专利名称：悬浮的颗粒材料的生物粘结的制作方法
技术领域：
本发明涉及减少悬浮的颗粒材料的量的组合物和方法，包括液体中或者气体中，特别是，在形成悬浮颗粒材料的工业过程中。特别地，本发明涉及通过凝聚和后续的生物粘结，以及直接应用胞外多糖(EPS)源或者通过接种产生所述EPS的微生物，减少气态或者液态悬浮物中颗粒材料的量的组合物和方法。这允许第一步:使所述颗粒材料沉淀，并当在所述第一步中所述颗粒材料中的含钙化合物已经沉淀(通过接种具有尿素分解活性的第二类微生物)，接着使所述材料粘结。技术领域这些生物是已知的，生产和释放多糖或者胞外多糖(具有特定性质，例如，净电荷)进入生物培养基中。所述胞外多糖(EPS)由许多和不同类型的微生物生产，并且他们的组合物是变化的。从总体上看，胞外多糖是由一些微生物生产的生物聚合物，并且分泌进入细胞外空间，其由单糖残基连接形成所述主体结构。这些单体可以被或者不被基团取代，所述基团例如醋酸盐、丙酮酸盐、琥珀酸盐、硫酸盐或者磷酸盐。以这种方式，根据它们的组合物，EPS可以具有净电荷，其 或者阴性或者阳性，并且以较高或者较低程度存在。此外，现有技术中已知，有微生物允许碳酸盐沉淀，其与有过量的钙离子原位形成方解石(CaCO3)，以这种方式，所述材料在合适的条件下固化过程，称为生物粘结。例如，于2006提交的专利CN1923720A涉及利用菌株Bacillus pasteurii沉淀重金属复合物(例如Cu，Cd，Pb，Zn)，和并且微生物也形成碳酸盐沉淀。所描述的方法也要求添加钙离子以形成所述沉淀。尽管如此，其没有描述利用微生物菌株或者使用胞外多糖，以允许第一步的沉淀和后续的粘结(如本发明所描述)。美国专利US6562585描述了受污染的水体的净化，特别是用于减少有机氮或硝酸盐化合物，以及用于降低在水中的氨，亚硝酸盐和硝酸盐。上面提到的微生物分别对应于细菌属于Bacillus属,特别是B.pasteurii。然而,该文件不描述生物粘结或所述材料的凝固沉淀，以及使用胞外多糖或产生胞外多糖的微生物(如本发明所描述)。Jennifer Arnold的硕士科学学位论文题为“尿素分解碳酸钙沉淀以固定含层系统的石申，，(^Ureolytic CaC03prec ip i tat ion for immobilization of arsenic in anaquifer system”)，其于2007年在加拿大萨斯嘻彻温大学提出，描述了使用具有尿素分解性质的微生物接种体，沉淀地下水设别中的碳酸盐。尤其是，处理水中的砷的减少，表示已经存在于所述培养基中的用于沉淀的特定钙离子浓度，已经被成功地进行说明。然而，所述出版物没有描述使用胞外多糖或产生胞外多糖的微生物以在第一步骤中使所述悬浮材料沉淀(通过本发明所述)。此外，所述出版物“Applicationsof microorganisms to geotechnicalengineering for bioclogging and biocementation of soil in situ，，，Rev EnvironSciBiotechnol,属于VolodymyrIvanov和Jian Chu, 2008,描述了在含有尿素和氯化I丐培养基中，使用B.pasteurii形成土块。但是，没有描述:通过使用胞外多糖以及生产胞外多糖的微生物进行所述生物粘结以及沉淀。
