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一種培育高密度脫氮硫桿菌的方法

文檔序號(hào):507804閱讀:886來源:國知局
一種培育高密度脫氮硫桿菌的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于生物工程領(lǐng)域,涉及一種培育高密度脫氮硫桿菌(Thiobacillusdenitrificans,ATCC25259)的方法。所述的培菌方法為:往氣升式生物反應(yīng)器中按10~100∶1比例注入菌懸液和營養(yǎng)液;通入空氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械式攪拌進(jìn)行曝氣,曝氣量為800~1200L/h,控制溶解氧濃度水平;維持氣升式生物反應(yīng)器中營養(yǎng)液的pH值為6~8、溫度在25~35℃,電導(dǎo)率為20~60mS/cm。該培菌方法具有菌種培育與脫硫試驗(yàn)一體化、操作方便安全、培菌迅速、溶解氧供應(yīng)充足且穩(wěn)定、菌種豐富針對(duì)性強(qiáng)、馴化方式多樣化等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種培育高密度脫氮硫桿菌的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微生物培育技術(shù),應(yīng)用于生物工程領(lǐng)域,具體涉及一種培育高密度脫氮硫桿菌的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]含硫工業(yè)廢氣的治理已成為工業(yè)“三廢”治理和控制大氣污染物的一項(xiàng)重要任務(wù)。目前國內(nèi)外去除含硫廢氣的脫硫技術(shù)主要可分為物理法、化學(xué)法和生物法。用傳統(tǒng)的物理法或化學(xué)法處理含硫氣體,具有使用設(shè)備繁多、工藝復(fù)雜、能耗大、二次污染處理過程復(fù)雜等缺點(diǎn)。微生物法能夠有效脫硫的原因在于所選微生物不僅對(duì)廢氣適應(yīng)較快,而且可使污染物得到降解和轉(zhuǎn)化,且具有設(shè)備簡單、費(fèi)用低、不需再生和氣體后處理、能耗少、管理維護(hù)方便等特點(diǎn)。因此,生物法已逐漸成為脫除含硫氣體的一個(gè)重要研究方向。
[0003]生物脫硫過程主要依靠脫硫菌及菌群的代謝活動(dòng),所以高效脫硫微生物及菌群的篩選、培育、構(gòu)建及其代謝機(jī)理是生物脫硫的關(guān)鍵與前提。由于生物酶催化反應(yīng)的專一性,對(duì)于不同形態(tài)的硫,適用的脫硫細(xì)菌不一樣。因此廣泛查找自然界能代謝硫化物的微生物,篩選出高效、廣譜脫臭菌群并進(jìn)行深入地微生物學(xué)研究是現(xiàn)今工作重點(diǎn)之一。目前,常見的應(yīng)用于H2S脫硫的無機(jī)化能自養(yǎng)硫桿菌屬(Thiobacillus)主要有氧化亞鐵硫桿菌(T.ferrooxidans)、脫氮硫桿菌(T.denitrificans)、氧化硫硫桿菌(T.thiooxidans)以及排硫硫桿菌(T.thioparus)等。其中,研究最廣泛地是脫氮硫桿菌和氧化亞鐵硫桿菌。
[0004]一方面,生物脫硫技術(shù)存在著菌種生長周期長,繁殖速度慢,不易調(diào)試,理論研究與實(shí)際應(yīng)用相脫節(jié) 等主要問題;另一方面,現(xiàn)有的微生物培養(yǎng)主要在價(jià)格昂貴的發(fā)酵罐中進(jìn)行,造成微生物培養(yǎng)成本增加,阻礙了生物脫硫技術(shù)在廢氣廢液處理領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。