专利名称：一种工业废气净化菌种的批量生产方法
技术领域：
本发明涉及一种工业废气净化菌种的批量生产方法，属于生物菌种培育技术领域。
背景技术：
生物法净化低浓度工业废气是一种工业废气净化的新方法，广泛的研究与应用仅有约20～30年的历史。由于生物净化反应器涉及到气、液/固相传质、菌种性能、生物膜内扩散以及生物化学降解等过程，影响因素多而复杂，人们虽然已对其基础理论和实际应用进行了许多研究，但还不够深入、广泛，目前仍有许多问题，尤其是大规模工业化应用中的相关问题，还需要进一步的研究解决和不断完善。
现有生物法废气净化技术，多采用废水处理领域内已经应用多年的菌种在液相经待处理的目标污染物培育驯化后，直接用于废气的净化处理，往往难以达到预期的净化效果。因此，培育驯化废气净化专用微生物菌种就显得十分重要。随着生物法废气净化技术大范围工业应用的展开，目前只能在实验室每次培育几十或数百毫升的废气净化专用微生物菌种液的技术，显然不能满足工业应用时每次使用数百升或数立方米菌种液的要求。因此，研究形成能够满足工业应用要求的废气净化专用微生物菌种的批量生产方法，已成为迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术不能大量生产废气净化专用微生物菌种的缺点，而提供一种工业废气净化菌种的批量生产方法。
本发明的技术方案是工业废气净化菌种的批量生产方法工艺步骤为第一步，针对目标污染物(如VOC、硫化物、NOx)配制不含构成目标污染物主体元素(如碳源，或碳、氮或硫元素)、但含有微生物菌种生长所需要的其它基质成分的选择性培养基(如氮、磷、铁、钾、氧、钠、氯、钙、镁等元素及化合物等)，然后按常规微生物学实验方法及工业应用的菌种液数量要求，将其配制成选择性培养基溶液(配制量根据实际需要确定，如500～1000L)；配制时，按工业应用的菌种液数量要求，自选若干个容积足够大的容器即可进行配制，并注意使培养基溶液混合均匀，按常规微生物学实验方法进行相关的灭菌消毒操作。
第二步，按常规微生物学实验方法，将事先培养的目标废气净化专用基础菌种(培养方法及装置见ZL200310121012.1和ZL200320104770.8专利申请)分别接种到多个装有上述选择性培养基溶液的培养瓶中(使用常规微生物学实验的菌种接种器具即可，如接种环、无菌工作台、接种液锥形瓶、酒精灯等；锥形瓶数量根据实际需要培养菌种液的数量确定，可用250mL的锥形瓶13～25瓶，每瓶内装约200mL的培养基溶液，共计约2500～5000mL)，再按目标污染物液培养基溶液＝1∶50～1∶150的体积比向培养瓶中培养基溶液加入液态的目标污染物(如甲苯液、硫化物溶液、亚硫酸盐溶液、含氮化合物溶液等)，然后将这些培养瓶放入常规微生物学实验恒温摇床培育器中，在25～37℃条件下进行菌种繁育培养20～26小时，使培养基溶液中的菌种浓度达到1.3×108～3.5×109个活菌体/mL，获得一定数量(如2500～5000mL)的甲苯废气净化专用基础菌种的原种繁育菌种液；第三步，将上述配制好的原种繁育菌种，按原种菌种液∶培养基溶液＝1∶100～1∶250的体积比加入到装有预先配制好的选择性培养基溶液的菌种批量培育器中(培育器数量根据实际需要确定，如用有效容积为0.5m3的可用1～2台，培养基溶液总量为0.5～1.0m3)，同时按目标污染物液∶培养基溶液＝1∶5000～1∶15000的体积比加入液态的目标污染物，然后在22～30℃条件下进行菌种的繁育培养24～48小时，使菌种批量培育器中的菌种浓度达到2.5×108～5.6×109个活菌体/mL，即获得满足工业应用数量要求的甲苯废气净化专用菌种的批量菌种液产品；第四步，将经批量生产获得的菌种液产品装入事先消毒处理过的密闭容器中(如50L容积的塑料桶)，批量运送到工业应用的工地现场使用。
