专利名称：以含高浓度甲醇的废水为原料生产细菌纤维素的方法
技术领域：
本发明涉及一种以石油、煤炭化工领域产生的甲醇精馏废水为原料生产细菌纤维素的方法。
背景技术：
甲醇是一种重要的化工原料，石油、煤炭化工行业产生的高浓度甲醇废水，主要是指甲醇生产过程中，精馏工艺排除的蒸馏残液。该废水温度高，具有强烈的刺激性气味，主要成分为甲醇、乙醇、高级醇及醛类，还含有一些长链化合物。COD和BOD5 —般为8000 20000mg/L和5000 10000mg/L，其B0D5/C0D较高，属于高浓度有机废水。该类废水的任意排放不仅浪费了石油、煤炭资源，而且对环境中的生物具有毒害作用，导致土壤和地下水的污染，对大气的污染问题也很突出。细菌纤维素(bacterial cellulose，简称BC)是由微生物合成的一种超微纯纤维素，细菌纤维素分子呈独立的丝状纤维形态，不掺杂木质素、半纤维素等其他多糖类杂质，因此细菌纤维素不仅拥有植物纤维素的优良性能，还具有纯度高，结晶度高，吸水性强， 抗张强度好，生物适应性强等独特的理化性质和机械性能。目前已知能够合成纤维素的细菌有醋杆菌属Wce ο如cter)、根瘤菌属0%办0况 )、八叠球菌属(ferciaa)、假单杆菌属iPseudomonas)、无色杆菌属(Achrombacter)、产喊菌属(Alcaligcncs)、气杆菌属 C^ero力acier)、固氮菌属{Azotobacter、和土壤杆菌属iAgrobacterium)等9属细菌中的某些种。其中，木葡糖酸醋杆菌iPlucormcetobacter xylinus)合成纤维素的能力最强，具有大规模发酵生产的潜力。作为一种生物可降解的天然纤维素，细菌纤维素应用范围涉及了食品、造纸、医药、纺织和环保等工业领域，但是生产成本高的问题限制了其大规模生产和广泛应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种以含高浓度甲醇的石油、煤炭化工废水为原料生产细菌纤维素的方法，该方法可以降低细菌纤维素的生产成本，同时实现含甲醇废水的资源化、解决环境污染问题。为了达到上述目的，本发明提供了一种以含高浓度甲醇的废水为原料生产细菌纤维素的方法，包括将木葡糖酸醋杆菌接种到培养液中发酵，所得细菌纤维素经整形、漂白、 干燥得到成品，其特征在于，所述培养液以含高浓度甲醇的石油、煤炭化工废水作为碳源和工艺用水，其制备方法为在含高浓度甲醇的石油或煤炭化工废水中加入氮源和无机盐，调节PH值至6. 8 7. 0。所述的含高浓度甲醇的石油、煤炭化工废水主要为甲醇精馏时产生的废水，其温度为70 80°C。该废水中含有主要成分为甲醇、乙醇、高级醇及醛类以及少量石蜡等长链化合物，其中，甲醇的含量为0. 59Γ5% (质量分数)。所述培养液的制备过程中无需经过灭菌处理。
所述发酵的条件为接菌量为5 IOvoWK发酵温度为30 35°C、发酵时间为 70 120h、供气量为60 80%、摇床转速为300 !350r/min。本发明以含高浓度甲醇的石油、煤炭化工废水作为热源，通过热交换维持发酵温度。所述的培养液中还可加入其他碳源，如葡萄糖。所述的氮源优选为酵母粉、蛋白胨或其组合物。所述的无机盐优选为碳酸钙。本发明的利用含高浓度甲醇的石油、煤炭化工废水发酵制取细菌纤维素的方法， 其发明核心部分在于利用石油、煤炭化工的高浓度甲醇废水作为细菌纤维素发酵生产的碳源、工艺用水和热源加以利用，既处理了高浓度、高温的高浓度工业有机废水，同时又降低了细菌纤维素生产成本。本发明的技术创新性集中体现在“非灭菌发酵”和“2个资源化”。 “非灭菌发酵”指的是采用含甲醇的石油、煤炭化工废水配制的培养液，能够不需经过灭菌即可用于发酵，这是由于①细菌纤维素发酵温度为30°C左右，而含甲醇的石油、煤炭化工废水水温一般为70 80°C，在营养液配制过程中避免了大多数中温菌的污染；②含甲醇的石油、煤炭化工废水中含有一定量的乙醇，不仅能够刺激木葡糖酸醋杆菌的生长和纤维素的产出，同时能够在发酵过程中抑制杂菌生长。“2个资源化”指的是含高浓度甲醇的石油、煤炭化工废水中含有的甲醇、乙醇等有机物作为廉价碳源资源化和含高浓度甲醇的石油、煤炭化工废水废热资源化。通过本发明所述方法，能够有效降低细菌纤维素的发酵成本，且达到节能减排的目的，实现清洁生产。本发明具有以下优点
1、含高浓度甲醇的石油、煤炭化工废水中的甲醇、乙醇和丙醇等有机物作为碳源加以利用，添加适量氮源和无机盐，调节PH值至6. 8 7. 0，接种木葡糖酸醋杆菌生产细菌纤维素，变废为宝，实现发酵成本降低与废水有机污染物减排。2、含高浓度甲醇的石油、煤炭化工废水配制培养液，无需灭菌处理直接用于发酵生产，减少操作步骤，实现发酵成本降低。3、含高浓度甲醇的石油、煤炭化工废水温度为70 80°C，通过热交换保持发酵单元温度在30 35°C，提高热能利用率，实现发酵成本降低，且避免造成环境热污染问题。
具体实施例方式下面结合非限定性具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1
