沈克勤，庄建全，罗江涛

(1.中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院，江苏 扬州 225009；2、中国石化江苏油田分公司石油工程技术研究院，江苏 扬州 225009)

油田污水除油菌种筛选及除油效果评价

沈克勤1，庄建全2，罗江涛2

(1.中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院，江苏 扬州 225009；2、中国石化江苏油田分公司石油工程技术研究院，江苏 扬州 225009)

油田污水处理中，受油田污水高盐度等因素影响，外来除油菌种生长受到抑制，难以形成优势菌群，除油效率不高，生化工艺在油田污水处理中的应用受到制约。针对此问题，通过建立油田污水除油菌种的分离评价方法，筛选高效土著除油菌种，通过室内测试评价除油潜力，得到两株油田土著菌株ZX-7、ZX-11。将该菌株接种到生化处理系统中，使其在污水中成为优势菌群，其除油效率可达97.6%，大大提高生化工艺的除油效率。在现场应用中，采用该菌的生化系统运行稳定，达到了良好的除油效果。

油田污水 菌种筛选 除油 生化水处理

在油田污水处理工艺中，传统物化处理工艺复杂，沉降分离设备常常不能发挥应有的作用，使出水水质随来水波动大，稳定性差，处理后出水含油量等指标经常超标。相对于物理和化学除油方法而言，生物处理方法具有成本低、水质稳定、无二次污染等优势[1]。

微生物能够降解石油的事实早在1941年就已经确认[2]。中国石油大学采用水解酸化-接触氧化方法处理油田采出水，COD去除率达到65.3%[3]。但受采油水中高盐含量和养分含量不足等因素限制，投加的外来除油菌适应油田污水环境能力差，其繁殖速度慢，难以长期稳定存在，除油效率低。有不少研究者试图分离油田污水中除油菌株用于含油污水处理[4]。但是由哪些微生物组成的群落降解石油烃效率高，至今未见报道。有几篇[5,6]关于采油水中土著微生物群落，其主要组成有Firmicutes, Bacteroidetes, δ-Proteobacteria, Spirochaetes, Thermotogales and γ-Proteobacteria。

江苏油田从污水处理系统中分离、纯化出高效除油菌种，其具有耐受矿化度高、除油效率高等特点，并在现场实际应用中取得了良好的水处理效果。

1 土著除油菌种的筛选

自然界中，微生物无论数量还是种类都极其丰富。要得到某种特殊或者高效的细菌，就需要在特定的培养基和培养环境下进行微生物选育[7]。

1.1 分离材料来源和采集方法

(1)主要试验材料和设备：高温灭菌的离心管若干、高温灭菌的可封口的塑料袋若干、高温灭菌的取样铲、刀片若干、冰袋若干、保温盒1～2只、-20℃冰箱、制冰机。

(2)采样方法：样品来自江苏油田某采油厂含油污水。样品置于事先灭菌的、带盖的塑料离心管中，盖上管盖，用胶带在外围封口，装入预先灭菌的、可封口的塑料袋中，然后置于盛有冰袋的保温盒中，迅速带回实验室。暂时不使用时置于-20℃冰箱内保存。

1.2 分离、纯化方法

(1)主要材料：培养基(YDB-1：10 g；JCM01：5 g；NC03：10 g；FYH03：18 g；水：1 L，pH 7.5)；无菌水若干；培养皿若干。

(2)主要仪器:高压蒸汽灭菌锅、超净工作台、培养箱、生物显微镜。

(3)菌株分离纯化方法：分离纯化采用稀释平板法(见图1)。

图1 稀释平板法步骤

制备含油污水稀释溶液：称取含油污水样品10 mL，放入盛有90 mL无菌水和玻璃珠的三角烧瓶，振动约20 min，使样品与水混合，将细胞分散。用一支1 mL无菌吸管从中吸取1 mL含油污水加入盛有9 mL无菌水的大试管中充分混匀，然后用无菌吸管从此试管中吸取1 mL加入另一个盛有9 mL无菌水的试管中，混合均匀，以此类推制成10-1，10-2，10-3，10-4，10-5，10-6不同稀释的含油污水/污泥溶液。材料中微生物数量不同，需要稀释至10-9。

倒平板：将LB培养基加热融化，待冷至55～60℃，混匀后分别倒平板，每种培养基倒三皿。每皿倒入约20 mL，放置在试验台面上，静置冷却至琼脂凝固。

涂布：将上述三个培养基平板分别标注10-4，10-5，10-6三种稀释度，然后用无菌吸管分别吸取对应含油污水/污泥稀释液0.1 mL，对号放入，室温下静置5～10 min，使菌液吸附进培养基。

