專利名稱：可降解碳氫化合物的富含噬油菌的纖維體的制作方法
技術領域：
本發(fā)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污染現(xiàn)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泄漏也經(jīng)常發(fā)生。石油類污染已成為影響環(huán)境的一大污染源，這些污染嚴重地侵害了土壤、水源和水產(chǎn)資源，導致生態(tài)環(huán)境惡化。因此，快速、有效的清理石油類碳氫化合物濺落、泄漏造成的污染，對于保護環(huán)境，減少經(jīng)濟損失有重大意義。開發(fā)和利用噬油菌，對石油類碳氫化合物的污染進行生物降解，是一種適合于大規(guī)模應用的方法，這種方法實際操作過程簡便、經(jīng)濟安全，能夠有效地實現(xiàn)自然生態(tài)環(huán)境的和諧與生態(tài)再循環(huán)。石油所含成分比較復雜，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(xié)同進行的。這些降解石油碳氫化合物的噬油菌在石油污染的土壤、水體等自然環(huán)境中普遍存在，但因含量低(一般為細菌總數(shù)的0.13-0.5％，低于104CFu/克土壤)，生長營養(yǎng)基礎不全面，限制了這些微生物的生長代謝，造成油類污染的自然降解過程緩慢。另外石油對土壤及水體的污染具有滲透性或擴散性的特點，因此對油類污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污染物吸附在其中，防止污染物的擴散；然后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污染的土壤的方法，其采用的方式是利用纖維體的吸附性能吸附石油污染物，然后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污染物的降解。該方法雖然能夠有效地吸附和固定石油污染物，防止其擴散和滲透，但對石油污染物的降解主要依賴于自然存在的噬油菌。由于自然存在的噬油菌數(shù)量比較少，不足以在短期內(nèi)有效地大量增加土壤中噬油菌的數(shù)量，因此對石油碳氫化合物的降解效果不理想。其主要特征是1.來源于農(nóng)作物的纖維體，如棉花籽、棉花絨、花生殼、稻谷殼、玉米殼、大豆類等，并通過硫酸進行處理，處理后纖維體含酸量為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，需要采用磷酸銨或硫酸銨來代替氨水中和；處理后的纖維體含有氮、硫、磷等基本養(yǎng)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于1.0，能夠吸附水和碳氫化合物；并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，可以釋放水并優(yōu)先吸附碳氫化合物。2.通過對土壤進行翻耕，使該產(chǎn)品摻入土壤。3.需加濕土壤。4.保持一段時間為60天，以吸附碳氫化合物。
通過檢索發(fā)現(xiàn)，一些相關技術采用的方式或者是偏重于對某一種碳氫化合物的降解，或者是偏重于改善被污染土壤的營養(yǎng)狀況或供氧狀況以利于土壤中天然存在的噬油菌生長，或者是偏重于吸附材料的使用，以提高對石油污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污染物的吸附和固定、土壤中噬油菌數(shù)量的提高、以及噬油菌在土壤中生長的營養(yǎng)平衡等問題，因此實際使用效果不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)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(shù)量，能夠為土壤中噬油菌的快速生長和大量繁殖提供營養(yǎng)元素，具有快速有效地消除石油碳氫化合物污染的作用。
本發(fā)明的內(nèi)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、稻谷殼、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(jīng)初加工成粒徑為1.0～5.0毫米的顆粒后，采用濃度在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，酸化處理后的纖維體，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采用pH值在8～11之間的氨水、磷酸銨或碳酸銨，中和后的pH值為5-8；在酸性中和處理的同時，向該纖維體內(nèi)以無機鹽的形式添加的營養(yǎng)元素為磷、硫元素。之后在纖維體內(nèi)添加如革蘭氏陰性好氧菌等噬油菌混合培養(yǎng)物(含量在108～1011CFu/毫升)，纖維體的發(fā)酵在接入噬油菌混合培養(yǎng)物后開始，接入量為0.5％～5％，在保持溫度為25℃～45℃、濕度為80％～90％的環(huán)境條件下，通風或通氧氣，發(fā)酵2～6天，發(fā)酵結(jié)束后，纖維體中噬油菌的含量在106～108CFu/克纖維體，發(fā)酵后的纖維體用酸、堿或無機鹽進行pH值和營養(yǎng)的平衡調(diào)節(jié)，應保持pH值為6～8。發(fā)酵后的纖維體通過減壓干燥降低濕度，干燥溫度在50℃～80℃之間；經(jīng)粉碎后制成最終成品；成品為粉末狀顆粒，顆?？偙砻娣e與表觀表面積比大于1.5，含水量低于20％，噬油菌的含量為106～109CFu/克纖維體。