所述出版物W02006066326描述了由可渗透材料形成胶结物，通过利用具有尿素分解性质的微生物(特别是B.pasteurii菌株)、以及富含尿素和钙离子的培养基。然而，这份文件没有描述:所述生物粘结(具有改善的沉淀)，通过使用胞外多糖或产生胞外多糖的微生物获得。本领域的现有技术的文件没有描述结合将胞外多糖或产生胞外多糖的微生物、与至少一种有尿素分解属性的菌株微生物结合，以允许沉淀碳酸盐。发明简述本发明涉及微生物的组合物和方法，其允许悬浮在空气中或(来自水性悬浮物的)水中的颗粒材料生物粘结。所述方法包括添加存在多糖源的培养基，其直接分离地，或者通过接种产胞外多糖的微生物菌株(其允许开始沉淀，并凝聚所述悬浮的颗粒材料)，以及具有尿素分解性质的第二类微生物(其允许沉淀碳酸盐，以形成生物粘结，并压缩所述沉淀材料)。附图简述
图1.在空气中颗粒材料的 沉降。所述附图显示了以克为单位的材料沉降量。所述检测在每个例子中，对10克的颗粒材料(具有2ml含有所述细菌SLIM，B.pasteurii的培养液)进行，两者培养基都具有细菌或者水作为对照。图2.所述图显示通过培养基中细菌B.pasteurii连同SUM细菌，产生沉淀。B.pasteurii存在下,只观察到该白色沉淀。图3.接种细菌Bacillus pasteurii的不同培养基检测。a)培养基B+CaC12+盐+悬浮材料；b)培养基B+盐+悬浮材料；c)培养基B+盐；d)培养基B，e)培养基B+CaCl2。图4.对细菌B.pasteurii与颗粒材料的培养基进行显微照相(A)示出了从颗粒材料形成的晶体，(B)表示将形成晶体的凝聚材料，以及(C)示出了 B.pasteurii杆菌。图5.对由所述细菌进行的沉降进行SEM的样品分析。所述图显示了由所述细菌生产的不同形式的的晶体，使用所述颗粒材料作为基质。图6.A)在这个测定中，所述细菌生长在完全培养基中，也含有0.1g的CaC12和
0.1g的砷酸钙。所述图显示了由所述细菌形成的浅灰色沉淀。最右侧的三支管显示由一式三份进行的实验；在左侧，所述图显示了一式三份实验(具有细菌生长、搅拌以及不搅拌的)。B)在这个测定中，所述细菌在完全培养基中生长，只含有0.2g的砷酸钙。该图示出了少量的浅灰色沉淀，由仅使用砷酸钙作为钙源的细菌形成。最右侧的三支管显示由一式三份进行的实验；在左侧，所述图显示了一式三份实验(有细菌生长、搅拌以及不搅拌的)。C)在这个测定中，所述细菌在完全培养基中生长，没有钙源(没有CaCl2或者砷酸钙)。所述图显示，由所述细菌没有沉淀形成。所述左右边的三支管显示由一式三份进行的实验；在左侧，所述图显示了一式三份实验(有细菌生长、搅拌以及不搅拌的)。D)在这个测定中，所述细菌在完全培养基中生长，也含有0.2g的CaCl2而没有砷酸钙。所述图显示由所述细菌形成的白色沉淀。最右侧的三支管显示由一式三份进行的实验；在左侧，所述图显示了一式三份实验(有细菌生长、搅拌以及不搅拌的)。图7.使用B.pasteurii细菌，在培养皿中固定砷酸钙样品进行的实验。A)具有颗粒状材料(GM)的培养皿，在第一次接种后24小时。B)具有精细颗粒材料(PM)的培养皿，在第一次接种后24小时。C)具有GM的培养皿，第一次接种后72小时。D)具有PM的培养皿，第一次接种后72小时。E)具有GM的培养皿，第一次接种后7天。F)具有PM的培养皿，第一次接种后7天。图8.使用本发明的组合物、以及颗粒材料形成致密块状物。A)固化在托盘中的块状物。B)牢固致密材料的块状物。