因此,結(jié)合廢氣處理微生物菌劑應(yīng)用的特點(diǎn),研究適宜的大規(guī)模培養(yǎng)方法,為進(jìn)行含硫工業(yè)廢氣的微生物脫硫奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)中生物培育時(shí)間長、菌種單一、操作困難危險(xiǎn)、馴化方式單一等不足,本發(fā)明的目的在于提供了一種采用氣升式生物反應(yīng)器進(jìn)行氣液兩相培菌及反應(yīng)器啟動(dòng)方法,具有培育迅速、菌種豐富針對(duì)性強(qiáng)、操作方便安全、馴化方式多樣化等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明培育高密度脫氮硫桿菌的氣升式生物反應(yīng)器,其特征是反應(yīng)器內(nèi)有一同心導(dǎo)流筒,反應(yīng)器上部設(shè)有菌懸液加料口、營養(yǎng)液加液口和尾氣排放口,反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)有溫度探頭、PH探頭、溶解氧探頭、電導(dǎo)率探頭和微孔布?xì)馄鳎磻?yīng)器下部設(shè)有進(jìn)氣/液口、空氣曝氣管和營養(yǎng)液廢液出口。溫度探頭、PH探頭、電導(dǎo)率探頭和溶解氧探頭由電控裝置操作控制。
[0007]本發(fā)明所述培育高密度脫氮硫桿菌的培菌方法,其特征是包括:
(1)往氣升式生物反應(yīng)器中按比例注入菌懸液和營養(yǎng)液;
(2)通入空氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械式攪拌進(jìn)行曝氣,并控制溶解氧濃度水平;(3)控制氣升式生物反應(yīng)器中pH值、溫度在所述菌種適宜的范圍內(nèi);
(4)控制內(nèi)循環(huán)氣升式生物反應(yīng)器中的電導(dǎo)率,并通過定期排放營養(yǎng)液廢液,并補(bǔ)充新 鮮營養(yǎng)液,維持電導(dǎo)率在一定內(nèi)范圍。
[0008]本發(fā)明培育高密度菌種方法是:先將菌懸液加入到氣升式生物反應(yīng)器中;然后按 照營養(yǎng)液:菌懸液=1(T100: 1配比,加入滅菌后的營養(yǎng)液,并調(diào)節(jié)初始pH值為中性。營 養(yǎng)液包括:Na2S203 8?12 g/L, KN03 4?6 g/L, Na2HP04 1 ?2 g/L, KH2P04 1 ?3 g/L, MgS04 0. 2?0. 6 g/L, NaHC03 0. 5?2. 0 g/L, NH4C1 0. 2?0. 8 g/L, CaCl2 0. 02^0. 05 g/L, MnS04 0. 01 ?0. 03 g/L, FeCl3 0. 01 ?0. 03 g/L,微量元素 10?20 mL/L。
[0009]所述培育高密度菌種方法中,利用硫代硫酸鹽(S2032_)為能源,培養(yǎng)時(shí)間為廣3天, 培養(yǎng)溫度為25?35°C,培養(yǎng)pH為6?8,電導(dǎo)率為20?60 mS/cm,曝氣量QAIK為800?1200 L/ h0
[0010]本發(fā)明所述的脫氮硫桿菌為脫氮硫桿菌(Thiobacillus denitrificans),革蘭氏 染色陰性,光學(xué)顯微鏡下觀察為短桿狀,單個(gè)、成對(duì)或短鏈狀排列;專性無機(jī)化能自養(yǎng)型,能 在好氧和厭氧條件下以硫代硫酸鹽和S2_作為能源進(jìn)行生長。30°C恒溫培養(yǎng)箱中固體平板 培養(yǎng),培養(yǎng)基表面上出現(xiàn)菌落,白色,透明,光滑,呈圓形,直徑0. 2?lmm。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
用氣升式生物反應(yīng)器進(jìn)行脫氮硫桿菌的培養(yǎng),脫氮硫桿菌的培育密度可更快達(dá)到較高 水平,反應(yīng)器能夠給菌種提供更充足的溶解氧,且溶解氧的變化較穩(wěn)定,培育系統(tǒng)具有啟動(dòng) 迅速、菌種豐富針對(duì)性強(qiáng)、操作方便安全、馴化方式多樣化等優(yōu)點(diǎn)。因此可見,氣升式生物反 應(yīng)器在脫氮硫桿菌的培養(yǎng)方法具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。