菌种批量培育器为密闭的容器，可由带加液与排液口、排气管与加气管、搅拌浆、加热器的密闭缸体组成，通常按密闭恒温搅拌方式操作，并可根据需要，向其中加入能增强菌种净化能力的试剂或气体。如培育甲苯净化菌种时，可注入气态的苯或二甲苯，以增加菌种对苯系物的综合净化能力；培育SO2、NOx净化菌种时，可注入气态或液态的含碳化合物，以供给菌种生长时所必要的碳源。
如难以获得需要添加的液态目标污染物时(如NOx、SO2、H2S等)，则可选用含有相似主体元素的化合物来代替(如硫化物、含氮化合物等)；必要时也可以采取定时通气方式进行批量生产培育，通入的气体中目标污染物的浓度为一般工业废气中对应污染物浓度的5～8倍。
本工业废气净化菌种的批量生产方法以低浓度工业废气中常见的难溶(或不溶)于水的挥发性有机物VOC(如甲苯)、硫化物(如硫化氢、二硫化碳)、NOx、SO2等污染物的生物净化过程机理研究为基础，利用目前在废水处理工程中常用的有机物降解菌(如假单胞菌)、脱氮菌、硫细菌等，进行废气净化专用微生物菌种的批量生产，能够获得满足工业应用要求的批量废气净化专用微生物菌种液产品。按本方法批量生产废气净化菌种液产品的生产时间周期和一个批次的菌液产量均可满足目前生物法废气净化工程项目的要求，从而为生物法废气净化技术的工业化推广应用奠定了坚实的基础。
本专利批量生产的废气净化专用菌种液产品，是利用目前废水处理工程中常用的、对不同目标污染物有降解净化作用的微生物菌种，通过专门的批量化培育方法进行批量培育驯化，使之成为能够对废气中的相同或类似污染物同样具有降解净化作用的微生物菌种，实现了工业废气净化菌种的批量生产。
图1为本发明工艺流程图，图2为本发明实施例1批量生产的甲苯废气净化菌种液产品在甲苯废气净化工业装置中使用的处理运行效果情况，图3为本发明实施例2批量生产的SO2废气净化菌种液产品在SO2废气净化工业装置中使用的处理运行效果情况。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
例1再生胶脱硫工业废气净化工程装置的甲苯菌种液批量生产。某再生胶生产企业的再生胶脱硫工业废气中的目标污染物是甲苯(VOC)，该废气净化工程装置中的生物膜填料塔系统需要一次性加入的废气净化专用菌种液量为600L(0.6m3)，其废气净化专用菌种的批量生产方法为第一步，针对目标污染物甲苯配制选择培养基，也即配制不含碳源，但含有微生物菌种生长所需要的氮、磷基质成分的选择性培养基。并按常规微生物学实验方法及工业应用的菌种液数量要求，配制成600L选择性培养基溶液，分别装入15个容积为50L的塑料桶内(事先经消毒处理)，每个桶内装入40L培养基溶液。
第二步，按常规微生物学实验方法，将由前期工作获得的甲苯废气净化专用基础菌种(用ZL200310121012.1和ZL200320104770.8专利申请的装置及方法培养)，分别接种到15个装有上述选择性培养基溶液的容积为250mL的锥形瓶中，每瓶内装200mL的培养基溶液，共计3000mL。同时在各瓶中分别加入4mL液态的甲苯(配比为甲苯液∶培养基溶液＝2mL∶100mL)，然后将这些锥形瓶放入常规微生物学实验常用的恒温摇床培育器中，进行菌种繁育培养。
甲苯废气净化专用菌种在恒温摇床中繁育培养的温度范围是25℃，培养时间为26小时，完成时培养基溶液中的菌种浓度经检测已达到2.9×109个活菌体/mL。由此就得到了甲苯废气净化专用基础菌种的原种繁育菌种液3000mL。
