一种利用燕麦嗜酸菌对含润滑油酸渣生物除油的方法与流程

本发明属于废润滑油再生处置过程产生酸渣的生物除油处理技术领域，具体涉及一种利用燕麦嗜酸菌对含润滑油酸渣生物除油的方法。

背景技术：

随着工业化进程进一步加快，润滑油的需求量和废润滑油产生量不断增加。鉴于全球能源紧张和严格的环保要求，废旧润滑油必须得到再生回用，催生了废润滑油再生处置行业的蓬勃发展。废润滑油的再生处置经历了硫酸-白土、常减压蒸馏、溶剂精制、分子蒸馏等技术工艺的发展，这些工艺不可避免地产生工业废渣。废渣含有未反应完的硫酸等酸性物质、迭合物、磺化物、硫化物和氮化物等有害物质，在各个国家均严禁排放。这部分废渣至今尚无有效的处理手段，无论采用焚烧或填埋处理都不是理想的处置方法。

目前国内外处理废渣主要采用的方法都集中在物理化学方法，而对利用生物法处理酸渣的报道较少。现有的治理废渣的物理化学方法主要有低温热解法、燃料法、生产燃料油法、水解-中和法、生产白炭黑法、生产石油防锈剂法、制备无水硫酸钠法。专利申请CN1073965A公开了《一种酸渣综合利用的方法》，其特征是通过加热使酸渣分离成油、剩余渣和酸水三个层次，分离了油和酸水的剩余渣经过碱中和后，加其它添加料一起调合制成隔离剂，防水油膏和干粉磺化沥青。专利申请CN1195564A公开了一种《废酸渣综合利用的方法》，其特征在于在酸渣中加入中和液，进行处理生产出燃料重油、工业芒硝，使燃料重油中的硫分离出来，解决了环境污染问题。Yang Kunyuan等公开了《水解-中和法处理润滑油酸渣的研究》(石油炼制与化工，1998.6.18)，在2L三口瓶和500L反应釜中，试验研究出润滑油废油再生时生成酸渣的处理新工艺——水解-中和法，在破乳剂作用下可有效地将酸渣分离为渣油和酸水，渣油可与20％的催化裂化柴油调和生产出合格的100号锅炉燃料或氧化制取30号建筑沥青，酸水经中和、沉降后可循环使用，不向系统外排放，不产生环境污染，经济效益好。

传统的物化方法具有处理条件苛刻、处理效果不佳等缺点，而生物法具有费用低廉、处理效果好、无二次污染、可就地处理等优点。由于国内外尚无有效的酸渣处理方法，因此其产生已经制约了废油再生行业的有序发展，硫酸-白土工艺也因此受到质疑。然而，该方法毕竟是性价比最高的废油处理方法，在业内被广泛应用，因此迫切开发行之有效的酸渣处理方法势在必行。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术废润滑油炼油酸渣处理方法的缺陷，以生物处理技术为切入点，以自主开发的微生物菌种资源为物质基础，提供一种利用燕麦嗜酸菌对含润滑油酸渣进行生物除油处理的方法。

本发明为了实现上述目的而采取的技术方案如下：

一种含润滑油酸渣的生物除油方法，包括如下步骤：

1)种子液制备：

将斜面保藏的燕麦嗜酸菌接种至LB培养基中经2次活化后，控制第二代发酵液OD_600nm＝1.1-1.2，用做接种体；

2)酸渣预处理：

将酸渣平铺开，厚度不超过50cm，向其中均匀喷洒浓度3％(m/v)尿素溶液和0.2mol/L磷酸氢二钾溶液，其中氮、磷元素质量比为10～15:1左右，搅拌混合均匀；

3)酸渣生物除油：

将第二代发酵液以2-8％(v/m)的用量，均匀播撒到酸渣中，搅拌混匀；生物处理期间不定期补水使酸渣湿度控制在40％-75％，且补水后不能有游离水析出；酸渣处理可以在环境温度20-40℃进行。