本發(fā)明的優(yōu)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污染的土壤或水中，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污染的土壤中的數(shù)量，是加速碳氫化合物降解的必要條件之一。天然纖維素經(jīng)過酸化處理后，對碳氫化合物等油類物質(zhì)有強烈的吸附性能，吸附容量遠遠超過一般材料。由于這種特性，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污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，酸化后的纖維素經(jīng)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后形成的新的銨鹽正好用作噬油菌生長的氮源。因為在石油污染的土壤中，主要缺乏的營養(yǎng)要素就是氮源。這種經(jīng)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(yǎng)物，在20℃～45℃溫度下，保持80％～90％的環(huán)境濕度，通氣發(fā)酵2～6天，使噬油菌增殖，數(shù)量達到106～108CFU/克纖維體。噬油菌混合培養(yǎng)物來源于石油污染的土壤，經(jīng)以石油碳氫化合物作唯一碳源的富集培養(yǎng)基富集培養(yǎng)后，在平面培養(yǎng)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(yǎng)，然后合在一起進行混合培養(yǎng)，得到的混合培養(yǎng)物含有108～1011CFu/毫升，作為纖維體發(fā)酵的接種物。
經(jīng)過適當處理加工后的纖維素作為噬油菌的載體，經(jīng)發(fā)酵后含有豐富的噬油菌，同時又具有對石油類污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(yǎng)元素。這種纖維體的產(chǎn)品，完全具備了清除土壤或水中碳氫化合物污染的必要條件，因此非常有效和使用方便。
優(yōu)選實施方案的具體實施方式
本發(fā)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(yǎng)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(yǎng)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(chǎn)堿菌屬(Alcaligenes)的菌。
該噬油菌纖維體通過以下工藝制得(以100公斤含菌纖維體成品計)1.纖維體原料的制備將100公斤亞麻籽通過揀選、清洗、脫皮、烘干，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，其殘余硫酸的含量在2～6％之間。
3.中和向酸化處理后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，使得中和后纖維體的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；然后纖維體在維持環(huán)境濕度為80～90％、溫度25℃～45℃的環(huán)境條件下，保持5～24小時。
4.噬油菌混合培養(yǎng)物的制備取自于石油污染的土壤的樣品進行富集培養(yǎng)，在石油碳氫化合物作為一碳源的平面培養(yǎng)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(yǎng)，然后進行混合液體培養(yǎng)，使噬油菌快速繁殖，得到含有噬油菌的混合培養(yǎng)物，噬油菌的含量在108～1011CFu/毫升，作為纖維體發(fā)酵的接種物；5.纖維體的發(fā)酵向經(jīng)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(yǎng)物，充分攪拌均勻；維持環(huán)境濕度為80～90％，溫度為25℃～45℃，向纖維體通風發(fā)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(fā)酵結(jié)束后，纖維體中噬油菌的含量應達到106～108CFu/克纖維體。
6.纖維體發(fā)酵后處理向發(fā)酵后的纖維體中加入1％～3％的硫酸、鹽酸、磷酸，或氨水、氫氧化鉀，調(diào)節(jié)發(fā)酵后的纖維體的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(nèi)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(yǎng)元素平衡。
7.制備成品將纖維體在干燥塔內(nèi)減壓干燥除濕，干燥溫度在50℃～80℃之間，使纖維體的含水量減少到20％以下；干燥后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于1.5，噬油菌的含量應在106～109CFu/克纖維體；然后在真空狀態(tài)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(chǎn)堿菌屬(Alcaligenes)；以及革蘭氏陽性好氧菌包括微球菌屬(Micrococcus)、棒桿菌屬(Corynebacterium)、節(jié)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(yǎng)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制得(以100公斤含菌纖維體成品計)1.纖維體原料的制備將100公斤玉米秸通過揀選、清洗、烘干，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.酸化處理采用濃度在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，濕度為60～80％，并在室溫下保持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，使得中和后纖維體的pH值為5～8之間；在酸性中和處理的同時，向該纖維體內(nèi)添加硫元素，如硫酸鉀、硫酸鈉，為噬油菌提供營養(yǎng)元素；然后，維持環(huán)境濕度為80～90％、在室溫下，保持8～24小時。
