可降解碳氫化合物的富含噬油菌的纖維體的製作方法
2023-07-26 12:11:56 2
專利名稱：可降解碳氫化合物的富含噬油菌的纖維體的製作方法
技術領域：
本發明涉及含有微生物的具有高效吸附性能的纖維體，尤其是一種可降解碳氫化合物的富含噬油菌的纖維體。
背景技術：
我國是一個石油大國，陸上油氣田普遍存在石油落地的汙染現象；石油類碳氫化合物在管道輸送、水路和陸路運輸及貯藏等過程中意外造成的洩漏也經常發生。石油類汙染已成為影響環境的一大汙染源，這些汙染嚴重地侵害了土壤、水源和水產資源，導致生態環境惡化。因此，快速、有效的清理石油類碳氫化合物濺落、洩漏造成的汙染，對於保護環境，減少經濟損失有重大意義。開發和利用噬油菌，對石油類碳氫化合物的汙染進行生物降解，是一種適合於大規模應用的方法，這種方法實際操作過程簡便、經濟安全，能夠有效地實現自然生態環境的和諧與生態再循環。石油所含成分比較複雜，可看作是各種油類的總成，主要由飽和烴、芳香烴、脂肪醇、瀝青等碳氫化合物組成，因此對石油的降解是由多種噬烴類菌一噬油菌協同進行的。這些降解石油碳氫化合物的噬油菌在石油汙染的土壤、水體等自然環境中普遍存在，但因含量低(一般為細菌總數的0.13-0.5％，低於104CFu/克土壤)，生長營養基礎不全面，限制了這些微生物的生長代謝，造成油類汙染的自然降解過程緩慢。另外石油對土壤及水體的汙染具有滲透性或擴散性的特點，因此對油類汙染的生物降解治理需二步進行，首先要用高效吸附性材料將油類汙染物吸附在其中，防止汙染物的擴散；然後再由噬油菌加以生物降解。通過檢索，美國專利(專利號為5609667)公開了一種治理受石油汙染的土壤的方法，其採用的方式是利用纖維體的吸附性能吸附石油汙染物，然後利用纖維體自身含有的以及土壤中固有的噬油菌進行石油汙染物的降解。該方法雖然能夠有效地吸附和固定石油汙染物，防止其擴散和滲透，但對石油汙染物的降解主要依賴於自然存在的噬油菌。由於自然存在的噬油菌數量比較少，不足以在短期內有效地大量增加土壤中噬油菌的數量，因此對石油碳氫化合物的降解效果不理想。其主要特徵是1.來源於農作物的纖維體，如棉花籽、棉花絨、花生殼、稻穀殼、玉米殼、大豆類等，並通過硫酸進行處理，處理後纖維體含酸量為3～8％，再用氨水進行中和，使纖維體的pH為3～9，通過通入氧氣進行氧化處理；可以使用磷酸、硝酸或鹽酸代替硫酸，如果使用鹽酸，需要採用磷酸銨或硫酸銨來代替氨水中和；處理後的纖維體含有氮、硫、磷等基本養分，其中硫酸銨的比例為3～8％；成品為粉末狀顆粒，顆粒的總表面積與表觀表面積比大於1.0，能夠吸附水和碳氫化合物；並且含有水的該纖維體，在水和碳氫化合物同時存在的條件下，可以釋放水並優先吸附碳氫化合物。2.通過對土壤進行翻耕，使該產品摻入土壤。3.需加溼土壤。4.保持一段時間為60天，以吸附碳氫化合物。
通過檢索發現，一些相關技術採用的方式或者是偏重於對某一種碳氫化合物的降解，或者是偏重於改善被汙染土壤的營養狀況或供氧狀況以利於土壤中天然存在的噬油菌生長，或者是偏重於吸附材料的使用，以提高對石油汙染物擴散和滲透的防止。這種方法不能有效地同時解決石油汙染物的吸附和固定、土壤中噬油菌數量的提高、以及噬油菌在土壤中生長的營養平衡等問題，因此實際使用效果不理想。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種富含噬油菌的纖維體，該纖維體具有可降解碳氫化合物的屬性，能有效地吸附和固定土壤、水中的石油碳氫化合物，能夠增加土壤中噬油菌的數量，能夠為土壤中噬油菌的快速生長和大量繁殖提供營養元素，具有快速有效地消除石油碳氫化合物汙染的作用。
