TWI376416B - Method for screening and immobilizing microorganism and immobilization microorganism particle - Google Patents

Description

1376416 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於篩選微生物的方法，且特別有關於一 種篩選及固定特定微生物的方法。 【先前技術1 近來’環保工業中利用厭氧生物處理之原理，將厭氧 • 產氫微生物與有機物質或工業有機廢水或汚泥接觸，除可 產生氫氣外，亦可充分利用汚泥達到廢棄物能源化，並減 少各類汚泥及有機廢水、汚泥處理之費用。 目前已知厭氧微生物以梭狀芽抱桿菌（Clostridium)為 可產氫之主要菌種，且梭狀芽孢桿菌亦可用於生產丙酮、 正丁醇(n-butanol)、乙醇、短鏈有機酸（1-4個碳的有機酸) 及1，3丙二醇（l，3-propanediol)等特用化學品或燃料。但此 菌與其他厭氧菌，例如曱烧菌等共存，因此不易自混合污 • 泥中分離出來，此外曱烷菌的存在也會對基質的利用產生 競爭，甚至會消耗所產生的氫氣。因此，為了有效利用污 泥中的梭狀芽孢桿菌，必須將其篩選出來，由於梭狀芽炮 桿菌在逆境多以内生胞子(endospore)的型態存在，對於嚴 苛的條件有較佳耐受力，因此可利用不同的處理進行師 選。目前主要篩選的方法包括曝氣法（US Patent N〇. 5464539)、熱處理（中華民國專利編號553898)及pH篩選（中 華民國專利編號1226312)等。 0956-A21945TWF(N2)：P55950084TW:kai 5 1376416 此外，由於微生物太小，難以與水溶液分離，所以容 易造成二次污染及難以控制的缺點。先前在國内外已有許 多有關固定化微生物的方法，其強調溫和的程序以增加微 生物的存活度，且使用的微生物均會先篩選、純化、大量 培養後再進行固定化，其程序較為繁瑣，成本較高。 因此，為了減少雜菌汚染、增加固定化顆粒的機械強 度及減少操作程序，業界亟需一種可同時篩選及固定微生 物的方法。 【發明内容】 本發明的目的為提供一種篩選及固定特定微生物的方 法，減少篩選固定化程序及雜菌的汚染。 為達成上述目的，本發明提供一種篩選及固定微生物 的方法，包括(a)提供一污泥，該污泥具有微生物多樣性特 徵(biodiversity) ; (b)混合該污泥與一高分子溶液，以形成 一混合液；（c)將該混合液滴至一酸性水溶液中，進行凝膠 • 化處理以形成一顆粒，以及（d)取出並清洗該顆粒。 為達成上述目的，本發明另提供一種由上述方法所獲 得之固定化微生物顆粒。在一較佳實施例中，該顆粒的產 氫速率在0.5 mL-H2/g-gel bead · h以上，且該顆粒可持續 產氫500小時以上。 為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更 明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖示，作詳 細說明如下： 0956-A21945TWF(N2):P55950084TW；kai 1376416 【實施方式】 本發明揭示—種同時篩選及固定微生物的方法，包括 提供污/尼，將此污泥與高分子溶液混合形成一混合液， 將此混合制至紐水溶液巾㈣成-g體顆粒。 具有微生物多樣性特徵’較佳包括厭氧產氮菌 ，例如，梭

狀芽孢桿菌（ClostridiUm)。 、參照步驟S103,將上述污泥與一高分子溶液混合以形 成一混合液。高分子溶液可為聚乙烯醇(p〇lyvinyl alc〇h〇1， PVA)，谷液等，其濃度在3_5〇%之間，較佳為4_2〇%之間， 最佳為5-10%之間。聚乙烯醇溶液與污泥的比例在1 : 99 至20 : 80(v/v)之間’較佳在5 : 95至15 : 85(v/v)之間。