进一步地，酸渣处理温度为35-37℃。

进一步地，生物处理期间每天早晚各翻土搅拌一次。

进一步地，若酸渣初始含油量在80mg/g以上，在预处理时可添加0.3％(v/v)Tween 80，添加量为1-3mL/kg酸渣，可以促进酸渣处理效果。酸渣的初始含油量一般在80mg/g以下，个别二次压榨处理效果不好的酸渣含油量较高。

进一步地，根据处理周期和酸渣的含油量，一般每隔10-15天左右补加上述3％(m/v)尿素溶液和0.2mol/L磷酸氢二钾溶液；初期用量较少，一般为100mL/10kg酸渣；接近中期时，即含油量降至初始一半左右时，用量提高到200-300mL/10kg酸渣；在处理中后期含油量降低至初始的30-40％时，尿素溶液采用5％(m/v)的浓度，用量提高到500mL/10kg酸渣左右。

采用上述方法对含润滑油酸渣进行生物除油处理，处理开始后每周至半个月，检测一次含油量。初始含油量在50-80mg/g左右的酸渣，发酵液以2％(v/m)的播撒用量，在35-37℃左右，经2.5-3.5个月的处理后含油量可以控制在1mg/g以内，在室温环境中处理，环境温度在20-40℃左右波动(即从春季、经夏季、至秋季)时，经半年左右的时间，含油量可以控制在2.5mg/g以内；对于个别初始含油量超过80mg/g，适当延长处置时间也可以达到上述效果，这其中，若使用少量的表面活性剂可以有一定促进作用，有效提高处理效果，但用量以很少量为宜，不宜过多。而且，若处理的土壤样品处于低温环境中，如低于15℃时，易产生板结等现象，此时，不宜使用表面活性剂。

进一步地，本发明提供一种上述生物除油方法中使用的燕麦嗜酸菌，是从废润滑油中筛选分离出的一种具有优良除油性能的燕麦嗜酸菌，该菌种已于2016年8月9日保藏于广东省微生物菌种保藏中心(简称GDMCC，地址：广州市先烈中路100号大院59号楼，广东微生物研究所，邮编：510075)，保藏编号为GDMCC No：60061，分类学名称：燕麦嗜酸菌(Acidovorax avenae)。

燕麦嗜酸菌GDMCC No：60061菌株特性如下：杆菌，菌落呈黄色，不透明，菌落边缘整齐，中间隆起；属于中温好氧微生物，可以以润滑油为唯一碳源生长；对溶氧要求较高，当摇床转速低于150rpm时，在润滑油中的生长代谢受到明显抑制；pH在4.5-7.0范围内均保持较高活力，最适生长范围在6.2-6.5左右，在碱性环境中活力急剧下降；环境温度在20-42℃以内波动，菌株保持良好的生长特性，但超过42℃，在以润滑油为唯一碳源的环境中难以生长。该菌株最大可降解废润滑油浓度为1304mg/L左右，最适降解温度35-37℃，该菌种可降解废液压油、废机油、废变压器油的最大浓度分别约为1204mg/L、1105mg/L、812mg/L左右。

(1)菌种对废润滑油的最大降解能力研究。

为研究燕麦嗜酸菌对于废润滑油的最大降解能力，将细胞发酵液以8％的接种量接种于50mL含不同浓度润滑油(再生油处理厂回收的废油)的无机盐培养基(润滑油的初始浓度分别为1102、1208、1304、1402mg/L)中，初始pH值调节为6.20，温度为35℃，于180r/min下振荡培养进行燕麦嗜酸菌降解润滑油的摇瓶实验，分别监测2个指标：1)样液中的润滑油浓度并计算润滑油降解率，润滑油降解率的高低代表菌种在此浓度下降解能力的强弱；2)测定样液的OD_600nm值，OD_600nm值的大小反映了菌种在此浓度下的细胞生长情况。图1反映了燕麦嗜酸菌降解不同初始浓度润滑油的情况，可见当初始浓度分别为1102、1208、1304mg/L时分别处理216、288、312小时实现完全降解。燕麦嗜酸菌可完全降解废润滑油的最大浓度可达1304mg/L左右。

