CN105586286A

CN105586286A - 一种微生物处理褐煤生产重金属吸附剂的方法及涉及的复合微生物菌剂

Info

Publication number: CN105586286A
Application number: CN201410573404.XA
Authority: CN
Inventors: 李登奎
Original assignee: CASCADE CLEAN ENERGY Inc JIANGSU
Current assignee: CASCADE CLEAN ENERGY Inc JIANGSU
Priority date: 2014-10-23
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2016-05-18

Abstract

本发明公开了一种微生物处理褐煤生产重金属吸附剂的方法及涉及的复合微生物菌剂，通过微生物处理成为重金属吸附剂的方法。该复合微生物菌剂由球孢白僵菌(Beauveria？bassiana)、枯草芽孢杆菌(Bacillus？subtilis)和热带假丝酵母(Candida？tropicalis)3种菌的发酵液组成。该复合微生物菌剂可与褐煤中各种基团发生作用，进一步提升褐煤吸附重金属离子的能力，并且三种微生物菌株的协同效果优于任意一株、两株微生物的作用。

Description

一种微生物处理褐煤生产重金属吸附剂的方法及涉及的复合微生物菌剂

技术领域

本发明属于褐煤资源化利用领域，涉及一种微生物处理褐煤生产重金属吸附剂的方法及涉及的复合微生物菌剂。

背景技术

褐煤是泥炭沉积后经脱水、压实转变为有机生物岩的初期产物。褐煤中腐植酸的芳香核缩合程度较高，含氧官能团减少，侧链较短，数量也较少。褐煤缩聚多环芳香结构中含有的酚羟基、羧基、醚键和羰基等基团易于解离，具有亲水性，可与金属离子通过络合或离子交换发生作用，是良好的金属离子吸附材料。有关利用褐煤作为吸附材料处理水体中的金属离子如Cr⁶⁺、Cu²⁺、Pb²⁺等，国内外已经有很多研究。我国有着极其丰富的褐煤资源，褐煤作为一种低热值煤，发热量一般仅为2300大卡～2500大卡，而含水量、挥发分和灰分高，其经济价值较低。利用褐煤生产出具有高附加值的能源和化工产品，可以为褐煤的利用提供极具前景的开发出路。

我国对褐煤作为吸附剂的研究较多，如专利申请号为201310606818.3“褐煤吸附材料的制备方法”中公开了一种以褐煤为原料，通过低温空气、双氧水和催化剂氧化的方法进行改性，可作为偶氮类有机废水的吸附材料；又如专利申请号为89102619.3“一种生产强力吸附剂的工艺方法”中公开了一种通过过强酸或强碱处理，再加入稀土吸附剂，可以作为印染、含酚、氰化镀锌工业废水的吸附剂。另有文献研究以褐煤为原料直接吸附重金属离子及其吸附特征。上述专利或文献均以物化方法处理褐煤制取吸附剂，涉及强酸强碱处理，在获取产品的同时，也对环境造成了一定的压力，极少利用微生物方法处理褐煤制取重金属吸附剂。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提出一种以微生物处理褐煤制取重金属吸附剂的方法，采取的褐煤经过粉碎后通过微生物好氧发酵作用。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种复合微生物菌剂，由球孢白僵菌(Beauveriabassiana)发酵液、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)发酵液和热带假丝酵母(Candidatropicalis)发酵液组成。

所述的复合微生物菌剂，优选由球孢白僵菌发酵液5～25重量份，枯草芽孢杆菌发酵液1～18重量份，热带假丝酵母发酵液1～12重量份组成；其中，球孢白僵菌发酵液菌丝生物量不低于12mg/mL，枯草芽孢杆菌和热带假丝酵母的发酵液中有效活菌数分别都在10⁹个/毫升以上。

所述的复合微生物菌剂，进一步优选由球孢白僵菌发酵液15～19重量份，枯草芽孢杆菌发酵液8～12重量份，热带假丝酵母6～9重量份组成；特别优选由球孢白僵菌发酵液17～19重量份，枯草芽孢杆菌发酵液9～10重量份，热带假丝酵母6～8重量份组成。

本发明所述的复合微生物菌剂在处理褐煤制备重金属吸附剂中的应用。

一种利用所述的复合微生物菌剂处理褐煤制备重金属吸附剂的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)粉碎：采取褐煤后，粉碎过80目筛得到褐煤粉；

