利用生物表面活性剂净化含油污水：菌浓度影响的评估

A. Khlifeh，B. Roozehni，A. M. Mordi，S. Imni，M. Mirdrikvnd

（a. 伊斯兰科学与研究大学，德黑兰，伊朗；b. 石油和技术大学研究中心，阿巴丹，伊朗）

利用生物表面活性剂净化含油污水：菌浓度影响的评估

A. Khalifeha，B. Roozbehanib，A. M. Moradia，S. Imanib，M. Mirdrikvandb

（a. 伊斯兰科学与研究大学，德黑兰，伊朗；b. 石油和技术大学研究中心，阿巴丹，伊朗）

生物表面活性剂是由微生物产生的可降低界面张力的两亲性化合物。因此，生物表面活性剂可以增加溶质溶解度、生物活性以及有机物的分解速率。本研究采用海洋假单胞菌类分析了生物表面活性剂对原油回收和隔离的作用。生物表面活性剂的制备是在玻璃烧瓶内和实验室条件下完成的。本研究试验了两个pH值范围的四种不同浓度的盐溶液，以期获得打破油包水或水包油乳液将油与水隔离开来的最佳生物表面活性剂浓度。当生物表面活性剂浓度为0.1%时可以达到最好的效果。

环境分解；生物分离；生物表面活性剂；假单胞菌；浓度

1. 前言

在全球范围内，寻找将石油和炼油产品从海洋生态系统中消除的最优方法的研究，一直在继续。从环境保护的角度考虑，生物降解在所有用于去除油污的物理及化学方法中是最经济也是最有益的[1]。幸运的是，大量的石油是通过海洋微生物降解，所以微生物的浓度在受污染区域相对更高一些也很好理解。因此，提供一个合适的条件可以加速油回收和分离的过程。适合生物降解的微生物可在一定条件下由受污染区域或实验室获得[2]。

色盐杆菌生物降解反应生成的产物在盐溶液中能够稳定存在，因此用于吸收油污时具有优势。由于大多数的石油资源位于富盐地区，色盐杆菌可以高效的去除油污。生物表面活性剂常被用于污水净化和烃类回收，他们可在石油化工、环境保护、采矿等领域用作乳化剂、发泡剂、增湿剂和清洁剂等[3]。生物表面活性剂的化学性质已经被用于石油开采领域，目前已成为越来越重要的增加开采效率的重要手段[4-5]。生物表面活性剂在污水净化、污染土壤的再生等领域也收到了很大的关注。生物表面活性剂受到关注的原因在于其作为表面活性剂的分散作用以及环境友好的特点，如低毒性和可生物降解性[6]。

在本研究中，生物表面活性剂采自当地的菌种，我们分析了其对降低污染物浓度的影响以及其对周围污染物的吸收效果。此外，作为一个环境友好的研究，油污也被清除了并回收利用了，因此没有油污残留在当地。本文也将分析生物表面活性剂对生物降低的作用。本文的目的在于采用Mahshahr出口港当地菌种在现场和实验室条件下，评估生物表面活性剂对原油环境分析的影响。

2. 材料和方法

A. 取样

样品取自伊朗Khuzestan省Persian湾附近KhurMusa市的Mahshahr出口港。样品在菌种分离前保存在恒温箱中。取样点的盐度、pH值和水温在取样前后分别进行测定。

表1 材料及其在培养液中的浓度

图1 不同盐度条件下pH值每天的变动

B. 材料和细菌培养

原油环境分析测试所用到的材料及其在菌培养介质中的浓度如表1所示。

葡萄糖作为碳水化合物源加入到培养盘中，NaNO3和酵母提取物作为氮源。1.5mL原油作为唯一的烃源，加入到培养盘中。所有的实验均在250mL烧瓶中进行。100mL体积浓度为2%的碳水化合物源、1mL的烃源、0.02g/L的酵母提取物加入到烧瓶中；浓度为105～106/mL的菌细胞加入到烧瓶中，烧瓶在转速为120转/分、温度为32℃的保温箱中放置1周。每天取一次样以确定浊度。每天测定pH的变化并将其调整至初始值。

图2 不同盐浓度条件下利用浊度对细胞增长进行分析的结果

3. 实验室规模的实验设计

本部分通过设计并实施实验室规模的实验，评估了生物表面活性剂的油吸收量，分析了pH值的变动和盐度的影响。

A. pH值的影响

为了测定pH值的变动对原油环境降解的影响，将浓度为105～106的假单胞菌注入到两个含有100ml培养基质的250mL烧瓶中，培养基质中含有烃类和碳水化合物。基质的pH值分别调整为8.0和8.5，烧瓶随后置于转速为120转/分、温度为32℃的保温箱中。每天记录pH值的变动并随后调节至初始值。图1显示了这些变动所产生的影响。

B. 盐度的影响

准备8个250mL烧瓶，每个含有100mL菌培养介质，盐度分别为0.25、0.5、1、2%，溶液的pH值调节至8～8.5；待测定菌种随后注入现场。烧瓶置于转速为120转/分、温度为32℃的保温箱中，放置一周。为了测定溶液的浊度，连续六天取样，每天测量pH值一次，并随后调整至初始值[6]。

4. 结果评估

A. 菌细胞的增长和生物表面活性剂的生产

假单胞菌数量上的增长实际上代表了原油作为碳源和能源的消耗。5天后得到的结果与前人采用同样菌种得到的结果是类似的[7]。与其他菌种如芽孢杆菌相比，假单胞菌的增长是由于其更好的生物降解特点造成，在其他的化学培养研究中该因素的权重排在营养液、培养基质的状态和盐度之后[4]。图2显示了利用浊度评估不同盐浓度的细胞增长分析。

