CN103466805A - 利用虫拟蜡菌菌体去除废水中蒽醌类化合物工艺技术 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了利用虫拟蜡菌菌体去除废水中蒽醌类化合物工艺技术，涉及生物工程领域。即利用虫拟蜡菌作为出发菌株，经过液体摇瓶培养、液体菌体扩大培养、获得虫拟蜡菌菌体，利用该菌体去除废水中蒽醌类化合物的工艺。采用此工艺技术蒽醌类化合物去除率可以达到70～100%。

Description

利用虫拟蜡菌菌体去除废水中蒽醌类化合物工艺技术
技术领域
本发明涉及生物工程技术领域，特指利用虫拟蜡菌菌体去除含有蒽醌类化合物的废水中的蒽醌类化合物。将原废水浓缩或稀释至蒽醌类化合物含量在0.05～1克/升后，投入虫拟蜡菌菌体，通气搅拌反应去除蒽醌类化合物。应用此工艺蒽醌类化合物的去除率可达到60～100%。
背景技术
蒽醌化合物种类繁多,是重要的化工原料和中间体,颜色鲜艳,范围广,因而在纺织、印染等行业中广泛应用,不仅可用于涤纶及混纺织物的印染,还可用于锦纶、腈纶、丙纶、醋纤、羊毛、丝绸的印染。同时随着环保要求的日益提升, 偶氮染料禁用范围扩大, 也使得蒽醌染料的重要性更为突出, 使其在印染工业中的应用越来越广泛。但是蒽醌类化合物不仅生产废水水量大,而且该化合物色度高,溶解度低!熔点高!性质稳定!难以生物降解,又具有较高的亲脂性,直接排放的污水中蒽醌通过沉降!食物链富集等作用可长期滞留于水体!土壤!沉积物和空气中。因此探索有效降解蒽醌类化合物的技术，对于社会的和谐与发展具有十分重要的意义。
目前关于含有蒽醌类化合物废水的处理专利有几项，但是主要方法是蒽醌的回收利用、微生物降解以及氧化去除。如专利“1,4-二羟基蒽醌生产废水的治理和资源回收方法”（申请号00112386.6）公开了利用大孔树脂吸附，再用氢氧化钠解析回收利用1,4－二羟基蒽醌生产废水中的蒽醌类化合物的方法；专利“一种1，4-二羟基蒽醌工艺废水的回收方法” （申请号 200410013484.X）公开了利用浓缩、冷却、结晶、分离和干燥等技术回收利用蒽醌的方法。专利“鞘氨醇单胞菌属菌株及其在蒽醌染料废水脱色中的应用”（申请号 200410020832.6）公开了鞘氨醇单胞菌菌株，在蒽醌染料废水脱色中应用，该菌脱色能力强，降解速度快，但是只能适合于低浓度蒽醌废水；还有采用电化学氧化（专利号200910029887.6）和光催化氧化（200710011629.6），这两种方法还需要进一步处理。与这些方法相关论文也有不少报道。另外一些博士和硕士学位论文报道了黄孢原毛平革菌吸附降解蒽醌类化合物机制进行了研究，但是未涉及其工艺技术。
本发明人经过深入的研究，摸索出一种利用虫拟蜡菌（Ceriporiopsis subvermispora）菌体，在通气和搅拌反应一段时间去除废水中蒽醌类化合物工艺，该工艺时间短，去除率高。
发明内容
本发明提供的是虫拟蜡菌降解废水中蒽醌类化合物的生物技术。废水经过虫拟蜡菌降解后，其蒽醌类化合物去除率可到达60~100%。
本发明一种虫拟蜡菌降解蒽醌类化合物工艺技术，按照下述步骤进行：以虫拟蜡菌为出发菌株，进行试管扩大培养、液体摇瓶培养、菌体液体扩大培养，离心收集菌体，然后用菌体去除废水中蒽醌类化合物。
本发明所用的菌种是虫拟蜡菌的任意一株菌种，如中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC)保藏的菌种。