本發明的內容如下對具有良好的親油性的天然纖維體，如亞麻籽、棉花籽、花生殼、葵花子殼、稻穀殼、玉米核、大豆類，以及稻麥秸稈、蘆葦秸稈、棉花秸稈等植物的纖維體，經初加工成粒徑為1.0～5.0毫米的顆粒後，採用濃度在2-12％磷酸、硫酸、硝酸、鹽酸等稀酸進行酸化處理，處理方式為酸浸泡或噴霧，使得纖維體的pH值在1-5之間，纖維體要在酸性條件下維持2小時～24小時，酸化處理後的纖維體，其含水量為60～80％、殘留酸的含量在2％～7％之間，pH值在1-5之間，對纖維體的酸性中和處理採用pH值在8～11之間的氨水、磷酸銨或碳酸銨，中和後的pH值為5-8；在酸性中和處理的同時，向該纖維體內以無機鹽的形式添加的營養元素為磷、硫元素。之後在纖維體內添加如革蘭氏陰性好氧菌等噬油菌混合培養物(含量在108～1011CFu/毫升)，纖維體的發酵在接入噬油菌混合培養物後開始，接入量為0.5％～5％，在保持溫度為25℃～45℃、溼度為80％～90％的環境條件下，通風或通氧氣，發酵2～6天，發酵結束後，纖維體中噬油菌的含量在106～108CFu/克纖維體，發酵後的纖維體用酸、鹼或無機鹽進行pH值和營養的平衡調節，應保持pH值為6～8。發酵後的纖維體通過減壓乾燥降低溼度，乾燥溫度在50℃～80℃之間；經粉碎後製成最終成品；成品為粉末狀顆粒，顆粒總表面積與表觀表面積比大於1.5，含水量低於20％，噬油菌的含量為106～109CFu/克纖維體。
本發明的優點和積極效果是將這種富含噬油菌的纖維素添加到被碳氫化合物汙染的土壤或水中，具有增加土壤或水體中噬油菌含量的作用。增加噬油菌在被碳氫化合物汙染的土壤中的數量，是加速碳氫化合物降解的必要條件之一。天然纖維素經過酸化處理後，對碳氫化合物等油類物質有強烈的吸附性能，吸附容量遠遠超過一般材料。由於這種特性，使這種纖維在土壤中能夠聚集和固定碳氫化合物，既可以阻止碳氫化合物在土壤中的滲透和擴散，又可以促進噬油菌對碳氫化合物的降解，是清除土壤或水體中碳氫化合物汙染不可缺少的重要因素。在對纖維素進行酸化的處理過程中，使用濃度在2-12％的稀酸，如磷酸、硫酸、硝酸及鹽酸等，酸化後的纖維素經過濾或壓榨處理，應含有了2％～7％的殘留酸，含水量為60％～80％。纖維體中的酸用氨或銨鹽中和後形成的新的銨鹽正好用作噬油菌生長的氮源。因為在石油汙染的土壤中，主要缺乏的營養要素就是氮源。這種經酸化及氨中和處理的纖維素pH應在6～8之間。在這種纖維體中接入含有多種噬油菌的混合培養物，在20℃～45℃溫度下，保持80％～90％的環境溼度，通氣發酵2～6天，使噬油菌增殖，數量達到106～108CFU/克纖維體。噬油菌混合培養物來源於石油汙染的土壤，經以石油碳氫化合物作唯一碳源的富集培養基富集培養後，在平面培養基上分離噬油菌的單菌落；這樣得到的噬油菌主要是一些革蘭氏陰性的好氧菌，也包括一些革蘭氏陽性的好氧菌。分離得到的多種噬油菌，分別進行液體培養，然後合在一起進行混合培養，得到的混合培養物含有108～1011CFu/毫升，作為纖維體發酵的接種物。