[0012]本發(fā)明的脫氮硫桿菌培育的新型裝置和工藝,整合集成多項(xiàng)高新技術(shù),建立具有 我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生物反應(yīng)器式脫氮硫桿菌的高密度培育技術(shù)體系。而且氣升式生物反 應(yīng)器還將在廢水廢氣處理、氣體凈化或分離等化工領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。該試驗(yàn)對(duì) 提高我國脫硫菌種培育技術(shù)與工藝水平,為將來脫硫菌種培育企業(yè)的技術(shù)改造與革新進(jìn)行 必要的尖端技術(shù)儲(chǔ)備與新型生物反應(yīng)器的研發(fā)與升級(jí)均具有重要指導(dǎo)意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中氣升式生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中,1空氣曝氣管,2營養(yǎng)液廢液排出口,3進(jìn)氣口,4菌懸液加料口,5尾氣 排放口,6營養(yǎng)液加液口,7控溫夾套,8固定條,9導(dǎo)流筒,10溶解氧電極,11 pH電極, 12電導(dǎo)率電極,13溫度探頭,14微孔布?xì)馄鳌?br> [0015]圖2培養(yǎng)時(shí)間對(duì)脫氮硫桿菌生長活性影響。
[0016]圖3培養(yǎng)溫度對(duì)脫氮硫桿菌生長活性影響。
[0017]圖4 pH值對(duì)脫氮硫桿菌生長活性影響。
[0018]圖5曝氣量對(duì)脫氮硫桿菌生長活性影響。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面通過實(shí)施例和附圖,對(duì)本發(fā)明加以詳細(xì)描述。
[0020]如附圖1所示,本發(fā)明實(shí)施通過氣升式生物反應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)的,氣升式生物反應(yīng)器內(nèi)部有一導(dǎo)流筒9,通過上下兩個(gè)固定條8,固定于反應(yīng)器中心,導(dǎo)流筒下端距微孔布?xì)馄?4處10~30cm。反應(yīng)器上部設(shè)有菌懸液加料口 4、營養(yǎng)液加液口 6、尾氣排放口 5。反應(yīng)器下部設(shè)有進(jìn)氣/液口 3,底部設(shè)有空氣曝氣管1,曝氣管1與微孔布?xì)馄?4相通,并有營養(yǎng)液廢液排出口 2 ;為控制溶解氧濃度、pH值和電導(dǎo)率值,反應(yīng)器還設(shè)有在線檢測的溶解氧電極10、pH電極11和電導(dǎo)率電極12,反應(yīng)器的溫度通過溫度探頭13測定,由反應(yīng)器外部的控溫夾套7來維持穩(wěn)定。
[0021]所用分析測試方法為:脫氮硫桿菌生長曲線中生長指標(biāo)OD (Optical Density)值采用7230G型分光光度計(jì)測定。
[0022]實(shí)施例1
按配方配備所需的營養(yǎng)液,置入三角瓶包扎后放入蒸汽滅菌鍋中,進(jìn)行高壓濕熱滅菌,在121℃~123°C、0.12 MPa下,滅菌20~30 min,取出冷卻至室溫。
[0023]使用上述滅菌營養(yǎng)液,以S2032_為能源,溫度為30 V,pH=7,脫氮硫桿菌接種量為 10%,進(jìn)行培養(yǎng),分別在 Oh, 5 h, 15 h, 20 h, 25 h, 30 h, 40 h, 45 h, 50 h, 55h, 65h, 70 h,75 h,90 h,100 h取樣測OD42tl,用未接種營養(yǎng)液作為對(duì)照。
[0024]試驗(yàn)結(jié)果圖2表明:脫氮硫桿菌生長迅速,在15 h內(nèi)保持在延滯期,菌體數(shù)目略有增長,然后細(xì)菌進(jìn)入對(duì)數(shù)生長期,在此階段(15h-30 h),細(xì)菌生長活躍,大量繁殖。30 h后菌種進(jìn)入穩(wěn)定期,穩(wěn)定期能夠維持較長時(shí)間,生長70 h后,由于營養(yǎng)元素的逐漸消耗,細(xì)菌的生長進(jìn)入衰亡期。
[0025]實(shí)施例2
使用上述滅菌營養(yǎng)液,以s2 032_為能源,脫氮硫桿菌接種量為10%,pH=7,在溫度為2(T40°C范圍內(nèi)分別進(jìn)行培養(yǎng),取樣測0D.,用未接種營養(yǎng)液作為對(duì)照。
[0026]試驗(yàn)結(jié)果圖3表明:脫氮硫桿菌的最佳生長溫度為25~35°C,30°C為脫氮硫桿菌最合適生長溫度。低于25°C的培養(yǎng)溫度對(duì)脫氮硫桿菌抑制生長顯著;高于40°C的培養(yǎng)溫度,脫氮硫桿菌生長亦受到顯著的抑制。