B. 原油废水中不同生物表面活性剂的浓度分析

本研究中，当生物表面活性剂浓度为0.1%时，菌培养基质显示了大量的细胞增长和更强的分离活性，这与文献中的研究结果是类似的[6]。当浓度更高时，分离活性并未明显增加，生物表面活性剂在浓度极低时也进行了测定[8]。当生物表面活性剂浓度为0.1%时，生物降解最大量为89%。

本研究中，生物表面活性剂是由油污在降解过程中生成的，生物表面活性剂的影响分析通过在不同体系浓度分别为0.25%、0.5%、0.15%和0.1%的表面活性剂溶液测定。当生物表面活性剂的浓度为0.1%、pH值为8.5、盐浓度为1%的条件下，生物降解的效果最好。结果和比较如图3所示。总的污染物量为1000ppm，该图按比例放大至全部污染物。

图3 总污油量为1000ppm时的残油

C. 实验室规模的降解和分离分析

在烧瓶中进行的实验室规模的测试结果显示，当采用磷源和氮源的培养基质生产表面活性剂时，降解及分离效果最好[9]。对所有参数的分析结果表明，生物表面活性剂的存在是水包油乳液被打破的最重要的原因。

5. 结论

采用一般方法在培养盘中生成生物表面活性剂，随后生物表面活性剂通过连续加入到污染源，可以达到环境保护的目的。目前，生物表面活性剂法已成为一种将污水中残油回收的最重要的方法。通过添加生物表面活性剂增加了油的降解度并对其进行了分离。结果显示，通过生物表面活性剂生产的菌细胞比化学表面活性剂要有效得多。另外，生物表面活性剂也因为其低毒性和可生物降解性而更加具有优势。

致谢：特别感谢石油和技术大学和Iman Khomeini医院的无私帮助。

[1] G. H. Ebrahimipur, J. Fuladi, A. Ferdosi,“Environmental factors’ effect assessment on crude oil separation via extreme haluphil oil eater bacteria producing biosurfactant Pars Q2 and Gravimeter of oil cuts consumed by these bacteria in optimum conditions”, Natural Science Journal, Vol. 13, pp. 59-70, 2005 (in Persian).

[2] G. H. Ebrahimipur, J. Fuladi, A. Ferdosi,“Separation and specification of RK extreme haluphil oil eater bacteria bearing biosurfactant and assessment of salt concentration amount on crude oil separation via this “suyeh””, Natural Science Journal, Vol. 12, pp. 9-20, 2004 (in Persian).

[3] A. Singh, J. D. Van Hamme, O. P. Ward,“Surfactants in microbiology and biotechnology∶ Part 2. Application aspects”, Biotechnology Advances, Vol. 25, No. 1, pp. 99-121, 2007

[4] M. P. Plociniczak, G. A. Plaza, Z. Piotrowska-Seget, S. S. Cameotra,“Environmental Application of Biosurfactants∶ Recent Advances", International Journal of Molecular Sciences, Vol. 12, No. 1, pp. 633-654, 2011.

[5] N. K. Bordoloi, B. K. Onwar, "Microbial surfactant-enhanced mineral oil recovery under laboratory condition", Colloids and Surfaces, Vol. 63, No. 1, pp. 73-82, 2008.

[6] R. Thavasi, S. Jayalakshmi, I. M. Banat, "Effect of biosurfactant and fertilizer on biodegradation of crude oil by marine isolates of Bacillus megaterium, Corynebacterium kutscheri and Pseudomonas aeruginosa", Bioresource Technology, Vol. 102, No. 2, pp. 772-778, 2011.

[7] R. Thavasi, S. Jayalakshmi, T. Balasubramanian, I. M. Banat, "Production and characterization of a glycolipid biosurfactant from Bacillus megaterium using economically cheaper sources", World Journal of Microbiology and Biotechnology, Vol. 24, No. 7, pp. 917-925, 2008.

[8] Z. A. Raza, Z. M. Khalid, I. M. Banat, "Characterization of rhamnolipids produced by a Pseudomonas aeruginosa mutant strain grown on waste oils", Journal of Environmental Science and Health, Vol. 44, No. 13, pp. 1367-1373, 2009.

[9] B. Kumari, S.N. Singh, D.P. Singh,“Characterization of two biosurfactant producing strains in crude oil degradation”, Process Biochemistry, Vol. 47, No. 12, pp. 2463–2471, 2012.

Study on the application of nonionic surfactants in detergent

A. Khalifeh，B. Roozbehani， A. M. Moradi， S. Imani， M. Mirdrikvand

Biological decomposition techniques and isolation of environmental pollutions using biosurfactants bacteria are effective methods of environmental protection. Surfactants are amphiphilic compounds that are produced by local microorganisms and are able to reduce the surface and the stresses between surfaces. As a result, they will increase solubility, biological activity, and environmental decomposition of organic compounds. This study analyzes the effects of biosurfactants on crude oil recovery and its isolation using pseudomonas sea bacteria species. Preparation of biosurfactants was done in glass flasks and laboratory conditions. Experiments were carried out to obtain the best concentration of biosurfactants for isolating oil from water and destroying oil-inwater or water-in-oil emulsions in two pH ranges and four saline solutions of different concentrations. The most effective results were gained when a concentration of 0.1% biosurfactants was applied.

environmental decomposition；biological separation；biosurfactant；pseudomonas；concentration.

TQ423

A

1672-2701（2016）01-46-05