一种固定化微生物溢油修复剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种固定化微生物溢油修复剂，其特征在于：所述固定化微生物溢油修复剂中包埋的微生物浓度为5×107～2×108cell/g，其载体组分包括贻贝壳、海藻酸钠、CaCl2。本发明固定化微生物溢油修复剂在盐度为5～55‰，温度为10～30℃，pH为6.5～9.0的环境中对石油烃的降解率可达82～94％，与游离的微生物相比，其降解率提高39％-47％，且对环境的耐受性增强。
【专利说明】—种固定化微生物溢油修复剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种石油产品污染的生物修复技术。
【背景技术】
[0002]随着海上石油开发和海上运输业的发展，由于井喷、运输船舶的石油泄漏、撞沉船以及输油管道的泄漏等造成的溢油事故频发。溢油事故发生后，虽经物理方法(如围栏回收等)、化学方法(喷洒消油剂等)可清除部分表面溢油，但残存的石油烃长期滞留在海洋环境中，对海洋生态系统及人体健康会造成巨大的持久性损害(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复技术主要以微生物修复为主(夏文香，林海涛，张英，等.海上溢油的污染控制技术[J].青岛建筑工程学院学报，2004,25(1):54-57.)。国内外研究者发现在海水和淡水中生长有200多种烃类降解微生物，包括细菌、真菌及藻类，其密度及繁殖速度与水域的油污染程度密切相关(Fingas M.The Basic of Oil Spill Cleanup (2nd edition) [M].USA:Lewis Publishers, 2001, 39-50.)。微生物治理技术是国际上公认的高效修复石油污染的新技术，基于微生物能适应各种复杂的生态环境，其繁殖代谢能力极强，能快 速降解石油中各种有毒物质，而且具有价格低廉、环境友好等诸多优势(Harayama SjKasai Y, Hara A.Microbial communities in oil-contaminated seawater [J].Curr.0pin.Biotechnol.，2004，15 (3):205-214.)。采用该技术处理物理和化学方法无法清除的溢油是恢复生态环境的最佳途径，对保护我国海洋生态环境，维持海洋资源的可持续性发展具有重大的科学意义和应用价值。
[0004]自上世纪七十年代，加入适当的微生物治理石油污染就被认为是一个有力的策略(Atlas R M.Petroleum biodegradation and oil spill bioremediation [J].Mar.Pollut.Bull.，1995，31 (4-12): 178-182.)，在野外试验中成功的例子如:1990 年利用 Alpha BioSea处理德克萨斯州海岸的原油泄漏，2000年利用Terra-zyme (TM)处理日本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年应用投加营养剂和高效烃降解菌对阿拉斯加Exxon Valdez王子海湾由于油轮泄露造成的污染进行的处理等，取得了非常明显的效果(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复过程中，却存在着有效菌株流失严重，修复效率大巾畐度下降等问题(De-Bashan L E, Bashan Y.1mmobilized microalgae for removingpoIlutants: Review of practical aspects[J].Bioresour.Technol., 2010, 101 (6):1611-1627.)。所以，针对海洋溢油修复所特有的处理环境，本专利采用微生物固定化技术。