以含高濃度甲醇的廢水為原料生產細菌纖維素的方法
2023-04-29 18:58:26 2
專利名稱：以含高濃度甲醇的廢水為原料生產細菌纖維素的方法
技術領域：
本發明涉及一種以石油、煤炭化工領域產生的甲醇精餾廢水為原料生產細菌纖維素的方法。
背景技術：
甲醇是一種重要的化工原料，石油、煤炭化工行業產生的高濃度甲醇廢水，主要是指甲醇生產過程中，精餾工藝排除的蒸餾殘液。該廢水溫度高，具有強烈的刺激性氣味，主要成分為甲醇、乙醇、高級醇及醛類，還含有一些長鏈化合物。COD和BOD5 —般為8000 20000mg/L和5000 10000mg/L，其B0D5/C0D較高，屬於高濃度有機廢水。該類廢水的任意排放不僅浪費了石油、煤炭資源，而且對環境中的生物具有毒害作用，導致土壤和地下水的汙染，對大氣的汙染問題也很突出。細菌纖維素(bacterial cellulose，簡稱BC)是由微生物合成的一種超微純纖維素，細菌纖維素分子呈獨立的絲狀纖維形態，不摻雜木質素、半纖維素等其他多糖類雜質，因此細菌纖維素不僅擁有植物纖維素的優良性能，還具有純度高，結晶度高，吸水性強， 抗張強度好，生物適應性強等獨特的理化性質和機械性能。目前已知能夠合成纖維素的細菌有醋桿菌屬Wce ο如cter)、根瘤菌屬0%辦0況 )、八疊球菌屬(ferciaa)、假單桿菌屬iPseudomonas)、無色桿菌屬(Achrombacter)、產喊菌屬(Alcaligcncs)、氣桿菌屬 C^ero力acier)、固氮菌屬{Azotobacter、和土壤桿菌屬iAgrobacterium)等9屬細菌中的某些種。其中，木葡糖酸醋桿菌iPlucormcetobacter xylinus)合成纖維素的能力最強，具有大規模發酵生產的潛力。作為一種生物可降解的天然纖維素，細菌纖維素應用範圍涉及了食品、造紙、醫藥、紡織和環保等工業領域，但是生產成本高的問題限制了其大規模生產和廣泛應用。
發明內容
本發明的目的是提供一種以含高濃度甲醇的石油、煤炭化工廢水為原料生產細菌纖維素的方法，該方法可以降低細菌纖維素的生產成本，同時實現含甲醇廢水的資源化、解決環境汙染問題。為了達到上述目的，本發明提供了一種以含高濃度甲醇的廢水為原料生產細菌纖維素的方法，包括將木葡糖酸醋桿菌接種到培養液中發酵，所得細菌纖維素經整形、漂白、 乾燥得到成品，其特徵在於，所述培養液以含高濃度甲醇的石油、煤炭化工廢水作為碳源和工藝用水，其製備方法為在含高濃度甲醇的石油或煤炭化工廢水中加入氮源和無機鹽，調節PH值至6. 8 7. 0。所述的含高濃度甲醇的石油、煤炭化工廢水主要為甲醇精餾時產生的廢水，其溫度為70 80°C。該廢水中含有主要成分為甲醇、乙醇、高級醇及醛類以及少量石蠟等長鏈化合物，其中，甲醇的含量為0. 59Γ5% (質量分數)。所述培養液的製備過程中無需經過滅菌處理。
所述發酵的條件為接菌量為5 IOvoWK發酵溫度為30 35°C、發酵時間為 70 120h、供氣量為60 80%、搖床轉速為300 !350r/min。本發明以含高濃度甲醇的石油、煤炭化工廢水作為熱源，通過熱交換維持發酵溫度。所述的培養液中還可加入其他碳源，如葡萄糖。所述的氮源優選為酵母粉、蛋白腖或其組合物。所述的無機鹽優選為碳酸鈣。