CN108504585A - 一种治理大气污染的苯降解菌及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种治理大气污染的苯降解菌及其制备方法和应用，涉及大气污染治理领域，菌株名称为Bacillus sp.VTHB1，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，简称CGMCC，保藏日期为2017年7月11日，保藏编号为CGMCC No.14406，保藏地址是北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所，其是通过向炼油厂隔油池的污水中加入苯系物进行驯化分离得到。利用本发明的苯降解菌，苯系物的去除率可达到90％以上，完全可实现气体的有效降解和达标排放。不仅处理气体效果显著，而且成本低，不会产生二次污染。

Description

一种治理大气污染的苯降解菌及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及大气治理领域，尤其涉及一种用于含有苯系物大气污染治理的菌株、菌株制备及其应用。
背景技术
挥发性有机化合物(简称VOCs)是一类常见的污染物，其对环境、动植物的生长及人类健康造成很大的危害。尤其是废气中的苯系物气体，毒性更高，生物法是治理废气中一种环保、有效的方法，但针对复杂的废气成分，常规的生物法处理效果有限，混合功能菌群对苯系物的降解效果比较低，很难实现气体的达标排放，本发明主要针对石油石化行业气体的组成特点，实现气体的达标排放要求，针对废气中的难降解的苯系物气体，采用高效的苯系物降解功能菌，实现气体的有效降解和达标排放。不仅处理气体效果显著，而且成本低，不会产生二次污染。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种用于废气治理的苯降解功能菌株及其制备方法及应用方法。
为实现本发明的技术目的，本发明第一方面提供一种苯降解功能菌，菌株名称为芽孢杆菌Bacillus sp.VTHB1，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏日期为2017年7月11日，保藏编号为CGMCC No.14406，保藏地址是北京市朝阳区北辰西路中国科学院微生物研究所。
特别是，所述苯降解功能菌是通过向炼油厂隔油池的污水中加入苯系物进行驯化分离得到。
其中，所述通过向炼油厂隔油池的污水中加入苯系物进行驯化分离得到包括以下步骤：
其中，所述污水中的主要成分是石油炼制过程中产生的烃类废水和化工生产废水：
其中，所述驯化分离包括：
将苯降解功能菌按一定比例放入炼油厂隔油池污水中，并向水中加入一定量的0.1％-0.5％(V/V)的苯，进行18-24h培养，培养结束后，取该培养液按照5％的比例转接入下一隔油池污水中，并向其中加入0.1％-0.5％(V/V)的苯，继续培养，之后转接入0.1％-0.5％(V/V)的苯的隔油池污水培养基，之后逐级循环波动式提高苯的含量，反复驯化。通过定时取样检测污水中苯功能菌生物量的方法，鉴定菌体在隔油池污水中的适应性能，通过定期检测苯含量的方法，根据苯减少量鉴定苯功能菌对苯的降解效率。通过以上两个检测指标的检测结果比较，从生物量稳定、苯降解效率较高的、驯化结束后的菌液。进行稀释分离，涂布于选择性培养基，从中筛选出以苯为唯一碳源的功能菌。
其中，所述驯化温度为31℃，pH6.5-7.5，驯化次数>10次，反复驯化时苯的体积含量为0.5-6％。
为实现本发明的技术目的，本发明第二方面提供一种将第一方面的苯功能菌株制备成苯降解功能菌剂的工业化制备方法，包括：
将菌种斜面接种到内装1.5L培养基的5L摇瓶中进行生产菌种制备，摇瓶的培养基配方：10g/L的蛋白胨、5g/L的酵母膏、10g/L的NaCl，其余为水，摇瓶培养温度为31～35℃，摇床转速为120rpm，培养时间为15～20h；
种子罐的液体培养基配方为：蛋白胨：5～10g/L，酵母膏：2～5g/L KH2PO4：0.5-1g/L，NH4Cl：2-5g/L，NaNO3:2-5g/L,复合微量元素：3-5ml/L,复合微量元素，复合微量元素组成为：ZnSO4·7H2O：0.29g/L；CaCl2·6H2O：0.28g/L；CuSO4·5H2O：0.25g/L；MnSO4·H2O：0.17g/L..种子液按照体积比为0.3％～0.5％的接种量转接至灭菌后的发酵种子罐中，并调节发酵培养基的pH值至7-8，保持温度31～35℃，罐压0.05MPa；通风量为30m3/h转速为120rpm，培养时间为15～20h，菌数达到108个/ml以上；
