一種VOCs增溶菌的開放式發(fā)酵培養(yǎng)方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有機(jī)污染物降解技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種VOCs增溶菌的開放式發(fā)酵培養(yǎng)方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]石油化工、制藥、油漆、涂料、電子制造、表面防腐、制鞋、印刷及交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)在生產(chǎn)及使用過程中產(chǎn)生大量揮發(fā)性有機(jī)物(簡(jiǎn)稱VOCs)，揮發(fā)性有機(jī)物(volatile organiccompounds VOCs)定義為熔點(diǎn)低于室溫，沸點(diǎn)在50?260°C之間的有機(jī)化合物的總稱，目前已鑒定的VOCs達(dá)300多種，最常見的是苯、甲苯、二甲苯、三氯甲烷、丙酮及丁酮等。VOCs的許多成分具有毒性，有的還具有致癌作用；如苯和甲苯是VOCs相關(guān)行業(yè)使用廣泛的有機(jī)溶劑，它們以氣態(tài)形式存在于空氣中，進(jìn)入人體后可長(zhǎng)期滯留，即使低濃度也會(huì)帶來持續(xù)性損害，長(zhǎng)期與之接觸有引發(fā)白血病的可能，苯已被世界衛(wèi)生組織列為強(qiáng)致癌物。由于工業(yè)的迅猛發(fā)展，VOCs排放量與日劇增，VOCs因具有排放量大、種類多、毒性強(qiáng)、難降解的特點(diǎn)，已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。
[0003]VOCs的處理方法很多，包括冷凝法、吸收法、吸附法和膜分離法、催化燃燒法、等離子體法、光催化氧化法及生物法等。目前應(yīng)用較多的主要是吸附法、催化燃燒法、等離子體法和生物法。其中，吸附法主要是將污染物轉(zhuǎn)移至吸附劑，吸收劑需解吸、再生或更換，故其成本高并存在二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。催化燃燒法處理比較徹底，但耗能大，成本高。等離子體法是近年來用于處理VOCs的新技術(shù)，但此法易產(chǎn)生二次污染，且降解效率低，能耗高，不適宜工業(yè)應(yīng)用。而生物法因操作簡(jiǎn)單、成本低、無二次污染備受青睞，但是，由于VOCs的水溶性差，導(dǎo)致其可生化性偏低，故限制了該技術(shù)的應(yīng)用。提高VOCs可生化性的重要途徑就是對(duì)其增溶，表面活性劑對(duì)VOCs具有良好的增溶作用。利用表面活性劑提高疏水性有機(jī)污染物的溶解性國(guó)內(nèi)外已有展開，但大多利用的是化學(xué)表面活性劑，而化學(xué)表面活性劑具有毒性且難降解，易引起二次污染。生物表面活性劑(簡(jiǎn)稱BST)不僅具有良好的表面活性和乳化性能，且具有無毒、易于生物降解等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，使其在VOCs生物治理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0004]目前利用生物表面活性劑對(duì)VOCs增溶主要有以下兩種，第一種方法:可在VOCs處理系統(tǒng)中加入純的生物表面活性劑，但此方法涉及到生物表面活性劑的提取和純化，故成本極高，同時(shí)，在提取與純化過程中生物表面活性劑可能遭到破壞；第二種方法:可在VOCs反應(yīng)器中直接接入產(chǎn)能夠?qū)OCs增溶的生物表面活性劑的外源菌，但是也要先分離純化獲取合適的外源菌，而且外源菌與VOCs反應(yīng)器中的內(nèi)源菌存在競(jìng)爭(zhēng)，外源菌因適應(yīng)能力弱往往無法成為優(yōu)勢(shì)菌而失去作用，特別是像VOCs這樣的特殊環(huán)境，引入的外源菌更難以生存。
