隨著工業(yè)廢水產(chǎn)量的增大，國家對其治理力度也逐漸加大。生物法具有投資少、操作簡單、節(jié)約能源、無二次污染的優(yōu)點，在石化行業(yè)煉油廢水的處理中應用較廣。生物法的廣泛應用帶動了生物菌劑行業(yè)的發(fā)展，但大量制備的菌液如不經(jīng)特殊處理會面臨保存時間短、活力低以及容易變異的問題。目前，一般通過降低生物活性的方式解決該問題，制備固態(tài)菌劑則是一種常用方法。該方法利用一些具有吸附性的材料作為附著載體來吸附微生物，并經(jīng)過干燥等后續(xù)處理，使微生物細胞活性降低甚至休眠，具有存放時間長、儲存和運輸成本低的優(yōu)點。

研究對象

本研究以煉油廢水COD降解菌為研究對象，考察了幾種吸附載體的吸附效果，以及存放時間、存放溫度、是否添加脫氧劑等對固態(tài)菌劑保存效果的影響；同時對固態(tài)保存菌劑和液態(tài)保存菌劑的優(yōu)缺點進行了比較，并對固態(tài)菌劑降解性能進行了研究，以期為其他菌種固態(tài)菌劑的制備及效果考察提供參考。

1、實驗

1.1實驗材料

實驗所用菌種為中海油天津化工研究設計院有限公司工業(yè)節(jié)水與廢水資源化重點實驗室保存的煉油廢水COD降解菌單菌。

吸附載體選取燕麥糠、麥麩、蔗渣、滑石粉、沸石粉中的1種，過40目（合0.42mm）不銹鋼篩，并于121℃下滅菌20min。

發(fā)酵培養(yǎng)基配方：甘蔗糖蜜4.4g/L，玉米漿粉3g/L，KH2PO417mg/L，MgSO45mg/L，F(xiàn)eSO4微量，MnSO4微量。

1.2實驗方法

1.2.1固態(tài)菌劑的制備

將菌種加入到發(fā)酵培養(yǎng)基內(nèi)培養(yǎng)12h，然后向500mL菌液中加入10g載體，于150r/min下震蕩吸附1h。震蕩結(jié)束后，將其置于30℃烘箱內(nèi)烘干至含水率為6%~10%，即得固態(tài)菌劑。

1.2.2載體吸附效果考察

分別以燕麥糠、麥麩、蔗渣、滑石粉、玉米粉、豆粕為載體按1.2.1制備固態(tài)菌劑，其中菌液體積為500mL，載體質(zhì)量為10g。取1g固態(tài)菌劑加入到50mL生理鹽水中，于150r/min下震蕩1h。震蕩結(jié)束后，取上清液采用平板稀釋法計數(shù)，考察載體釋放菌數(shù)。

1.2.3菌種存活數(shù)考察

將固態(tài)菌劑在不同的條件下保存一定時間，然后取1g加入到50mL生理鹽水中，于150r/min下震蕩1h。震蕩結(jié)束后，取上清液采用平板稀釋法計數(shù)，考察菌種存活情況。

2、實驗結(jié)果

2.1載體的吸附效果

將燕麥糠、麥麩、蔗渣、滑石粉、玉米粉、豆粕依次編號為A—F，各載體的吸附效果如圖1所示。吸附前菌液濃度為7.9×109CFU/mL。

由圖1可知，麥麩和豆粕能將更多的菌種有效釋放到液體環(huán)境中?？紤]到成本因素，選用麥麩作為吸附載體，其釋放菌數(shù)可達到3.7×109CFU/g。

按照濃縮后菌液體積為500mL加入10g麥麩載體進行吸附，考察菌液濃縮倍數(shù)對吸附效果的影響，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，濃縮倍數(shù)為1倍時，菌種釋放量為8.2×109CFU/g，較未濃縮提高了約1.2倍。濃縮倍數(shù)為2~6倍時，釋放菌數(shù)的提高倍數(shù)均低于濃縮倍數(shù)。例如，濃縮倍數(shù)為2倍時，菌種釋放量為9.8×109CFU/g，較未濃縮僅提高了約1.6倍。因此，將菌液進行1倍濃縮，不僅能節(jié)約吸附材料的使用量，而且能獲得較高的菌種釋放量。

2.2存放時間及溫度對固態(tài)菌劑存活率的影響

以麥麩作為載體制備固態(tài)菌劑，并將其密封放于不同的環(huán)境內(nèi)，考察存放條件對菌種存活率的影響，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，在密封存放條件下，以20℃存放為例，隨著存放時間的延長，菌種存活率逐漸下降，初始菌種數(shù)量為3.7×109CFU/g的固態(tài)菌劑存放1a，菌種數(shù)量下降到3.3×108CFU/g，可以滿足實驗要求。由圖3還可以看出，保存溫度為5℃的固態(tài)菌劑菌種存活率最高，保存1a后，菌種數(shù)量達到7.5×108CFU/g，保存溫度為0℃的固態(tài)菌劑菌種存活率最低，保存1a后，菌種數(shù)量僅為5×106CFU/g。二者菌種存活數(shù)量相差可達150倍。相對低溫的環(huán)境可使微生物細胞內(nèi)酶的活性下降，使得物質(zhì)代謝過程中各種生化反應速度減慢，菌種存活率較高。但是如果在0℃條件下長期保存，菌種體內(nèi)正常的物質(zhì)代謝受到破壞，對細胞會造成一定程度損害。30℃左右的溫度可能適宜于部分菌種生長，在保存初期菌種數(shù)量減少較慢，但此時微生物代謝旺盛，同時又缺乏足夠的營養(yǎng)物質(zhì)，因此隨著時間的延長菌種極容易出現(xiàn)衰亡。

