随着工业废水产量的增大，国家对其治理力度也逐渐加大。生物法具有投资少、操作简单、节约能源、无二次污染的优点，在石化行业炼油废水的处理中应用较广。生物法的广泛应用带动了生物菌剂行业的发展，但大量制备的菌液如不经特殊处理会面临保存时间短、活力低以及容易变异的问题。目前，一般通过降低生物活性的方式解决该问题，制备固态菌剂则是一种常用方法。该方法利用一些具有吸附性的材料作为附着载体来吸附微生物，并经过干燥等后续处理，使微生物细胞活性降低甚至休眠，具有存放时间长、储存和运输成本低的优点。
研究对象
本研究以炼油废水COD降解菌为研究对象，考察了几种吸附载体的吸附效果，以及存放时间、存放温度、是否添加脱氧剂等对固态菌剂保存效果的影响；同时对固态保存菌剂和液态保存菌剂的优缺点进行了比较，并对固态菌剂降解性能进行了研究，以期为其他菌种固态菌剂的制备及效果考察提供参考。
1、实验
1.1实验材料
实验所用菌种为中海油天津化工研究设计院有限公司工业节水与废水资源化重点实验室保存的炼油废水COD降解菌单菌。
吸附载体选取燕麦糠、麦麸、蔗渣、滑石粉、沸石粉中的1种，过40目（合0.42mm）不锈钢筛，并于121℃下灭菌20min。
发酵培养基配方：甘蔗糖蜜4.4g/L，玉米浆粉3g/L，KH2PO417mg/L，MgSO45mg/L，FeSO4微量，MnSO4微量。
1.2实验方法
1.2.1固态菌剂的制备
将菌种加入到发酵培养基内培养12h，然后向500mL菌液中加入10g载体，于150r/min下震荡吸附1h。震荡结束后，将其置于30℃烘箱内烘干至含水率为6%~10%，即得固态菌剂。
1.2.2载体吸附效果考察
分别以燕麦糠、麦麸、蔗渣、滑石粉、玉米粉、豆粕为载体按1.2.1制备固态菌剂，其中菌液体积为500mL，载体质量为10g。取1g固态菌剂加入到50mL生理盐水中，于150r/min下震荡1h。震荡结束后，取上清液采用平板稀释法计数，考察载体释放菌数。
1.2.3菌种存活数考察
将固态菌剂在不同的条件下保存一定时间，然后取1g加入到50mL生理盐水中，于150r/min下震荡1h。震荡结束后，取上清液采用平板稀释法计数，考察菌种存活情况。
2、实验结果
2.1载体的吸附效果
将燕麦糠、麦麸、蔗渣、滑石粉、玉米粉、豆粕依次编号为A—F，各载体的吸附效果如图1所示。吸附前菌液浓度为7.9×109CFU/mL。
由图1可知，麦麸和豆粕能将更多的菌种有效释放到液体环境中。考虑到成本因素，选用麦麸作为吸附载体，其释放菌数可达到3.7×109CFU/g。
按照浓缩后菌液体积为500mL加入10g麦麸载体进行吸附，考察菌液浓缩倍数对吸附效果的影响，结果见图2。
由图2可知，浓缩倍数为1倍时，菌种释放量为8.2×109CFU/g，较未浓缩提高了约1.2倍。浓缩倍数为2~6倍时，释放菌数的提高倍数均低于浓缩倍数。例如，浓缩倍数为2倍时，菌种释放量为9.8×109CFU/g，较未浓缩仅提高了约1.6倍。因此，将菌液进行1倍浓缩，不仅能节约吸附材料的使用量，而且能获得较高的菌种释放量。
2.2存放时间及温度对固态菌剂存活率的影响
以麦麸作为载体制备固态菌剂，并将其密封放于不同的环境内，考察存放条件对菌种存活率的影响，结果如图3所示。
