汙水中除甲醇的生物淨化方法

2023-05-27 06:08:56

專利名稱：汙水中除甲醇的生物淨化方法
本申請所提出的發明屬於汙水的生物淨化方法，具體說，是利用生物淨化原理除掉汙水中甲醇的一種方法。
本發明可用於某些從事開採和加工處理含硫化氫的天然氣的生產部門。
目前，已知可以在含有甲醇的培養基礎上進行的培養，這裡，甲醇的作用是提供碳元素，即碳源。
例如，有一種方法是在含甲醇的培養基上使各種不同的酵母生長〔В·С·Подгорскцй著的「ΦиэиологияиМетаболиэммтанолусваивагощихдрожжеи」(消化甲醇的酵母的生理作用與代謝作用)，蘇聯基輔出版社「науковадумка」，1982〕。另外，還有一種培養能夠消化甲醇的酵母的方法也是在培養基上進行的，培養基的成分中含有經過水解-發酵產生的沾汙培養液(稱「小釀」)。(「Actamicrobiol.bulg.」，1970，V·7，P49-54)。
上述種種培養能夠消化甲醇的微生物的方法，都可以用於淨化含有甲醇的工業汙水。例如，有一種HansenulaPelymorpha的酵母就是在含甲醇的汙水上進行培養的，而汙水則是在開採和處理含硫化氫的天然氣的過程中產生的。於是，這種方法就為淨化這類汙水，除掉其中的甲醇提供了可能性(蘇聯專利SU，A，963960)。
根據這個方法，含甲醇的汙水的淨化過程是利用酵母在36-38℃的溫度下，並在一定的培養基中完成的。對於培養基的要求用磷酸將培養基中和到pH3.9-4.0，同時其中應含有豐富的微量元素、供氮源(又稱氮源)以及多種維生素。利用這種人所共知的方法去淨化汙水，可以得到僅含痕量甲醇的水。
此法的缺點是需要消耗大量的濃磷酸，以及相當數量的微量元素和多種維生素。因為這些都是構成有利於Hansenula Polymorpha這種能夠消化甲醇的培養物生長繁育的培養基所必需的。例如，若處理2000立方米的汙水，中和作用這一步將需要3立方米的濃磷酸，同時還要耗用微量元素250千克以上，以及3.6千克的硫胺素(維生素B1)和40克的脫硫生物素。這個方法的缺點還有稀釋速度低，即0.5升/小時;5升＝0.1小時-1，這樣就要求淨化設備必須具有相當大的容量，因為被淨化的水在設備中停留的時間達10小時之久。
本發明的基本任務是建立一種能夠除掉汙水中甲醇的生物淨化方法。在此方法中，最好能夠利用一種微生物，通過它的作用，使汙水的淨化過程一方面在經濟上比較有利，另方面又能夠使過程強化。
解決這項任務的做法如下除掉汙水中甲醇的生物淨化，是在清除汙水中的甲醇之前，先在汙水上培養微生物，而且必須預先用磷酸將汙水中和，並使水中含有豐富的碳源。根據所申請的發明，採用的微生物是菌株MethylomonasmetanicaB-2576。保藏菌株的單位為全蘇遺傳學和工業微生物育種科學研究所的工業微生物菌株保藏中心(1982年7月4日保藏)。
由於採用本發明，每淨化1立方米汙水所耗費的化學試劑僅相當於目前已知的淨化方法所需試劑量的1/12，而且淨化過程的強度提高1倍。
根據所申請的發明，最好預先用磷酸將汙水中和到pH5.5-7.0，而上述微生物的培養是在溫度為20-37℃的條件下進行的。
下面我們通過對汙水淨化法本身做詳細的說明，以及介紹實施本發明的幾個具體實例，就會對本發明的目的和優點有進一步的了解。
