專利名稱：降解油類和毒性化學(xué)品的微生物材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及降解油類和毒性化學(xué)品的微生物材料，更具體地，涉及能夠降解和處理油類諸如汽油、石腦油、煤油或船用C級(jí)油，以及作為主要的油類成分的毒性化學(xué)品，諸如BTEX(苯、甲苯、乙苯和二甲苯)的微生物材料。
背景技術(shù)：
包括例如，油諸如汽油、石腦油、煤油或船用C級(jí)油，毒性化學(xué)品諸如BTEX等的主要污染物由于具有難降解性和嚴(yán)重的毒性，已經(jīng)導(dǎo)致了周邊土壤和地下水的嚴(yán)重環(huán)境污染。
處理土壤或地下水中這些污染物的常規(guī)技術(shù)包括物理或化學(xué)處理方法，但是因?yàn)樾枰喈?dāng)數(shù)量的運(yùn)行費(fèi)用和嚴(yán)重毀壞土壤生態(tài)系統(tǒng)，這些技術(shù)的適用性經(jīng)常是有限的。近年提出的一個(gè)解決方法是基于通過在污染的土壤和地下水中的土著微生物的生物降解進(jìn)行的生物處理。然而，使用生物處理方法的一個(gè)缺點(diǎn)是由于油類和毒性化學(xué)品的親脂性或疏水特性導(dǎo)致的油-油的內(nèi)聚或低溶解度使微生物的生物降解難以進(jìn)行。與生物處理的應(yīng)用有關(guān)的其它問題包括需要較長時(shí)間的過程以及高毒性污染物可能會(huì)對(duì)土著微生物的活性產(chǎn)生不利影響，因此相當(dāng)大地降低了總體處理效率。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決常規(guī)的生物處理的問題，本發(fā)明提供有效降解和處理環(huán)境污染物的微生物材料，所述環(huán)境污染物不易進(jìn)行降解，其包括油類，諸如汽油、石腦油、煤油或船用C級(jí)油，以及作為主要油類成分的毒性化學(xué)品，諸如BTEX(苯、甲苯、乙苯和二甲苯)。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種微生物材料，其包括混合物、親脂性粉末和微生物營養(yǎng)物，所述混合物包含能夠降解油和毒性化學(xué)品的微生物和培養(yǎng)物濾出物。
所述微生物是選自由下列組成的組中的至少一種保藏號(hào)為KCTC18079P的Trichosporon loubieri Y1-A、Trichosporon cutaneum和以木材表面為生的白腐真菌。
親脂粉末是選自由天然蠟、合成蠟、蜂蠟和廢棄蠟燭組成的組中的至少一種。
微生物營養(yǎng)物包括可降解的糖類和豆粉(soybean flour)。
基于所用的微生物和培養(yǎng)物濾出物的重量，微生物材料包括1～10重量％的親脂性粉末，0.1～1重量％的糖和0.01～0.1重量％的豆粉。
通過向制備微生物材料的組合物中添加高親脂性的粉末，從而使親脂性或疏水性污染物自然地吸附于粉末的表面，這增加了生物降解的有效表面面積，因此增加了與能夠降解難降解污染物的微生物接觸的面積，按照本發(fā)明的微生物材料可以有效地、快速地降解不易降解的污染物。
由于污染物在吸附于粉末表面的狀態(tài)中為微生物所降解，這使被誘導(dǎo)到微生物或吸附于菌株的毒性污染物的量減少從而使其對(duì)微生物的毒性減弱，由此保持了穩(wěn)定的降解作用。
附圖簡述

圖1是使用共焦激光顯微鏡拍攝的吖啶橙染色的有活性的絲孢酵母屬(Trichosporon)物種菌株的熒光照片，放大200倍；和圖2顯示在選擇性培養(yǎng)基中生長的污染土壤中的絲孢酵母屬物種菌株。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式現(xiàn)在將詳細(xì)描述按照本發(fā)明的微生物材料。
按照本發(fā)明的微生物材料包括一種混合物、親脂性粉末和微生物營養(yǎng)物，所述混合物包含能夠降解油類和毒性化學(xué)品的微生物和培養(yǎng)物濾出物。
所述微生物是選自由下列組成的組中的至少一種Trichosporonloubieri Y1-A(保藏號(hào)KCTC 18079P)、Trichosporon cutaneum和以木材表面為生的白腐真菌。
油類的實(shí)例包括汽油、石腦油、煤油、船用C級(jí)油等，并且毒性化學(xué)品的實(shí)例包括主要的油類成分諸如BTEX(苯、甲苯、乙苯、二甲苯)或氯酚化合物，它們都是難以降解的和高度毒性的，因此導(dǎo)致了周邊土壤和地下水的嚴(yán)重環(huán)境問題。