同样条件下对其他浓度润滑油降解情况：初始润滑油浓度及完全降解需要时间如下，800mg/L，168h；900mg/L，180h；1000mg/L，192h；500mg/L，96h；600mg/L，144h；700mg/L，156h；50mg/L，36h；100mg/l，48h；200mg/L，60h。

(2)菌种降解废液压油能力研究。

为研究燕麦嗜酸菌对于废液压油的降解能力，将细胞发酵液以8％的接种量接种于50mL含有不同浓度废液压器油的无机盐培养基(废液压油的实际浓度分别为106mg/L、204mg/L、412mg/L、608mg/L、814mg/L、1016mg/L、1204mg/L、1308mg/L)中，初始pH值调节为6.20，温度为35℃，于180r/min下振荡培养进行燕麦嗜酸菌降解废液压油的摇瓶实验，分别监测2个指标：1)样液中的润滑油浓度，2)样液的OD_600nm值。图2-3反映了燕麦嗜酸菌降解不同初始浓度废液压油的情况，对应上述不同初始浓度下完全降解需要的时间和反应液细胞浓度OD_600nm值分别依次为：48h，0.286；59h，0.312；83h，0.374；109h，0.480；139h，0.562；173h，0.668；209h，0.846；含油量1300mg/L以上降解效果不明显。燕麦嗜酸菌可完全降解废液压油的最大浓度可达1204mg/L左右。

(3)菌种降解废机油能力研究。

为研究燕麦嗜酸菌对于废机油的降解能力，将细胞发酵液以8％的接种量接种于50mL含有不同浓度废机油的无机盐培养基(废机油的实际浓度分别为794mg/L、989mg/L、1105mg/L、1193mg/L)中，初始pH值调节为6.20，温度为35℃，于180r/min下振荡培养进行燕麦嗜酸菌降解废液压油的摇瓶实验，分别监测2个指标：1)样液中的润滑油浓度，2)样液的OD_600nm值。图4-5反映了燕麦嗜酸菌降解不同初始浓度废机油的情况，燕麦嗜酸菌可完全降解废机油的最大浓度可达1105mg/L左右，大约需要209小时完全降解，且此时反应液细胞浓度OD_600nm值达到最大值0.879。

(4)菌种降解废变压器油能力研究。

为研究燕麦嗜酸菌对于废变压器油的降解能力，将细胞发酵液以8％的接种量接种于50mL含有不同浓度废变压器油的无机盐培养基(废变压器油的实际浓度分别为606mg/L、812mg/L、902mg/L)中，初始pH值调节为6.20，温度为35℃，于180r/min下振荡培养进行燕麦嗜酸菌降解废液压油的摇瓶实验，分别监测2个指标：1)样液中的润滑油浓度，2)样液的OD_600nm值。图6-7反映了燕麦嗜酸菌降解不同初始浓度废变压器油的情况，燕麦嗜酸菌可完全降解废机油的最大浓度可达812mg/L左右，大约需要210小时完全降解，且此时反应液细胞浓度OD_600nm值达到最大值0.672。

有益效果：

本发明提供了一种具有优良除油性能的燕麦嗜酸菌，能够以润滑油为唯一碳源生长，并对高浓度的废润滑油、废机油、废变压器油、废液压油均具有显著的降解效果。本发明利用该菌株的除油特性，对废润滑油再生过程产生的酸渣提供了一种可行的生物处理方法，处理后的酸渣含油量得到有效控制，一般在1-2.5mg/g以下，并且避免了以往的理化处理的诸多弊端及不适用性，该方法具有处理费用较低、处理效果好、无二次污染、操作简便等优点。对处理后的酸渣进行废弃物利用时大有效避免了环境污染，并节约了处理成本，对废润滑油再生处理行业的有序发展作出了有益贡献。