本发明所适用的废水是任意一种含蒽醌类化合物的废水，如发酵法生产蒽醌类化合物的废液、从植物中提取蒽醌类化合物的废液或者以蒽醌类化合物为原料合成其他产品的废液。
其中所述的试管扩大培养中的扩大培养基为马铃薯蔗糖培养基（诸葛健、王正祥主编的“工业微生物实验技术手册”，1994，367页。
其中所述的液体摇瓶培养中和菌体液体扩大培养中的液体摇瓶培养基和液体菌体培养基均为：葡萄糖5～30克/升，蛋白胨0～5克/升，酵母膏0～5克/升，硫酸镁0.2～1，吐温-80 0.5～10，磷酸二氢钾2～9，pH5～8，120～140℃灭菌20～40分钟。
其中所述的摇瓶培养工艺条件为，接种3-5块虫拟蜡菌试管斜面菌体（5×5mm）于装有40～120 mL培养基的250mL三角瓶中，在转速：150转/分，25～35℃，培养24～72小时。       其中所述的菌体培养工艺为，按1～20%（体积比）的接种量将摇瓶培养种子液接种到液体菌体扩大培养工艺为，在温度25～35℃，搅拌转速50～200转/分，通气量0.2～2：1体积/体积/分钟（通气气体体积/发酵液体积/分钟），培养18～72小时；培养液经过3000～6000rpm离心5～20分钟，得到虫拟蜡菌菌体。
本发明所述的用菌体去除废水中蒽醌类化合物的工艺为：上述虫拟蜡菌菌体与含有0.05～1克/升蒽醌类化合物的废水（通过真空浓缩或稀释调节蒽醌类化合物浓度）按1：10～50（质量/体积）混合，在温度25～60℃，搅拌转速50～200转/分，通气量0.2～2：1体积/体积/分钟（通气气体体积/发酵液体积/分钟），反应3～15小时，即可去除蒽醌类化合物。
使用该工艺废水降解后，蒽醌类化合物去除率可达到70-100%。
根据本发明所述的液体菌体扩大培养工艺，结合本领域的基本知识，可以根据生产需要，增加二级、三级甚至四级菌体罐，进一步扩大生产规模，以进行工业化生产。二级、三级甚至四级种子罐采用的培养基与摇瓶培养基和菌体液体扩大培养基相同，接种量为5～20%，培养条件同于液体菌体扩大培养条件。 
具体实施方式
根据此工艺采用的蒽醌类化合物测定方法为：精密吸取1，8-二羟基蒽醌对照品溶液（0.522 mg/ml）1、3、5、8、10、15 ml，分别置25ml容量瓶中，挥去甲醇，残渣用0.5%醋酸镁乙醇溶液溶解并稀释至刻度，摇匀，于425 nm 处，以0.5%醋酸镁乙醇溶液作参比测定吸收度。以1，8-二羟基蒽醌含量（y）对吸收度（x）进行线性回归分析，得线性回归方程。精密吸取样品溶液重复上述操作测定吸收度，利用线性回归方程计算各样品中总蒽醌的含量。
蒽醌类化合物去除率Re按下列公式（1）计算：
                                                          
Figure 220028DEST_PATH_IMAGE001
 ()()()((1)
    式中，R t 为t时间蒽醌类化合物的去除率；C 0  (mg/L) 为0小时的蒽醌类化合物浓度；C t  (mg/L ) 为吸附t小时蒽醌类化合物的浓度。
为了进一步阐述本发明的技术方案所涉及的材料及工艺，给出了以下实施例，但是这些实施例不以任何形式限制本发明的范围。
实施例1
1. 试管斜面菌种的制作
在新配置的马铃薯蔗糖培养基（诸葛健、王正祥主编的“工业微生物实验技术手册”，1994，367页）中接入一环虫拟蜡菌菌种（Ceriporiopsis subvermispora）（中国普通微生物菌种保藏管理中心CCGMC3.5232），26℃，培养时间50小时；4℃保存备用。
2. 液体摇瓶培养菌种的制作