[0005]本發(fā)明人的前期研究工作得出了一種能夠產(chǎn)生VOC增溶劑的增溶菌的活化方法，并以增溶菌的發(fā)酵液直接作為增溶劑使用，使用簡(jiǎn)單、成本大大降低、工藝簡(jiǎn)單、無二次污染，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。但是，該法仍然是采用的傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)發(fā)酵方法，即需在無菌條件下進(jìn)行培養(yǎng)發(fā)酵。對(duì)于大規(guī)模的實(shí)際工程生產(chǎn)應(yīng)用而言，顯然處處需要無菌的條件仍然相對(duì)比較復(fù)雜、需要額外的提供無菌環(huán)境所需的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種可實(shí)現(xiàn)VOCs增溶微生物的完全開放式的自然發(fā)酵體系，可為BST的大批量生產(chǎn)提供技術(shù)支持；通過本發(fā)明有望突破VOCs因難溶于水而影響其生物降解這一技術(shù)瓶頸，為VOCs的高效生物處理提供科學(xué)依據(jù)。
[0007]本發(fā)明的目的是提供一種VOCs增溶菌的開放式發(fā)酵培養(yǎng)方法。
[0008]本發(fā)明另一目的是提供上述方法所得的能夠增加VOCs水溶性的生物表面活性劑，即發(fā)酵液，及其在VOCs的生物處理方面的應(yīng)用。
[0009]本發(fā)明的再一目的是提供一種VOCs增溶菌的開放式發(fā)酵培養(yǎng)裝置。
[0010]本發(fā)明上述目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種VOCs增溶菌的開放式發(fā)酵培養(yǎng)方法，首先將含有VOCs增溶菌的樣品在無菌條件下?lián)u床馴化得到馴化種液；再在無菌條件下轉(zhuǎn)接馴化種液進(jìn)行連續(xù)曝氣培養(yǎng)，培養(yǎng)容器用若干層透氣的過濾材料封口 ；按照相同的方法進(jìn)行多次轉(zhuǎn)接培養(yǎng)，每次轉(zhuǎn)接，對(duì)容器進(jìn)行封口的過濾材料減少一層；待發(fā)酵體系逐漸穩(wěn)定后，轉(zhuǎn)接條件由無菌條件變?yōu)樽匀粭l件；當(dāng)過濾材料完全減掉時(shí)，發(fā)酵培養(yǎng)基也不再滅菌，實(shí)現(xiàn)完全開放式自然培養(yǎng)。
[0011 ] 具體地，所述VOCs增溶菌的開放式發(fā)酵培養(yǎng)方法包括如下步驟:
51.無菌馴化培養(yǎng):無菌條件下，按2?5v/v %的接種量，將含有VOCs增溶菌的樣品接種到滅菌的發(fā)酵培養(yǎng)基，28?32°C、170?200rpm馴化培養(yǎng)36?48h，得到馴化種液；
52.無菌培養(yǎng):按照容器容積的50?60%計(jì)，在容器中加入發(fā)酵培養(yǎng)基，用若干層透氣的過濾材料封口后滅菌，按照2?5 v/v %的接種量，無菌條件下轉(zhuǎn)接馴化種液，28?32°C條件下連續(xù)曝氣培養(yǎng)；
53.轉(zhuǎn)接培養(yǎng):按照步驟S2相同的方法，進(jìn)行多次轉(zhuǎn)接培養(yǎng)；每次轉(zhuǎn)接，對(duì)容器進(jìn)行封口的過濾材料減少一層；
54.半開放培養(yǎng):當(dāng)發(fā)酵體系穩(wěn)定后，由無菌接種變?yōu)樽匀唤臃N，即轉(zhuǎn)接無需在無菌條件下進(jìn)行，其他方法和條件同步驟S2，繼續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)接培養(yǎng)；每次轉(zhuǎn)接，對(duì)容器進(jìn)行封口的過濾材料減少一層；
55.完全開放式自然培養(yǎng):當(dāng)過濾材料完全減掉時(shí)，發(fā)酵培養(yǎng)基也不再滅菌，實(shí)現(xiàn)完全開放式自然培養(yǎng)；