附图说明

图1：燕麦嗜酸菌对废润滑油的最大降解能力研究；

图2：燕麦嗜酸菌降解废液压油时含油量变化情况；

图3：燕麦嗜酸菌降解废液压油时细胞生长情况；

图4：燕麦嗜酸菌降解废机油时含油量变化情况；

图5：燕麦嗜酸菌降解废机油时细胞生长情况；

图6：燕麦嗜酸菌降解废变压器油时含油量变化情况；

图7：燕麦嗜酸菌降解废变压器油时细胞生长情况；

图8：不同比例的氮磷营养盐对于酸渣生物除油效果的影响；

图9：酸渣在35℃恒温环境中的生物除油情况；

图10：酸渣在室温环境中的生物除油情况。

具体实施方式

下面通过具体的实施方案，进一步叙述本发明。除非特别说明，实施方式中未描述的技术手段均可以用本领域技术人员所公知的方式实现。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分、用量、尺寸、形状进行的各种修改、替换、改进也属于本发明的保护范围，并且本发明所限定的具体参数应有可允许的误差范围。

除非特别说明，下述实施方式中所用酸渣和废油取自于重庆市某高级润滑油生产销售公司，酸渣初始含油质量浓度为68.4mg/g左右，初始pH值为2.60，初始含水量35.8％。

除非特别说明，下述实施方式中所用燕麦嗜酸菌为菌种GDMCC No：60061。

除非特别说明，酸渣含油量的测定方法如下。

1)氯仿提取物：

准确称取酸渣10g，将其放入带塞磨口锥形瓶中。向锥形瓶中添加20mL氯仿，并加盖振摇数分钟，静置12～16小时。静置结束后，置锥形瓶于50～55℃水浴中热浸1小时，热浸取下锥形瓶过滤，滤液接于已知重量的100mL烧杯中。同样方法热浸两次，每次约10mL，0.5小时，滤液接于在同一烧杯中。将烧杯置于通风橱中55～58℃水浴上，通风浓缩至干并擦去外壁水汽，置于60～75℃烘箱4小时，取出后置于干燥器冷却至室温，并称重，增加的重量M₁为氯仿提取物。

2)皂化去除植物油：

向氯仿提取物中添加50mL 0.5mol·L^-1氢氧化钾-乙醇液，置于65～75℃水浴上皂化水解1小时并搅拌。皂化完毕取下烧杯，将皂化液接于250mL分液漏斗，加50mL去离子水和50mL石油醚前后冲洗该烧杯，洗液接于同一分液漏斗，振摇数分钟后静置分层，下层水相用25mL石油醚萃取1次，合并两次的石油醚萃取液并水洗2～3次，每次50mL并振摇1min。

3)重量法测定非皂化物总量：

将石油醚萃取物置于盛有15g无水硫酸钠的具塞磨口锥形瓶中，加塞摇动放置数分钟后将滤液接于已知重量的烧杯，置于通风橱的40～42℃水浴上通风浓缩至干并擦去外壁水气，置于60～70℃烘箱4小时，取出干燥器冷却至室温后称重，增加的重量M₂即为非皂化物，可代表污染酸渣中原油类物质的含量。

(4)酸渣生物除油率的计算

式中：

酸渣初始含油量(mg/g)为含油占酸渣之比，即实验前的检测结果；酸渣残留含油量(mg/g)为生物降解实验后酸渣中实际残留的含油量，即实验后的检测结果。

实施例1

利用燕麦嗜酸菌对含润滑油酸渣的生物除油的方法，包括如下步骤：

1)种子液制备：斜面保藏的燕麦嗜酸菌接种至LB培养基中，过夜培养14h左右，只要培养液不出现显著浑浊即可(一般OD_600nm＝0.8-1.3)；以0.5％-2％的接种量接种至新鲜的LB培养基中进行二次活化培养，控制第二代培养液OD_600nm＝1.1-1.2，二代培养液用作接种体进行酸渣除油使用；整个培养过程在35～37℃，180rpm～200rom条件下摇床培养。