第三步，将上述的原种繁育菌种液按1∶200的体积比(即菌种液∶培养基溶液＝1∶200)加入到装有预先配制好的选择性培养基溶液的两台菌种批量培育器中，每台各装培养基溶液的总量为300L，同时在每台菌种批量培育器中加入60mL液态的甲苯(即甲苯液∶培养基溶液＝10mL∶50L)，而后即进行菌种的批量生产培育操作。
菌种在批量培育器中批量生产的温度范围是30℃，培养时间为48小时(即2天)，完成时两台菌种批量培育器中产品菌种液的菌种浓度经检测均已达到4.6×109个活菌体/mL。由此即获得了满足工业应用数量要求的甲苯废气净化专用菌种的批量菌种液产品600L。
批量生产甲苯废气净化专用菌种时，使用的菌种批量培育器由缸体、缸体顶部的加液口、位于缸体中央并由电机带动的搅拌浆、位于缸体侧壁上的排气管与加气管、位于缸体内下部并带自动控制系统的加热器、位于缸体底部的排液管组成，按密闭恒温搅拌方式操作。同时，基于好氧菌生长的需要，每天分早、晚两次分别向两台批量培育器通入空气(每次10分钟，通气量10L/min)，以增加溶液中的溶解氧含量，促进好氧菌的生长。
第四步，将经批量生产获得的菌种液产品600L分别装入15个容积50L的塑料桶(事先经消毒处理)，每个桶内装入40L，封闭好上盖后，即一次性运送到再生胶生产企业的再生胶脱硫工业废气净化工程装置的工地现场去使用。
上述经批量生产的甲苯废气净化专用菌种液产品600L加入到再生胶生产企业的再生胶脱硫工业废气净化工程装置中后，其中生物膜填料塔对废气中甲苯的净化效率，运行12天后达到83％，24天后达到98％，即满足了正常处理运行时的净化效率要求，表明批量生产的甲苯废气净化专用菌种液产品的工业应用效果良好。废气净化工业装置处理运行的效果情况如图2所示。
例2低浓度SO2废气净化工业试验装置的菌种液批量生产。某研究项目进行生物法净化低浓度SO2废气的工业试验，废气中的目标污染物是SO2，该废气净化工业试验装置中的生物膜填料塔系统需要一次性加入的废气净化专用菌种液量为400L(0.4m3)，其SO2废气净化专用菌种的批量生产方法说明如下第一步，针对目标污染物SO2配制选择培养基，也即配制不含硫源，但含有微生物菌种生长所需要的碳、氮、磷等基质成分的选择性培养基；并按常规微生物学实验方法及工业试验的菌种液数量要求，配制成400L选择性培养基溶液，分别装入10个容积为50L的塑料桶内(事先经消毒处理)，每个桶内装入40L培养基溶液。
第二步，按常规微生物学实验方法，将由前期工作获得的SO2废气净化专用基础菌种(用ZL200310121012.1和ZL200320104770.8专利申请的装置及方法培养)，分别接种到10个装有上述选择性培养基溶液的容积为250mL的锥形瓶中，每瓶内装160mL的培养基溶液，共计1600mL。同时在各瓶中分别加入1.6mL浓度为75％的亚硫酸纳溶液(配比为亚硫酸纳液∶培养基溶液＝1mL∶100mL)，然后将这些锥形瓶放入常规微生物学实验常用的恒温摇床培育器中，进行菌种繁育培养。
SO2废气净化专用菌种在恒温摇床中繁育培养的温度范围是37℃，培养时间为20小时，完成时培养基溶液中的菌种浓度经检测已达到2.1×108个活菌体/mL。由此就得到了SO2废气净化专用基础菌种的原种繁育菌种液1600mL。
第三步，将上述的原种繁育菌种液按1∶250的数量配比(即，菌种液∶培养基溶液＝1∶250)加入到装有预先配制好的选择性培养基溶液的两台菌种批量培育器中，每台各装培养基溶液的总量为200L，同时在每台菌种批量培育器中加入13.3mL浓度为75％的亚硫酸纳溶液(即亚硫酸纳液∶培养基溶液＝10mL∶150L)，而后即进行菌种的批量生产培育操作。