本發明的利用含高濃度甲醇的石油、煤炭化工廢水發酵製取細菌纖維素的方法， 其發明核心部分在於利用石油、煤炭化工的高濃度甲醇廢水作為細菌纖維素髮酵生產的碳源、工藝用水和熱源加以利用，既處理了高濃度、高溫的高濃度工業有機廢水，同時又降低了細菌纖維素生產成本。本發明的技術創新性集中體現在「非滅菌發酵」和「2個資源化」。 「非滅菌發酵」指的是採用含甲醇的石油、煤炭化工廢水配製的培養液，能夠不需經過滅菌即可用於發酵，這是由於①細菌纖維素髮酵溫度為30°C左右，而含甲醇的石油、煤炭化工廢水水溫一般為70 80°C，在營養液配製過程中避免了大多數中溫菌的汙染；②含甲醇的石油、煤炭化工廢水中含有一定量的乙醇，不僅能夠刺激木葡糖酸醋桿菌的生長和纖維素的產出，同時能夠在發酵過程中抑制雜菌生長。「2個資源化」指的是含高濃度甲醇的石油、煤炭化工廢水中含有的甲醇、乙醇等有機物作為廉價碳源資源化和含高濃度甲醇的石油、煤炭化工廢水廢熱資源化。通過本發明所述方法，能夠有效降低細菌纖維素的發酵成本，且達到節能減排的目的，實現清潔生產。本發明具有以下優點
1、含高濃度甲醇的石油、煤炭化工廢水中的甲醇、乙醇和丙醇等有機物作為碳源加以利用，添加適量氮源和無機鹽，調節PH值至6. 8 7. 0，接種木葡糖酸醋桿菌生產細菌纖維素，變廢為寶，實現發酵成本降低與廢水有機汙染物減排。2、含高濃度甲醇的石油、煤炭化工廢水配製培養液，無需滅菌處理直接用於發酵生產，減少操作步驟，實現發酵成本降低。3、含高濃度甲醇的石油、煤炭化工廢水溫度為70 80°C，通過熱交換保持發酵單元溫度在30 35°C，提高熱能利用率，實現發酵成本降低，且避免造成環境熱汙染問題。
具體實施例方式下面結合非限定性具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。實施例1
a、採用甲醇含量為0.5% (質量分數)的石油化工廢水配製營養液，按質量體積比加入 1%的酵母粉、2%的碳酸鈣，以滿足微生物發酵的營養要求，用鹽酸調節pH至6. 8，不經滅菌處理備用；
b、在上述培養液中投加木葡糖酸醋桿菌動態發酵，控制接菌量為5vol%、發酵溫度為 30°C、發酵時間為70h、空氣供氣量為60%、搖床轉速為300r/min，完成發酵；
4C、含甲醇的石油化工廢水溫度為70 80°C，通過熱交換保持發酵單元溫度在30°C ； d、所得細菌纖維素按常規經整形、漂白、乾燥製得成品。實施例2
a、採用甲醇含量為0. 5% (質量分數)的煤炭化工廢水配製營養液，按質量體積比加入 0. 5%的酵母粉和0. 5%的蛋白腖、1%的碳酸鈣，以滿足微生物發酵的營養要求，調節pH至 6. 8，不經滅菌處理備用；
b在上述培養液中投加木葡糖酸醋桿菌動態發酵，控制接菌量為IOvoW、發酵溫度為 35°C、發酵時間為120h、空氣供氣量為80%、搖床轉速為350r/min，完成發酵；
c、含甲醇的煤炭化工廢水溫度為70 80°C，通過熱交換保持發酵單元溫度在35°C；
d、所得細菌纖維素按常規經整形、漂白、乾燥製得成品。實施例3
a、採用甲醇含量為4%(質量分數)的石油化工廢水配製營養液，按質量體積比加入0. 5% 的酵母粉和0. 5%的蛋白腖、2%的碳酸鈣，以滿足微生物發酵的營養要求，調節pH至7. 0，不經滅菌處理備用；
b在上述培養液中投加木葡糖酸醋桿菌動態發酵，控制接菌量為7vol%、發酵溫度為 32°C、發酵時間為100h、空氣供氣量為70%、搖床轉速為320r/min，完成發酵；