參照第1圖之步驟S1 〇 1， 自於一般的都市污水處理或工 提供一生物性污泥，其可來 業廢水處理程序，且此污泥 參照步驟S105 ’將上述混合液滴入一酸性溶液中，酸 性溶液可使高分子溶液形成網狀結構，進而形成顆粒而固 定污泥中的微生物。此顆粒為菌體顆粒。酸性溶液可為硼 酸’硼酸的濃度較佳大於50%，更佳為飽和硼酸。 參照步驟S107 ’持續以酸性溶液處理上述顆粒，處理 包括攪拌、靜置、先攪拌後靜置或先靜置後攪拌。處理的 時間較佳大於2小時，更佳大於8小時，最佳大於12小時， 但不限於此。在一實施例中，將上述顆粒置於酸性溶液中， 先持續攪拌2小時，再靜置6小時。處理完成後以濾網_ 出菌體顆粒，並以清水清洗，如步驟S109所示。 本發明之篩選及固定方法可用於一般會形成内生胞子 〇956-A21945TWF(N2):P55950084TW:kai 7 1376416 (end〇spore)的格蘭氏陽性菌，例如芽胞桿菌屬（BaciUus)、 梭狀芽孢桿菌屬（Clostridium)等，較佳為梭狀芽孢桿菌。此 厭氧菌可於適當的環境下產氫、丁醇或丙二醇等。藉由上 述方法所獲得之菌體顆粒，其產氫速率在〇 5 bead · h以上，且可持續產氫300小時以上，較佳為5〇〇 小時以上。 參照步驟S111，培養上述菌體顆粒以產生氫氣、丁醇 或丙二醇。菌體在培養一段時間後，因雜菌的競爭會降低 菌體顆粒的產氫速率，此時可取出菌體顆粒並再以酸性溶 液去除雜菌，如第1圖所示。重覆以酸性溶液處理菌體顆 粒並不會對菌體顆粒有不良的影響，甚至可提高菌體顆粒 的產氫速率及延長產氫時間。 本發明另提供一種固定化微生物顆粒，其係以上述方 法所獲得。此微生物顆粒可於適當的環境下產氫、丁醇、 有機酸或1,3-丙二醇等，微生物包括一般的厭氧菌，例如， 芽孢桿菌、梭狀芽孢桿菌等，較佳為梭狀芽孢桿菌，且此 固定化微生物顆粒含有為梭狀芽孢桿菌。 本發明之固定化微生物顆粒具有較高的產氫速率，其 產虱速率在0.5 mL-H^g-gel bead · h以上，且此固定化微 生物顆粒可持續產氫300小時以上，較佳為5〇0小時以上。 此外’本發明之微生物顆粒的機械強度較大，可重覆培養 及過渡清洗多次。 本發明係提供一種同時篩選及固定微生物的方法，以 及利用此方法所獲得的固定化微生物顆粒。本發明之方法

< S 0956-A2l945TWF(N2)：P55950084TW：kai 8 1376416 可減少雜菌汚染、增加顆粒的機械強度及減少操作程序， 且本發明之固定化微生物顆粒具有較高的產氫速率及較長 的產氫時間。 【實施例】 1. 篩選及固定梭狀芽孢桿菌 自污水處理廠取得一生物性污泥，將此污泥與8%的聚 乙烯醇溶液混合，混合比例為10 : 90(v/v)，將此混合溶液 滴入飽和硼酸溶液中以形成菌體顆粒，持續攪拌2小時及 靜置8小時後，以濾網篩出菌體顆粒，並以清水清洗，菌 體顆粒重約12.5克。 2. 產氫測試 將上述菌體顆粒以除氧之培養基（含葡萄糖3000 mg/L，蛋白脒2000 mg/L，填酸鹽緩衝液50mM及微量金 屬（如表一）），培養24小時後，醱酵槽中的氫氣濃度達 41%，總產氫量為150 ml。將此菌體顆粒過濾清洗後，再 重新以上述培養基培養24小時後，醱酵槽中的氫氣濃度達 45%，總產氫量為150 ml。請參照第2圖，本發明之菌體 顆粒可持續產氫500小時以上，且氫氣濃度可達41%以上。 表一、微量元素之濃度 鹽類 濃度(mg/L) CaCl2 · 6H20 36.7 MgCl2.6H20 264 0956-A2l945TWF(N2)；P55950084TW：kai 9 1376416 KC1 190.7 MnCl2 · 4H20 2.9 CoC12 · 6H20 4.4 H3BO3 0.84 CuCl · 2H20 0.40 Ν&2^0〇4 * 2H2〇 0.37 ZnCl2 0.31 FeCl2 · 4H20 12.4 3.菌體顆粒的機械強度 將上述菌體顆粒以上述培養基培養進行生物產氫約 500小時，其間經過重覆培養-濾清程序3次後，過濾清洗 菌體顆粒，本發明之菌體顆粒仍保有相當的強度，可繼續 進行產氫。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 0956-A21945TWF(N2)：P55950084TW：kai 1376416