菌种在批量培育器中批量生产的温度范围是22℃，培养时间为24小时(即1天)，完成时两台菌种批量培育器中产品菌种液的菌种浓度经检测均已达到3.6×109个活菌体/mL。由此即获得了满足工业应用数量要求的SO2废气净化专用菌种的批量菌种液产品400L。
批量生产SO2废气净化专用菌种时，使用的菌种批量培育器由缸体、缸体顶部的加液口、位于缸体中央并由电机带动的搅拌浆、位于缸体侧壁上的排气管与加气管、位于缸体内下部并带自动控制系统的加热器、位于缸体底部的排液管组成，按密闭恒温搅拌方式操作。同时，基于好氧菌生长的需要和对SO2的适应性，每天分早、晚两次分别向两台批量培育器通入含SO2浓度2％的空气(每次10分钟，通气量10L/min)，以增加溶液中的溶解氧及SO2含量，促进适应SO2的好氧菌的生长。
第四步，将经批量生产获得的菌种液产品400L分别装入10个容积50L的塑料桶(事先经消毒处理)，每个桶内装入40L，封闭好上盖后，即一次性运送到SO2废气净化工业试验装置的工地现场去使用。
上述经批量生产的SO2废气净化专用菌种液产品400L加入到SO2废气净化工业试验装置中后，其中生物膜填料塔对废气中SO2的净化效率，运行18天后达到75％，27天后达到86％，即满足了正常处理运行时的净化效率要求，表明批量生产的SO2废气净化专用菌种液产品的工业试验应用效果良好。废气净化工业装置处理运行的效果情况如图3所示。
例3某小型项目进行生物法净化低浓度SO2工业废气，废气中的目标污染物是SO2，该废气净化工业装置中的生物膜填料塔系统需要一次性加入的废气净化专用菌种液量为200L(0.2m3)，其SO2废气净化专用菌种的批量生产方法说明如下第一步，针对目标污染物SO2配制选择培养基，也即配制不含硫源，但含有微生物菌种生长所需要的碳氮磷等基质成分的选择性培养基。并按常规微生物学实验方法及工业试验的菌种液数量要求，配制成200L选择性培养基溶液，分别装入5个容积为50L的塑料桶内(事先经消毒处理)，每个桶内装入40L培养基溶液。
第二步，按常规微生物学实验方法，将由前期工作获得的SO2废气净化专用基础菌种(用ZL200310121012.1和ZL200320104770.8专利申请的装置及方法培养)，分别接种到10个装有上述选择性培养基溶液的容积为250mL的锥形瓶中，每瓶内装200mL的培养基溶液，共计2000mL。同时在各瓶中分别加入1.33mL浓度为75％的亚硫酸纳溶液(配比为亚硫酸纳液∶培养基溶液＝1mL∶150mL)，然后将这些锥形瓶放入常规微生物学实验常用的恒温摇床培育器中，进行菌种繁育培养。
SO2废气净化专用菌种在恒温摇床中繁育培养的温度范围是30～33℃，培养时间为24小时，完成时培养基溶液中的菌种浓度经检测已达到2.6×108个活菌体/mL。由此就得到了SO2废气净化专用基础菌种的原种繁育菌种液2000mL。
第三步，将上述的原种繁育菌种液按1∶100的数量配比(即菌种液∶培养基溶液＝1∶100)加入到装有预先配制好的选择性培养基溶液的一台菌种批量培育器中，其内装培养基溶液的总量为200L，同时在菌种批量培育器中加入20mL浓度为75％的亚硫酸纳溶液(即亚硫酸纳液∶培养基溶液＝10mL∶100L)，而后即进行菌种的批量生产培育操作。
菌种在批量培育器中批量生产的温度范围是26～28℃，培养时间为36小时(即1.5天)，完成时菌种批量培育器中产品菌种液的菌种浓度经检测均已达到4.8×109个活菌体/mL。由此即获得了满足工业应用数量要求的SO2废气净化专用菌种的批量菌种液产品200L。
