一種固定化微生物溢油修復(fù)劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種固定化微生物溢油修復(fù)劑，其特征在于：所述固定化微生物溢油修復(fù)劑中包埋的微生物濃度為5×107～2×108cell/g，其載體組分包括貽貝殼、海藻酸鈉、CaCl2。本發(fā)明固定化微生物溢油修復(fù)劑在鹽度為5～55‰，溫度為10～30℃，pH為6.5～9.0的環(huán)境中對石油烴的降解率可達82～94％，與游離的微生物相比，其降解率提高39％-47％，且對環(huán)境的耐受性增強。
【專利說明】—種固定化微生物溢油修復(fù)劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石油產(chǎn)品污染的生物修復(fù)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著海上石油開發(fā)和海上運輸業(yè)的發(fā)展，由于井噴、運輸船舶的石油泄漏、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)及人體健康會造成巨大的持久性損害(PelletierE， Delille D， Delille B.Crude oil bioremediation in sub-Antarctic intertidalsediments: chemistry and toxicity 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，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 Spill Cleanup (2nd edition) [M].USA:Lewis Publishers, 2001, 39-50.)。微生物治理技術(shù)是國際上公認的高效修復(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，能快 速降解石油中各種有毒物質(zhì)，而且具有價格低廉、環(huán)境友好等諸多優(yōu)勢(Harayama SjKasai Y, Hara A.Microbial communities in oil-contaminated seawater [J].Curr.0pin.Biotechnol.，2004，15 (3):205-214.)。采用該技術(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為是一個有力的策略(Atlas R M.Petroleum biodegradation and oil spill bioremediation [J].Mar.Pollut.Bull.，1995，31 (4-12): 178-182.)，在野外試驗中成功的例子如:1990 年利用 Alpha BioSea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, et al.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Exxon Valdez王子海灣由于油輪泄露造成的污染進行的處理等，取得了非常明顯的效果(Atlad R M.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 removingpoIlutants: 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，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, Sasaki K.Treatment ofoil-containing sewage wastewater using immobilized photosynthetic bacteria[J].World J.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(理學(xué)版)，2010，56 (I): 109-144.)。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,Basheer S，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_CaC12包埋法，聚乙烯醇-H3BO3制備的固定化制劑雖機械強度較高、使用壽命較長，但聚乙烯醇因附聚作用強而成球較為困難，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，包埋的細胞具有較高的活性，但制劑機械強度較低、傳質(zhì)性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的缺陷，提供了一種無生物毒害、固化后微生物活性高、機械強度高、傳質(zhì)性好的固定化微生物溢油修復(fù)劑；
[0008]本發(fā)明的另一目的是提供上述固定化微生物溢油修復(fù)劑的制備方法。
[0009]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來具體實現(xiàn):
[0010]一種固定化微生物溢油修復(fù)劑，所述固定化微生物溢油修復(fù)劑中包埋的微生物濃度為5X107~2X108cell/g，其載體組分包括貽貝殼、海藻酸鈉、CaCl2。
[0011]作為優(yōu)選方案，上述的固定化微生物溢油修復(fù)劑，各載體組分占固定化微生物溢油修復(fù)劑的百分比為:貽貝殼1.2wt%、海藻酸鈉6wt%、CaCl2 0.3-0.8wt%，其余為水。
[0012]上述固定化微生物溢油修復(fù)劑的制備方法，以海藻酸鈉-CaCl2-改性貽貝殼作為載體進行包埋，具體步驟為:
[0013]I)貽貝殼改性處理；
[0014]2)將適量的改性處理后貽貝殼與種子菌液按1: (2~5)質(zhì)量比混合進行吸附，直至吸附飽和，得到吸附細菌的改性貽貝殼；
[0015]3)向步驟2)中得到的吸附細菌的改性貽貝殼中加入海藻酸鈉溶液，混勻后，用成球設(shè)備注入至CaCl2溶液中分散成球，交聯(lián)6~18h，得到固定化微生物微球。
[0016]優(yōu)選的，所述步驟I)中，貽貝殼改性處理步驟如下:
[0017]a、將原料貽貝殼清理、篩揀、干燥、粉碎，過40~80目篩，備用；