由图3可知，在密封存放条件下，以20℃存放为例，随着存放时间的延长，菌种存活率逐渐下降，初始菌种数量为3.7×109CFU/g的固态菌剂存放1a，菌种数量下降到3.3×108CFU/g，可以满足实验要求。由图3还可以看出，保存温度为5℃的固态菌剂菌种存活率最高，保存1a后，菌种数量达到7.5×108CFU/g，保存温度为0℃的固态菌剂菌种存活率最低，保存1a后，菌种数量仅为5×106CFU/g。二者菌种存活数量相差可达150倍。相对低温的环境可使微生物细胞内酶的活性下降，使得物质代谢过程中各种生化反应速度减慢，菌种存活率较高。但是如果在0℃条件下长期保存，菌种体内正常的物质代谢受到破坏，对细胞会造成一定程度损害。30℃左右的温度可能适宜于部分菌种生长，在保存初期菌种数量减少较慢，但此时微生物代谢旺盛，同时又缺乏足够的营养物质，因此随着时间的延长菌种极容易出现衰亡。
2.3脱氧剂对固态菌剂存活率的影响
铁系脱氧剂可使包装环境内的氧含量降至极低，不仅可以抑制好氧微生物的活性和杂菌污染，而且能有效防止培养基残余有机物氧化，能够延长菌种的保存时间。铁系脱氧剂为还原性铁粉、粉末活性炭和氯化钠按照质量比8:2:1混合而成，将其分成小包装放于固态菌剂内，每个小包装内脱氧剂质量为1g，每500g固态菌剂加入1g脱氧剂。室温坏境下脱氧剂对固态菌剂存活率的影响如图4所示。
由图4可知，在室温坏境下，添加脱氧剂的样品菌种存活率明显高于未添加脱氧剂的样品。添加脱氧剂的样品保存1a后，菌种数量为8.3×108CFU/g，较未添加脱氧剂的样品存活率提高60.2%。
2.4固态菌剂和液态菌剂效果比较
将初始菌液分成2种方式保存，一种方式制备成固态菌剂，添加脱氧剂后保存于室内；另一种方式则以液态菌剂保存，即将甘油与菌液按照3:7的体积比混合后保存于-80℃冰箱中。2种保存方式下菌种的存活情况如图5所示。
由图5可知，在保存1个月的时间内，液态保存方法菌种数量下降较多，一部分生长状态较差的菌种首先死亡，在保存4个月以后液态保存方法菌种数量急剧下降，在保存到12个月时，菌种由最初的3.9×109CFU/mL降至2×105CFU/mL，在此数量级的条件下，工程使用时需要投加大量的液体菌剂，给菌剂的应用带来困难。在保存到12个月时，固态菌剂菌种由3.7×109CFU/g降至8.3×108CFU/g，菌种数量比液态保存高4.15×103倍。
表1综合比较了固态菌剂和液态菌剂的优缺点，相比之下，固态菌剂在延长菌种保存时间和提高菌种存活力方面的优点较明显，因此是工业用菌种的主要保存方式。
2.5固态菌剂的降解性能
对炼油废水的降解需要几种菌株协同作用，对此将本实验室保存的其他炼油废水COD降解单菌同样制备成固态菌剂。采用不同保存时间的固态菌剂混合菌种（单菌按照质量等比例混合）进行炼油废水的降解实验，并与新发酵的液态混合菌种进行比较，结果如表2所示。降解时菌种接种量按照每100mL废水投加2g固态菌剂或者2mL菌液。
由表2可知，保存时间为12个月之前的固态菌剂对炼油废水的降解效果与新培养的液态菌剂效果相当，COD去除率均在82%以上。固态菌剂保存时间过长，则对炼油废水的降解效果下降。将本研究制备方法所制得的固态菌剂的最佳保存期定为1a。
3、结论
（1）本研究方法制备的固态菌剂在5℃条件下存活菌数较高，且添加脱氧剂对菌种存活有促进作用。保存1a的固态菌剂菌种数量仍可达到8.3×108CFU/g，比液态保存高4.15×103倍，且仍能保持较好的降解性能，符合菌种保存以及应用的要求。
（2）制备固态菌剂过程中培养基并未完全去除，其中残存的有机物可充当保护剂的作用。另外，由于添加了脱氧剂不仅可以降低染菌机率，防止菌种培养基残余有机物氧化，且能在一定程度上降低目标菌种的活性，对保存时间的延长起到促进作用。
（3）固态菌剂保存较液态菌剂保存具有较多优势，是工业菌种应用的主要趋势。本研究仅针对保存的炼油废水COD降解菌，对于其他菌种固态菌剂的制备，需根据菌种自身特点对制备方法进行调整。
（来源：《工业水处理》2016年第２期，参考文献略）
原标题：炼油废水COD降解菌固态菌剂的制备及性能考察
