一種固定化微生物溢油修復(fù)劑的制備方法
【專利摘要】一種固定化微生物溢油修復(fù)劑的制備方法，其特征在于步驟為：制備花生殼基活性碳；將花生殼基活性碳與種子菌液混合進(jìn)行吸附直至吸附飽和，形成菌懸液；往上述菌懸液中加入30～40℃的已滅菌的海藻酸鈉溶液，混勻后用注射器注入到一定濃度的CaCl2溶液分散成球，并交聯(lián)12h～24h，得到固定化微生物微球；最后將得到的固定化微生物微球用生理鹽水沖洗2～4遍，即為成品。本發(fā)明首次將生物基活性碳-改性花生殼添加至海藻酸鈉-氯化鈣包埋固定化載體中，提高制劑的機(jī)械強(qiáng)度和傳質(zhì)性，提高了微生物的活性及降解效率；同時(shí)成本低、工藝簡單易操作，反應(yīng)條件溫和，制得的修復(fù)劑微生物不易泄漏，穩(wěn)定性和重復(fù)利用性好，并且有較高的微生物活性和細(xì)胞容量，對石油烴的降解率可達(dá)75-92%。
【專利說明】—種固定化微生物溢油修復(fù)劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石油及石油產(chǎn)品污染的生物修復(fù)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種固定化微生物溢油修復(fù)劑的制備方法，具體是一種以海藻酸鈉-氯化鈣-花生殼基活性炭為包埋固定化材料的固定化微生物溢油修復(fù)劑的制備方法，用于石油及石油產(chǎn)品污染海洋的微生物修復(fù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著海上石油開發(fā)和海上運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，由于井噴、運(yùn)輸船舶的石油泄漏、撞沉船以及輸油管道的泄漏等造成的溢油事故頻發(fā)。溢油事故發(fā)生后，雖經(jīng)物理方法(如圍欄回收等)、化學(xué)方法(噴灑消油劑等)可清除部分表面溢油，但殘存的石油烴長期滯留在海洋環(huán)境中，對海洋生態(tài)系統(tǒng)及人體健康會(huì)造成巨大的持久性損害(PelletierE，DelilleD，Delille
B.Crude oil bioremediation in sub-Antarctic intertidal sediments:chemistry andtoxicity of oiled residues[J].Mar.Environ.Res.，2004，57(4):311-327.)。[0003]目前石油污染的生物修復(fù)技術(shù)主要以微生物修復(fù)為主(夏文香，林海濤，張英，等.海上溢油的污染控制技術(shù)[J].青島建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2004,25(1):54-57.)。國內(nèi)外研究者發(fā)現(xiàn)在海水和淡水中生長有200多種烴類降解微生物，包括細(xì)菌、真菌及藻類，其密度及繁殖速度與水域的油污染程度密切相關(guān)(Fingas M.The Basic of Oil SpillClean up (2nd edition) [M].USA: Lewis Publishers, 2001, 39-50.)。微生物治理技術(shù)是國際上公認(rèn)的高效修復(fù)石油污染的新技術(shù)，基于微生物能適應(yīng)各種復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境，其繁殖代謝能力極強(qiáng)，能快速降解石油中各種有毒物質(zhì)，而且具有價(jià)格低廉、環(huán)境友好等諸多優(yōu)勢(Harayama S, Kasai Y, Hara A.Microbial communities in oil-contaminatedseawater [J].Curr.0pin.Biotechnol., 2004,15(3):205-214.)。米用該技術(shù)處理物理和化學(xué)方法無法清除的溢油是恢復(fù)生態(tài)環(huán)境的最佳途徑，對保護(hù)我國海洋生態(tài)環(huán)境，維持海洋資源的可持續(xù)性發(fā)展具有重大的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。
