降解油類和毒性化學品的微生物材料的製作方法
2023-05-05 23:26:26 1
專利名稱：降解油類和毒性化學品的微生物材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及降解油類和毒性化學品的微生物材料，更具體地，涉及能夠降解和處理油類諸如汽油、石腦油、煤油或船用C級油，以及作為主要的油類成分的毒性化學品，諸如BTEX(苯、甲苯、乙苯和二甲苯)的微生物材料。
背景技術：
包括例如，油諸如汽油、石腦油、煤油或船用C級油，毒性化學品諸如BTEX等的主要汙染物由於具有難降解性和嚴重的毒性，已經導致了周邊土壤和地下水的嚴重環境汙染。
處理土壤或地下水中這些汙染物的常規技術包括物理或化學處理方法，但是因為需要相當數量的運行費用和嚴重毀壞土壤生態系統，這些技術的適用性經常是有限的。近年提出的一個解決方法是基於通過在汙染的土壤和地下水中的土著微生物的生物降解進行的生物處理。然而，使用生物處理方法的一個缺點是由於油類和毒性化學品的親脂性或疏水特性導致的油-油的內聚或低溶解度使微生物的生物降解難以進行。與生物處理的應用有關的其它問題包括需要較長時間的過程以及高毒性汙染物可能會對土著微生物的活性產生不利影響，因此相當大地降低了總體處理效率。
發明內容
為了解決常規的生物處理的問題，本發明提供有效降解和處理環境汙染物的微生物材料，所述環境汙染物不易進行降解，其包括油類，諸如汽油、石腦油、煤油或船用C級油，以及作為主要油類成分的毒性化學品，諸如BTEX(苯、甲苯、乙苯和二甲苯)。
按照本發明的一個方面，提供一種微生物材料，其包括混合物、親脂性粉末和微生物營養物，所述混合物包含能夠降解油和毒性化學品的微生物和培養物濾出物。
所述微生物是選自由下列組成的組中的至少一種保藏號為KCTC18079P的Trichosporon loubieri Y1-A、Trichosporon cutaneum和以木材表面為生的白腐真菌。
親脂粉末是選自由天然蠟、合成蠟、蜂蠟和廢棄蠟燭組成的組中的至少一種。
微生物營養物包括可降解的糖類和豆粉(soybean flour)。
基於所用的微生物和培養物濾出物的重量，微生物材料包括1～10重量％的親脂性粉末，0.1～1重量％的糖和0.01～0.1重量％的豆粉。
通過向製備微生物材料的組合物中添加高親脂性的粉末，從而使親脂性或疏水性汙染物自然地吸附於粉末的表面，這增加了生物降解的有效表面面積，因此增加了與能夠降解難降解汙染物的微生物接觸的面積，按照本發明的微生物材料可以有效地、快速地降解不易降解的汙染物。
由於汙染物在吸附於粉末表面的狀態中為微生物所降解，這使被誘導到微生物或吸附於菌株的毒性汙染物的量減少從而使其對微生物的毒性減弱，由此保持了穩定的降解作用。
附圖簡述
圖1是使用共焦雷射顯微鏡拍攝的吖啶橙染色的有活性的絲孢酵母屬(Trichosporon)物種菌株的螢光照片，放大200倍；和圖2顯示在選擇性培養基中生長的汙染土壤中的絲孢酵母屬物種菌株。
實施本發明的最佳方式現在將詳細描述按照本發明的微生物材料。
按照本發明的微生物材料包括一種混合物、親脂性粉末和微生物營養物，所述混合物包含能夠降解油類和毒性化學品的微生物和培養物濾出物。
所述微生物是選自由下列組成的組中的至少一種Trichosporonloubieri Y1-A(保藏號KCTC 18079P)、Trichosporon cutaneum和以木材表面為生的白腐真菌。