a、采用甲醇含量为0.5% (质量分数)的石油化工废水配制营养液，按质量体积比加入 1%的酵母粉、2%的碳酸钙，以满足微生物发酵的营养要求，用盐酸调节pH至6. 8，不经灭菌处理备用；
b、在上述培养液中投加木葡糖酸醋杆菌动态发酵，控制接菌量为5vol%、发酵温度为 30°C、发酵时间为70h、空气供气量为60%、摇床转速为300r/min，完成发酵；
4C、含甲醇的石油化工废水温度为70 80°C，通过热交换保持发酵单元温度在30°C ； d、所得细菌纤维素按常规经整形、漂白、干燥制得成品。实施例2
a、采用甲醇含量为0. 5% (质量分数)的煤炭化工废水配制营养液，按质量体积比加入 0. 5%的酵母粉和0. 5%的蛋白胨、1%的碳酸钙，以满足微生物发酵的营养要求，调节pH至 6. 8，不经灭菌处理备用；
b在上述培养液中投加木葡糖酸醋杆菌动态发酵，控制接菌量为IOvoW、发酵温度为 35°C、发酵时间为120h、空气供气量为80%、摇床转速为350r/min，完成发酵；
c、含甲醇的煤炭化工废水温度为70 80°C，通过热交换保持发酵单元温度在35°C；
d、所得细菌纤维素按常规经整形、漂白、干燥制得成品。实施例3
a、采用甲醇含量为4%(质量分数)的石油化工废水配制营养液，按质量体积比加入0. 5% 的酵母粉和0. 5%的蛋白胨、2%的碳酸钙，以满足微生物发酵的营养要求，调节pH至7. 0，不经灭菌处理备用；
b在上述培养液中投加木葡糖酸醋杆菌动态发酵，控制接菌量为7vol%、发酵温度为 32°C、发酵时间为100h、空气供气量为70%、摇床转速为320r/min，完成发酵；
c、含甲醇的石油化工废水温度为70 80°C，通过热交换保持发酵单元温度在32°C；
d、所得细菌纤维素按常规经整形、漂白、干燥制得成品。实施例4
a、采用甲醇含量为4.5% (质量分数)的煤炭化工废水配制营养液，按质量体积比加入 0. 5%的葡萄糖、0. 5%的酵母粉、0. 5%的蛋白胨、2%的碳酸钙，以满足微生物发酵的营养要求，调节PH至7.0，不经灭菌处理备用；
b、在上述培养液中投加木葡糖酸醋杆菌动态发酵，控制接菌量为8vol%、发酵温度为 33°C、发酵时间为85h、空气供气量为75%、摇床转速为330r/min，完成发酵；
c、含甲醇的煤炭化工废水温度为70 80°C，通过热交换保持发酵单元温度在33°C；
d、所得细菌纤维素按常规经整形、漂白、干燥制得成品。
权利要求
1.一种以含高浓度甲醇的废水为原料生产细菌纤维素的方法，包括将木葡糖酸醋杆菌接种到培养液中发酵，所得细菌纤维素经整形、漂白、干燥得到成品，其特征在于，所述培养液以含高浓度甲醇的石油、煤炭化工废水作为碳源和工艺用水，其制备方法为在含高浓度甲醇的石油或煤炭化工废水中加入氮源和无机盐，调节pH值至6. 8 7. 0。
2.如权利要求1所述的以含高浓度甲醇的废水为原料生产细菌纤维素的方法，其特征在于，所述含高浓度甲醇的石油、煤炭化工废水中甲醇的质量浓度为0. 59Γ5%。
3.如权利要求1所述的以含高浓度甲醇的废水为原料生产细菌纤维素的方法，其特征在于，所述培养液的制备过程中无需经过灭菌处理。
4.如权利要求1所述的以含高浓度甲醇的废水为原料生产细菌纤维素的方法，其特征在于，所述发酵的条件为接菌量为5 10vd%、发酵温度为30 35°C、发酵时间为70 120h、供气量为60 80%、摇床转速为300 350r/min。
5.如权利要求1所述的以含高浓度甲醇的废水为原料生产细菌纤维素的方法，其特征在于，以含高浓度甲醇的石油、煤炭化工废水作为热源，通过热交换维持发酵温度。
6.如权利要求1所述的以含高浓度甲醇的废水为原料生产细菌纤维素的方法，其特征在于，所述的培养液中还加入补充碳源。
7.如权利要求6所述的以含高浓度甲醇的废水为原料生产细菌纤维素的方法，其特征在于，所述补充碳源为葡萄糖。
8.如权利要求1所述的以含高浓度甲醇的废水为原料生产细菌纤维素的方法，其特征在于，所述的氮源为酵母粉、蛋白胨或其组合物。
9.如权利要求1所述的以含高浓度甲醇的废水为原料生产细菌纤维素的方法，其特征在于，所述的无机盐为碳酸钙。
全文摘要
本发明涉及一种以含高浓度甲醇的废水为原料生产细菌纤维素的方法，包括将木葡糖酸醋杆菌接种到培养液中发酵，所得细菌纤维素经整形、漂白、干燥得到成品，其特征在于，所述培养液以含高浓度甲醇的石油、煤炭化工废水作为碳源和工艺用水，其制备方法为在含高浓度甲醇的石油或煤炭化工废水中加入氮源和无机盐，调节pH值至6.8～7.0。本发明的优点是能够降低细菌纤维素的生产成本，同时实现含高浓度甲醇的石油、煤炭化工废水的资源化、解决环境污染问题。
文档编号C12R1/02GK102154406SQ20111000959
公开日2011年8月17日 申请日期2011年1月18日 优先权日2011年1月18日
发明者刘振鸿, 夏露, 朱艳彬, 李小维, 李珊 申请人:东华大学