[0004]自上世紀(jì)七十年代，加入適當(dāng)?shù)奈⑸镏卫硎臀廴揪捅徽J(rèn)為是一個(gè)有力的策略(Atlas RM.Petroleum biodegradation and oil spill bioremediation[J].Mar.Pollut.Bull.，1995，31 (4-12):178-182.)，在野外試驗(yàn)中成功的例子如:1990 年利用 AlphaBioSea處理德克薩斯州海岸的原油泄漏，2000年利用Terra-zyme (TM)處理日本Nakhodka港口原油泄漏(Maki H, Hirayama N, Hiwatari T, etal.Crude oil bioremediation fieldexperiment in the sea of Japan[J].Mar.Pollut.Bull., 2003, 47(1-6):74-77.),1989年夏到1991年應(yīng)用投加營養(yǎng)劑和高效烴降解菌對阿拉斯加ExxonValdez王子海灣由于油輪泄露造成的污染進(jìn)行的處理等，取得了非常明顯的效果(Atlad RM.Bioremediation ofPetroleum Pollutants[J].1nt.Biodeter.Biodegrad.，1995,35 (3):317-327.)。
[0005]但是在海洋溢油微生物修復(fù)過程中，卻存在著有效菌株流失嚴(yán)重，修復(fù)效率大巾畐度下降等問題(De-Bashan L E, Bashan Y.1mmobilized microalgae for removingpollutants:Review of practical aspects[J].Bioresour.Technol., 2010, 101(6):1611-1627.)。所以，針對海洋溢油修復(fù)所特有的處理環(huán)境，本專利采用微生物固定化技術(shù)。固定化微生物技術(shù)與其它生物修復(fù)技術(shù)相比，能夠保持微生物高密度、高活性，減輕或消除微生物的流失，處理效率高，對環(huán)境的耐受力強(qiáng)，反應(yīng)易控制，能夠有效提高目標(biāo)區(qū)域內(nèi)海洋溢油污染微生物菌劑的修復(fù)效率(Takeno K, Yamaoka Y, SasakiK.Treatment of
oil-containing sewage wastewater using immobilized photosynthetic bacteria[J].WorIdj.Microbiol.Biotechnol.，2005，21(8-9):1385-1391.)。
[0006]包埋固定化技術(shù)作為固定化方法的一種，與吸附法、交聯(lián)法、共價(jià)結(jié)合法等其他固定化技術(shù)相比，由于制備方法簡單易操作，反應(yīng)條件溫和易實(shí)現(xiàn)，微生物不易泄漏，穩(wěn)定性和重復(fù)利用性好，并且有較高的微生物活性和細(xì)胞容量(包木太，鞏元嬌，李一鳴.固定化微生物在降解含油污水中的作用[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版)，2010，56 (I):109-144.)，固定化效率能達(dá)到70%以上，目前應(yīng)用較廣泛(張秀霞，秦麗姣，吳偉林，等.固定化原油降解菌的制備及其性能研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2010，4(3):659-664.)