CN101649330A

CN101649330A - 利用退浆废水发酵生产生物表面活性剂的方法

Info

Publication number: CN101649330A
Application number: CN200910194771A
Authority: CN
Inventors: 陆大年; 李名健
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2029-08-28
Also published as: CN101649330B

Abstract

本发明公开了一种利用退浆废水发酵生产生物表面活性剂的方法，该方法利用了印染厂大量产生的含淀粉的退浆废水作为微生物生长的碳源，进行发酵生产生物表面活性剂。采用印染厂中淀粉占浆料的质量百分比在30％－100％的退浆废水，经过过滤、浓缩、中和后作为培养基碳源，再添加微生物生长所需的其它营养物质，灭菌后接入能代谢产生表面活性物质的微生物菌种的种子液，通过优化发酵工艺发酵后，得到含有生物表面活性剂的发酵液。经离心除菌、酸沉淀、或脱色等简单方法处理后，能应用于染整工艺上，如煮练，皂洗，柔软整理，抗静电处理等工艺。本发明的制备方法简单，成本低廉，减少环境污染，适合于工业化生产。

Description

利用退浆废水发酵生产生物表面活性剂的方法

技术领域

本发明属脂肽类生物表面活性剂的发酵生产领域，特别是涉及一种利用退浆废水作为培养基组份发酵生产生物表面活性剂的方法。

背景技术

染整厂的废水处理一直是环保的重点难点，目前基本上都是通过一些物理化学或者生物的方法对废水进行处理以达到排放标准。其中也有对印染厂的退浆废水现有加以回收的相关文献，但是没有文献报道把它用作微生物的培养基生产生物表面活性剂。

表面活性剂在许多工业领域中占有特殊的地位，在纺织与印染行业尤其突出，各个工序中都可能需要加入表面活性剂。但多年来表面活性剂都是用化学方法合成的，这样得到的表面活性剂由于原材料的来源，价格，产品性能等方面存在的问题使其应用受到限制，更重要是它常常给环境带来污染。随着纺织、染整技术的进一步发展以及人们对于织物、环保的更高要求，生物表面活性剂将会受到青睐。

生物表面活性剂是一类由生物体系新陈代谢产生的具有表面活性的两亲化合物，其本身无毒或低毒，用量少，选择性好，可生物降解，对环境不造成污染；比化学合成的表面活性剂显示出更强的表面活性，乳化能力也更强。市场潜在需求大，具有非常广阔的应用前景。按其化学结构主要分为糖脂、脂肽、磷脂、脂肪酸中性脂、聚合表面活性剂和颗粒表面活性剂类等六大类。

自然界中有多种微生物能通过代谢产生表面活性物质，主要是细菌，如假单孢菌、芽孢杆菌、肠杆菌和节杆菌等；还有酵母菌和霉菌，如球拟酵母、假丝酵母和黑粉菌等。但目前由于原料成本过高，分离成本过大，生物表面活性剂还未作大规模的商业用途。现在的研究工作重点就放在选育高产菌株，引进廉价培养基，采取更简便的分离方法降低分离成本，使得生物表面活性剂的生产成本得以降低。

生物表面活性剂在化妆品，微生物采油和生物修复方面已经开始应用，并在其它领域呈现出潜在的应用价值，特别是在纺织与印染行业，但暂时还没有在这领域应用的报道。

染整工艺中几乎每个工序都需要用到表面活性剂，但是现阶段所用的表面活性剂都是化学合成的，具有一定的毒性，越来越不符合当前印染助剂向绿色环保方向的发展趋势，且表面活性剂的性能也不能满足人们日益增长的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用退浆废水发酵生产生物表面活性剂的方法，该方法简单，成本低，减少环境污染，适合于工业化生产。

本发明的一种利用退浆废水发酵生产生物表面活性剂的方法，包括：

(1)选取能够产生表面活性物质的微生物菌种，采用作为浆料的淀粉作为碳源进行培养条件优化，得到最佳培养基配方及培养条件，其中包括碳源淀粉的浓度；

(2)取印染厂浆料主要成份为淀粉的碱退浆废水，过滤除去固体杂质，并测定废水中糖及淀粉的含量，然后通过加热浓缩至(1)中所得出的淀粉浓度，冷却后，用HCl调节pH值至中性，并根据(1)所得的优化培养基配方加入除淀粉和盐以外的其它营养成份，溶解后灭菌，作为培养基待用；

(3)在上述培养基中接入所选用的菌种种子液，按照(1)中的优化条件进行培养，得到含有生物表面活性剂的发酵液。

所述步骤(1)微生物菌种选用能产生具表面活性的物质的细菌，如假单孢菌、芽孢杆菌、肠杆菌和节杆菌等；还有酵母菌和霉菌，如球拟酵母、假丝酵母和黑粉菌等。

所述步骤(2)碱退浆废水采用的是印染厂中淀粉占浆料的质量百分比在30％-100％的退浆废水。

所生产的生物表面活性剂包括糖脂、脂肽、磷脂、脂肪酸中性脂、聚合表面活性剂、颗粒表面活性剂类等六大类。

所得到生物表面活性剂的发酵液，经离心除菌、酸沉淀、或脱色处理后，应用于染整工艺上，如煮练，皂洗，柔软整理，抗静电处理等工艺。

本发明利用印染厂的退浆废水为原料配制发酵培养基，以此发酵培养微生物，代谢产生生物表面活性剂，并将此环境友好型的生物表面活性剂应用于染整工艺上。

不同的菌种有着不同的培养基配方，碳源却是几乎所有培养基的主要成分之一，碳源大多都是淀粉，多糖及葡萄糖之类的物质。本发明中就是利用印染厂的退浆废水替代培养基里的碳源发酵产生生物表面活性剂。