經過適當處理加工後的纖維素作為噬油菌的載體，經發酵後含有豐富的噬油菌，同時又具有對石油類汙染物的高效吸附性能，而且能夠為土壤中噬油菌的生長提供平衡的營養元素。這種纖維體的產品，完全具備了清除土壤或水中碳氫化合物汙染的必要條件，因此非常有效和使用方便。
優選實施方案的具體實施方式
本發明介紹兩種實施例如下第一實施例選用的纖維體為親油性作物——亞麻籽作為噬油菌的載體；酸化處理選用的酸為硫酸；酸性中和處理選用的是氨水；選用的添加營養元素為磷元素；選用的噬油菌為含有多種革蘭氏陰性好氧菌的混合培養物，主要包括假單胞菌屬(Pseudomonas)、鞘氨醇桿菌屬(Sphingobacterium)、噬纖維菌屬(Cytophaga)、屈撓桿菌屬(Flexibacter)、不動桿菌屬(Acinetobacter)、產鹼菌屬(Alcaligenes)的菌。
該噬油菌纖維體通過以下工藝製得(以100公斤含菌纖維體成品計)1.纖維體原料的製備將100公斤亞麻籽通過揀選、清洗、脫皮、烘乾，再進行粉碎粗加工，形成粒徑在2～5毫米的顆粒狀纖維體。
2.酸化對粉碎加工的纖維體進行酸化處理，其方式是用濃度在5～10％的稀硫酸對纖維體進行浸泡處理，浸泡處理時間為1～5小時；通過過濾、壓榨除去稀硫酸液，得到含水量在為60～80％、pH值在2～5之間的酸化纖維體，其殘餘硫酸的含量在2～6％之間。
3.中和向酸化處理後的纖維體中添加中和硫酸的氨水，該氨水的pH值為8～11左右，使得中和後纖維體的pH值在6～8之間；在酸性中和處理的同時以無機鹽的形式添加磷元素，最好是添加磷酸二氫鉀或磷酸氫二鉀；然後纖維體在維持環境溼度為80～90％、溫度25℃～45℃的環境條件下，保持5～24小時。
4.噬油菌混合培養物的製備取自於石油汙染的土壤的樣品進行富集培養，在石油碳氫化合物作為一碳源的平面培養基上分離單菌落，選出所有生長的革蘭氏陰性好氧菌，這些微生物具有分解石油碳氫化合物的能力，稱為噬油菌；分離得到的噬油菌分別進行單獨液體培養，然後進行混合液體培養，使噬油菌快速繁殖，得到含有噬油菌的混合培養物，噬油菌的含量在108～1011CFu/毫升，作為纖維體發酵的接種物；5.纖維體的發酵向經過酸化、中和處理的亞麻籽纖維體中添加500毫升～2000毫升噬油菌的混合培養物，充分攪拌均勻；維持環境溼度為80～90％，溫度為25℃～45℃，向纖維體通風發酵2～6天；使接入的革蘭氏陰性好氧菌在纖維體中快速生長和繁殖，發酵結束後，纖維體中噬油菌的含量應達到106～108CFu/克纖維體。
6.纖維體發酵後處理向發酵後的纖維體中加入1％～3％的硫酸、鹽酸、磷酸，或氨水、氫氧化鉀，調節發酵後的纖維體的pH值在5～8之間，最好在5～7之間；另外還可加以無機鹽的形式，如磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀、磷酸二氫鈉或磷酸氫二鈉，向纖維體內添加磷元素，加入量為0.5～5公斤，充分攪拌均勻，使纖維體的營養元素平衡。
7.製備成品將纖維體在乾燥塔內減壓乾燥除溼，乾燥溫度在50℃～80℃之間，使纖維體的含水量減少到20％以下；乾燥後的纖維體進行粉碎處理，形成粉末狀顆粒，顆粒總表面積與表觀表面積比大於1.5，噬油菌的含量應在106～109CFu/克纖維體；然後在真空狀態下裝袋密封，形成成品。