批量生产SO2废气净化专用菌种时，使用的菌种批量培育器由缸体、缸体顶部的加液口、位于缸体中央并由电机带动的搅拌浆、位于缸体侧壁上的排气管与加气管、位于缸体内下部并带自动控制系统的加热器、位于缸体底部的排液管组成，按密闭恒温搅拌方式操作。同时，基于好氧菌生长的需要和对SO2的适应性，每天分早、晚两次分别向两台批量培育器通入含SO2浓度1～2％的空气(每次10分钟，通气量10L/min)，以增加溶液中的溶解氧及SO2含量，促进适应SO2的好氧菌的生长。
第四步，将经批量生产获得的菌种液产品200L分别装入5个容积50L的塑料桶(事先经消毒处理)，每个桶内装入40L，封闭好上盖后，即一次性运送到SO2废气净化工业应用装置的工地现场去使用。
权利要求
1.一种工业废气净化菌种的批量生产方法，其特征在于工艺过程为第一步，针对目标污染物配制不含构成目标污染物主体元素、但含有微生物菌种生长所需要的其它基质成分的选择性培养基，然后按常规微生物学实验方法及工业应用的菌种液数量要求，将其配制成选择性培养基溶液；第二步，按常规微生物学实验方法，将事先培养的目标废气净化专用基础菌种分别接种到多个装有上述选择性培养基溶液的培养瓶中，再按目标污染物液∶培养基溶液＝1∶50～1∶150的体积比向培养瓶培养基溶液中加入液态的目标污染物，然后将这些培养瓶放入常规微生物学实验恒温摇床培育器中，在25～37℃条件下进行菌种繁育培养20～26小时，使培养基溶液中的菌种浓度达到1.3×108～3.5×109个活菌体/mL，获得甲苯废气净化专用基础菌种的原种繁育菌种液；第三步，将上述配制好的原种繁育菌种，按原种菌种液∶培养基溶液＝1∶100～1∶250的体积比加入到装有预先配制好的选择性培养基溶液的批量菌种培育器中，同时按目标污染物液∶培养基溶液＝1∶5000～1∶15000的体积比加入液态的目标污染物，然后在22～30℃条件下进行菌种的繁育培养24～48小时，使批量菌种培育器中的菌种浓度达到2.5×108～5.6×109个活菌体/mL，即获得满足工业应用数量要求的甲苯废气净化专用菌种的批量菌种液产品；第四步，将经批量生产获得的菌种液产品装入事先消毒处理过的密闭容器中，批量运送到工业应用的工地现场使用。
2.根据权利要求1所述的工业废气净化菌种的批量生产方法，其特征在于菌种批量培育器通常按密闭恒温搅拌方式操作，并可根据需要，向其中加入能增强菌种净化能力的试剂或气体。
全文摘要
本发明涉及一种工业废气净化菌种的批量生产方法，属于生物菌种培育技术领域。先针对目标污染物配制选择性培养基溶液；再将事先培养的目标废气净化专用基础菌种接种到多个装有上述选择性培养基溶液的容器中，按一定比例向培养基溶液中加入液态的目标污染物，然后将这些容器放入恒温摇床培育器中进行菌种繁育培养，获得原种繁育菌种液；最后将上述配制好的原种繁育菌种按一定比例加入到装有选择性培养基溶液的批量菌种培育器中，并按一定比例加入液态的目标污染物，在一定温度下进行菌种的繁育培养，批量获得满足工业应用数量要求的甲苯废气净化专用菌种的批量菌种液产品。具有可批量生产工业废气净化菌种，满足工业大量应用要求的优点。
文档编号B01D53/34GK1614001SQ200410079569
公开日2005年5月11日 申请日期2004年11月19日 优先权日2004年11月19日
发明者孙珮石, 黄若华, 郑顺生, 邓辅唐 申请人:云南大学, 昆明理工大学, 云南今业生态建设集团有限公司