固定化微生物技术与其它生物修复技术相比，能够保持微生物高密度、高活性，减轻或消除微生物的流失，处理效率高，对环境的耐受力强，反应易控制，能够有效提高目标区域内海洋溢油污染微生物菌剂的修复效率(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]包埋固定化技术作为固定化方法的一种，与吸附法、交联法、共价结合法等其他固定化技术相比，由于制 备方法简单易操作，反应条件温和易实现，微生物不易泄漏，稳定性和重复利用性好，并且有较高的微生物活性和细胞容量(包木太，巩元娇，李一鸣.固定化微生物在降解含油污水中的作用[J].武汉大学学报(理学版)，2010，56 (I): 109-144.)。海藻酸钠-CaCl2包埋与聚乙烯醇-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.)。相对于海藻酸钠_CaC12包埋法，聚乙烯醇-H3BO3制备的固定化制剂虽机械强度较高、使用寿命较长，但聚乙烯醇因附聚作用强而成球较为困难，且用于交联聚乙烯醇的饱和硼酸溶液对微生物的毒害大，会显著降低在固定化后微生物的活性。海藻酸钠-CaCl2包埋法虽反应条件温和，包埋材料对生物无毒害，包埋的细胞具有较高的活性，但制剂机械强度较低、传质性较差。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种无生物毒害、固化后微生物活性高、机械强度高、传质性好的固定化微生物溢油修复剂；
[0008]本发明的另一目的是提供上述固定化微生物溢油修复剂的制备方法。
[0009]本发明的目的通过以下技术方案来具体实现:
[0010]一种固定化微生物溢油修复剂，所述固定化微生物溢油修复剂中包埋的微生物浓度为5X107~2X108cell/g，其载体组分包括贻贝壳、海藻酸钠、CaCl2。
[0011]作为优选方案，上述的固定化微生物溢油修复剂，各载体组分占固定化微生物溢油修复剂的百分比为:贻贝壳1.2wt%、海藻酸钠6wt%、CaCl2 0.3-0.8wt%，其余为水。
[0012]上述固定化微生物溢油修复剂的制备方法，以海藻酸钠-CaCl2-改性贻贝壳作为载体进行包埋，具体步骤为:
[0013]I)贻贝壳改性处理；
[0014]2)将适量的改性处理后贻贝壳与种子菌液按1: (2~5)质量比混合进行吸附，直至吸附饱和，得到吸附细菌的改性贻贝壳；
[0015]3)向步骤2)中得到的吸附细菌的改性贻贝壳中加入海藻酸钠溶液，混匀后，用成球设备注入至CaCl2溶液中分散成球，交联6~18h，得到固定化微生物微球。
[0016]优选的，所述步骤I)中，贻贝壳改性处理步骤如下:
[0017]a、将原料贻贝壳清理、筛拣、干燥、粉碎，过40~80目筛，备用；
[0018]b、称取步骤a中粉碎好的贻贝壳，加入到浓度为2~5wt%的柠檬酸溶液，搅拌混匀，将混匀的料液在室温下浸溃约1.0~2.0h，其中，贻贝壳与柠檬酸溶液的质量比为1: (I ~3)；
[0019]C、将浸溃好的料液放入马福炉中进行活化，取出冷却；[0020]d、将制得的活化后的样品粉碎过120~150目筛，得改性贻贝壳。
[0021]进一步优选的，
[0022]所述步骤b中，柠檬酸溶液浓度为2.5wt%;贻贝壳与柠檬酸溶液的质量比为1:2 ；
[0023]所述步骤c中的活化温度为300~600°C，从室温升至所需活化温度的升温速率为40~60°C /min,保温15~30min。;优选活化条件为:活化温度为550°C，升温速率为50°C /min,保温 30min。
[0024]优选的，所述种子菌液以短短芽孢杆菌D-1作为石油烃降解菌，种子菌液浓度为(5~8) X IO9 cell/g,其中,种子菌液浓度最佳为6X IO9 cell/g。
[0025]优选的，所述使用海藻酸钠的浓度为4wt%~ 8wt%,最佳浓度为6wt% ；CaCl2溶液浓度为1.5wt%~3.5wt%，最佳浓度为3wt%。