[0027]實(shí)施例3
使用上述滅菌營養(yǎng)液,以s2 032_為能源,溫度為30 V,脫氮硫桿菌接種量為10%,在PH=3-11范圍內(nèi)分別進(jìn)行培養(yǎng),取樣測0D.,用未接種營養(yǎng)液作為對(duì)照。
[0028]試驗(yàn)結(jié)果圖4表明:脫氮硫桿菌在pH值為5、時(shí),尤其是在61范圍內(nèi),菌種的OD值能維持在較高濃度,這是由于脫氮硫桿菌的最佳生長pH范圍為6~8,而偏酸或偏堿都會(huì)對(duì)脫氮硫桿菌生長產(chǎn)生抑制。
[0029]實(shí)施例4
使用上述滅菌營養(yǎng)液,以s2032_為能源,溫度為30 V,pH=7,脫氮硫桿菌接種量為10%,分別改變不同曝氣量Qaik(Qaik=200,、500、1000、1500、2000 L/h),進(jìn)行培養(yǎng),取樣測OD420,用未接種營養(yǎng)液作為對(duì)照。
[0030]試驗(yàn)結(jié)果圖5表明:隨著Qaik的增大,溶解氧濃度逐漸增大;當(dāng)脫氮硫桿菌的OD值在曝氣量為1000 L/h時(shí),達(dá)到較高水平,說明曝氣量在達(dá)到1000 L/h時(shí)的溶解氧水平能夠滿足菌種生長的需要。在此基礎(chǔ)上溶解氧的增加已不能大幅度提高菌種的生長,反而增加了物耗和能耗。
【權(quán)利要求】
1.一種培育高密度脫氮硫桿菌的方法,其特征在于按照以下步驟進(jìn)行: (O往氣升式生物反應(yīng)器中注入菌懸液和營養(yǎng)液; (2)通入空氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械式攪拌進(jìn)行曝氣,通過曝氣量調(diào)節(jié)溶解氧濃度水平; (3)控制氣升式生物反應(yīng)器中pH值為6~8、溫度為25~35°C; (4)控制氣升式生物反應(yīng)器中的電導(dǎo)率,并通過定期排放營養(yǎng)液廢液,并補(bǔ)充新鮮營養(yǎng)液,維持電導(dǎo)率20~60 mS/cm。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征是先將菌懸液加入到氣升式生物反應(yīng)器中,然后按營養(yǎng)液:菌懸液=10-100:1配比,加入營養(yǎng)液,并調(diào)節(jié)混合液初始pH值為中性。
3.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征是所述營養(yǎng)液包括=Na2S2O38^12 g/L、KNO3 4飛g/L、Na2HPO4 2 g/L、KH2PO4 I~3 g/L、MgSO4 0.2~0.6 g/L、NaHCO3 0.5~2.0 g/L,、NH4Cl0.2~0.8 g/L、CaCl2 0.02~0.05 g/L、MnSO4 0.θ1-θ.03 g/L、FeCl3 0.Ο1-Ο.03 g/L 和微量元素10~20 mL/Lo
4.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于培養(yǎng)時(shí)間為1-3天。
5.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于曝氣量Qaik為80(Tl200L/h。
6.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于利用硫代硫酸鹽(S2O32O為能源。
7.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于所述的營養(yǎng)液滅菌后使用,滅菌溫度121。。~123°C、壓力 0.12 MPa,滅菌時(shí)間 20~30 min。
【文檔編號(hào)】C12R1/01GK103773706SQ201210402040
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月22日
【發(fā)明者】郝愛香, 毛松柏, 孔京, 朱燕 申請(qǐng)人:中國石油化工股份有限公司, 南化集團(tuán)研究院
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