其中，所述發(fā)酵培養(yǎng)基的配方為:硫酸銨5 g/L，廢石油20 g/L，葡萄糖1.0g/L，氯化鉀1.0 g/L，磷酸氫二鉀1.5 g/L, pH7?7.5，自來水定容；
步驟S4所述發(fā)酵體系穩(wěn)定是指穩(wěn)定產(chǎn)生表面活性劑。具體判斷的方法:可以測(cè)定發(fā)酵液對(duì)VOCs的乳化效果，乳化效果穩(wěn)定時(shí)，即為穩(wěn)定產(chǎn)生表面活性劑，即發(fā)酵體系穩(wěn)定。
[0012]優(yōu)選地，每次轉(zhuǎn)接間隔時(shí)間為一天。
[0013]步驟SI所述含有VOCs增溶菌的樣品可以為污泥、廢水或土壤樣品等；所述污泥為工業(yè)廢水污泥、生活污泥或臭水溝污泥；所述廢水為工業(yè)廢水、生活廢水、臭水溝廢水；所述土壤為工業(yè)廢水池附近土壤、臭水溝附近土壤或加油站附近土壤。更進(jìn)一步地，所述的這些樣品均含有烴類物質(zhì)。
[0014]優(yōu)選地，所述過濾材料為紗布、過濾棉、過濾布或?yàn)V膜等。
[0015]更優(yōu)選地，所述過濾材料的孔徑為0.01?2mm。實(shí)際上嚴(yán)格來說，對(duì)于過濾材料的孔徑不做嚴(yán)格限制，孔徑小的材料可少幾層，孔徑大的材料可多幾層，同樣都可以滿足試驗(yàn)的要求。
[0016]另外，優(yōu)選地，步驟SI或S2所述接種量的比例為5%。
[0017]優(yōu)選地，步驟SI所述馴化培養(yǎng)的條件為30°C、180rpm馴化培養(yǎng)36h。
[0018]優(yōu)選地，步驟S2所述連續(xù)曝氣培養(yǎng)的條件為30°C培養(yǎng)。
[0019]優(yōu)選地，步驟S2所述發(fā)酵培養(yǎng)基占容器容積的60%。
[0020]另外，作為一種優(yōu)選的可實(shí)施方案，步驟S2所述容器為廣口瓶。更優(yōu)選地，所述廣口瓶為2.5L的廣口瓶。
[0021]利用上述開放式發(fā)酵培養(yǎng)方法得到的發(fā)酵液，即為能夠增加VOCs水溶性的生物表面活性劑，也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0022]而且所述發(fā)酵液在作為能夠增加VOCs水溶性的生物表面活性劑方面的應(yīng)用，以及在VOCs的生物處理方面的應(yīng)用，也均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0023]另外，本發(fā)明還提供了一種配套使用的VOCs增溶菌的開放式發(fā)酵培養(yǎng)裝置，包括一個(gè)無菌操作箱I和若干個(gè)依次連接的培養(yǎng)容器2，最后一個(gè)培養(yǎng)容器2位于無菌操作箱I外部，其余培養(yǎng)容器2均設(shè)置于無菌操作箱I內(nèi)部；所述培養(yǎng)容器2通過氣流管與曝氣裝置3連接，氣流管通過曝氣裝置3上的通氣口密封伸入培養(yǎng)容器2內(nèi)部；所述依次連接是通過流液管5連接，流液管5兩端分別通過培養(yǎng)容器2上的開孔密封伸入培養(yǎng)容器2內(nèi)部。
[0024]所述流液管5上設(shè)置有計(jì)量栗6和閥門7 ;優(yōu)選地，流液管5上還設(shè)置有流量計(jì)，以控制菌液的流量。
[0025]所述培養(yǎng)容器2用若干層過濾材料4封口，按照培養(yǎng)容器2依次連接的順序，過濾材料遞減一層，位于無菌操作箱I外部的最后一個(gè)培養(yǎng)容器2不封口。
[0026]所述流液管5上設(shè)置有出液管8，出液管8上設(shè)置有閥門，出液管8出口處連接抽液裝置9。優(yōu)選地，所述抽液裝置9可為注射器或抽液器等等。
[0027]更優(yōu)選地，所述無菌操作箱I上對(duì)應(yīng)每個(gè)培養(yǎng)容器2的位置均設(shè)置有手插孔10，方便對(duì)內(nèi)部的操作；更優(yōu)選地，所述無菌操作箱I內(nèi)部，每?jī)蓚€(gè)培養(yǎng)容器2之間有隔板密封