油類的實例包括汽油、石腦油、煤油、船用C級油等，並且毒性化學品的實例包括主要的油類成分諸如BTEX(苯、甲苯、乙苯、二甲苯)或氯酚化合物，它們都是難以降解的和高度毒性的，因此導致了周邊土壤和地下水的嚴重環境問題。
有用的微生物的實例包括能夠降解油類和毒性化學品的已知微生物，優選選自由Trichosporon spp.、Trichosporon cutaneum和寄生在木材表面的白腐真菌組成的組中的至少一種，或它們的混合微生物。
更優選地，絲孢酵母屬物種菌株是由本發明者新近開發的保藏號為KCTC 18079P的Trichosporon loubieri Y1-A。寄生在木材表面的白腐真菌的更優選的實例包括Phanerochaete spp.、Phleurotus spp.等。
親脂性粉末是選自由天然蠟、合成蠟、蜂蠟和廢棄蠟燭組成的組中的至少一種。
當減少親脂性粉末諸如蠟、蜂蠟或用過的蠟燭的顆粒大小時，每單位體積的親脂性粉末的表面面積增加，使油類或毒性化學品容易吸附於粉末，從而使其與微生物的接觸面積大大增加，由此使微生物對油類和毒性化學品的降解效率最大化。
為了提高所述微生物的生存比率，微生物營養物包含糖類，並且優選地包括豆粉，所述豆粉是在厭氧條件中，取代氧作為電子受體的天然營養物質。
基於微生物和培養物濾出物的重量，所述微生物材料包括1～10重量％的親脂性粉末、0.1～1重量％的糖類和0.01～0.1重量％的豆粉。所述營養物的實例包含有利於微生物的各種成分，諸如碳、氮、維生素或無機離子。優選地將不經生物降解即容易被微生物利用的葡萄糖(glucose)或右旋糖(dextrose)用作碳源，並且優選將作為天然存在物質的豆粉用作氮、維生素、無機離子或電子受體的來源。
現在參考如下舉例說明的實施例，將更詳細地描述本發明，所述實施例通過舉例說明的方式給出並且不是意圖限制本發明的範圍。
實施例用1ml的在1L營養物中的孢子混懸液接種絲孢酵母屬物種菌株及白腐真菌。通過在1L蒸餾水中加入24g的馬鈴薯葡萄糖液體培養基和10g的親脂性粉末，然後將它們全部滅菌來製備營養物。如下製備孢子混懸液在4℃或更低的低溫下處理馬鈴薯瓊脂預培養培養基7天從而使孢子形成能力最大化到107孢子/ml或更大，然後在其中添加10ml的滅菌水。將接種的微生物在持續通風培養箱中培養，從反應器的下部部分提供給培養箱10psi或更高的高壓的滅菌空氣，以在大約30℃-大約35℃的溫度上，混合親脂性粉末和微生物3-5天，從而得到微生物和培養物濾出物。然後，將微生物和培養物濾出物，基於微生物和培養物濾出物重量的0.1～1重量％的葡萄糖和0.01～0.1重量％的豆粉混合，由此獲得了所需的產物，即按照本發明的微生物材料。
按照本發明的微生物材料可以有利地應用於被基於氯的有機化合物，農業化學品諸如殺蟲劑、除草劑或殺菌劑，汽油，煤油，石腦油，船用C級油，BTEX(苯、乙苯、甲苯、二甲苯)，PAHs(多環芳香烴)等汙染的土壤和地下水的修復。
油類和其它疏水性汙染物不與土壤和地下水中的水混溶，但是以基於油的汙染物層的形式存在的。另外，油類和其它疏水性汙染物吸附於土壤中的有機物質，諸如腐殖酸。然而，在本發明中，由於其高親脂性和疏水特性，油類和其它疏水性汙染物可以吸附於包含在微生物材料中的親脂性、微小尺寸的粉末微粒的表面。即，油類和其它疏水性汙染物對粉末的吸附使汙染物的表面積增加，由此促進了能夠有效降解汙染物的選定的菌株進行的降解。
