专利名称：可降解碳氢化合物的富含噬油菌的纤维体的制作方法
技术领域：
本发明涉及含有微生物的具有高效吸附性能的纤维体，尤其是一种可降解碳氢化合物的富含噬油菌的纤维体。
背景技术：
我国是一个石油大国，陆上油气田普遍存在石油落地的污染现象；石油类碳氢化合物在管道输送、水路和陆路运输及贮藏等过程中意外造成的泄漏也经常发生。石油类污染已成为影响环境的一大污染源，这些污染严重地侵害了土壤、水源和水产资源，导致生态环境恶化。因此，快速、有效的清理石油类碳氢化合物溅落、泄漏造成的污染，对于保护环境，减少经济损失有重大意义。开发和利用噬油菌，对石油类碳氢化合物的污染进行生物降解，是一种适合于大规模应用的方法，这种方法实际操作过程简便、经济安全，能够有效地实现自然生态环境的和谐与生态再循环。石油所含成分比较复杂，可看作是各种油类的总成，主要由饱和烃、芳香烃、脂肪醇、沥青等碳氢化合物组成，因此对石油的降解是由多种噬烃类菌一噬油菌协同进行的。这些降解石油碳氢化合物的噬油菌在石油污染的土壤、水体等自然环境中普遍存在，但因含量低(一般为细菌总数的0.13-0.5％，低于104CFu/克土壤)，生长营养基础不全面，限制了这些微生物的生长代谢，造成油类污染的自然降解过程缓慢。另外石油对土壤及水体的污染具有渗透性或扩散性的特点，因此对油类污染的生物降解治理需二步进行，首先要用高效吸附性材料将油类污染物吸附在其中，防止污染物的扩散；然后再由噬油菌加以生物降解。通过检索，美国专利(专利号为5609667)公开了一种治理受石油污染的土壤的方法，其采用的方式是利用纤维体的吸附性能吸附石油污染物，然后利用纤维体自身含有的以及土壤中固有的噬油菌进行石油污染物的降解。该方法虽然能够有效地吸附和固定石油污染物，防止其扩散和渗透，但对石油污染物的降解主要依赖于自然存在的噬油菌。由于自然存在的噬油菌数量比较少，不足以在短期内有效地大量增加土壤中噬油菌的数量，因此对石油碳氢化合物的降解效果不理想。其主要特征是1.来源于农作物的纤维体，如棉花籽、棉花绒、花生壳、稻谷壳、玉米壳、大豆类等，并通过硫酸进行处理，处理后纤维体含酸量为3～8％，再用氨水进行中和，使纤维体的pH为3～9，通过通入氧气进行氧化处理；可以使用磷酸、硝酸或盐酸代替硫酸，如果使用盐酸，需要采用磷酸铵或硫酸铵来代替氨水中和；处理后的纤维体含有氮、硫、磷等基本养分，其中硫酸铵的比例为3～8％；成品为粉末状颗粒，颗粒的总表面积与表观表面积比大于1.0，能够吸附水和碳氢化合物；并且含有水的该纤维体，在水和碳氢化合物同时存在的条件下，可以释放水并优先吸附碳氢化合物。2.通过对土壤进行翻耕，使该产品掺入土壤。3.需加湿土壤。4.保持一段时间为60天，以吸附碳氢化合物。
通过检索发现，一些相关技术采用的方式或者是偏重于对某一种碳氢化合物的降解，或者是偏重于改善被污染土壤的营养状况或供氧状况以利于土壤中天然存在的噬油菌生长，或者是偏重于吸附材料的使用，以提高对石油污染物扩散和渗透的防止。这种方法不能有效地同时解决石油污染物的吸附和固定、土壤中噬油菌数量的提高、以及噬油菌在土壤中生长的营养平衡等问题，因此实际使用效果不理想。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种富含噬油菌的纤维体，该纤维体具有可降解碳氢化合物的属性，能有效地吸附和固定土壤、水中的石油碳氢化合物，能够增加土壤中噬油菌的数量，能够为土壤中噬油菌的快速生长和大量繁殖提供营养元素，具有快速有效地消除石油碳氢化合物污染的作用。
本发明的内容如下对具有良好的亲油性的天然纤维体，如亚麻籽、棉花籽、花生壳、葵花子壳、稻谷壳、玉米核、大豆类，以及稻麦秸秆、芦苇秸秆、棉花秸秆等植物的纤维体，经初加工成粒径为1.0～5.0毫米的颗粒后，采用浓度在2-12％磷酸、硫酸、硝酸、盐酸等稀酸进行酸化处理，处理方式为酸浸泡或喷雾，使得纤维体的pH值在1-5之间，纤维体要在酸性条件下维持2小时～24小时，酸化处理后的纤维体，其含水量为60～80％、残留酸的含量在2％～7％之间，pH值在1-5之间，对纤维体的酸性中和处理采用pH值在8～11之间的氨水、磷酸铵或碳酸铵，中和后的pH值为5-8；在酸性中和处理的同时，向该纤维体内以无机盐的形式添加的营养元素为磷、硫元素。