发酵罐的液体培养基配方为：蛋白胨：5～10g/L，酵母膏：2～5g/L KH2PO4：0.5-1g/L，NH4Cl：2-5g/L，NaNO3:2-5g/L,复合微量元素：3-5ml/L,复合微量元素，复合微量元素组成为：ZnSO4·7H2O：0.29g/L；CaCl2·6H2O：0.28g/L；CuSO4·5H2O：0.25g/L；MnSO4·H2O：0.17g/L..种子液按照体积比为0.5％～1％的接种量转接至灭菌后的发酵罐中，并调节发酵培养基的pH值至7～8，保持温度31～35℃，罐压0.05MPa；通风量为200m3/h，转速为120rpm，培养时间为15～20h，菌数达到108个/ml以上；
发酵后的苯降解功能菌液通过喷雾干燥制成干粉，制成干粉是为了产品的保存和运输，也方便产品使用。喷雾的温度＜200℃，塔内压力维持在100～200Pa之间。喷雾用的载体可以为碳酸钙，喷雾后的干粉菌数菌数达到5×108个/克以上。
为实现本发明的技术目的，本发明第三方面提供一种将第一方面的菌株或第二方面的菌剂应用于处理含苯系物废气的用途。
为实现本发明的技术目的，本发明第四方面提供一种将第二方面的菌剂应用于处理含苯系物废气的方法，包括：
将所述菌剂溶液到喷淋水中，形成喷淋液，然后加入到生物洗涤单元的洗涤液中。
特别是，所述喷淋液也可加入到生物过滤单元的过滤载体中。
其中，菌剂的添加量为喷淋液的0.1～0.5％，喷淋液的菌数一般维持在106/ml以上。
尤其是，所述洗涤液中还需要加入苯系物降解功能菌生长代谢必要的营养物质，包括：酵母膏0.5～1％、氯化铵1～3％、磷酸二氢钾：0.2～0.5％、葡萄糖1～3％。
特别是，所述菌剂和营养物质的添加周期为一个月以上。
本发明的有益效果：
本发明主要针对石油石化行业气体的组成特点，实现气体的《石油化工工业污染物排放标准》(GB31571-2015)达标排放要求，针对废气中的难降解的苯系物气体，采用高效的苯系物降解功能菌，一般苯系物的去除率可达到90％以上，完全可实现气体的有效降解和达标排放。不仅处理气体效果显著，而且成本低，不会产生二次污染。
附图说明
图1是本发明提供的菌株的菌落形态图；
图2是本发明提供的菌株的菌体形态图；
图3是本发明提供的菌株的放大后的菌体形态图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。但这些实施例仅限于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体实验条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照厂商所建议的条件。
实施例1苯降解菌的获得
本发明提供的苯降解功能菌是通过向炼油厂隔油池的污水中加入苯系物进行驯化分离得到，其中，所述污水中的主要成分是石油炼制过程中产生的烃类废水和化工生产废水，具体为：
1、菌株的驯化分离
将苯降解功能菌按一定比例放入炼油厂隔油池污水中，并向水中加入一定量的0.1％～0.5％(V/V)的苯，进行18-24h培养，培养结束后，取该培养液按照5％的比例转接入下一隔油池污水中，并向其中加入0.1％～0.5％(V/V)的苯，继续培养，之后转接入0.1％～0.5％(V/V)的苯的隔油池污水培养基，之后逐级循环波动式提高苯的含量，反复驯化。通过定时取样检测污水中苯功能菌生物量的方法，鉴定菌体在隔油池污水中的适应性能，通过定期检测苯含量的方法，根据苯减少量鉴定苯功能菌对苯的降解效率。通过以上两个检测指标的检测结果比较，从生物量稳定、苯降解效率较高的、驯化结束后的菌液。进行稀释分离，涂布于选择性培养基，从中筛选出以苯为唯一碳源的功能菌。
其中，所述驯化温度为31℃，pH6.5～7.5，驯化次数>10次，反复驯化时苯的体积含量为0.5～6％。
2、菌株的鉴定
2.1、菌株的形态学特征
将活化后的菌株划线接种于LB琼脂培养基上，28℃培养24h，涂于载玻片上进行染色，显微镜下观察菌体特征，鉴定方法参阅东秀珠等人编著的《常见细菌系统鉴定手册》(北京：科学出版社，2001:349-398)。图2为巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium革兰氏染色后菌体形态图，测定结果如下：
在LB琼脂培养基上，其单菌落(如图1所示)为圆形，乳白色，表面不光滑，不透明，菌苔粘稠。液体培养基随菌体数量的增多而变混浊。菌体染色图片(如图2所示)，杆状，末端圆，芽孢椭圆形，次端生。在幼龄培养时革兰氏染色呈现阳性，链状排列，后期短杆状粗杆菌芽孢染色鞭毛特征不明显，单个或成对分布。
2.2、菌株的生理生化特性的测定