豆粉是添加作為營養物的天然存在物質，其作為選定菌株，即絲孢酵母屬物種菌株及白腐真菌的氮和維生素來源。此外，豆粉還作為硝酸鹽的來源，其在微生物降解的機制發生過程中，當土壤中的氧耗盡時充當最終電子受體，由此使作為兼性需氧微生物的絲孢酵母屬物種菌株能夠進行厭氧降解。以這種方式，可以有效處理包含在相當難以進給氧的粘土層中的汙染物，或包含在溶解氧濃度非常低的地下水中的汙染物。
實驗實施例11.製備汙染的土壤在實驗室內混合柴油及石腦油以製備2,400ml的濃度為10,000ppm的總石油烴(TPH)溶液，然後將其加入6,000ml的土壤中，所述土壤於105℃間歇滅菌2次，每次2小時，並且均勻混合，隨後於室溫在密封容器中貯存24小時，由此最終製備汙染的土壤。從如此製備的汙染土壤中取出由400ml體積土壤組成的樣品置於500ml的燒瓶中，然後向每個燒瓶中加入50ml的蒸餾水並且密封以調整適當的水含量。
2.汙染土壤的處理將以上述方式製備的15個樣品分成5個處理組並且以如下方式對每個處理組進行3次試驗。密封包含15個樣品的容器並且在15℃保持2星期。其後，從每個處理組中收集土壤樣品，並且按照土壤汙染測試方法提取油。然後使用可從Hewlett-Packard Co.，U.S.A商購的GC-HP6890系統進行氣相色譜法以測定TPH的濃度。通過將容器開封以暴露於空氣每天1次約1分鐘，來使密封的樣品經受間歇空氣流通以構建與現場(field-site)處理相同的條件。
3、實驗結果將以如上方式實施的實驗的結果總結於表1中。
處理由下述組成①0.01g的蠟粉+0.001g的葡萄糖+0.5ml的100ppm H2O2+1ml的絲孢酵母屬物種微生物培養液；②0.01g的蠟粉+0.001g的葡萄糖+0.5ml的100ppm H2O2；③0.001g的葡萄糖+0.5ml的100ppm H2O2+1ml的絲孢酵母屬物種微生物培養液；④0.001g的葡萄糖+0.5ml的100ppm H2O2；⑤0.5ml的100ppm H2O2表1顯示通過處理的TPH去除效率表1
(平均值±標準偏差(3次試驗))按照表1顯示的結果，當將親脂性蠟粉和微生物用在處理中時，去除效率最高，比僅將微生物用於處理中的效率高約22％。這可能是因為汙染物降解表面面積的增加促進了微生物的生物降解，當蠟粉和微生物濾出物一起加入土壤，並且通過其固有的親脂性吸附汙染土壤時，所述表面面積增加。
為了證實上述效果和原理，從實驗實施例1的處理①的土壤上清液分離親脂性粉末，並且使用吖啶橙色料僅使存活細胞被選擇性的染為綠色。然後，使用共焦雷射顯微鏡當發射螢光時觀察粉末表面並且將觀察結果顯示於圖1中。
如在圖1中所示，與粉末一起使用的存活的絲孢酵母屬物種微生物細胞覆蓋了親脂性粉末的整個表面。這說明絲孢酵母屬物種菌株降解了吸附在親脂性粉末表面的汙染物，並將其利用為碳源，這使絲孢酵母屬物種菌株濃密地聚集在粉末的表面(深綠色)。
實驗實施例2在實際汙染現場中，從不同深度的6個地方採集原油汙染的6個土壤樣品，在低溫狀態下，將其密封、轉移到實驗室，並且充分混合。
處理由下述組成①汙染土壤220g+經滅菌處理的絲孢酵母屬物種微生物材料1.5ml；②汙染土壤220g+絲孢酵母屬物種微生物材料1.5ml；③汙染土壤220g+與0.015g的親脂性天然蠟粉末混合後培養的絲孢酵母屬物種微生物材料1.5ml。