(2)微生物发酵处理：褐煤粉加入发酵罐中，加入氮源和碳源，加水将发酵物料的含水率调整到85％‐90％，调节pH至7.0±0.2，再加入发酵物料总容积的0.1％～0.5％体积的权利要求1～4中任一项所述的复合微生物菌剂，好氧发酵7～10天；

(3)干燥：发酵结束后，固液分离获得煤粉，120～150℃烘干，粉碎后即得到吸附剂。

其中，所述的复合微生物菌剂的加入顺序为，先加入球孢白僵菌发酵液好氧发酵5～7天，再加入枯草芽孢杆菌发酵液和热带假丝酵母发酵液继续好氧发酵2～3天；好氧发酵条件为搅拌转速100～120转/分，通气量0.9～1.1：1.2(空气与发酵液体积比)，温度30±1℃。

所述的氮源选自硫酸铵、碳酸氢铵、尿素、玉米浆、豆粕水解液、蛋白胨中的一种或几种混合而成，添加量为氮源：褐煤的质量比为0.005～0.1:1；碳源选自葡萄糖、糖蜜、红糖、淀粉中的一种或几种混合而成，添加量为碳源：褐煤质量比为0.002～0.07:1。

按照所述方法制备的重金属吸附剂。

按照所述方法制备的重金属吸附剂在处理含重金属废水中的应用。

本发明所述的一种生物处理褐煤形成重金属吸附剂的方法及其应用并不局限于说明书中记载的利用本发明所述的方法，按本领域常规技术选择即可。

有益效果：

本发明从大量可发酵褐煤的微生物中筛选出3株性能优异的微生物菌株，将其按照特定的配比进行有机组合，制成复合微生物菌剂，该复合微生物菌剂可与褐煤中各种基团发生作用，进一步提升褐煤吸附重金属离子的能力。

本发明复合微生物菌剂处理褐煤，可以提高对重金属离子的吸附能力，吸附量较空白对照组提高40％‐57％。

本发明复合微生物菌使用呈现协同效应，即三株菌同时使用时效果远优于任意一株或两株的使用。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做详细说明，实施例中为详细说明的均按本领域现有技术

实施例1发酵液的制备

本实施例中球孢白僵菌购自ATCC，编号为ATCC7159；枯草芽孢杆菌购自ACCC，编号为ACCC19374；热带假丝酵母购自ATCC，编号为ATCC20326。

(1)将以上球孢白僵菌(ATCC7159)、枯草芽孢杆菌(ATCC11775)、热带假丝酵母(ATCC20326)分别活化至各自的保藏用斜面培养基，26‐37℃培养16-72小时。

三种微生物的保藏用斜面培养基配方如下：

球孢白僵菌采用培养基：马铃薯200克，葡萄糖20克，蛋白胨10克，琼脂15克，自来水1000毫升，pH自然；

枯草芽孢杆菌采用培养基：蛋白胨10克，葡萄糖5克，牛肉膏3克，氯化钠5克，琼脂15克，自来水1000毫升，pH7.2±0.2；

热带假丝酵母菌采用培养基：葡萄糖10克，蛋白胨3克，麦芽汁800mL，琼脂15克，自来水200毫升，pH自然。

(2)将活化好的菌种分别接种于各自液体培养基中，球孢白僵菌25±1℃，170转/分培养4天；枯草芽孢杆菌35±1℃，120转/分培养18‐22小时至对数生长期；热带假丝酵母30±1℃，120转/分培养18‐22小时至对数生长期得到种子液。

三种微生物的液体培养基配方与斜面培养基配方相同，配制过程中不需添加琼脂。

(3)种子罐200升，装料量150升，分别按上述3种微生物液体培养基配方投料，然后121℃灭菌20分钟，冷却后分别加入1.5升上述培养至对数期的种子液，球孢白僵菌培养温度25±1℃，枯草芽孢杆菌培养温度35±1℃，热带假丝酵母菌培养温度28±1℃，搅拌转速120～150转/分，通气量1：1.2(空气与发酵液体积比，下同)，枯草芽孢杆菌和热带假丝酵母菌培养14‐18小时至对数期，得发酵种子液。球孢白僵菌培养2天得发酵种子液。