参照东秀珠等人编著的《常见细菌系统鉴定手册》(北京：科学出版社，2001:349-398)和戈登,R.E.等著，蔡妙英译的《芽孢杆菌属》中介绍的方法，观察菌株及菌落形态，测定拮抗细菌的需氧特征等生理生化指标，生理生化特性表明：菌株为革兰氏阳性菌，好氧及兼性好氧菌，,无硫化氢的生成，可以利用柠檬酸、无机氮源等，无颜色变化，液化明胶慢、胨化牛奶、水解淀粉、不还原硝酸。生成发育的温度为25-36，最适pH值为7-8。形态学与生理生化特性的鉴定结果表明，菌株与芽孢杆菌属的描述一致，因此菌株为巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium。
2.3菌株的分子生物学鉴定
利用市售的DNA提取试剂盒提取菌株，提取方法按说明书中的步骤进行，设计引物并以提取的DNA模板进行PCR扩增，测序后，将获得的测序结果在GenBank数据库中进行同源性比对，BLAST结果表明，与巨大芽孢杆菌菌株GCXG-916S，序列号：MF101169.1对比，相似性较高。
根据《常见细菌鉴定手册》，结合菌株的形态学及生理生化特征，最终确定菌株为芽孢杆菌Bacillus sp，具体为巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium。
本发明的芽孢杆菌Bacillus sp已于2017年7月11日保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心(简称CGMCC)，保藏号为CGMCC No.14406，保藏地址是北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所，邮政编码是100101。
本发明的芽孢杆菌Bacillus sp.，即巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium菌株的保藏培养基为常规的LB培养基，培养温度为28℃。
实施例2工业化制备菌剂的方法
1、将菌种斜面接种到5L摇瓶(内装1.5L培养基)中进行生产菌种制备，摇瓶的培养基配方：10g/L的蛋白胨、5g/L的酵母膏、10g/L的NaCl，其余为水，摇瓶培养温度为33℃，摇床转速为120rpm，培养时间为16h。
2、种子罐的液体培养基配方为：蛋白胨：5g/L，酵母膏：2g/L KH2PO4：1g/L，NH4Cl：5g/L，NaNO3:3g/L,复合微量元素：5ml/L,复合微量元素，复合微量元素组成为：ZnSO4·7H2O：0.29g/L；CaCl2·6H2O：0.28g/L；CuSO4·5H2O：0.25g/L；MnSO4·H2O：0.17g/L..种子液按照体积比为0.5％的接种量转接至灭菌后的发酵种子罐中，并调节发酵培养基的pH值至6.5，保持温度33℃，罐压0.1MPa；通风量为2m3/h，转速为120rpm，培养时间为17h，菌数达到2.7×108个/ml。
3、发酵罐的液体培养基配方为：蛋白胨：5g/L，酵母膏：2g/L，KH2PO4：1g/L，NH4Cl：5g/L，NaNO3:3g/L,复合微量元素：5ml/L,复合微量元素，复合微量元素组成为：ZnSO4·7H2O：0.29g/L；CaCl2·6H2O：0.28g/L；CuSO4·5H2O：0.25g/L；MnSO4·H2O：0.17g/L..种子液按照体积比为0.5％的接种量转接至灭菌后的发酵罐中，并调节发酵培养基的pH值至6.5，保持温度33℃，罐压0.1MPa；通风量为30m3/h，转速为120rpm，培养时间为17h，菌数达到4.6×108个/ml以上。
4、发酵后的苯降解功能菌液通过喷雾干燥制成干粉，制成干粉是为了产品的保存和运输，也方便产品使用。喷雾的温度200℃，塔内压力维持在180Pa之间。喷雾用的载体可以为碳酸钙，喷雾后的干粉菌数菌数达到2.1×109个/克。
应用实施例
将实施例2制备的菌剂加入到喷淋水中，形成喷淋液，其中，菌剂的加入量是喷淋水的0.2％，洗涤液中营养物质添加量为：酵母膏0.5％、氯化铵2％、磷酸二氢钾：0.25％、葡萄糖2.5％，苯系物降解功能菌剂和营养剂的添加周期一般为1.5个月，处理所用装置为专利号ZL200820090868.5提供的两段滴滤式生物氧化治理臭气装置。
经测定，测定方法：HJ 583-2010《环境空气苯系物的测定固体吸附热脱附-气相色谱法》生物洗涤段苯系物的去除率为：苯：85.0％、甲苯：87.6％、二甲苯90.3％，生物过滤段的去除率为：苯：82.5％、甲苯：84.6％、二甲苯89.6％，整体苯系物的去除率为90％以上。

Claims (10)