有用的微生物的實(shí)例包括能夠降解油類和毒性化學(xué)品的已知微生物，優(yōu)選選自由Trichosporon spp.、Trichosporon cutaneum和寄生在木材表面的白腐真菌組成的組中的至少一種，或它們的混合微生物。
更優(yōu)選地，絲孢酵母屬物種菌株是由本發(fā)明者新近開發(fā)的保藏號(hào)為KCTC 18079P的Trichosporon loubieri Y1-A。寄生在木材表面的白腐真菌的更優(yōu)選的實(shí)例包括Phanerochaete spp.、Phleurotus spp.等。
親脂性粉末是選自由天然蠟、合成蠟、蜂蠟和廢棄蠟燭組成的組中的至少一種。
當(dāng)減少親脂性粉末諸如蠟、蜂蠟或用過的蠟燭的顆粒大小時(shí)，每單位體積的親脂性粉末的表面面積增加，使油類或毒性化學(xué)品容易吸附于粉末，從而使其與微生物的接觸面積大大增加，由此使微生物對(duì)油類和毒性化學(xué)品的降解效率最大化。
為了提高所述微生物的生存比率，微生物營養(yǎng)物包含糖類，并且優(yōu)選地包括豆粉，所述豆粉是在厭氧條件中，取代氧作為電子受體的天然營養(yǎng)物質(zhì)。
基于微生物和培養(yǎng)物濾出物的重量，所述微生物材料包括1～10重量％的親脂性粉末、0.1～1重量％的糖類和0.01～0.1重量％的豆粉。所述營養(yǎng)物的實(shí)例包含有利于微生物的各種成分，諸如碳、氮、維生素或無機(jī)離子。優(yōu)選地將不經(jīng)生物降解即容易被微生物利用的葡萄糖(glucose)或右旋糖(dextrose)用作碳源，并且優(yōu)選將作為天然存在物質(zhì)的豆粉用作氮、維生素、無機(jī)離子或電子受體的來源。
現(xiàn)在參考如下舉例說明的實(shí)施例，將更詳細(xì)地描述本發(fā)明，所述實(shí)施例通過舉例說明的方式給出并且不是意圖限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例用1ml的在1L營養(yǎng)物中的孢子混懸液接種絲孢酵母屬物種菌株及白腐真菌。通過在1L蒸餾水中加入24g的馬鈴薯葡萄糖液體培養(yǎng)基和10g的親脂性粉末，然后將它們?nèi)繙缇鷣碇苽錉I養(yǎng)物。如下制備孢子混懸液在4℃或更低的低溫下處理馬鈴薯瓊脂預(yù)培養(yǎng)培養(yǎng)基7天從而使孢子形成能力最大化到107孢子/ml或更大，然后在其中添加10ml的滅菌水。將接種的微生物在持續(xù)通風(fēng)培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，從反應(yīng)器的下部部分提供給培養(yǎng)箱10psi或更高的高壓的滅菌空氣，以在大約30℃-大約35℃的溫度上，混合親脂性粉末和微生物3-5天，從而得到微生物和培養(yǎng)物濾出物。然后，將微生物和培養(yǎng)物濾出物，基于微生物和培養(yǎng)物濾出物重量的0.1～1重量％的葡萄糖和0.01～0.1重量％的豆粉混合，由此獲得了所需的產(chǎn)物，即按照本發(fā)明的微生物材料。
按照本發(fā)明的微生物材料可以有利地應(yīng)用于被基于氯的有機(jī)化合物，農(nóng)業(yè)化學(xué)品諸如殺蟲劑、除草劑或殺菌劑，汽油，煤油，石腦油，船用C級(jí)油，BTEX(苯、乙苯、甲苯、二甲苯)，PAHs(多環(huán)芳香烴)等污染的土壤和地下水的修復(fù)。
油類和其它疏水性污染物不與土壤和地下水中的水混溶，但是以基于油的污染物層的形式存在的。另外，油類和其它疏水性污染物吸附于土壤中的有機(jī)物質(zhì)，諸如腐殖酸。然而，在本發(fā)明中，由于其高親脂性和疏水特性，油類和其它疏水性污染物可以吸附于包含在微生物材料中的親脂性、微小尺寸的粉末微粒的表面。即，油類和其它疏水性污染物對(duì)粉末的吸附使污染物的表面積增加，由此促進(jìn)了能夠有效降解污染物的選定的菌株進(jìn)行的降解。