為實現本發明所提出的方法，必須把能夠消化甲醇的微生物分離出來。為此，把沾汙了少量甲醇的土壤放入垂直的玻璃圓柱內，令來自天然氣採集場的含有甲醇的汙水通過玻璃圓柱，汙水中甲醇的濃度應當事先用培養基稀釋到1克/升。使用的無機培養基的成分如下(單位為克/分米3)K2HPO4-1.0;MgSO4·7H2O-0.5;NaCl-0.2;FeSO4·7H2O-0.03;NH4NO3-0.5;pH-7.0。利用培養基調節，使實際汙水的稀釋程度逐步下降，從而逐漸提高培養基中甲醇的濃度，最後達到10.0克/分米3。汙水中甲醇濃度的增加，是在先前稀釋的汙水中的甲醇已被充分利用的情況下發生的。在通入汙水(其中含甲醇為10.0克/分米3)進圓柱及隨後從玻璃圓柱裡流出的汙水已不含任何甲醇這個階段中，由於玻璃圓柱的內含物已經接種到瓊質化的無機培養基之上(培養基的成分如上所述，其中甲醇的含量為2.0克/分米3，於是細菌的純淨培養物＊便分離出來了。在靜止條件下培養物消化甲醇所要求的甲醇濃度是比較低的，而當培養物處於不斷流動的條件下生長時，它消化甲醇則須在甲醇濃度較高的情況下進行。微生物能夠在含甲醇2.0克/分米3的培養基中生長，這＊通稱「純培養」-譯註\
充分證明在這樣的條件下甲醇是可以被微生物利用的，因為這時甲醇是唯一的碳源。
菌株MethylomonasmetanicaB-2576在生物形態方面和生理生化方面的特徵如下細胞呈細的直杆狀，易動，具有極性纖毛，細胞為格蘭氏陰性，並且是需氧的，細胞是通過分裂進行繁殖的，細胞的大小為0.6×1毫米;菌落呈粉色或奶油色，表面有黏膜，菌落的大小為3-4毫米。
上述這種菌株不能夠在一般的肉腖瓊脂型的培養上生長，而只能在含甲醇的培養基上生長。
分離出來的工業培養物MethylomonasmetanicaB-2576保藏在全蘇遺傳學和工業微生物育種科學研究所的工業微生物菌種保藏中心(1982年＊7月4日保藏)。
本申請提出的汙水中除甲醇的生物淨化法的內容如下將含甲醇的汙水用磷酸中和到pH為5.5-7.0，再使其含豐富的氮源，例如往汙水中加入硝酸胺。
然以再往汙水中放入菌株MethylomonasmetanicaB-2576，並對此微生物進行培養，溫度應保持20-37℃。研究表明，在20-37℃的條件下培養該微生物，可以保證甲醇充分被細菌利用，最後達到在汙水中僅殘留痕量的甲醇，甚至可以達到完全不含甲醇的地步。當溫度低於20℃時，甲醇被微生物利用的過程會大大減慢，以致於在細菌生長的48小時內，每升汙水中被細菌消耗掉的甲醇只有450毫克。當溫度高於37℃時，菌株MethylomonasmetanicaB-2576根本不生長，因而也就不能夠利用甲醇。
預先用磷酸中和汙水時，pH值不得低於5.5，因為當pH值較低時，我們所使用的這個菌株MethylomonasmetanicaB-2576的生長速度會變慢，於是甲醇被菌株利用的效率也隨之下降。可是，如果汙水為弱鹼性(即pH值大於7.0)，那麼對於這種微生物充分地利用甲醇也是不利的。
本申請所提出的汙水的生物淨化方法，可以用於淨化含高濃度甲醇，即含甲醇為5%(質量)的汙水。在這種情況下，汙水中的甲醇可以全部都被微生物利用，而在淨化後的水中可以做到完全不含甲醇，或者僅含痕量的甲醇。
由於使用菌株Methylomonas metanica B-2576代替了先前用於淨化汙水中甲醇的另一種酵母培養物Hansenula Polymorpha，從而使汙水的淨化過程在經濟上也比以往更為有利，這是因為，第一，中和汙水所耗費的磷酸用量大大減少了，過去的方法要求將汙水中和到pH3.9-4.0，而本方法只要求中和到pH5.5-7.0;第二，菌株Methylomonas metanica B-2576的生長以及甲醇的利用都絕對不需要有硫胺素(維生素B1)和脫硫生物素等維生素的參予。
