫度、ｐＨ值、溶氧值等操作因素對它們的影響較大，下面分別進行討論。
2.1　廢水初始pH值對除油效果的影響
　　在初始油含量E.oiL=1500mg/L條件下，控制T=30℃，n=200rpm,投菌量＝5.8g(濕重)/L，改變水的PH值，6H及24h后分別測量水中油含量的除去率，其結果見圖１。

　　由圖1表明，在PH=5.5～7.0之間，混菌能有效地去除廢水中的油脂濃度，并隨著停留時間的延長，除油率逐漸增大，當HRT=6h時，除油率為53.4%～67.0%；當HRT＝24h時，除油率達79.5%～88.6%，另外，當PH＜5.0或＞9.0時，不利于水中油脂的去除，除油率迅速降低。
　　分析認為，PH值對除油率的影響，主要表現在對細胞內酶分子的活性作用上，隨著PH值變化，酶分子上的酸性及堿性氨基酸側鏈基團處于不同的解離狀態，具有催化活性的基團在總酶量中的比例不同，使得酶分子的催化能力也不一樣。在PH=5.5～7.0范圍內，總酶量中活性基團的比例迅速增加，酶分子的催化能力增強，混菌對油脂降解力增大。
2.2　溫度的選擇
　　在其它條件相同的狀況下，即＝E.oiL=1500mg/L，PH=6.5，ｎ=200rpm，投菌量＝5.8g/L(濕重)，控制不同的環境溫度，測量總油量在水中的降解率。其結果見圖2。

　　從圖2可看出：混菌最適降解溫度為25～35℃。在此范圍內，微生物繁殖速率加快,24h后除油率可達61.6%～88.7%，并以30℃時除油效果最佳，除油率達90%左右，以后再升高溫度，除油率不但不升反而略有降低，37℃時測得除油率僅為67.5%。另外，低溫對除油也不利，當T＝20℃時，除油效果明顯下降，除油率為48.2%；當T＝15℃時，除油率僅為32.0%。因此，可看出，除油菌屬嗜溫菌類(Mesophiles)，在高溫及低溫狀況下，部分細菌進入內源呼吸期，開始代謝自身細胞內的營養物質，并逐漸死亡，此時，細菌的生長、繁殖速率放緩，導致除油效率下降。
2.3　廢水中溶氧值的選擇
　　在T=30℃，PH=6.5，E.oiL=1500mg/L條件下，分別調節不同的搖床轉速，測定水中的DO值，重復三次，取其平均值，測定結果見表1。

　　 隨后，控制上述條件不變，向廢水中投加相同體積的菌液(5.8g(濕重)/L)/L),調節搖床轉速，測得在不同溶氧值下油含量的去除率，其關系曲線見圖3。

　　首先，從表1可以看出，隨著搖床轉速的增大，水中溶氧值不斷增大。其次，從DO與除油率關系曲線可知，在DO＜6.19mg/L范圍內，除油率隨溶氧值的增加而迅速增加；當DO=6.19mg/L時，除油效率到達較高值，約為90.7%左右，此后，除油效率提高幅度不大，隨溶氧變化放緩。分析認為，本實驗條件下，由于菌體能均勻地懸浮于水中，營養物質的吸收及代謝物的分散都非常有利，氧在生物相間的傳質阻力也可忽略，生化反應控制步驟僅取決于氧在氣—液間的傳質速率。隨著搖床轉速增大，引起水中溶氧值不斷增加，氣膜和液膜的厚度減薄，氣液相的接觸比表面積增大，氧傳遞阻力減少，氧傳質速率提高，油脂降解速率增大；當DO=6.19mg/L時，氧傳質速率與油脂降解率相匹配，達到了一個動態的平衡過程，除油率達到較高值?90.7%。此后，當溶氧值繼續增高時，整個反應過程受菌體自身生長及代謝速率制約，導致總降解速度增加不快。另外，經處理后，水中異味明顯消失，說明菌體對異味消除有一定成效。
2.4　油脂降解動力學
　　考察有機物降解速率是定量掌握其生物降解規律的一個重要方面，本研究在這方面作了一些工作。
　　取一定量的菌懸液接種于含油廢水中，控制溫度為30℃，n=220rpm，ph=7.0，考察混菌對初始油含量從500mg/L至4000mg/L范圍內油脂的降解效果,結果見圖4。

　　圖4說明在相同的投菌量及初始油含量下，除油率隨時間的增加而增大。如，油含量E.oiL=1000mg/L時，HRT=12h后，除油率為89.5%，HRT=24h后，除油率增大到98.0%。另外，在同一時間內，除油率隨著油值增大而減小。當油含量E.oiL≤2000mg/L時，混菌對油脂的降解效果很好，HRT=24h后，除油率最高可達到99.6%左右，幾乎完全降解；而油含量E.oiL＞2000mg/L后，除油率迅速下降，當E.oiL=4000mg/L時,HRT=24h，測得除油率僅為42.5%。此現象說明E.oiL=2000mg/L是一個臨界點，油脂濃度高于臨界點值后，對微生物的活性會產生抑制作用，生化反應為基質控制步驟，水中油脂濃度的越高，生化反應速率越低。此時，若想提高整體除油效果，應考慮增設除浮油或稀釋等預處理手段加以輔助。
　　另外，在油含量E.oiL≤2000mg/L范圍內，生化反應為一級反應方程(見表2),但隨著初始油含量的增大，生化降解速率常數卻逐漸下降。

3　結論

3.1　篩選出的芽孢桿菌(BacillusSubtilis)和產堿桿菌(Alcaligenes xylosoxidansss.)是高效降油菌。試驗結果表明，混菌對油脂的最適降解條件為PH:5.5～7.0，溫度:25～35℃、溶氧值5.5～7.0mg/L之間。在此范圍內，氧傳質速率與生化降解率相匹配，存在一個動態的平衡過程，此時的除油率達到一個較高值。
3.2　當油含量E.oiL≤2000mg/L時，混菌能有效地降解廢水中的油脂成分，投菌時間HRT=24h后，除油率最高可達到99.6%左右，幾乎完全降解。當油含量E.oiL＞2000mg/L以上，油脂濃度對微生物的活性產生抑制作用，生化反應為基質控制步驟，反應速率隨水中油脂濃度的增高而降低。
3.3　當油含量E.oil在0～2000mg/L范圍內，油脂降解過程是一級反應。但降解速率常數隨初始油含量的增大而逐漸減小。
3.4　馴化周期，菌種量及其投加方式，生物反應器結構等因素對除油率均會產生一定的影響，日后應加強這方面的研究工作。

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作者簡介：
賴萬東 (1967-)，女，博士生研究生．