。海藻酸鈉-CaCl2包埋與聚乙烯醇-H3BO3包埋是最常用的包埋固定化方法(Massalha N, BasheerS，Sabbah 1.Effect of adsorption and bead size of immobilized biomass on therate of biodegradation of phenol at high concentration levels[J].1nd.Eng.Chem.Res.，2007, 46(21):6820-6824.)。相對于海藻酸鈉-CaCl2包埋法，聚乙烯醇-H3BO3制備的固定化制劑雖機(jī)械強(qiáng)度較高、使用壽命較長，但聚乙烯醇因附聚作用強(qiáng)而成球較為困難，且用于交聯(lián)聚乙烯醇的飽和硼酸溶液對微生物的毒害大，會(huì)顯著降低在固定化后微生物的活性。海藻酸鈉-CaCl2包埋法雖反應(yīng)條件溫和，包埋材料對生物無毒害，包埋的細(xì)胞具有較高的活性，但制劑機(jī)械強(qiáng)度較低、傳質(zhì)性較差。
[0007]花生殼約占花生質(zhì)量的30%，主要成分是半纖維素和粗纖維素，兩者約占花生殼質(zhì)量的75%~80%，是優(yōu)良的活性炭制備前驅(qū)體。將花生殼基活性碳具有多孔結(jié)構(gòu)，可提高傳質(zhì)性，將花生殼基活性碳加入到海藻酸鈉-CaCl2包埋法中，以提高制劑的機(jī)械強(qiáng)度，在國內(nèi)外還未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種以海藻酸鈉-氯化鈣-花生殼基活性炭為包埋固定化材料的固定化微生物溢油修復(fù)劑的制備方法，通過添加花生殼基活性碳提高制劑的機(jī)械強(qiáng)度和傳質(zhì)性，具有工藝簡單、原材料成本低的特點(diǎn)。
[0009]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種固定化微生物溢油修復(fù)劑的制備方法，其特征在于以海藻酸鈉-CaCl2-花生殼基活性碳作為載體進(jìn)行包埋，具體步驟為:
[0010]I)制備花生殼基活性碳；
[0011]2)將適量的花生殼基活性碳與種子菌液按質(zhì)量比1:3~1:8混合進(jìn)行吸附，直至吸附飽和，形成菌懸液；
[0012]3)往上述IOmL菌懸液中加入30~40°C的已滅菌的IOOmL海藻酸鈉溶液(濃度為3wt%~4wt%)，混勻后，用注射器吸取并注入到500mL —定濃度的CaCl2溶液(濃度為3wt%~4wt%)中分散成球，交聯(lián)12h~24h，得到固定化微生物微球；
[0013]4)最后將得到的固定化微生物微球用生理鹽水沖洗2~4遍，即為成品。
[0014]作為改進(jìn)，所述花生殼基活性碳的制備過程為:[0015]A、將原料花生殼清理、篩揀、干燥、粉碎，過25~35目篩，備用；
[0016]B、稱取上述粉碎好的花生殼，加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30-50%的氯化鋅活化劑溶液(花生殼基活性碳與氯化鋅溶液的質(zhì)量比為1:2~1:5)，攪拌混勻，將混勻的料液在室溫下浸潰約0.5~1.5h ;
[0017]C、將浸潰好的料液放入馬福爐中進(jìn)行活化；
[0018]D、將活化好的樣品從馬福爐中取出，冷卻后，將樣品倒入鹽酸溶液(11~13mol/L的濃鹽酸與水體積比為1:8~10)中浸泡15-30min，再將樣品用70~80°C熱水洗滌至pH中性；
[0019]E、將洗滌好的樣品放入電熱鼓風(fēng)烘箱中，在100~120°C烘3~5h，取出后放在干燥器中冷卻；
[0020]F、將制得的活化后的樣品粉碎過150~250目篩，制得花生殼基活性碳。
[0021]作為優(yōu)選，所述步驟C中活化溫度為500~700°C，從室溫升至所需活化溫度的升溫速率為40~60°C /min，保溫30~90min。