【圖式簡單說明】 第1圖顯示本發明之篩選及固定微生物的流程。 第2圖顯示本發明之菌體顆粒的產氫能力。 【主要元件符號說明】 S101〜Sill :製備流程 0956-A21945TWF(N2):P55950084TW:kai

Claims (1)

1376416 r_---------- - ^ 第961丨落細,月’ 公笔^本 十、申請專利範圍： 1. 一種篩選及固定微生物的方法，包括： • ⑻提供一含有梭狀芽孢桿菌（C7c^ir/i//wm. spp)或 .- 芽胞桿菌屬（Bacillus)的污泥； (b) 混合該污泥與一聚乙烯醇溶液，以形成一混合 液； (c) 將該混合液滴至一硼酸溶液中，進行凝膠化處 理以形成一顆粒； (d) 取出並清洗該顆粒，以及 (e) 以該硼酸溶液再次處理該顆粒以去除雜菌。 2. 如申請專利範圍第1項所述之篩選及固定微生 物的方法，其中該微生物為產氫、丁醇、有機酸或丙 二醇之微生物。 3. 如申請專利範圍第1項所述之篩選及固定微生 物的方法，更包括重覆步驟(c)或步驟(c)及（d)—次或一 ^ 次以上。 4. 如申請專利範圍第1項所述之篩選及固定微生 物的方法，其中該聚乙烯醇溶液的濃度為3至50%。 5. 如申請專利範圍第1項所述之篩選及固定微生 物的方法，其中該硼酸的濃度在50%以上。 . 6.如申請專利範圍第1項所述之篩選及固定微生 物的方法，其中該硼酸為飽和硼酸。 7.如申請專利範圍第1項所述之篩選及固定微生 物的方法，其中該凝膠化處理時間為2小時以上。 12 1376416 8.如申°月專利範圍第1項所述之篩選及固定微生 .物的方法’其巾該顆粒含有產氫、丁醇或丙二醇之微 生物。 利範圍® 1項所述之選及固定微生 物的方法’其中該顆粒含有梭狀芽麟菌（c—·祖 - SPP)或芽胞桿菌屬（Bacillus)。 • ι〇.如申印專利範圍第1項所述之篩選及固定微生 # *的方法’其中該污泥與聚乙埽醇溶液的比例為1 : 99〜20 : 80(νΛ〇。 11. 種固定化微生物顆粒，其係由申請專利範圍 第1項所述之方法獲得。 12. 如申請專利範圍第11所述之蚊化微生物顆 粒，其產氫速率在0.5 mL_H2/g划_ · h以上。 13·如申请專利範圍第u所述之固定化微生物顆 粒，其可持續產氫3〇〇小時以上。 • 14.如申請專利範圍第11所述之固定化微生物顆 粒，其中該微生物為梭狀芽跑才旱菌（c/_加所 或芽胞桿菌屬（Bacillus)。 15.如申請專利範圍第11所述之固定化微生物顆 粒’其中該时化微生物顆极中含有梭狀芽孢桿菌 (a—_ SpP)或芽胞桿菌屬㈣。 13