c、含甲醇的石油化工廢水溫度為70 80°C，通過熱交換保持發酵單元溫度在32°C；
d、所得細菌纖維素按常規經整形、漂白、乾燥製得成品。實施例4
a、採用甲醇含量為4.5% (質量分數)的煤炭化工廢水配製營養液，按質量體積比加入 0. 5%的葡萄糖、0. 5%的酵母粉、0. 5%的蛋白腖、2%的碳酸鈣，以滿足微生物發酵的營養要求，調節PH至7.0，不經滅菌處理備用；
b、在上述培養液中投加木葡糖酸醋桿菌動態發酵，控制接菌量為8vol%、發酵溫度為 33°C、發酵時間為85h、空氣供氣量為75%、搖床轉速為330r/min，完成發酵；
c、含甲醇的煤炭化工廢水溫度為70 80°C，通過熱交換保持發酵單元溫度在33°C；
d、所得細菌纖維素按常規經整形、漂白、乾燥製得成品。
權利要求
1.一種以含高濃度甲醇的廢水為原料生產細菌纖維素的方法，包括將木葡糖酸醋桿菌接種到培養液中發酵，所得細菌纖維素經整形、漂白、乾燥得到成品，其特徵在於，所述培養液以含高濃度甲醇的石油、煤炭化工廢水作為碳源和工藝用水，其製備方法為在含高濃度甲醇的石油或煤炭化工廢水中加入氮源和無機鹽，調節pH值至6. 8 7. 0。
2.如權利要求1所述的以含高濃度甲醇的廢水為原料生產細菌纖維素的方法，其特徵在於，所述含高濃度甲醇的石油、煤炭化工廢水中甲醇的質量濃度為0. 59Γ5%。
3.如權利要求1所述的以含高濃度甲醇的廢水為原料生產細菌纖維素的方法，其特徵在於，所述培養液的製備過程中無需經過滅菌處理。
4.如權利要求1所述的以含高濃度甲醇的廢水為原料生產細菌纖維素的方法，其特徵在於，所述發酵的條件為接菌量為5 10vd%、發酵溫度為30 35°C、發酵時間為70 120h、供氣量為60 80%、搖床轉速為300 350r/min。
5.如權利要求1所述的以含高濃度甲醇的廢水為原料生產細菌纖維素的方法，其特徵在於，以含高濃度甲醇的石油、煤炭化工廢水作為熱源，通過熱交換維持發酵溫度。
6.如權利要求1所述的以含高濃度甲醇的廢水為原料生產細菌纖維素的方法，其特徵在於，所述的培養液中還加入補充碳源。
7.如權利要求6所述的以含高濃度甲醇的廢水為原料生產細菌纖維素的方法，其特徵在於，所述補充碳源為葡萄糖。
8.如權利要求1所述的以含高濃度甲醇的廢水為原料生產細菌纖維素的方法，其特徵在於，所述的氮源為酵母粉、蛋白腖或其組合物。
9.如權利要求1所述的以含高濃度甲醇的廢水為原料生產細菌纖維素的方法，其特徵在於，所述的無機鹽為碳酸鈣。
全文摘要
本發明涉及一種以含高濃度甲醇的廢水為原料生產細菌纖維素的方法，包括將木葡糖酸醋桿菌接種到培養液中發酵，所得細菌纖維素經整形、漂白、乾燥得到成品，其特徵在於，所述培養液以含高濃度甲醇的石油、煤炭化工廢水作為碳源和工藝用水，其製備方法為在含高濃度甲醇的石油或煤炭化工廢水中加入氮源和無機鹽，調節pH值至6.8～7.0。本發明的優點是能夠降低細菌纖維素的生產成本，同時實現含高濃度甲醇的石油、煤炭化工廢水的資源化、解決環境汙染問題。
文檔編號C12R1/02GK102154406SQ20111000959
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月18日 優先權日2011年1月18日
發明者劉振鴻, 夏露, 朱豔彬, 李小維, 李珊 申請人:東華大學