发明详述本发明涉及组合物包含:a)多糖(EPS)源和b)具有尿素分解活性的微生物菌株。所述EPS源:a)可以是直接的EPS或者产生EPS的微生物。本发明涉及的方法，允许所述悬浮材料形成所述生物粘结，包括在空气中或者液态基质中。在优选的实施方案中，所述胞外多糖源(EPS)相应的微生物菌株，其可以是细菌或者微藻类(其特征在于产生EPS)。尤其是，本发明的 所述微生物组合物可以包括一种或多种不同微生物菌株的每个类型。优选地，所述产生EPS的微生物生产具有负净电荷的胞外多糖，其允许在悬浮物中，凝聚和沉降颗粒材料，(虽然也可以用于带正电的EPS)。关于具有尿素分解活性的微生物，可以使用具有合适的尿素分解活性的任何微生物类型。不限制本发明，且仅为了呈现示例性实施例的目的，提及特定的产胞外多糖(EPS)的微生物(例如粘液产的细菌SUM、微藻类的菱形藻Nitzschia sp.、或其他粘液或EPS生产微藻类)。在本说明书中，所述术语“粘液产SUM细菌”，是多种在生长期间产生大量EPS并且能形成生物膜的微生物之一。总之，这些细菌形成菌落，并自身产生粘液，生活在潮湿的土壤或腐烂的植物材料或动物粪便中。例如，不限制本发明，粘液产微生物已经从不镑钢腐蚀部位分离，例如 Clostridium spp.，Flavobacterium spp.，Bacillus spp.，Desulfovibrio spp.,Desulfotomaculum spp.和Pseudomonas spp.，但是本发明不限于这些特定的微生物，因为本发明可以使用任意粘液产的微生物菌株，其一般称为SLIM。不限制本发明，在以下部分中描述特定的微生物，Bacillus pasteuru,它具有良好评估的尿素分解活性。所述芽孢杆菌pasteurii是能够在为期一周内，在固体砂岩中变成砂(主要由二氧化硅组成)。该反应是随时间是稳定的。此外，这种细菌不是人类的病原体，并且死于砂凝固过程中。巴斯德氏芽胞杆菌(Bacillus pasteurii)是渗入天然人类土壤沉积物中的需氧细菌，其在天然人类土壤沉积物中从碳酸钙形成方解石(在培养基中可以得到)，并且因此能够形成沙微粒的大型聚集体。本发明的方法相应的应用的液体含有:a)胞外多糖源(EPS)；b)具有尿素分解活性的微生物菌株；c)培养基；所述EPS源可以是获得的直接EPS，以及从产EPS微生物(或产EPS微生物菌株)培养物中并分离的，所述微生物在当下的应用中含有所述EPS。
在所述EPS源是从产EPS微生物培养物获得和分离的EPS的情况下，所述EPS在最终组合物种的存在浓度在0.5和5%之间。在所述EPS源是微生物菌株的情况下，所述培养基将被调整到所述菌株的营养需求(包括本发明的组合物)。为了制备本发明的组合物，产EPS微生物菌株的培养物必须在稳定期中，具有浓度范围为每毫升IO7至IO9细胞，更优选为每毫升IO8个细胞左右。在特定的实施方案中，当所选的EPS源是产EPS微生物，在本发明所述组合物中，最终的产EPS微生物的浓度范围为每mllO6到IO8个细胞。尿素分解微生物在本发明所述组合物中，所述最终浓度范围为每mllO6到IO8个细胞。本发明的组合物使用培养基，以补足组合物的体积，以这种方式，获得先前描述的微生物浓度。特别地，所述培养基应该含有:尿素、蛋白质来源、 氯化钠、氯化铵、二碳酸钠和氯化钙。在特定的实施方案中，不限制本发明，所述培养基包括:
权利要求