[0022]再優(yōu)選，所述種子菌液是以短短芽孢桿菌D-1作為石油烴降解菌，種子菌液的濃度為 5 ~8.5X 109cell/g。
[0023]最后，所述使用海藻酸鈉的濃度為3wt%~4wt%，CaCl2溶液濃度為3wt%~4wt%，花生殼基活性碳所占固定化微球的質(zhì)量百分比濃度為0.6-1.8wt%，所述固定化微生物溢油修復(fù)劑中包埋的微生物濃度為6X 107-8X 108cell/g。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0025]1、首次將生物基活性碳一改性花生殼添加至海藻酸鈉一氯化鈣包埋固定化載體中，提聞了提聞制劑的機(jī)械強(qiáng)度，且由于花生殼基活性碳的多孔結(jié)構(gòu)，可大大提聞其傳質(zhì)性，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)更容易被微生物攝取，極大的提高了微生物的活性及降解效率。
[0026]2、改性花生殼基活性碳與一般的活性碳相比，原料來源更為廣泛，價(jià)格更為低廉，且使固定化微生物的性能更優(yōu)。
[0027]3、制備方法簡單易操作，反應(yīng)條件溫和，制得的修復(fù)劑微生物不易泄漏，穩(wěn)定性和重復(fù)利用性好，并且有較高的微生物活性和細(xì)胞容量，對石油烴的降解率可達(dá)75-92%。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明的固定化微生物溢油修復(fù)劑的的制作工藝流程圖；
[0029]圖2是本發(fā)明的掃描電鏡照片，其中a為花生殼基活性碳掃描電鏡照片，b為包埋固定化空白微球掃描電鏡照片，c為包埋固定化微生物微球掃描電鏡照片，d為包埋固定化微生物微球的外觀照片(直徑4-5_)。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0031]實(shí)施例子I
[0032]一種以海藻酸鈉-氯化鈣-花生殼基活性炭為包埋固定化材料的固定化微生物溢油修復(fù)劑的制備方法，具體步驟為:
[0033]1、花生殼基活性炭的制備[0034]I)將原料花生殼清理、篩揀、干燥、粉碎，過30目篩，備用。
[0035]2)稱取上述粉碎好的花生殼，加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的氯化鋅活化劑溶液(花生殼與氯化鋅溶液的質(zhì)量比為1:3)，攪拌混勻，將混勻的料液在室溫下浸潰約Ih ；
[0036]3)將浸潰好的料液放入高溫馬福爐中，從室溫升至所需活化溫度600°C，升溫速率為 50°C /min,保溫 45min。
[0037]4)將活化好的樣品從高溫馬福爐中取出，冷卻后，將樣品倒入鹽酸溶液(12mol/L的濃鹽酸與水體積比為1:9)中浸泡20min，再將樣品用75°C熱水洗滌至pH近中性。
[0038]5)將洗滌好的樣品放入電熱鼓風(fēng)烘箱中，110°C烘4h，在干燥器中冷卻。
[0039]6)將制得的活化后的樣品粉碎過200目篩，制得花生殼基活性碳，花生殼基活性碳的掃描電鏡照片見圖2 (a)。
[0040]2.采用的石油烴降解菌
[0041]包埋用的石油烴降解菌為從某海洋樣品中篩選出的菌種短短芽孢桿菌D-1，在鹽度為25-35%。，溫度為15-25°C，pH為7.5-8.5的環(huán)境中對原油(濃度l_5g/L)的降解率可達(dá) 35-55%。[0042]3、包埋(工藝流程見圖1)
[0043]I)將制得的適量的花生殼基活性碳與種子菌液按照質(zhì)量比1:4混合進(jìn)行吸附直至吸附飽和，形成菌懸液；
[0044]2)往上述IOmL菌懸液中加入30~40°C的已滅菌的IOOmL海藻酸鈉溶液(濃度為3wt%~4wt%)，混勻后，用注射器吸取并注入到500mL —定濃度的CaCl2溶液(濃度為3wt%~4wt%)中分散成球，交聯(lián)12h~24h，得到固定化微生物微球。
[0045]3)最后將得到的固定化微生物微球用生理鹽水沖洗3遍，即為成品。