(4)生产发酵罐2000升，装料量1500升，生产罐培养基配方同种子罐培养基，然后121℃灭菌20分钟，冷却后分别加入150升上述发酵种子液。各菌株的发酵条件分别为：球孢白僵菌，发酵培养温度25±1℃，转速150转/分，通气量1：1.3，培养时间4天；枯草芽孢杆菌，发酵培养温度35±1℃，转速120转/分，通气量1：1.1，培养时间50小时；热带假丝酵母菌，发酵培养温度28±1℃，转速130转/分，通气量1：1.5，培养时间48小时。

实施例2利用复合微生物菌剂处理褐煤后吸附含铜试液

1、选用粉碎过80目筛的褐煤煤粉(含水率20.0％)8kg，平均分成4份，分别加入4个20L反应器中，再加入豆粕水解液(山东阳成生物科技有限公司)150g和尿素共50g，葡萄糖100g，加水调整物料含水率为90％，调节pH至7.0，总容积为16L；

2、实施例1制备的三种微生物发酵液按如下重量份组合成为复合微生物菌剂：球孢白僵菌发酵液20重量份，枯草芽孢杆菌发酵液9重量份，热带假丝酵母发酵液8重量份；

3、分别向4个反应器中加入以下微生物发酵液或微生物发酵液混合物各48ml：a：球孢白僵菌发酵液，b：枯草芽孢杆菌发酵液和热带假丝酵母发酵液，两者质量比9:8；c：步骤2制备的复合微生物菌剂，剩余一个为d空白对照加入等量的水，混合均匀。其中a组发酵7天，b组发酵7天，c组先加入白僵菌发酵液好氧发酵5天，再加入枯草芽孢杆菌发酵液和热带假丝酵母发酵液继续好氧发酵2天，d组发酵7天。好氧发酵条件为搅拌转速120转/分，通气量1.1：1.2，温度30±1℃；

4、发酵结束后，发酵液过滤得到固体发酵物，105℃烘干后粉碎，得到褐煤煤粉待用。

5、以硫酸铜配置的含铜量为30mg/L的溶液进行吸附测试实验。称取0.5g上述制备的褐煤煤粉加入100mL硫酸铜试液中，调节pH至6.0，100转/分，搅拌60分钟，静置30分钟后取上清液测定铜离子含量。结果如表1所示：

表1不同菌种处理褐煤对铜离子的吸附能力

添加微生物种类	初始铜离子含量(mg/L)	吸附后铜离子含量(mg/L)	吸附率(％)
				a	29.62	13.62	54.02
b	29.62	19.38	34.57

c	29.62	5.24	82.31
				d	29.62	20.83	29.68

实施例3利用复合微生物菌剂处理褐煤后吸附含铅试液

1、选用粉碎过80目筛的褐煤煤粉12kg(含水率28.6％)，平均分成4份，分别加入4个20L反应器中，再加入蛋白胨150g，葡萄糖210g，加水调整物料含水率为88％，调节pH至6.8，总容积为17.9L；

2、按照实施例1的方法制备三种微生物发酵液，按如下重量份混合均匀成为复合微生物菌剂Ⅰ：球孢白僵菌发酵液19重量份，枯草芽孢杆菌发酵液10重量份，热带假丝酵母菌发酵液7重量份；按如下重量份混合均匀成为复合微生物菌剂Ⅱ：球孢白僵菌发酵液4重量份，枯草芽孢杆菌发酵液20重量份，热带假丝酵母菌发酵液13重量份。

3、分别向4个反应器中加入以下微生物发酵液或微生物发酵液混合物各89.5mL：a：复合微生物菌剂Ⅰ，b：复合微生物菌剂Ⅱ，c：球孢白僵菌发酵液，剩余一个为d空白对照加入等量的水，混合均匀，密封，其中a组和b组均为先加入白僵菌发酵液发酵7天，再加入另两种微生物发酵液发酵3天，c组加入白僵菌发酵液发酵10天，d组发酵10天。好氧发酵条件为搅拌转速120转/分，通气量1.1：1.2，温度30±1℃；

5、以硝酸铅配置的含铅量为30mg/L的溶液进行吸附测试实验。称取0.5g上述制备的煤粉加入100mL硝酸铅试液中，调节pH至6.0，100转/分，搅拌60分钟，静置30分钟后取上清液测定铅离子含量。结果如表2所示：

表2不同菌种处理褐煤对铅离子的吸附能力

添加微生物种类	初始铅离子含量(mg/L)	吸附后铅离子含量(mg/L)	吸附率(％)
				a	30.78	2.57	91.65
b	30.78	7.57	75.41
				c	30.78	11.91	61.31
d	30.78	19.41	36.94