培养：将平板倒置，放在30℃培养箱中培养2～3天，直至培养皿中长出适度大小的菌落(图2)。

图2 稀释平板法得到的菌落照片

挑菌落：将培养后长出的单个菌落分别挑取少许细胞接种到上述培养基的斜面上，分别置28℃和37℃温室培养，大菌苔长出后，检查其特征是否一致，同时将细胞涂片染色后用显微镜检查是为单一的微生物。若发现有杂菌，需要再一次进行分离、纯化，直到获得纯培养。

图3 可培养微生物划线纯化照片

1.3 含油污水中的菌株分离结果

根据微生物学基本原理：优势类群的微生物决定整个生态系统的功能。因此，要确定从这些样品中分离到的微生物哪些是优势类群。优势类群是最有可能对除油做出主要贡献的微生物。

根据平板分离中微生物的菌落特征，将菌落区分成几种类型，具有相同菌落特征的菌落归为一类，具有不同菌落特征的菌落归为不同的类。菌落数最多的那一类，确定为样品中的优势类群，次多的认定为次优势类群，以此类推，菌落数很少的那些确定为非优势类群。

从含油污水样品中培养出的所有菌落，经过反复纯化，得到42个纯菌株。按照菌落特征和细胞形态，具有相同菌落特征和细胞形态的纯菌株归为一类，具有不同菌落特征和细胞形态的纯菌株归为不同的类，42个纯菌株共分成14类。

42个纯菌株中，具有与ZX-7相同的菌落特征的菌落数有25个，占59.5%；具有与ZX-11相同的菌落特征的菌落数有6个，占14.3%；其余菌落只有2～3个，可以认为不是优势菌落。

通过经16SrRNA基因序列扩增测序比对，ZX-7属于Bacillus菌，ZX-11属于BetaProteobacteria菌。

1.4 菌株除油潜力分析

ZX-7和ZX-11在含油污水样品中占有明显的优势地位，需检测这些菌株是否具有降解原油的能力，以便判断筛选出的菌剂是否为除油菌剂。含油量的监测采用紫外光波长扫描的方法，紫外光法测定水中的油，是基于油中含有的带有共轭键和苯环的芳香族化合物在紫外区有特征吸收为基础，通过样品的紫外光区吸光度的变化可以快速定性判断筛选出菌株是否对石油类物质有降解作用。

取两份含油污水150 mL，置于两只250 mL三角瓶中，调 pH 7.0，加塞灭菌。取10 mL水样保存。在两只三角瓶中分别接种筛选的优势菌种ZX-7、ZX-11。在30℃恒温培养箱中培养72 h。72h后用扫描紫外分光光度计扫描样品上清液，比较两个样品之间吸收峰谱。吸收峰谱的峰高越高，说明水样中的有机成分越多(包括原油)，相反则说明水样中的有机成分越少，以此来定性评价菌株在采油水处理方面的效果。

紫外波谱显示(见图4)，菌株ZX-7处理后的水样在扫描的波长范围内(200～340 nm)吸光度明显低于处理前的水样，表明菌株ZX-7具有处理油田污水的良好潜力。菌株ZX-11具有与ZX-7类似的效果。

图4 菌株ZX-7、ZX-11处理前后水样紫外波谱

2 菌种除油效果评价

在室内微生物除油效果评价系统中评价除油菌株的处理效果(见图5)。

图5 室内微生物除油效果评价系统

将ZX-7、ZX-11制成复合菌剂投加到评价系统中。系统在启动成功后[8〗，生物膜生长状况示于图6所示，感官表现为粘稠、浓厚，手触摸有滑感，手工剥离不容易脱落，系典型的生物膜特点。粘稠、浓厚的生物膜指示，生物膜开始能够忍受一定程度的冲击(比如油田污水的高盐分等)，系统进入稳定运行阶段。

图6 室内除油评价系统中生物膜生长状况

系统进入稳定运行阶段后，生化系统进水含油量18～234 mg /L，出水含油量0～2 mg/L，除油率在97.6%以上，处理效果非常好，生化出水均已达到注水水质A级标准(见图7)。

图7 室内评价系统除油效果

通过对评价系统运行中菌落特征划分及菌种检测鉴定发现，从系统的启动到稳定运行，ZX-7、ZX-11菌落数量增多并稳定存在，说明这两类菌能够适应污水环境，随着时间进程逐渐成为优势菌群，并在系统中起主导作用，见表1。