[0026]优选的，所述步骤3)中，改性贻贝壳:海藻酸钠的质量比为1.2:6。注入时，海藻酸钠和贻贝壳载体以球形注入到氯化钙溶液中，氯化钙慢慢进入微球，并与海藻酸钠形成海藻酸钙后固定在微球中。
[0027]所述步骤3)中得到的固定化微生物微球用生理盐水冲洗2~4遍，即为成品。
[0028]经测试制得的固定化微生物溢油修复剂包埋的微生物浓度为5X107~2X108cell/g，在盐度为5~55%。，温度为10~30°C，pH为6.5~9.0的环境中对石油烃的降解率可达82~94%，与游离的微生物相比，其降解率提高39%~47%，且对环境的耐受性增强。
[0029]下面将本发明制得的固定化微生物微球与其他未添加改性贻贝壳的固定化微生物微球以及普通无机活性碳进行比较，比较结果如下表所示:
[0030]表1不同固定化微生物微球的性能比较(石油烃浓度3g/L)
[0031]
【权利要求】
1.一种固定化微生物溢油修复剂，其特征在于:所述固定化微生物溢油修复剂中包埋的微生物浓度为5X IO7~2父108(^11/^，其载体组分包括贻贝壳、海藻酸钠、0&(:12。
2.根据权利要求1所述的固定化微生物溢油修复剂，其特征在于:各载体组分占固定化微生物溢油修复剂的百分比为:贻贝壳1.2wt%、海藻酸钠6wt%、CaCl20.3-0.8wt%，其余为水。
3.一种固定化微生物溢油修复剂的制备方法，其特征在于:以海藻酸钠-CaCl2-改性贻贝壳作为载体进行包埋，具体步骤为: 1)贻贝壳改性处理； 2)将适量的改性处理后贻贝壳与种子菌液按1:(2~5)质量比混合进行吸附，直至吸附饱和，得到吸附细菌的改性贻贝壳； 3)向步骤2)中得到的吸附细菌的改性贻贝壳中加入海藻酸钠溶液，混匀后，用成球设备注入至CaCl2溶液中分散成球，交联6~18h，得到固定化微生物微球。
4.根据权利要求3所述的固定化微生物溢油修复剂的制备方法，其特征在于:所述步骤I)中，贻贝壳改性处理步骤如下: a、将原料贻贝壳清理、筛拣、干燥、粉碎，过40~80目筛，备用； b、称取步骤a中粉碎好的贻贝壳，加入到浓度为2~5wt%的柠檬酸溶液，搅拌混匀，将混匀的料液在室温下浸溃约1.0~2.0h，其中，贻贝壳与柠檬酸溶液的质量比为1: (I~3)； C、将浸溃好的料液放入马福炉中进行活化，取出冷却； d、将制得的活化后的样品粉碎过120~150目筛，得改性贻贝壳。
5.根据权利要求4所述的固定化微生物溢油修复剂的制备方法，其特征在于:所述步骤b中，柠檬酸溶液浓度为2.5wt% ;贻贝壳与柠檬酸溶液的质量比为1:2。
6.根据权利要求4所述的固定化微生物溢油修复剂的制备方法，其特征在于:所述步骤c中的活化温度为300~600°C，从室温升至所需活化温度的升温速率为40~60°C /min,保温15~30min ;优选活化条件为:活化温度为550°C，升温速率为50°C /min，保温30min。
7.根据权利要求3所述的固定化微生物溢油修复剂的制备方法，其特征在于:所述种子菌液以短短芽孢杆菌D-1作为石油烃降解菌，种子菌液浓度为(5~8) X109cell/g，其中，种子菌液浓度优选为6X109cell/g。
8.根据权利要求3所述的固定化微生物溢油修复剂的制备方法，其特征在于:所述使用海藻酸钠的浓度为4wt %~8wt %，优选浓度为6wt % ；CaCl2溶液浓度为2.5wt %~3.5wt %，优选浓度为3wt %。
9.根据权利要求3所述的固定化微生物溢油修复剂的制备方法，其特征在于:所述步骤3)中，改性贻贝壳:海藻酸钠的质量比为1.2:6。
10.根据权利要求3所述的固定化微生物溢油修复剂的制备方法，其特征在于:所述步骤3)中得到的固定化微生物微球用生理盐水冲洗2~4遍，即为成品。
【文档编号】C02F103/08GK104004745SQ201410190244
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】陈庆国, 刘梅, 孙静亚, 穆军 申请人:浙江海洋学院