实施例4利用复合微生物菌剂处理褐煤后吸附钢铁厂化验室废水

1、选用粉碎过80目筛的褐煤煤粉14kg(含水率32.3％)，平均分成4份，分别加入4个15L反应器中，再加入玉米浆200g和硫酸铵80g，糖蜜22g，加水调整物料含水率为85％，调节pH至7.2，总容积为15.8L；；

2、按照实施例1的方法制备三种微生物发酵液，按如下重量份混合均匀成为复合微生物菌剂：球孢白僵菌发酵液17重量份，枯草芽孢杆菌发酵液10重量份，热带假丝酵母菌发酵液7重量份；

3、分别向4个反应器中加入以下微生物发酵液或微生物发酵液混合物各32ml：a：上一步制备的复合微生物菌剂，b：球孢白僵菌发酵液，c：枯草芽孢杆菌发酵液和热带假丝酵母发酵液，两者质量比10:7；剩余一个为d空白对照加入等量的水，混合均匀，密封，其中a组和b组均为先加入白僵菌发酵液发酵6天，再加入另两种微生物发酵液发酵3天，c组加入枯草芽孢杆菌发酵液和热带假丝酵母发酵液发酵9天，d组发酵9天。好氧发酵条件为搅拌转速120转/分，通气量1.1：1.2，温度30±1℃；

5、以某钢铁厂化验室废水进行吸附测试实验，其中各种金属离子浓度如表3所示，其中铁离子、铜离子和铬离子浓度超出国家排放标准。称取1.0g上述制备的煤粉加入100mL废水中，调节pH至6.0，100转/分，搅拌60分钟，静置30分钟后取上清液测定各金属离子含量。结果如表4所示：

表3钢铁厂化验室废水检测参数(单位：mg/L)

六价铬	锌	铁	铜	砷	铬
						0.027	0.63	431.6	0.71	0.16	37.49
铅	镍	镉	汞
						0.096	0.42	0.003	0.002

表4不同菌种处理褐煤对钢铁厂化验室废水金属离子的吸附能力

Claims

1.一种复合微生物菌剂，其特征在于由球孢白僵菌(Beauveriabassiana)发酵液、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)发酵液和热带假丝酵母(Candidatropicalis)发酵液组成。

2.根据权利要求1所述的复合微生物菌剂，其特征在于所述的复合微生物菌剂由球孢白僵菌发酵液5～25重量份，枯草芽孢杆菌发酵液1～18重量份，热带假丝酵母发酵液1～12重量份组成；其中，球孢白僵菌发酵液菌丝生物量不低于12mg/mL，枯草芽孢杆菌和热带假丝酵母的发酵液中有效活菌数分别都在10⁹个/毫升以上。

3.根据权利要求2所述的复合微生物菌剂，其特征在于所述的复合微生物菌剂由球孢白僵菌发酵液15～19重量份，枯草芽孢杆菌发酵液8～12重量份，热带假丝酵母6～9重量份组成。

4.根据权利要求3所述的复合微生物菌剂，其特征在于所述的复合微生物菌剂由球孢白僵菌发酵液17～19重量份，枯草芽孢杆菌发酵液9～10重量份，热带假丝酵母6～8重量份组成。

5.权利要求1所述的复合微生物菌剂在处理褐煤制备重金属吸附剂中的应用。

6.一种利用权利要求1～4中任一项所述的复合微生物菌剂处理褐煤制备重金属吸附剂的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)粉碎：采取褐煤后，粉碎过80目筛得到褐煤粉；

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述的复合微生物菌剂的加入顺序为，先加入球孢白僵菌发酵液好氧发酵5～7天，再加入枯草芽孢杆菌发酵液和热带假丝酵母发酵液继续好氧发酵2～3天；好氧发酵条件为搅拌转速100～120转/分，通气量0.9～1.1：1.2，温度30±1℃。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的氮源选自硫酸铵、碳酸氢铵、尿素、玉米浆、豆粕水解液、蛋白胨中的一种或几种混合而成，添加量为氮源：褐煤粉的质量比为0.05～0.1:1；碳源选自葡萄糖、糖蜜、红糖、淀粉中的一种或几种混合而成，添加量为碳源：褐煤粉质量比为0.002～0.07:1。

9.按照权利要求6～8中任一项所述的方法制备的重金属吸附剂。

10.权利要求9所述的重金属吸附剂在处理含重金属废水中的应用。