表1 室内模拟统微生物群落结构

由此可见，筛选出的ZX-7、ZX-11菌株具有高效的除油效果，并能在系统中稳定存在呈主导作用，除油率达到了97.6%以上。目前这两株菌已经在国家微生物保藏中心保藏。

3 现场应用

将筛选出的高效除油菌种制成复合菌剂在江苏油田FX水处理站进行接种应用。该站改造前，由于进水水质波动较大，导致所在区块整体注水压力高、区块注水量达不到配注要求。

该系统主体采用生化+精滤处理工艺。设计处理量300 m3/d。污水经冷却塔冷却至32℃以下，进入缓冲池，缓冲池出水依次进入一级微生物池、二级微生物池，微生物池底部设高效微孔曝气器，微生物池中设微生物载体填料，二级微生物池出水进入沉降池，经过滤提升泵提升后进入精细过滤系统。

由于浊度是污水水质最直观的体现，具有测试简便、快速的特点，因此在FX站生化系统运行阶段，连续监控生化处理流程的浊度变化。从图8的数据上看：生化系统启动的第10天，系统出水浊度已经降至小于10 NTU，系统进入平稳的运行状态。从水质监测情况看，该站采用微生物处理工艺后，水质明显改善(见表2)，主要指标达A级水质指标要求，站内注水量由3 m3/h上升到5.5 m3/h，注水压力下降1.5 MPa。说明从油田污水中筛选的除油菌株具有高效的除油能力，能满足油田污水生化处理现场要求。

图8 FX生化系统浊度变化情况

4 结论

(1)采用平板分离方法，从江苏油田含油污水样品中分离出42株纯菌株，确定其中优势除油菌株2株，优势程度从高到低依次为ZX-7、ZX-11。

(2)分离出的优势菌株能很好适应油田污水高矿化度环境，通过室内除油评价看出，该菌株可在系统中稳定存在并起除油主导作用，除油率达到了97.6%以上。

(3)采用ZX-7、ZX-11制备的复合菌剂在现场应用中取得了良好效果，系统可在10天内使出水浊度达10 NTU以下，并达到稳定运行状态，水质得到明显改善，主要指标达A级水质指标。

[1] 李希明.胜利油田污水生化处理技术进展[J].石油钻采工艺，2008,30(2):97-99.

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[4] VASCONCELLOS SPD，CRESPIM E，CRUZ GFD，SENATORE DB，SIMIONI KCM. Isolation, biodegradation ability and molecular detection of hydrocarbon degrading bacteria in petroleum samples from a Brazilian offshore basin[J]. Organic Geochemistry，2009, 40(5):574-588.

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[7] 张学洪，谢庆林，王敦球，等.高盐度采油废水生物处理技术研究与应用[M].北京：科学出版社，2009.

[8] 庄建全，罗江涛，吴波，等.油田含油污水生化处理系统快速启动技术[J].复杂油气藏，2013,(4):77-80.

Screeningofoil-removingstrainsandevaluationofoilremovalefficiencyforoilfieldwastewater

SHEN Keqin1, ZHUANG Jianquan2,LUO Jiangtao2

(1.ExplorationandDevelopmentResearchInstituteofJiangsuOilfieldCompany,SINOPEC,Yangzhou225009,China;2.PetroleumEngineeringTechnologyResearchInstituteofJiangsuOilfieldCompany,SINOPEC,Yangzhou225009,China)

In the treatment of oilfield wastewater, influenced by the factors such as high salinity etc., the growth of the exotic oil removal strains is inhibited. So it is difficult to form the dominant microflora. Because of lower oil removal efficiency, the application of the biochemical process is restricted in the treatment of oilfield wastewater. Aiming at the problem, the separation and evaluation method for oil-removing strains was established. Studies were carried out on the screening of high effective indigenous oil-removing strains and the evaluation of the oil removal efficiency. So the two indigenous strains, ZX-7 and ZX-11, were obtained. After inoculating the strain into the biochemical treatment system, the dominant microflora was formed in the wastewater, with the oil removal efficiency of up to 97.6%. The pilot results showed that the biochemical system is stable and has a good oil removal effect.

oilfield wastewater; strains screening; oil removing; biochemical water treatment

TE35

A

10.16181/j.cnki.fzyqc.2017.04.018

2017-10-18；改回日期2017-11-15。

沈克勤(1967—)，工程师，现从事油田领域化学分析工作。E-mail:shenkq.jsyt@sinopec.com。

(编辑 韩 枫)