精确称取葡萄糖5克，蛋白胨0克，酵母膏5克，硫酸镁0.2克，吐温-80 0.5克，磷酸二氢钾2克，水1000 mL, pH 5，分装250mL三角瓶，每瓶50克，共20瓶，120 ℃灭菌 40分钟；冷却后，每瓶接种3块虫拟蜡菌试管斜面菌体（5×5mm），在25℃，150转/分，培养 72小时；
3. 菌体液体扩大培养
精确称取葡萄糖50克，蛋白胨0克，酵母膏50克，硫酸镁2克，吐温-80 5克，磷酸二氢钾20克，水10L，装于15L的种子罐中，120℃灭菌20分钟；灭菌冷却后，在温度25 ℃，搅拌转速50 转/分，通气量0.2 ：1体积/体积/分钟（通气气体体积/发酵液体积/分钟），培养 72小时；培养液经过3000rpm离心20分钟，得到虫拟蜡菌菌体。
4. 去除废水中蒽醌类化合物
以大黄为原料，采用水煎法提取蒽醌类化合物的废液经过浓缩，蒽醌类化合物浓度为1克/L的废液1000L，菌体与废液按1：50（质量/体积）混合，在温度25℃，搅拌转速60转/分，通气量0.3：1体积/体积/分钟（通气气体体积/发酵液体积/分钟），反应3小时后，蒽醌类化合物去除率达到71.3%。
实施例2
1. 试管斜面菌种的制作
在新配置的马铃薯蔗糖培养基（诸葛健、王正祥主编的“工业微生物实验技术手册”，1994，367页）中接入一环虫拟蜡菌菌种（中国农业微生物菌种保藏管理中心ACCC30155），30℃，培养时间100小时；7℃保存备用。
2. 液体摇瓶培养菌种的制作
精确称取葡萄糖150克，蛋白胨25克，酵母膏25克，，硫酸镁0.4克，吐温-80 4克，磷酸二氢钾5克，水10 L, pH 6，分装250mL三角瓶，每瓶100克，共100瓶，130℃灭菌30分钟；冷却后，每瓶接种4块虫拟蜡菌试管斜面菌体（5×5mm），在30℃，150转/分，培养50小时；
3. 菌体液体扩大培养
精确称取葡萄糖2000克，蛋白胨250克，酵母膏250克，硫酸镁60克，吐温-80 60克，磷酸二氢钾400克，水100L，装于130L的种子罐中，130℃灭菌30分钟；冷却后，在温度30℃，搅拌转速125转/分，通气量1：1体积/体积/分钟（通气气体体积/发酵液体积/分钟），培养50小时；培养液经过4500rpm离心13分钟，得到虫拟蜡菌菌体。
4. 去除废水中蒽醌类化合物
尖孢镰刀菌发酵制备蒽醌类化合物的废液，经过浓缩使蒽醌类化合物含量为0.2克/L的废液1000L，菌体与废液按1：30（质量/体积）混合，在温度45℃，搅拌转速120转/分，通气量1：1体积/体积/分钟（通气气体体积/发酵液体积/分钟），反应7小时后，蒽醌类化合物去除率达到87.5%。
 
实施例3
1. 试管斜面菌种的制作
在新配置的马铃薯蔗糖培养基（诸葛健、王正祥主编的“工业微生物实验技术手册”，1994，367页）中接入一环虫拟蜡菌菌种（中国工业微生物菌种保藏管理中心 CICC2001），35℃，培养时间144小时；10℃保存备用。
2. 液体摇瓶培养菌种的制作
精确称取葡萄糖300克，蛋白胨50克，酵母膏0克，硫酸镁10克，吐温-80 100克，磷酸二氢钾90克，水10L, pH7.5，分装250mL三角瓶，每瓶120 mL，共80瓶， 140℃灭菌20分钟；冷却后，每瓶接种5块虫拟蜡菌试管斜面菌体（5×5mm），在35℃，150转/分，培养72小时；
3. 一级菌体液体扩大培养
精确称取葡萄糖1500克，蛋白胨250克，酵母膏0克，硫酸镁50克，吐温-80 500克，磷酸二氢钾450克，水50L，装于70L的一级种子罐中， 140℃灭菌40分钟；灭菌冷却后，在温度35℃，搅拌转速200转/分，通气量2：1体积/体积/分钟（通气气体体积/发酵液体积/分钟），培养50小时；