[0018]b、稱取步驟a中粉碎好的貽貝殼，加入到濃度為2~5wt%的檸檬酸溶液，攪拌混勻，將混勻的料液在室溫下浸潰約1.0~2.0h，其中，貽貝殼與檸檬酸溶液的質(zhì)量比為1: (I ~3)；
[0019]C、將浸潰好的料液放入馬福爐中進行活化，取出冷卻；[0020]d、將制得的活化后的樣品粉碎過120~150目篩，得改性貽貝殼。
[0021]進一步優(yōu)選的，
[0022]所述步驟b中，檸檬酸溶液濃度為2.5wt%;貽貝殼與檸檬酸溶液的質(zhì)量比為1:2 ；
[0023]所述步驟c中的活化溫度為300~600°C，從室溫升至所需活化溫度的升溫速率為40~60°C /min,保溫15~30min。;優(yōu)選活化條件為:活化溫度為550°C，升溫速率為50°C /min,保溫 30min。
[0024]優(yōu)選的，所述種子菌液以短短芽孢桿菌D-1作為石油烴降解菌，種子菌液濃度為(5~8) X IO9 cell/g,其中,種子菌液濃度最佳為6X IO9 cell/g。
[0025]優(yōu)選的，所述使用海藻酸鈉的濃度為4wt%~ 8wt%,最佳濃度為6wt% ；CaCl2溶液濃度為1.5wt%~3.5wt%，最佳濃度為3wt%。
[0026]優(yōu)選的，所述步驟3)中，改性貽貝殼:海藻酸鈉的質(zhì)量比為1.2:6。注入時，海藻酸鈉和貽貝殼載體以球形注入到氯化鈣溶液中，氯化鈣慢慢進入微球，并與海藻酸鈉形成海藻酸鈣后固定在微球中。
[0027]所述步驟3)中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。
[0028]經(jīng)測試制得的固定化微生物溢油修復(fù)劑包埋的微生物濃度為5X107~2X108cell/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82~94%，與游離的微生物相比，其降解率提高39%~47%，且對環(huán)境的耐受性增強。
[0029]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貽貝殼的固定化微生物微球以及普通無機活性碳進行比較，比較結(jié)果如下表所示:
[0030]表1不同固定化微生物微球的性能比較(石油烴濃度3g/L)
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種固定化微生物溢油修復(fù)劑，其特征在于:所述固定化微生物溢油修復(fù)劑中包埋的微生物濃度為5X IO7~2父108(^11/^，其載體組分包括貽貝殼、海藻酸鈉、0&(:12。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定化微生物溢油修復(fù)劑，其特征在于:各載體組分占固定化微生物溢油修復(fù)劑的百分比為:貽貝殼1.2wt%、海藻酸鈉6wt%、CaCl20.3-0.8wt%，其余為水。
3.一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-改性貽貝殼作為載體進行包埋，具體步驟為: 1)貽貝殼改性處理； 2)將適量的改性處理后貽貝殼與種子菌液按1:(2~5)質(zhì)量比混合進行吸附，直至吸附飽和，得到吸附細菌的改性貽貝殼； 3)向步驟2)中得到的吸附細菌的改性貽貝殼中加入海藻酸鈉溶液，混勻后，用成球設(shè)備注入至CaCl2溶液中分散成球，交聯(lián)6~18h，得到固定化微生物微球。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固定化微生物溢油修復(fù)劑的制備方法，其特征在于:所述步驟I)中，貽貝殼改性處理步驟如下: a、將原料貽貝殼清理、篩揀、干燥、粉碎，過40~80目篩，備用； b、稱取步驟a中粉碎好的貽貝殼，加入到濃度為2~5wt%的檸檬酸溶液，攪拌混勻，將混勻的料液在室溫下浸潰約1.0~2.0h，其中，貽貝殼與檸檬酸溶液的質(zhì)量比為1: (I~3)； C、將浸潰好的料液放入馬福爐中進行活化，取出冷卻； d、將制得的活化后的樣品粉碎過120~150目篩，得改性貽貝殼。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固定化微生物溢油修復(fù)劑的制備方法，其特征在于:所述步驟b中，檸檬酸溶液濃度為2.5wt% ;貽貝殼與檸檬酸溶液的質(zhì)量比為1:2。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固定化微生物溢油修復(fù)劑的制備方法，其特征在于:所述步驟c中的活化溫度為300~600°C，從室溫升至所需活化溫度的升溫速率為40~60°C /min,保溫15~30min ;優(yōu)選活化條件為:活化溫度為550°C，升溫速率為50°C /min，保溫30min。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固定化微生物溢油修復(fù)劑的制備方法，其特征在于:所述種子菌液以短短芽孢桿菌D-1作為石油烴降解菌，種子菌液濃度為(5~8) X109cell/g，其中，種子菌液濃度優(yōu)選為6X109cell/g。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固定化微生物溢油修復(fù)劑的制備方法，其特征在于:所述使用海藻酸鈉的濃度為4wt %~8wt %，優(yōu)選濃度為6wt % ；CaCl2溶液濃度為2.5wt %~3.5wt %，優(yōu)選濃度為3wt %。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固定化微生物溢油修復(fù)劑的制備方法，其特征在于:所述步驟3)中，改性貽貝殼:海藻酸鈉的質(zhì)量比為1.2:6。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固定化微生物溢油修復(fù)劑的制備方法，其特征在于:所述步驟3)中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。
【文檔編號】C02F103/08GK104004745SQ201410190244
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】陳慶國, 劉梅, 孫靜亞, 穆軍 申請人:浙江海洋學(xué)院