1.一种治理大气污染的苯降解菌，其特征在于，菌株名称为芽孢杆菌Bacillussp.VTHB1，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，简称CGMCC，保藏日期为2017年7月11日，保藏编号为CGMCC No.14406，保藏地址是北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所。
2.如权利要求1所述的苯降解菌，其特征在于，所述苯降解功能菌是通过向炼油厂隔油池的污水中加入苯系物进行驯化分离得到。
3.一种驯化分离权利要求1所述的苯降解菌的方法，其特征在于，包括：
将苯降解功能菌按一定比例放入炼油厂隔油池污水中，并向水中加入一定量的0.1％-0.5％(V/V)的苯，进行18-24h培养，培养结束后，取该培养液按照5％的比例转接入下一隔油池污水中，并向其中加入0.1％-0.5％(V/V)的苯，继续培养，之后转接入0.1％-0.5％(V/V)的苯的隔油池污水培养基，之后逐级循环波动式提高苯的含量，反复驯化。通过定时取样检测污水中苯功能菌生物量的方法，鉴定菌体在隔油池污水中的适应性能，通过定期检测苯含量的方法，根据苯减少量鉴定苯功能菌对苯的降解效率。通过以上两个检测指标的检测结果比较，从生物量稳定、苯降解效率较高的、驯化结束后的菌液。进行稀释分离，涂布于选择性培养基，从中筛选出以苯为唯一碳源的功能菌。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述驯化温度为31℃，pH6.5-7.5，驯化次数>10次。
5.一种将权利要求1所述的苯功能菌株制备成苯降解功能菌剂的工业化制备方法，包括：
将菌种斜面接种到内装1.5L培养基的5L摇瓶中进行生产菌种制备，摇瓶的培养基配方：10g/L的蛋白胨、5g/L的酵母膏、10g/L的NaCl，其余为水，摇瓶培养温度为31～35℃，摇床转速为120rpm，培养时间为15～20h；
种子罐的液体培养基配方为：蛋白胨：5～10g/L，酵母膏：2～5g/L KH2PO4：0.5-1g/L，NH4Cl：2-5g/L，NaNO3:2-5g/L,复合微量元素：3-5ml/L,复合微量元素，复合微量元素组成为：ZnSO4·7H2O：0.29g/L；CaCl2·6H2O：0.28g/L；CuSO4·5H2O：0.25g/L；MnSO4·H2O：0.17g/L..种子液按照体积比为0.3％～0.5％的接种量转接至灭菌后的发酵种子罐中，并调节发酵培养基的pH值至7-8，保持温度31～35℃，罐压0.05MPa；通风量为30m3/h转速为120rpm，培养时间为15～20h，菌数达到108个/ml以上；
发酵罐的液体培养基配方为：蛋白胨：5～10g/L，酵母膏：2～5g/L KH2PO4：0.5-1g/L，NH4Cl：2-5g/L，NaNO3:2-5g/L,复合微量元素：3-5ml/L,复合微量元素，复合微量元素组成为：ZnSO4·7H2O：0.29g/L；CaCl2·6H2O：0.28g/L；CuSO4·5H2O：0.25g/L；MnSO4·H2O：0.17g/L..种子液按照体积比为0.5％～1％的接种量转接至灭菌后的发酵罐中，并调节发酵培养基的pH值至7-8，保持温度31～35℃，罐压0.05MPa；通风量为200m3/h，转速为120rpm，培养时间为15～20h，菌数达到108个/ml以上；
发酵后的苯降解功能菌液通过喷雾干燥制成干粉，制成干粉是为了产品的保存和运输，也方便产品使用。喷雾的温度＜200℃，塔内压力维持在100-200Pa之间。喷雾用的载体可以为碳酸钙，喷雾后的干粉菌数菌数达到5×108个/克以上。
6.一种权利要求1所述的苯降解菌应用于处理含苯系物废气的用途。
7.一种权利要求5制备的苯降解功能菌剂应用于处理含苯系物废气的用途。
8.一种将权利要求5制备的苯降解功能菌剂应用于处理含苯系物废气的方法，包括：
将所述菌剂溶液到喷淋水中，形成喷淋液，然后加入到生物洗涤单元的洗涤液中。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述苯降解功能菌剂的添加量为喷淋液的0.1～0.5％，喷淋液的菌数一般维持在106个/ml以上。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述洗涤液中还包括入苯系物降解功能菌生长代谢必要的营养物质，包括：酵母膏0.5～1％、氯化铵1～3％、磷酸二氢钾：0.2～0.5％、葡萄糖1～3％。
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