4. 二级菌体液体扩大培养
精确称取葡萄糖15000克，蛋白胨2500克，酵母膏0克，硫酸镁500克，吐温-80 5000克，磷酸二氢钾4500克，水500L，装于700L的二级种子罐中， 140℃灭菌40分钟；灭菌冷却后，在温度35℃，搅拌转速200转/分，通气量2：1体积/体积/分钟（通气气体体积/发酵液体积/分钟），培养18小时；培养液经过6000rpm离心5分钟，得到虫拟蜡菌菌体。
5. 去除废水中蒽醌类化合物
以蒽醌类化合物为原料，在催化剂的作用下,合成硝基蒽醌的废液，稀释至蒽醌类化合物含量为0.05克/L的废液1000L，菌体与废液按1：10（质量/体积）混合，在温度60℃，搅拌转速200转/分，通气量2：1体积/体积/分钟（通气气体体积/发酵液体积/分钟），反应15小时后，蒽醌类化合物去除率达到100%。

Claims (8)

1.一种虫拟蜡菌降解蒽醌类化合物工艺技术，其特征在于按照下述步骤进行：以虫拟蜡菌为出发菌株，进行试管扩大培养、液体摇瓶培养、菌体液体扩大培养，离心收集菌体，然后用菌体去除废水中蒽醌类化合物。
2.根据权利要求1所述的一种虫拟蜡菌降解蒽醌类化合物工艺技术，其特征在所用的菌种是虫拟蜡菌的任意一株菌种。
3.根据权利要求1所述的一种虫拟蜡菌降解蒽醌类化合物工艺技术，其特征在所适用的废水是任意一种含蒽醌类化合物的废水，如发酵法生产蒽醌类化合物的废液、从植物中提取蒽醌类化合物的废液或者以蒽醌类化合物为原料合成其他产品的废液。
4.根据权利要求1所述的一种虫拟蜡菌降解蒽醌类化合物工艺技术，其特征在其中所述的试管扩大培养中的扩大培养基为马铃薯蔗糖培养基。
5.根据权利要求1所述的一种虫拟蜡菌降解蒽醌类化合物工艺技术，其特征在其中所述的液体摇瓶培养中和菌体液体扩大培养中的液体摇瓶培养基和液体菌体培养基均为：葡萄糖5～30克/升，蛋白胨0～5克/升，酵母膏0～5克/升，硫酸镁0.2～1克/升，吐温-80 0.5～10克/升，磷酸二氢钾2～9克/升，pH5～8，120～140℃灭菌20～40分钟。
6.根据权利要求1所述的一种虫拟蜡菌降解蒽醌类化合物工艺技术，其特征在其中所述的摇瓶培养工艺条件为，接种3-5块虫拟蜡菌试管斜面菌体（5×5mm）于装有40～120 mL培养基的250mL三角瓶中，在转速：150转/分，25～35℃，培养24～72小时。
7.根据权利要求1所述的一种虫拟蜡菌降解蒽醌类化合物工艺技术，其特征在其中所述的菌体培养工艺为，按1～20%（体积比）的接种量将摇瓶培养种子液接种到液体菌体扩大培养工艺为，在温度25～35℃，搅拌转速50～200转/分，通气量0.2～2：1体积/体积/分钟（通气气体体积/发酵液体积/分钟），培养18～72小时；培养液经过3000～6000rpm离心5～20分钟，得到虫拟蜡菌菌体。
8.根据权利要求1所述的一种虫拟蜡菌降解蒽醌类化合物工艺技术，其特征在所述的用菌体去除废水中蒽醌类化合物的工艺为：上述虫拟蜡菌菌体与含有0.05～1克/升蒽醌类化合物的废水（通过真空浓缩或稀释调节蒽醌类化合物浓度）按1：10～50（质量/体积）混合，在温度25～60℃，搅拌转速50～200转/分，通气量0.2～2：1体积/体积/分钟（通气气体体积/发酵液体积/分钟），反应3～15小时，即可去除蒽醌类化合物。
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