2.3脫氧劑對固態(tài)菌劑存活率的影響

鐵系脫氧劑可使包裝環(huán)境內(nèi)的氧含量降至極低，不僅可以抑制好氧微生物的活性和雜菌污染，而且能有效防止培養(yǎng)基殘余有機物氧化，能夠延長菌種的保存時間。鐵系脫氧劑為還原性鐵粉、粉末活性炭和氯化鈉按照質(zhì)量比8:2:1混合而成，將其分成小包裝放于固態(tài)菌劑內(nèi)，每個小包裝內(nèi)脫氧劑質(zhì)量為1g，每500g固態(tài)菌劑加入1g脫氧劑。室溫壞境下脫氧劑對固態(tài)菌劑存活率的影響如圖4所示。

由圖4可知，在室溫壞境下，添加脫氧劑的樣品菌種存活率明顯高于未添加脫氧劑的樣品。添加脫氧劑的樣品保存1a后，菌種數(shù)量為8.3×108CFU/g，較未添加脫氧劑的樣品存活率提高60.2%。

2.4固態(tài)菌劑和液態(tài)菌劑效果比較

將初始菌液分成2種方式保存，一種方式制備成固態(tài)菌劑，添加脫氧劑后保存于室內(nèi)；另一種方式則以液態(tài)菌劑保存，即將甘油與菌液按照3:7的體積比混合后保存于-80℃冰箱中。2種保存方式下菌種的存活情況如圖5所示。

由圖5可知，在保存1個月的時間內(nèi)，液態(tài)保存方法菌種數(shù)量下降較多，一部分生長狀態(tài)較差的菌種首先死亡，在保存4個月以后液態(tài)保存方法菌種數(shù)量急劇下降，在保存到12個月時，菌種由最初的3.9×109CFU/mL降至2×105CFU/mL，在此數(shù)量級的條件下，工程使用時需要投加大量的液體菌劑，給菌劑的應用帶來困難。在保存到12個月時，固態(tài)菌劑菌種由3.7×109CFU/g降至8.3×108CFU/g，菌種數(shù)量比液態(tài)保存高4.15×103倍。

表1綜合比較了固態(tài)菌劑和液態(tài)菌劑的優(yōu)缺點，相比之下，固態(tài)菌劑在延長菌種保存時間和提高菌種存活力方面的優(yōu)點較明顯，因此是工業(yè)用菌種的主要保存方式。

2.5固態(tài)菌劑的降解性能

對煉油廢水的降解需要幾種菌株協(xié)同作用，對此將本實驗室保存的其他煉油廢水COD降解單菌同樣制備成固態(tài)菌劑。采用不同保存時間的固態(tài)菌劑混合菌種（單菌按照質(zhì)量等比例混合）進行煉油廢水的降解實驗，并與新發(fā)酵的液態(tài)混合菌種進行比較，結(jié)果如表2所示。降解時菌種接種量按照每100mL廢水投加2g固態(tài)菌劑或者2mL菌液。

由表2可知，保存時間為12個月之前的固態(tài)菌劑對煉油廢水的降解效果與新培養(yǎng)的液態(tài)菌劑效果相當，COD去除率均在82%以上。固態(tài)菌劑保存時間過長，則對煉油廢水的降解效果下降。將本研究制備方法所制得的固態(tài)菌劑的最佳保存期定為1a。

3、結(jié)論

（1）本研究方法制備的固態(tài)菌劑在5℃條件下存活菌數(shù)較高，且添加脫氧劑對菌種存活有促進作用。保存1a的固態(tài)菌劑菌種數(shù)量仍可達到8.3×108CFU/g，比液態(tài)保存高4.15×103倍，且仍能保持較好的降解性能，符合菌種保存以及應用的要求。

（2）制備固態(tài)菌劑過程中培養(yǎng)基并未完全去除，其中殘存的有機物可充當保護劑的作用。另外，由于添加了脫氧劑不僅可以降低染菌機率，防止菌種培養(yǎng)基殘余有機物氧化，且能在一定程度上降低目標菌種的活性，對保存時間的延長起到促進作用。

（3）固態(tài)菌劑保存較液態(tài)菌劑保存具有較多優(yōu)勢，是工業(yè)菌種應用的主要趨勢。本研究僅針對保存的煉油廢水COD降解菌，對于其他菌種固態(tài)菌劑的制備，需根據(jù)菌種自身特點對制備方法進行調(diào)整。