[0046]實(shí)施例子2
[0047]一種以海藻酸鈉-氯化鈣-花生殼基活性炭為包埋固定化材料的固定化微生物溢油修復(fù)劑的制備方法，具體步驟為:
[0048]1、花生殼基活性炭的制備
[0049]I)將原料花生殼清理、篩揀、干燥、粉碎，過30目篩，備用。
[0050]2)稱取上述粉碎好的花生殼，加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的氯化鋅活化劑溶液(花生殼與氯化鋅溶液的質(zhì)量比為1:2)，攪拌混勻，將混勻的料液在室溫下浸潰約0.5h ；
[0051]3)將浸潰好的料液放入高溫馬福爐中，從室溫升至所需活化溫度700°C，升溫速率為 50°C /min，保溫 30min。
[0052]4)將活化好的樣品從高溫馬福爐中取出，冷卻后，將樣品倒入鹽酸溶液(13mol/L的濃鹽酸與水體積比為1:10)中浸泡15min，再將樣品用80°C熱水洗滌至pH近中性。
[0053]5)將洗滌好的樣品放入電熱鼓風(fēng)烘箱中，110°C烘4h，在干燥器中冷卻。
[0054]6)將制得的活化后的樣品粉碎過200目篩，制得花生殼基活性碳，花生殼基活性碳的掃描電鏡照片見圖2 (a)。
[0055]2.采用的石油烴降解菌
[0056]包埋用的石油烴降解菌為從某海洋樣品中篩選出的菌種短短芽孢桿菌D-1，在鹽度為25-35%。，溫度為15-25°C，pH為7.5-8.5的環(huán)境中對原油(濃度l_5g/L)的降解率可達(dá) 35-55%。[0057]3、包埋(工藝流程見圖1)
[0058]I)將制得的適量的花生殼基活性碳與種子菌液按照質(zhì)量比1:8混合進(jìn)行吸附直至吸附飽和，形成菌懸液；
[0059]2)往上述IOmL菌懸液中加入30~40°C的已滅菌的IOOmL海藻酸鈉溶液(濃度為3wt%~4wt%)，混勻后，用注射器吸取并注入到500mL —定濃度的CaCl2溶液(濃度為3wt%~4wt%)中分散成球,交聯(lián)12h,得到固定化微生物微球。
[0060]3)最后將得到的固定化微生物微球用生理鹽水沖洗4遍，即為成品。
[0061]實(shí)施例子3
[0062]一種以海藻酸鈉-氯化鈣-花生殼基活性炭為包埋固定化材料的固定化微生物溢油修復(fù)劑的制備方法，具體步驟為:
[0063]1、花生殼基活性炭的制備
[0064]I)將原料花生殼清理、篩揀、干燥、粉碎，過30目篩，備用。
[0065]2)稱取上述粉碎好的花生殼，加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的氯化鋅活化劑溶液(花生殼與氯化鋅溶液的質(zhì)量比為1:2)，攪拌混勻，將混勻的料液在室溫下浸潰約1.5h ；
[0066]3)將浸潰好的料液放入高溫馬福爐中，從室溫升至所需活化溫度500°C，升溫速率為 50°C /min,保溫 60min。 [0067]4)將活化好的樣品從高溫馬福爐中取出，冷卻后，將樣品倒入鹽酸溶液(llmol/L的濃鹽酸與水體積比為1:8)中浸泡30min，再將樣品用70_80°C熱水洗滌至pH近中性。
[0068]5)將洗滌好的樣品放入電熱鼓風(fēng)烘箱中，110°C烘4h，在干燥器中冷卻。
[0069]6)將制得的活化后的樣品粉碎過200目篩，制得花生殼基活性碳，花生殼基活性碳的掃描電鏡照片見圖2 (a)。
[0070]2.采用的石油烴降解菌
[0071]包埋用的石油烴降解菌為從某海洋樣品中篩選出的菌種短短芽孢桿菌D-1，在鹽度為25-35%。，溫度為15-25°C，pH為7.5-8.5的環(huán)境中對原油(濃度l_5g/L)的降解率可達(dá) 35-55%。
[0072]3、包埋(工藝流程見圖1)
[0073]I)將制得的適量的花生殼基活性碳與種子菌液按照質(zhì)量比1:3混合進(jìn)行吸附直至吸附飽和，形成菌懸液；
[0074]2)往上述IOmL菌懸液中加入30~40°C的已滅菌的IOOmL海藻酸鈉溶液(濃度為3wt%~4wt%)，混勻后，用注射器吸取并注入到500mL —定濃度的CaCl2溶液(濃度為3wt%~4wt%)中分散成球，交聯(lián)24h，得到固定化微生物微球。