之后在纤维体内添加如革兰氏阴性好氧菌等噬油菌混合培养物(含量在108～1011CFu/毫升)，纤维体的发酵在接入噬油菌混合培养物后开始，接入量为0.5％～5％，在保持温度为25℃～45℃、湿度为80％～90％的环境条件下，通风或通氧气，发酵2～6天，发酵结束后，纤维体中噬油菌的含量在106～108CFu/克纤维体，发酵后的纤维体用酸、碱或无机盐进行pH值和营养的平衡调节，应保持pH值为6～8。发酵后的纤维体通过减压干燥降低湿度，干燥温度在50℃～80℃之间；经粉碎后制成最终成品；成品为粉末状颗粒，颗粒总表面积与表观表面积比大于1.5，含水量低于20％，噬油菌的含量为106～109CFu/克纤维体。
本发明的优点和积极效果是将这种富含噬油菌的纤维素添加到被碳氢化合物污染的土壤或水中，具有增加土壤或水体中噬油菌含量的作用。增加噬油菌在被碳氢化合物污染的土壤中的数量，是加速碳氢化合物降解的必要条件之一。天然纤维素经过酸化处理后，对碳氢化合物等油类物质有强烈的吸附性能，吸附容量远远超过一般材料。由于这种特性，使这种纤维在土壤中能够聚集和固定碳氢化合物，既可以阻止碳氢化合物在土壤中的渗透和扩散，又可以促进噬油菌对碳氢化合物的降解，是清除土壤或水体中碳氢化合物污染不可缺少的重要因素。在对纤维素进行酸化的处理过程中，使用浓度在2-12％的稀酸，如磷酸、硫酸、硝酸及盐酸等，酸化后的纤维素经过滤或压榨处理，应含有了2％～7％的残留酸，含水量为60％～80％。纤维体中的酸用氨或铵盐中和后形成的新的铵盐正好用作噬油菌生长的氮源。因为在石油污染的土壤中，主要缺乏的营养要素就是氮源。这种经酸化及氨中和处理的纤维素pH应在6～8之间。在这种纤维体中接入含有多种噬油菌的混合培养物，在20℃～45℃温度下，保持80％～90％的环境湿度，通气发酵2～6天，使噬油菌增殖，数量达到106～108CFU/克纤维体。噬油菌混合培养物来源于石油污染的土壤，经以石油碳氢化合物作唯一碳源的富集培养基富集培养后，在平面培养基上分离噬油菌的单菌落；这样得到的噬油菌主要是一些革兰氏阴性的好氧菌，也包括一些革兰氏阳性的好氧菌。分离得到的多种噬油菌，分别进行液体培养，然后合在一起进行混合培养，得到的混合培养物含有108～1011CFu/毫升，作为纤维体发酵的接种物。
经过适当处理加工后的纤维素作为噬油菌的载体，经发酵后含有丰富的噬油菌，同时又具有对石油类污染物的高效吸附性能，而且能够为土壤中噬油菌的生长提供平衡的营养元素。这种纤维体的产品，完全具备了清除土壤或水中碳氢化合物污染的必要条件，因此非常有效和使用方便。
优选实施方案的具体实施方式
本发明介绍两种实施例如下第一实施例选用的纤维体为亲油性作物——亚麻籽作为噬油菌的载体；酸化处理选用的酸为硫酸；酸性中和处理选用的是氨水；选用的添加营养元素为磷元素；选用的噬油菌为含有多种革兰氏阴性好氧菌的混合培养物，主要包括假单胞菌属(Pseudomonas)、鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium)、噬纤维菌属(Cytophaga)、屈挠杆菌属(Flexibacter)、不动杆菌属(Acinetobacter)、产碱菌属(Alcaligenes)的菌。
该噬油菌纤维体通过以下工艺制得(以100公斤含菌纤维体成品计)1.纤维体原料的制备将100公斤亚麻籽通过拣选、清洗、脱皮、烘干，再进行粉碎粗加工，形成粒径在2～5毫米的颗粒状纤维体。
2.酸化对粉碎加工的纤维体进行酸化处理，其方式是用浓度在5～10％的稀硫酸对纤维体进行浸泡处理，浸泡处理时间为1～5小时；通过过滤、压榨除去稀硫酸液，得到含水量在为60～80％、pH值在2～5之间的酸化纤维体，其残余硫酸的含量在2～6％之间。
3.中和向酸化处理后的纤维体中添加中和硫酸的氨水，该氨水的pH值为8～11左右，使得中和后纤维体的pH值在6～8之间；在酸性中和处理的同时以无机盐的形式添加磷元素，最好是添加磷酸二氢钾或磷酸氢二钾；然后纤维体在维持环境湿度为80～90％、温度25℃～45℃的环境条件下，保持5～24小时。