第二實施例選用的纖維體為玉米秸作為噬油菌的載體；選用的噬油菌為革蘭氏陰性好氧菌主要包括假單胞菌屬(Pseudomonas)、鞘氨醇桿菌屬(Sphingobacterium)、噬纖維菌屬(Cytophaga)、屈撓桿菌屬(Flexibacter)、不動桿菌屬(Acinetobacter)、產鹼菌屬(Alcaligenes)；以及革蘭氏陽性好氧菌包括微球菌屬(Micrococcus)、棒桿菌屬(Corynebacterium)、節桿菌屬(Arthrobacter)、諾卡氏菌屬(Nocardia)；纖維體酸化處理選用的酸為磷酸；選用噬油菌的營養元素為硫元素；酸性中和處理選用的是氨水。
該富含噬油菌纖維體通過以下工藝製得(以100公斤含菌纖維體成品計)1.纖維體原料的製備將100公斤玉米秸通過揀選、清洗、烘乾，再進行粗粉碎加工，形成粒徑在2～10毫米的顆粒狀纖維體。
2.酸化處理採用濃度在3～8％的稀磷酸對纖維體進行酸化處理，即在纖維體上噴射酸霧，直至最終使纖維體的pH值1-2，溼度為60～80％，並在室溫下保持1～3天。
3.中和處理向纖維體中添加中和磷酸的氨水，該氨水的pH值為8～11左右，使得中和後纖維體的pH值為5～8之間；在酸性中和處理的同時，向該纖維體內添加硫元素，如硫酸鉀、硫酸鈉，為噬油菌提供營養元素；然後，維持環境溼度為80～90％、在室溫下，保持8～24小時。
4.噬油菌混合培養物的製備取自於石油汙染的土壤的樣品進行富集培養，在石油碳氫化合物作為一碳源的平面培養基上分離單菌落，選出所有生長的革蘭氏陰性、陽性好氧菌，作為噬油菌；分離得到的噬油菌分別進行單獨液體培養，然後進行混合液體培養，使噬油菌快速繁殖，得到含有噬油菌的混合培養物，噬油菌的含量應在108～1011CFu/毫升，作為纖維體發酵的接種物；5.纖維體的發酵向酸化及中和處理後的纖維體中接入500毫升～2000毫升噬油菌混合培養物，充分攪拌均勻；在環境溫度為25～39℃，溼度為80～90％的條件下，向纖維體通以空氣或氧氣，發酵2～6天，以使噬油菌增值，增殖後噬油菌的含量應達到106～109CFu/克纖維體。
6.發酵後處理向發酵後的纖維體中加入硫酸、鹽酸、磷酸，或氨水、氫氧化鉀調節發酵後的纖維體的pH值在5～8之間，最好在5～7之間；另外還可加入營養鹽類如硫酸銨、硫酸鉀、硫酸鈉等，加入量為0.5～1.5公斤；充分攪拌均勻，以平衡營養元素，滿足噬油菌生長的需要。
7.製備成品將纖維體在乾燥塔內減壓乾燥除溼，乾燥溫度在50℃～80℃之間，使含水量減少到20％以下；乾燥後進行粉碎，形成粉末狀顆粒，其顆粒總表面積與表觀表面積比大於1.5，噬油菌的含量應在106～109CFu/克纖維體；然後在真空狀態下裝袋密封，形成成品。
權利要求
1.一種可降解碳氫化合物的富含噬油菌的纖維體，其特徵在於纖維體經初加工後進行酸化處理和鹼中和處理，然後在其內添加噬油菌混合培養物，並對添加噬油菌的纖維體進行發酵處理，然後進行再中和處理並同時添加營養元素，最後製成成品。
2.根據權利要求1所述的可降解碳氫化合物的富含噬油菌的纖維體，其特徵在於所述的纖維體為具有良好的親油性的天然纖維體，為亞麻籽、棉花籽、花生殼、葵花子殼、稻穀殼、玉米核、大豆類，以及稻麥秸稈、蘆葦秸稈、棉花秸稈等植物纖維體，該纖維體在酸化處理前進行初加工並製成顆粒狀，其顆粒的粒徑為1.0～5.0毫米。