1.一种减少悬浮在空气中或液体中的颗粒材料的量的组合物，其中所述组合物包含: a.胞外多糖源(EPS)； b.在最终组合物中在每毫升IO6至IO8微生物的浓度具有尿素分解活性的微生物菌株；以及 c.培养基。
2.根据权利要求1所述的减少悬浮在空气中或液体中的颗粒材料的量的组合物，其中所述胞外多糖源为从产生EPS的微生物的培养物获得和分离的EPS，并且EPS在最终组合物中以0.5至5%的浓度存在。
3.根据权利要求1所述的减少悬浮在空气中或液体中的颗粒材料的量的组合物，其中所述胞外多糖源对应于有活力的粘液产微生物菌株。
4.根据权利要求3所述的减少悬浮在空气中或液体中的颗粒材料的量的组合物，其中所述粘液产微生物为SUM细菌，所述SUM细菌在最终组合物中的浓度为每毫升IO6至IO8微生物。
5.根据权利要求3所述的减少悬浮在空气中或液体中的颗粒材料的量的组合物，其中所述粘液产微生物为微藻类，所述微藻类在最终组合物中的浓度为每毫升IO6至IO8微生物。
6.根据权利要求1所述的减少悬浮在空气中或液体中的颗粒材料的量的组合物，其中所述具尿素分解活性的微生物为Bacillus pasteurii培养物。
7.一种减少悬浮在空气 中或液体中的颗粒材料的量的方法，其中所述方法包括下列步骤: a.将包含胞外多糖(EPS)源、具尿素分解活性的微生物菌株和培养基的组合物应用于悬浮的固体(空气中的颗粒材料)或含有颗粒材料的液体； b.由于EPS作用的结果，使得所述颗粒材料沉淀； c.由于尿素分解性微生物作用的结果，使得生物粘结； d.获得抵抗外部压力的结实致密块状物。
8.根据权利要求7所述的减少悬浮在空气中或液体中的颗粒材料的量的方法，其中步骤b)和c)能够同时或依次发生。
9.根据权利要求7所述的减少悬浮在空气中或液体中的颗粒材料的量的方法，其中当所述颗粒材料悬浮在空气中时，所述应用通过喷涂来进行，并且当所述颗粒材料悬浮在液体中时，将所述组合物添加到所述液体中。
10.根据权利要求7所述的减少悬浮在空气中或液体中的颗粒材料的量的方法，其中所述组合物的应用包括添加相对于待处理的具有颗粒材料的液体的体积0.001至0.0lg/1、优选0.005g/l的比例。
11.根据权利要求7所述的减少悬浮在空气中或液体中的颗粒材料的量的方法，其中步骤b)中的沉淀时间从应用本发明所述的组合物的时刻开始计算立即发生，从I至30分钟、优选10分钟发生。
12.根据权利要求7所述的减少悬浮在空气中或液体中的颗粒材料的量的方法，其中步骤c)中的生物粘结过程从应用本发明所述的组合物的时刻开始计算在24至72小时发生。
全文摘要
本发明涉及在液体中或空气中、特别是在产生悬浮颗粒材料的工业过程中减少悬浮的颗粒材料的量的组合物和方法。特别地，本发明涉及通过凝聚和后续的生物粘结，应用胞外多糖(EPS)源，以减少在空气或液体悬浮物中颗粒材料量的组合物和方法，所述胞外多糖(EPS)源可以是直接的或者通过接种产生所述EPS的微生物。这使得允许第一步使所述颗粒材料沉淀，并当在所述第一步中所述颗粒材料中的含钙化合物已经沉淀(通过接种具有尿素分解活性的第二类微生物)，接着使所述材料粘结。
文档编号B01D21/01GK103223278SQ20131004138
公开日2013年7月31日 申请日期2013年1月30日 优先权日2012年1月30日
发明者P·查维兹·克罗克尔, J·M·薇拉·阿拉亚, P·古铁雷斯·沙达诺, J·D·R·欧比瑞奎·孔特勒拉 申请人:农作物生物和生物技术阿奎玛利纳公司