隨著工業廢水產量的增大，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、節約能源、無二次污染的優點，在石化行業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的發展，但大量制備的菌液如不經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，并經過干燥等后續處理，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菌劑保存效果的影響；同時對固態保存菌劑和液態保存菌劑的優缺點進行了比較，并對固態菌劑降解性能進行了研究，以期為其他菌種固態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節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。

發酵培養基配方：甘蔗糖蜜4.4g/L，玉米漿粉3g/L，KH2PO417mg/L，MgSO45mg/L，FeSO4微量，MnSO4微量。

1.2實驗方法

1.2.1固態菌劑的制備

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

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制備固態菌劑，其中菌液體積為500mL，載體質量為10g。取1g固態菌劑加入到50mL生理鹽水中，于150r/min下震蕩1h。震蕩結束后，取上清液采用平板稀釋法計數，考察載體釋放菌數。

1.2.3菌種存活數考察

將固態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。震蕩結束后，取上清液采用平板稀釋法計數，考察菌種存活情況。

2、實驗結果

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境中?？紤]到成本因素，選用麥麩作為吸附載體，其釋放菌數可達到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，考察菌液濃縮倍數對吸附效果的影響，結果見圖2。

由圖2可知，濃縮倍數為1倍時，菌種釋放量為8.2×109CFU/g，較未濃縮提高了約1.2倍。濃縮倍數為2~6倍時，釋放菌數的提高倍數均低于濃縮倍數。例如，濃縮倍數為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菌劑存活率的影響

以麥麩作為載體制備固態菌劑，并將其密封放于不同的環境內，考察存放條件對菌種存活率的影響，結果如圖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，初始菌種數量為3.7×109CFU/g的固態菌劑存放1a，菌種數量下降到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℃的固態菌劑菌種存活率最高，保存1a后，菌種數量達到7.5×108CFU/g，保存溫度為0℃的固態菌劑菌種存活率最低，保存1a后，菌種數量僅為5×106CFU/g。二者菌種存活數量相差可達150倍。相對低溫的環境可使微生物細胞內酶的活性下降，使得物質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，菌種體內正常的物質代謝受到破壞，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物質，因此隨著時間的延長菌種極容易出現衰亡。

2.3脫氧劑對固態菌劑存活率的影響

鐵系脫氧劑可使包裝環境內的氧含量降至極低，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量比8:2:1混合而成，將其分成小包裝放于固態菌劑內，每個小包裝內脫氧劑質量為1g，每500g固態菌劑加入1g脫氧劑。室溫壞境下脫氧劑對固態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固態菌劑和液態菌劑效果比較

將初始菌液分成2種方式保存，一種方式制備成固態菌劑，添加脫氧劑后保存于室內；另一種方式則以液態菌劑保存，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，液態保存方法菌種數量下降較多，一部分生長狀態較差的菌種首先死亡，在保存4個月以后液態保存方法菌種數量急劇下降，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，固態菌劑菌種由3.7×109CFU/g降至8.3×108CFU/g，菌種數量比液態保存高4.15×103倍。

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

2.5固態菌劑的降解性能

對煉油廢水的降解需要幾種菌株協同作用，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菌劑。采用不同保存時間的固態菌劑混合菌種（單菌按照質量等比例混合）進行煉油廢水的降解實驗，并與新發酵的液態混合菌種進行比較，結果如表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個月之前的固態菌劑對煉油廢水的降解效果與新培養的液態菌劑效果相當，COD去除率均在82%以上。固態菌劑保存時間過長，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菌劑的最佳保存期定為1a。

3、結論

（1）本研究方法制備的固態菌劑在5℃條件下存活菌數較高，且添加脫氧劑對菌種存活有促進作用。保存1a的固態菌劑菌種數量仍可達到8.3×108CFU/g，比液態保存高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）制備固態菌劑過程中培養基并未完全去除，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）固態菌劑保存較液態菌劑保存具有較多優勢，是工業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，對于其他菌種固態菌劑的制備，需根據菌種自身特點對制備方法進行調整。