纺织浆料大致分为纯淀粉或变性淀粉浆、淀粉与化学合成高分子混合浆以及纯化学合成浆三种。本技术利用印染厂淀粉占浆料的质量百分比在30％-100％的退浆废水，作为微生物生长所需的碳源制备发酵培养基。经过模拟废水进行微生物培养的实验得出，要保证微生物能够有效生长，废水中的染整助剂，如阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的浓度须小于0.1-0.5g/L。废水中其它成分对微生物的生长没有明显影响，其中一定量的氯化钠和聚乙烯醇的存在还将促进微生物的生长及代谢。

对退浆废水的预处理，取印染厂浆料主要成份为淀粉的碱退浆废水，过滤除去固体杂质，用HCl调节pH值至中性，并测定废水中糖及淀粉的含量，然后通过常压浓缩、减压浓缩、薄膜浓缩或多效浓缩的方法浓缩至所需碳源浓度，但要保证某些表面活性剂的浓度不超过限定浓度。假如表面活性剂的浓度偏高，可以通过补充碳源的形式来解决。

在生物表面活性剂的发酵生产中，对所用菌种进行培养基条件的优化，得到一个最佳培养配方，然后按照优化培养基配方，在废水中加入除了碳源和一些无机盐的其他组分，加热溶解，灭菌。然后接种培养，培养之后得到含有生物表面活性剂的发酵液。

为降低从发酵液中分离生物表面活性剂的成本，在本发明中，通过减少生物表面活性剂的分离步骤来达到目的。培养之后的发酵液经离心除菌，再把含生物表面活性剂的上清液进行脱色处理后，作为本发明中的染整助剂。

为了改善传统表面活性剂的性能及环境相容性，把生物表面活性剂应用到染整工艺中来。各种生物表面活性剂，都是表面性能优良，环境相容的表面活性剂，可以应用在如煮练，皂洗，柔软整理，抗静电处理等各个染整工艺上。

经发酵培养微生物后，废水的COD从41360mg/l减到了22880mg/l，说明废水的处理上达到了一定的效果。通过废水的应用，也节约了培养基的成本，降低了生物表面活性剂的生产成本。在应用到染整工艺的皂洗时，达到同等效果的情况下，使用脂肽类生物表面活性剂比使用标准皂粉的成本更低。

有益效果

(1)本发明的制备方法简单，成本低廉，减少环境污染，适合于工业化生产；

(2)制得的生物表面活性剂应用到染整工艺时，与传统助剂相比，效果更优，成本更低。

具体实施方式

下面结合具体实施例，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

利用退浆废水发酵产生脂肽类生物表面活性剂：

(1)菌种：本实例中，用于废水发酵的微生物菌种为Bacillus subtilis HSO121。它是一株产脂肽类生物表面活性剂的菌种。

(2)培养基：通过模拟废水成份对Bacillus subtilis HSO121进行培养基优化，得到了最佳培养基配方(1L)：淀粉20g KH₂PO₄ 2.7g Na₂HPO₄ 12H₂O 17g NH₄Cl 2gMgSO₄ 0.2g NaCl 10g CaCl₂ 0.00077g MnSO₄H₂O 0.0017g Na₂EDTA 0.0015g。

(3)废水预处理：取某印染厂的碱退浆废水，其浆料的主要成份为淀粉。用HCl调节废水pH值至中性，并测定废水中糖及淀粉的含量，然后加热浓缩至培养基配方所需的浓度，过滤除去固体杂质。预处理好后在废水中按上述培养基配方加入除了淀粉和NaCl的其他组分，加热溶解，然后灭菌作为发酵培养基待用。

(4)培养：在灭好菌的培养基中，按5％的接种量接入Bacillus subtilis HSO121的种子液，然后放入恒温摇床进行培养。培养参数为：转速为130rpm，温度为30℃，培养72h。其中种子液是Bacillus subtilis HSO121在上面所述的发酵优化培养基中在相同的条件下培养24h得到。

(5)实验结果：培养72h之后，得到了含有生物表面活性剂的发酵液。离心除菌后，菌的干重为4.62g/l，测得离心上清液的表面张力为26.42mN/m，其CMC值为0.1g/l。用HCl调节上清液的pH至2.0进行酸沉淀，至4℃冰箱过夜。离心得沉淀为产品粗提物，水洗沉淀并冷冻干燥后的产量为1.0g/l。