4.噬油菌混合培养物的制备取自于石油污染的土壤的样品进行富集培养，在石油碳氢化合物作为一碳源的平面培养基上分离单菌落，选出所有生长的革兰氏阴性好氧菌，这些微生物具有分解石油碳氢化合物的能力，称为噬油菌；分离得到的噬油菌分别进行单独液体培养，然后进行混合液体培养，使噬油菌快速繁殖，得到含有噬油菌的混合培养物，噬油菌的含量在108～1011CFu/毫升，作为纤维体发酵的接种物；5.纤维体的发酵向经过酸化、中和处理的亚麻籽纤维体中添加500毫升～2000毫升噬油菌的混合培养物，充分搅拌均匀；维持环境湿度为80～90％，温度为25℃～45℃，向纤维体通风发酵2～6天；使接入的革兰氏阴性好氧菌在纤维体中快速生长和繁殖，发酵结束后，纤维体中噬油菌的含量应达到106～108CFu/克纤维体。
6.纤维体发酵后处理向发酵后的纤维体中加入1％～3％的硫酸、盐酸、磷酸，或氨水、氢氧化钾，调节发酵后的纤维体的pH值在5～8之间，最好在5～7之间；另外还可加以无机盐的形式，如磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠或磷酸氢二钠，向纤维体内添加磷元素，加入量为0.5～5公斤，充分搅拌均匀，使纤维体的营养元素平衡。
7.制备成品将纤维体在干燥塔内减压干燥除湿，干燥温度在50℃～80℃之间，使纤维体的含水量减少到20％以下；干燥后的纤维体进行粉碎处理，形成粉末状颗粒，颗粒总表面积与表观表面积比大于1.5，噬油菌的含量应在106～109CFu/克纤维体；然后在真空状态下装袋密封，形成成品。
第二实施例选用的纤维体为玉米秸作为噬油菌的载体；选用的噬油菌为革兰氏阴性好氧菌主要包括假单胞菌属(Pseudomonas)、鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium)、噬纤维菌属(Cytophaga)、屈挠杆菌属(Flexibacter)、不动杆菌属(Acinetobacter)、产碱菌属(Alcaligenes)；以及革兰氏阳性好氧菌包括微球菌属(Micrococcus)、棒杆菌属(Corynebacterium)、节杆菌属(Arthrobacter)、诺卡氏菌属(Nocardia)；纤维体酸化处理选用的酸为磷酸；选用噬油菌的营养元素为硫元素；酸性中和处理选用的是氨水。
该富含噬油菌纤维体通过以下工艺制得(以100公斤含菌纤维体成品计)1.纤维体原料的制备将100公斤玉米秸通过拣选、清洗、烘干，再进行粗粉碎加工，形成粒径在2～10毫米的颗粒状纤维体。
2.酸化处理采用浓度在3～8％的稀磷酸对纤维体进行酸化处理，即在纤维体上喷射酸雾，直至最终使纤维体的pH值1-2，湿度为60～80％，并在室温下保持1～3天。
3.中和处理向纤维体中添加中和磷酸的氨水，该氨水的pH值为8～11左右，使得中和后纤维体的pH值为5～8之间；在酸性中和处理的同时，向该纤维体内添加硫元素，如硫酸钾、硫酸钠，为噬油菌提供营养元素；然后，维持环境湿度为80～90％、在室温下，保持8～24小时。
4.噬油菌混合培养物的制备取自于石油污染的土壤的样品进行富集培养，在石油碳氢化合物作为一碳源的平面培养基上分离单菌落，选出所有生长的革兰氏阴性、阳性好氧菌，作为噬油菌；分离得到的噬油菌分别进行单独液体培养，然后进行混合液体培养，使噬油菌快速繁殖，得到含有噬油菌的混合培养物，噬油菌的含量应在108～1011CFu/毫升，作为纤维体发酵的接种物；5.纤维体的发酵向酸化及中和处理后的纤维体中接入500毫升～2000毫升噬油菌混合培养物，充分搅拌均匀；在环境温度为25～39℃，湿度为80～90％的条件下，向纤维体通以空气或氧气，发酵2～6天，以使噬油菌增值，增殖后噬油菌的含量应达到106～109CFu/克纤维体。
6.发酵后处理向发酵后的纤维体中加入硫酸、盐酸、磷酸，或氨水、氢氧化钾调节发酵后的纤维体的pH值在5～8之间，最好在5～7之间；另外还可加入营养盐类如硫酸铵、硫酸钾、硫酸钠等，加入量为0.5～1.5公斤；充分搅拌均匀，以平衡营养元素，满足噬油菌生长的需要。