4.噬油菌混合培養(yǎng)物的制備取自于石油污染的土壤的樣品進行富集培養(yǎng)，在石油碳氫化合物作為一碳源的平面培養(yǎng)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(yǎng)，然后進行混合液體培養(yǎng)，使噬油菌快速繁殖，得到含有噬油菌的混合培養(yǎng)物，噬油菌的含量應在108～1011CFu/毫升，作為纖維體發(fā)酵的接種物；5.纖維體的發(fā)酵向酸化及中和處理后的纖維體中接入500毫升～2000毫升噬油菌混合培養(yǎng)物，充分攪拌均勻；在環(huán)境溫度為25～39℃，濕度為80～90％的條件下，向纖維體通以空氣或氧氣，發(fā)酵2～6天，以使噬油菌增值，增殖后噬油菌的含量應達到106～109CFu/克纖維體。
6.發(fā)酵后處理向發(fā)酵后的纖維體中加入硫酸、鹽酸、磷酸，或氨水、氫氧化鉀調(diào)節(jié)發(fā)酵后的纖維體的pH值在5～8之間，最好在5～7之間；另外還可加入營養(yǎng)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(yǎng)元素，滿足噬油菌生長的需要。
7.制備成品將纖維體在干燥塔內(nèi)減壓干燥除濕，干燥溫度在50℃～80℃之間，使含水量減少到20％以下；干燥后進行粉碎，形成粉末狀顆粒，其顆?？偙砻娣e與表觀表面積比大于1.5，噬油菌的含量應在106～109CFu/克纖維體；然后在真空狀態(tài)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，其特征在于纖維體經(jīng)初加工后進行酸化處理和堿中和處理，然后在其內(nèi)添加噬油菌混合培養(yǎng)物，并對添加噬油菌的纖維體進行發(fā)酵處理，然后進行再中和處理并同時添加營養(yǎng)元素，最后制成成品。
2.根據(jù)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，其特征在于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、稻谷殼、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并制成顆粒狀，其顆粒的粒徑為1.0～5.0毫米。
3.根據(jù)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，其特征在于所述酸化處理是采用濃度在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(jù)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，其特征在于酸化處理后的纖維體，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(jù)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，其特征在于酸性中和處理采用pH值在8～11之間的氨水、磷酸銨或碳酸銨，中和后的pH值為5-8。
6.根據(jù)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，其特征在于在酸性中和處理的同時，向該纖維體內(nèi)以無機鹽的形式添加的營養(yǎng)元素為磷、硫元素。
7.根據(jù)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，其特征在于所述的噬油菌混合培養(yǎng)物來源于石油污染的土壤，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(chǎn)堿菌屬(Alcaligenes)的多種微生物；也包括微球菌屬(Micrococcus)、棒桿菌屬(Corynebacterium)、節(jié)桿菌屬(Arthrobacter)、諾卡氏菌屬(Nocardia)等一些革蘭氏陽性好氧菌。
8.根據(jù)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，其特征在于添加的噬油菌混合培養(yǎng)物，是經(jīng)過對每種微生物的單獨培養(yǎng)和混合培養(yǎng)獲得，培養(yǎng)物的噬油菌含量在108～1011CFu/毫升。
9.根據(jù)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，其特征在于纖維體的發(fā)酵在接入噬油菌混合培養(yǎng)物后開始，接入量為0.5％～5％，在保持溫度為25℃～45℃、濕度為80％～90％的環(huán)境條件下，通風或通氧氣，發(fā)酵2～6天，發(fā)酵結(jié)束后，纖維體中噬油菌的含量在106～108CFu/克纖維體，發(fā)酵后的纖維體用酸、堿或無機鹽進行pH值和營養(yǎng)的平衡調(diào)節(jié)，應保持pH值為6～8。
10.根據(jù)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，其特征在于發(fā)酵后的纖維體通過減壓干燥降低濕度，干燥溫度在50℃～80℃之間；經(jīng)粉碎后制成最終成品；成品為粉末狀顆粒，顆?？偙砻娣e與表觀表面積比大于1.5，含水量低于20％，噬油菌的含量為106～109CFu/克纖維體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可降解碳氫化合物的富含噬油菌的纖維體。主要特征是纖維體經(jīng)初加工后進行酸化處理和堿中和處理，然后在其內(nèi)添加噬油菌混合培養(yǎng)物，并對添加噬油菌的纖維體進行發(fā)酵處理，然后進行再中和處理并同時添加營養(yǎng)元素，最后制成成品。本發(fā)明具有對石油類污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(yǎng)元素，完全具備了清除土壤或水中碳氫化合物污染的必要條件，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(yōu)先權日2001年12月27日
發(fā)明者班睿, 張旭輝 申請人:張旭輝