实施例2

脂肽类生物表面活性剂作为活性黄3RS染色后的织物的皂洗剂：

在本实例中，引入实例1中生产的脂肽类生物表面活性剂作为皂洗助剂。

(1)完全水解染料的配制：取活性染料活性黄3RS，以自来水配制成2g/L的活性染料染液，再用NaOH调节pH值至10-11，加热至100℃，在沸腾的条件下保温水解120min，降温至60℃，然后用盐酸调节pH值至7-8后备用。

(2)染色工艺：

染色处方：完全水解活性黄3RS染料5％(对织物重)，NaCl 40g/l，Na₂CO₃ 10g/l，浴比1∶50。

在60℃时入染，15min后加入氯化钠，在60℃温度下续染15min，升温至90℃后加入纯碱，在90℃固色30min，染色完毕后降温冷却，取出试样，水洗烘干。

(3)皂洗剂配制：取实例1中得到的脂肽类生物表面活性剂的粗制品，在碱性条件下溶解于水中，加入活性炭进行去色处理，用去色之后的脂肽样品配成溶液，pH为9，浓度为0.1g/l，作为皂洗剂备用。

普通皂煮液配制：皂片2g/l，纯碱2g/l。

皂洗工艺：在98℃，浴比1∶30的条件下对染色后的织物进行洗色10min，完后将染色布取出，以70℃温水洗一遍再冷水洗一遍，在40℃左右烘干。

(4)实验结果测定：

织物洗色K/S值的测定：采用电脑测色配色仪测定染色织物皂洗前以及皂洗后的K/S值，并用以下公式计算浮色去除率ΔK/S。

织物洗色率的测定：在415nm最大吸收波长下，测定完全水解活性黄3RS的吸收标准曲线。标准曲线用于测定皂洗后溶液中含染料的浓度。

定义洗色率为质量为100g织物被除去浮色的质量乘以百分比，即：

式中：C——为皂洗残液中染料的浓度(g/l)；

V——为残液定容后的体积(L)；

W——为每块织物试样的质量(g)。

(5)实验结果：

用脂肽类生物表面活性剂作为皂洗剂的实验结果：染色织物皂洗前的K/S值为6.003，皂洗后的K/S值为0.876，计算得ΔK/S为85.39％，洗色率为0.29。

用普通皂粉皂洗的实验结果：染色织物皂洗前的K/S值为5.913，皂洗后的K/S值为1.397，计算得ΔK/S为76.38％，洗色率为0.21。

实施例3

采用脂肽类生物表面活性剂对活性蓝BRF染色后的织物皂洗：

(1)完全水解染料的配制：取活性染料活性蓝BRF，以自来水配制成2g/L的活性染料染液，再用NaOH调节pH值至10-11，加热至100℃，在沸腾的条件下保温水解120min，降温至60℃，然后用盐酸调节pH值至7-8后备用。

(2)染色工艺：

染色处方：完全水解活性蓝BRF染料5％(对织物重)，NaCl 40g/l，Na₂CO₃ 10g/l，浴比1∶50。

普通皂煮液配制：皂片2g/l，纯碱2g/l。

(4)实验结果测定：

织物洗色率的测定：在610nm最大吸收波长下，测定完全水解活性蓝BRF的吸收标准曲线。标准曲线用于测定皂洗后溶液中含染料的浓度。

式中：C——为皂洗残液中染料的浓度(g/l)；

V——为残液定容后的体积(L)；

W——为每块织物试样的质量(g)。

(5)实验结果：

用脂肽类生物表面活性剂作为皂洗剂的实验结果：染色织物皂洗前的K/S值为6.896，皂洗后的K/S值为4.112，计算得ΔK/S为40.36％，洗色率为0.17。

用普通皂粉皂洗的实验结果：染色织物皂洗前的K/S值为6.987，皂洗后的K/S值为4.798，计算得ΔK/S为31.33％，洗色率为0.15。

Claims

1.一种利用退浆废水发酵生产生物表面活性剂的方法，包括：

2.根据权利要求1所述的一种利用退浆废水发酵生产生物表面活性剂的方法，其特征在于所述步骤(1)微生物菌种选用能产生具表面活性的物质的细菌、酵母菌或霉菌。

3.根据权利要求2所述的一种利用退浆废水发酵生产生物表面活性剂的方法，其特征在于所述步骤(1)微生物菌种选用假单孢菌、芽孢杆菌、肠杆菌、节杆菌、球拟酵母、假丝酵母或黑粉菌。

4.根据权利要求1所述的一种利用退浆废水发酵生产生物表面活性剂的方法，其特征在于所述步骤(2)碱退浆废水采用的是印染厂中淀粉占浆料的质量百分比在30％-100％的退浆废水。

5.根据权利要求1所述的一种利用退浆废水发酵生产生物表面活性剂的方法，其特征在于所生产的生物表面活性剂包括糖脂、脂肽、磷脂、脂肪酸中性脂、聚合表面活性剂或颗粒表面活性剂类六大类。

6.根据权利要求1所述的一种利用退浆废水发酵生产生物表面活性剂的方法，其特征在于所得到生物表面活性剂的发酵液，经离心除菌、酸沉淀、或脱色处理后，应用于染整工艺上。