7.制备成品将纤维体在干燥塔内减压干燥除湿，干燥温度在50℃～80℃之间，使含水量减少到20％以下；干燥后进行粉碎，形成粉末状颗粒，其颗粒总表面积与表观表面积比大于1.5，噬油菌的含量应在106～109CFu/克纤维体；然后在真空状态下装袋密封，形成成品。
权利要求
1.一种可降解碳氢化合物的富含噬油菌的纤维体，其特征在于纤维体经初加工后进行酸化处理和碱中和处理，然后在其内添加噬油菌混合培养物，并对添加噬油菌的纤维体进行发酵处理，然后进行再中和处理并同时添加营养元素，最后制成成品。
2.根据权利要求1所述的可降解碳氢化合物的富含噬油菌的纤维体，其特征在于所述的纤维体为具有良好的亲油性的天然纤维体，为亚麻籽、棉花籽、花生壳、葵花子壳、稻谷壳、玉米核、大豆类，以及稻麦秸秆、芦苇秸秆、棉花秸秆等植物纤维体，该纤维体在酸化处理前进行初加工并制成颗粒状，其颗粒的粒径为1.0～5.0毫米。
3.根据权利要求1所述的可降解碳氢化合物的富含噬油菌的纤维体，其特征在于所述酸化处理是采用浓度在2-12％磷酸、硫酸、硝酸、盐酸等稀酸，处理方式为酸浸泡或喷雾，使得纤维体的pH值在1-5之间，纤维体要在酸性条件下维持2小时～24小时。
4.根据权利要求3所述的可降解碳氢化合物的富含噬油菌的纤维体，其特征在于酸化处理后的纤维体，其含水量为60～80％、残留酸的含量在2％～7％之间，pH值在1-5之间。
5.根据权利要求1、4所述的可降解碳氢化合物的富含噬油菌的纤维体，其特征在于酸性中和处理采用pH值在8～11之间的氨水、磷酸铵或碳酸铵，中和后的pH值为5-8。
6.根据权利要求5所述的可降解碳氢化合物的富含噬油菌的纤维体，其特征在于在酸性中和处理的同时，向该纤维体内以无机盐的形式添加的营养元素为磷、硫元素。
7.根据权利要求1所述的可降解碳氢化合物的富含噬油菌的纤维体，其特征在于所述的噬油菌混合培养物来源于石油污染的土壤，主要类型为革兰氏阴性好氧菌，至少包括假单胞菌属(Pseudomonas)、鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium)、噬纤维菌属(Cytophaga)、屈挠杆菌属(Flexibacter)、不动杆菌属(Acinetobacter)、产碱菌属(Alcaligenes)的多种微生物；也包括微球菌属(Micrococcus)、棒杆菌属(Corynebacterium)、节杆菌属(Arthrobacter)、诺卡氏菌属(Nocardia)等一些革兰氏阳性好氧菌。
8.根据权利要求1、7所述的可降解碳氢化合物的富含噬油菌的纤维体，其特征在于添加的噬油菌混合培养物，是经过对每种微生物的单独培养和混合培养获得，培养物的噬油菌含量在108～1011CFu/毫升。
9.根据权利要求1所述的可降解碳氢化合物的富含噬油菌的纤维体，其特征在于纤维体的发酵在接入噬油菌混合培养物后开始，接入量为0.5％～5％，在保持温度为25℃～45℃、湿度为80％～90％的环境条件下，通风或通氧气，发酵2～6天，发酵结束后，纤维体中噬油菌的含量在106～108CFu/克纤维体，发酵后的纤维体用酸、碱或无机盐进行pH值和营养的平衡调节，应保持pH值为6～8。
10.根据权利要求1、9所述的可降解碳氢化合物的富含噬油菌的纤维体，其特征在于发酵后的纤维体通过减压干燥降低湿度，干燥温度在50℃～80℃之间；经粉碎后制成最终成品；成品为粉末状颗粒，颗粒总表面积与表观表面积比大于1.5，含水量低于20％，噬油菌的含量为106～109CFu/克纤维体。
全文摘要
本发明涉及一种可降解碳氢化合物的富含噬油菌的纤维体。主要特征是纤维体经初加工后进行酸化处理和碱中和处理，然后在其内添加噬油菌混合培养物，并对添加噬油菌的纤维体进行发酵处理，然后进行再中和处理并同时添加营养元素，最后制成成品。本发明具有对石油类污染物的高效吸附性能，而且能够为土壤中噬油菌的生长提供平衡的营养元素，完全具备了清除土壤或水中碳氢化合物污染的必要条件，因此非常有效和使用方便。
文档编号B09C1/10GK1428209SQ0113698
公开日2003年7月9日 申请日期2001年12月27日 优先权日2001年12月27日
发明者班睿, 张旭辉 申请人:张旭辉