將如此處理的汙染土壤密封並於室溫下貯存7天，使用絲孢酵母屬物種微生物菌株的選擇性培養基對存活絲孢酵母屬物種微生物的數目進行計數。結果顯示於表2。
所用的選擇性培養基製備自PDA培養基，在所述PDA培養基中添加了兩種抑制土著微生物生長的抗生素。如圖2所顯示，證實僅有絲孢酵母屬物種菌株生長。
表2顯示了表示為集落形成單位(cfu)/g的在1g汙染土壤中絲孢酵母屬物種微生物存活的數量。
表2
(表2中顯示的數值是3次試驗的平均值。)如從表2所顯而易見的，當將微生物材料和親脂性粉末用在處理方法(③)中時，存活的絲孢酵母屬物種微生物菌株的濃度約10倍高於當僅將絲孢酵母屬物種微生物菌株用於處理方法(②)中時的濃度。因而，可以得出結論許多絲孢酵母屬物種微生物細胞吸附於親脂性粉末的表面從而增加了對高毒性汙染物的抗性，由此增加了存活率。
如上所述，按照本發明降解油類的微生物材料具有如下優點。
首先，包含在微生物材料中的親脂性成分增加了降解效率並且可以縮短汙染的土壤和地下水的總恢復期，由此減少了修復汙染的土壤和地下水的費用。
第二，由於將天然存在的物質用作營養物，可以減少製備微生物材料的費用。
第三，由於使用了包含無機離子和各種微生素的天然存在物質，增加了選定的微生物的增殖和活性，由此增加其對生態系統的適應性和存活率。
第四，由於增加了包含於微生物材料中的選定微生物對毒性化學品的降解效率及土著微生物的活性和集落形成單位，因此提高了整體處理效率並且可以恢復油汙染的土壤和地下水而不會對土壤生態系統造成損傷。
第五，常規處理技術與本發明處理的結合可以協同增加土壤和地下水的降解效率，並且可以解決與常規處理有關的環境問題。
工業適用性因此，可以在環境工業的各種應用中，有利地使用按照本發明的降解油類和毒性化學品的微生物材料。
權利要求
1.一種微生物材料，其包括混合物、親脂性粉末以及微生物營養物，其中所述混合物包括能夠降解油類和毒性化學品的微生物和培養物濾出物，所述微生物是選自由保藏號為KCTC 18079P的Trichosporon loubieriY1-A、Trichosporon cutaneum和以木材表面為生的白腐真菌組成的組中的至少一種，所述親脂性粉末是選自由天然蠟、合成蠟、蜂蠟和廢棄蠟燭組成的組中的至少一種。
2.權利要求1的微生物材料，其中所述微生物營養物質包含糖類及豆粉。
3.權利要求1或2的微生物材料，其中基於所用的微生物和培養物濾出物的重量，混合物包括1～10重量％的親脂性粉末，0.1～1重量％的糖和0.01～0.1重量％的豆粉。
全文摘要
提供了一種降解油類及毒性化學品的微生物材料。所述微生物材料包括混合物、親脂性粉末以及微生物營養物，其中所述混合物包括能夠降解油類和毒性化學品的微生物和培養物濾液，所述微生物是選自保藏號為KCTC 18079P的Trichosporon loubieri Y1－A、Trichosporon cutaneum或生活在木材表面的白腐真菌中的至少一種，所述親脂性粉末是選自由天然蠟、合成蠟、蜂蠟和廢棄蠟燭組成的組中的至少一種。通過增加與能夠降解難降解汙染物的微生物的接觸面積，所述微生物材料可以有效，快速地降解難以降解的汙染物。
文檔編號C02F3/00GK1764716SQ200480007988
公開日2006年4月26日 申請日期2004年3月25日 優先權日2003年3月26日
發明者廉圭鎮, 樸榮俊 申請人:廉圭鎮