3.根據權利要求1所述的可降解碳氫化合物的富含噬油菌的纖維體，其特徵在於所述酸化處理是採用濃度在2-12％磷酸、硫酸、硝酸、鹽酸等稀酸，處理方式為酸浸泡或噴霧，使得纖維體的pH值在1-5之間，纖維體要在酸性條件下維持2小時～24小時。
4.根據權利要求3所述的可降解碳氫化合物的富含噬油菌的纖維體，其特徵在於酸化處理後的纖維體，其含水量為60～80％、殘留酸的含量在2％～7％之間，pH值在1-5之間。
5.根據權利要求1、4所述的可降解碳氫化合物的富含噬油菌的纖維體，其特徵在於酸性中和處理採用pH值在8～11之間的氨水、磷酸銨或碳酸銨，中和後的pH值為5-8。
6.根據權利要求5所述的可降解碳氫化合物的富含噬油菌的纖維體，其特徵在於在酸性中和處理的同時，向該纖維體內以無機鹽的形式添加的營養元素為磷、硫元素。
7.根據權利要求1所述的可降解碳氫化合物的富含噬油菌的纖維體，其特徵在於所述的噬油菌混合培養物來源於石油汙染的土壤，主要類型為革蘭氏陰性好氧菌，至少包括假單胞菌屬(Pseudomonas)、鞘氨醇桿菌屬(Sphingobacterium)、噬纖維菌屬(Cytophaga)、屈撓桿菌屬(Flexibacter)、不動桿菌屬(Acinetobacter)、產鹼菌屬(Alcaligenes)的多種微生物；也包括微球菌屬(Micrococcus)、棒桿菌屬(Corynebacterium)、節桿菌屬(Arthrobacter)、諾卡氏菌屬(Nocardia)等一些革蘭氏陽性好氧菌。
8.根據權利要求1、7所述的可降解碳氫化合物的富含噬油菌的纖維體，其特徵在於添加的噬油菌混合培養物，是經過對每種微生物的單獨培養和混合培養獲得，培養物的噬油菌含量在108～1011CFu/毫升。
9.根據權利要求1所述的可降解碳氫化合物的富含噬油菌的纖維體，其特徵在於纖維體的發酵在接入噬油菌混合培養物後開始，接入量為0.5％～5％，在保持溫度為25℃～45℃、溼度為80％～90％的環境條件下，通風或通氧氣，發酵2～6天，發酵結束後，纖維體中噬油菌的含量在106～108CFu/克纖維體，發酵後的纖維體用酸、鹼或無機鹽進行pH值和營養的平衡調節，應保持pH值為6～8。
10.根據權利要求1、9所述的可降解碳氫化合物的富含噬油菌的纖維體，其特徵在於發酵後的纖維體通過減壓乾燥降低溼度，乾燥溫度在50℃～80℃之間；經粉碎後製成最終成品；成品為粉末狀顆粒，顆粒總表面積與表觀表面積比大於1.5，含水量低於20％，噬油菌的含量為106～109CFu/克纖維體。
全文摘要
本發明涉及一種可降解碳氫化合物的富含噬油菌的纖維體。主要特徵是纖維體經初加工後進行酸化處理和鹼中和處理，然後在其內添加噬油菌混合培養物，並對添加噬油菌的纖維體進行發酵處理，然後進行再中和處理並同時添加營養元素，最後製成成品。本發明具有對石油類汙染物的高效吸附性能，而且能夠為土壤中噬油菌的生長提供平衡的營養元素，完全具備了清除土壤或水中碳氫化合物汙染的必要條件，因此非常有效和使用方便。
文檔編號B09C1/10GK1428209SQ0113698
公開日2003年7月9日 申請日期2001年12月27日 優先權日2001年12月27日
發明者班睿, 張旭輝 申請人:張旭輝