2)酸渣预处理：将酸渣平铺开，厚度不超过50cm，向其中均匀喷洒浓度3％(m/v)尿素溶液和0.2mol/L磷酸氢二钾溶液，用量一般为100mL/10kg酸渣，其中氮、磷元素质量比为10～15:1左右，搅拌混合均匀。初始含油量在100mg/g以上的酸渣，可少量添加0.3％(v/v)Tween 80。

3)酸渣除油：将第二代发酵液以2-8％(v/m)的用量，均匀播撒到酸渣中，搅拌混匀；处理期间每天早晚各搅拌一次；不定期补水使酸渣湿度控制在40％-75％，且补水后不能有游离水析出；酸渣处理可以在环境温度20-40℃进行，35-37℃处理效果更好。在处理过程中根据酸渣含油量的变化，可每隔10-15天左右补加上述尿素溶液和磷酸氢二钾溶液，初期用量较少，一般为100mL/10kg酸渣，中期用量可提高到200-300mL/10kg酸渣，中后期尿素采用5％(m/v)的浓度，用量可提高到500mL/10kg酸渣左右。

实施例2

不同比例的氮磷营养盐对于酸渣生物除油效果的影响。

向标号为1号、2号、3号装有约50g酸渣的塑料培养格中，投入约4mL经二次活化后的燕麦嗜酸菌发酵液，以尿素为氮源、以磷酸氢二钾为磷源分别按照C:N:P为100:5:1、100:10:1、100:15:1投加营养物质，并置于35℃下进行处理，翻耕频率为24小时一次，酸渣含水量控制在25％左右，监测生物处理废润滑油炼油酸渣在7天、14天、21天、30天时的酸渣含油量并计算降解率(图中除油率)。

图8反映了以尿素为氮源，以磷酸氢二钾为磷源，投加不同比例的氮磷营养盐对于酸渣生物除油效果的影响，处理30天时的降解率分别达到61.8％、45.9％、40.3％。以尿素为氮源时，尿素的水溶液呈现偏碱性的特点，可以进一步的中和酸渣的酸性，使整个生物除油过程保持在中性偏弱酸性的环境，燕麦嗜酸菌表现出较强的活性和生物降解特性。而且燕麦嗜酸菌在以尿素为氮源的情况下，表现出比以其他含氮物质为氮源更为显著的生物降解能力

实施例3

优化条件下恒温生物处理实例。

向标号为1号、2号约50g酸渣的塑料培养格中接种约4mL经二次活化后的燕麦嗜酸菌发酵液，以尿素为氮源、以磷酸氢二钾为磷源，且C:N:P的比例为100:15:1，翻耕频率为12小时一次，并置于恒温35℃下进行处理，酸渣含水量维持在30％，监测燕麦嗜酸菌在不同处理时间时的酸渣含油量并计算降解率。

图9反映了废润滑油炼油酸渣在35℃恒温环境中的生物除油情况。初始含油量为68.4mg/g的酸渣在经过63天的生物处理后，含油量降至1mg/g以下，生物除油效果显著。

实施例4

优化条件下室温环境温度生物处理实例。

向标号为1号、2号、3号约50g酸渣的塑料培养格中接种约4mL经二次活化后的燕麦嗜酸菌发酵液，以尿素为氮源、以磷酸氢二钾为磷源，且C:N:P的比例为100:15:1，翻耕频率为12小时一次，并置于室温环境下进行处理(环境温度在20-37℃左右波动)，酸渣含水量维持在30％，监测燕麦嗜酸菌在不同处理时间时的酸渣含油量并计算降解率。

图10反映了酸渣在室温环境中的生物除油情况，相比于恒温(35℃)下的生物处理，在室温条件下的酸渣生物除油处理则慢了许多。在经过6个半月的生物处理后，酸渣的含油量由初始的68.4mg/g降至5mg/g以下。酸渣中润滑油降解趋势与环境温度完全吻合，在温度较高的6～9月，环境的平均温度为35～38℃左右，生物降解速率很快。