與以往的淨化方法相比，由於減少了汙水在淨化設備中存留的時間，因而使淨化過程的強度提高1倍。
使用本申請案提出的方法去進行汙水的淨化時，可以積累含70%以上粗蛋白質的細菌生物量，而這部分蛋白質則可進一步用於製備多種蛋白質製品。
實例1將在開採和加工含硫化氫的天然氣的過程中得到的甲醇含量為50.0克/分米3的汙水注入容積為5升的發酵罐中(一種用於連續培養微生物的發酵罐)。然後往發酵罐中加入磷酸，數量按0.4毫升/分米3，同時還須加入硝酸胺，數量按150毫克/分米3計算。
首先用人工合成的培養基將汙水中甲醇的濃度稀釋到10克/分米3同時將菌株Methylomonas metanica接種到發酵罐中。菌株是在錐形燒瓶裡的人工合成培養基上在微微晃動的條件下培養起來的，培養基內甲醇的濃度為5.0克/分米3。
通過降低人工培養基對汙水的稀釋程度，以逐步提高汙水中甲醇的濃度，並達到50.0克/分米3。汙水中磷酸的濃度應保持在0.4毫升/分米3(相當於pH6.5)。汙水的溫度維持正30℃當Methylomonas metanica B-2576菌株的濃度達到35±5克/分米3之後，細菌體便在稀釋係數為0.2小時-1的汙水流通入的條件下生長繁衍，此過程的時間相當於被淨化的汙水在發酵罐中停留的時間，先後達5小時之久。
菌株Methylomonas metanica B-2576在含甲醇的汙水上經過10晝夜的連續生長，微生物的生物量始終穩定在37±2克/分米3的水平。這證明甲醇被微生物利用的程度是很高的。因此，淨化後的汙水僅含痕量甲醇。
實例2含甲醇的汙水的淨化過程與上述實例1中所介紹的做法類似。但是，預先用磷酸去中和汙水這一步，應使pH值達到5.5。同時，汙水的溫度須保持在20℃。
菌株Methylomonas metanica B-2576的培養按周期節律進行，培養期甲醇的最佳起始濃度為1克/分米3。
淨化過程須在猛烈的攪拌下進行48小時。
上述微生物經過48小時的培養之後，被淨化的汙水中甲醇的含量僅有0.002克/分米3。
實例3汙水的淨化過程與上述實例1的做法類似。但是，預先用磷酸去中和汙水這一步，pH值應達到7.0，同時汙水的溫度應保持在37℃。
菌株Methylomonas metanica B-2576的培養是按周期節律進行的，甲醇的起始濃度為1克/分米3。
淨化過程須在猛烈的攪拌下進行48小時。上述微生物經過48小時的培養之後，被淨化的汙水中已不含任何甲醇。
權利要求
1.汙水中除去甲醇的生物淨化法是利用在汙水上培養微生物來進行的。在淨化汙水除掉甲醇之前，必須預先用磷酸將汙水中和，同時還須使其中含有豐富的氮源，此法的特點是利用菌株Methylo-monas metanicaB-2576作為汙水淨化過程的微生物，此菌株的保藏單位是全蘇遺傳學和工業微生物育種科學研究所的工業微生物菌種保藏中心。
2.根據實例1所述方法的特點是汙水必須予先用磷酸進行中和，使其pH值達到5.5-7.0。
3.實例1、2所提供的方法的特點是菌株Methylomonas metanicaB-2576的培養溫度為20-37℃。
全文摘要
發明屬於利用生物淨化原理除去汙水中甲醇的方法。
文檔編號C02F3/34GK1030902SQ87105219
公開日1989年2月8日 申請日期1987年7月30日 優先權日1983年5月6日
發明者彼得爾·I·格沃茲迪阿克, 阿萊克賽D·丹尼斯, 納塔爾亞F·莫基列維奇, 馬克·B·琴博格, 納德茲達I·格利琴科, 奧爾加·N·厄爾基科娃 申請人:伏爾加-烏拉爾硫化氫氣體開挖加工科學研究設計院