[0075]3)最后將得到的固定化微生物微球用生理鹽水沖洗2遍，即為成品。
[0076]以上3個(gè)實(shí)施例子中包埋固定化微生物微球掃描電鏡照片見圖2(c)，外觀照片見圖2 (d)。經(jīng)測試制得的固定化微生物制劑包埋的微生物濃度為5X 107-7X 108cell/g，在鹽度為5-55%。，溫度為10-30°C，pH為6.5-9.0的環(huán)境中對石油烴的降解率可達(dá)75_92%，與游離的微生物相比，其降解率提高37%-46%，且對環(huán)境的耐受性增強(qiáng)。
[0077]下面將本發(fā)明制得的固定化微生物微球與其他未添加改性花生殼基活性碳的固定化微生物微球以及普通無機(jī)活性碳進(jìn)行比較，比較結(jié)果如下表所示:
[0078]表1不同固定化微生物微球的性能比較[0079]
【權(quán)利要求】
1.一種固定化微生物溢油修復(fù)劑的制備方法，其特征在于以海藻酸鈉-CaC12-花生殼基活性碳作為載體進(jìn)行包埋，具體步驟為: O制備花生殼基活性碳； 2)將適量的花生殼基活性碳與種子菌液按照質(zhì)量比1:3~1:8混合進(jìn)行吸附直至吸附飽和，形成菌懸液； 3)往上述IOmL菌懸液中加入30~40°C的已滅菌的100mL、濃度為3(wt)%~4(wt)%海藻酸鈉溶液，混勻后，用注射器吸取并注入到500mL、濃度為3 (wt)%~4(wt)%的CaCl2溶液中分散成球，交聯(lián)12h~24h，得到固定化微生物微球。 4)最后將得到的固定化微生物微球用生理鹽水沖洗2~4遍，即為成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述花生殼基活性碳的制備過程為: A、將原料花生殼清理、篩揀、干燥、粉碎，過25~35目篩，備用； B、稱取上述粉碎好的花生殼，加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30-50%的氯化鋅活化劑溶液，花生殼與氯化鋅溶液的質(zhì)量比為1:2~1:5，攪拌混勻，將混勻的料液在室溫下浸潰約0.5~ 1.5h ； C、將浸潰好的料液放入馬福爐中進(jìn)行活化； D、將活化好的樣品從馬福爐中取出，冷卻后，將樣品倒入11~13mol/L的濃鹽酸與水體積比為1:8~10的鹽酸水溶液中浸泡15-30min，取出后再將樣品用70~80V熱水洗潘MpH中性； E、將洗漆好的樣品放入電熱鼓風(fēng)烘箱中，在100~120°C烘3~5h,取出后放在干燥器中冷卻； F、將制得的活化后的樣品粉碎過150~250目篩，制得花生殼基活性碳。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述步驟C中的活化溫度為500~700°C，從室溫升至所需活化溫度的升溫速率為40~60°C /min，保溫30_90min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述種子菌液是以短短芽孢桿菌D-1作為石油烴降解菌，種子菌液的濃度為5~8.5X 109cell/go
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述使用海藻酸鈉的濃度為3(wt) %~4 (wt) %，CaCl2溶液濃度為3 (wt) %~4 (wt) %，花生殼基活性碳所占固定化微球的質(zhì)量百分比濃度為0.6-1.8%，所述固定化微生物溢油修復(fù)劑中包埋的微生物濃度為6X 107-8X 108cell/g。
【文檔編號】C12N11/14GK103923903SQ201310016703
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月16日
【發(fā)明者】陳慶國, 包木太, 劉梅, 胡海燕, 劉艷萍 申請人:浙江海洋學(xué)院