豆粉是添加作為營養(yǎng)物的天然存在物質(zhì)，其作為選定菌株，即絲孢酵母屬物種菌株及白腐真菌的氮和維生素來源。此外，豆粉還作為硝酸鹽的來源，其在微生物降解的機(jī)制發(fā)生過程中，當(dāng)土壤中的氧耗盡時(shí)充當(dāng)最終電子受體，由此使作為兼性需氧微生物的絲孢酵母屬物種菌株能夠進(jìn)行厭氧降解。以這種方式，可以有效處理包含在相當(dāng)難以進(jìn)給氧的粘土層中的污染物，或包含在溶解氧濃度非常低的地下水中的污染物。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例11.制備污染的土壤在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)混合柴油及石腦油以制備2,400ml的濃度為10,000ppm的總石油烴(TPH)溶液，然后將其加入6,000ml的土壤中，所述土壤于105℃間歇滅菌2次，每次2小時(shí)，并且均勻混合，隨后于室溫在密封容器中貯存24小時(shí)，由此最終制備污染的土壤。從如此制備的污染土壤中取出由400ml體積土壤組成的樣品置于500ml的燒瓶中，然后向每個(gè)燒瓶中加入50ml的蒸餾水并且密封以調(diào)整適當(dāng)?shù)乃俊?br> 2.污染土壤的處理將以上述方式制備的15個(gè)樣品分成5個(gè)處理組并且以如下方式對(duì)每個(gè)處理組進(jìn)行3次試驗(yàn)。密封包含15個(gè)樣品的容器并且在15℃保持2星期。其后，從每個(gè)處理組中收集土壤樣品，并且按照土壤污染測(cè)試方法提取油。然后使用可從Hewlett-Packard Co.，U.S.A商購的GC-HP6890系統(tǒng)進(jìn)行氣相色譜法以測(cè)定TPH的濃度。通過將容器開封以暴露于空氣每天1次約1分鐘，來使密封的樣品經(jīng)受間歇空氣流通以構(gòu)建與現(xiàn)場(field-site)處理相同的條件。
3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果將以如上方式實(shí)施的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果總結(jié)于表1中。
處理由下述組成①0.01g的蠟粉+0.001g的葡萄糖+0.5ml的100ppm H2O2+1ml的絲孢酵母屬物種微生物培養(yǎng)液；②0.01g的蠟粉+0.001g的葡萄糖+0.5ml的100ppm H2O2；③0.001g的葡萄糖+0.5ml的100ppm H2O2+1ml的絲孢酵母屬物種微生物培養(yǎng)液；④0.001g的葡萄糖+0.5ml的100ppm H2O2；⑤0.5ml的100ppm H2O2表1顯示通過處理的TPH去除效率表1

(平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差(3次試驗(yàn)))按照表1顯示的結(jié)果，當(dāng)將親脂性蠟粉和微生物用在處理中時(shí)，去除效率最高，比僅將微生物用于處理中的效率高約22％。這可能是因?yàn)槲廴疚锝到獗砻婷娣e的增加促進(jìn)了微生物的生物降解，當(dāng)蠟粉和微生物濾出物一起加入土壤，并且通過其固有的親脂性吸附污染土壤時(shí)，所述表面面積增加。
為了證實(shí)上述效果和原理，從實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1的處理①的土壤上清液分離親脂性粉末，并且使用吖啶橙色料僅使存活細(xì)胞被選擇性的染為綠色。然后，使用共焦激光顯微鏡當(dāng)發(fā)射熒光時(shí)觀察粉末表面并且將觀察結(jié)果顯示于圖1中。
如在圖1中所示，與粉末一起使用的存活的絲孢酵母屬物種微生物細(xì)胞覆蓋了親脂性粉末的整個(gè)表面。這說明絲孢酵母屬物種菌株降解了吸附在親脂性粉末表面的污染物，并將其利用為碳源，這使絲孢酵母屬物種菌株濃密地聚集在粉末的表面(深綠色)。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施例2在實(shí)際污染現(xiàn)場中，從不同深度的6個(gè)地方采集原油污染的6個(gè)土壤樣品，在低溫狀態(tài)下，將其密封、轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室，并且充分混合。
處理由下述組成①污染土壤220g+經(jīng)滅菌處理的絲孢酵母屬物種微生物材料1.5ml；②污染土壤220g+絲孢酵母屬物種微生物材料1.5ml；③污染土壤220g+與0.015g的親脂性天然蠟粉末混合后培養(yǎng)的絲孢酵母屬物種微生物材料1.5ml。
將如此處理的污染土壤密封并于室溫下貯存7天，使用絲孢酵母屬物種微生物菌株的選擇性培養(yǎng)基對(duì)存活絲孢酵母屬物種微生物的數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)。結(jié)果顯示于表2。
所用的選擇性培養(yǎng)基制備自PDA培養(yǎng)基，在所述PDA培養(yǎng)基中添加了兩種抑制土著微生物生長的抗生素。如圖2所顯示，證實(shí)僅有絲孢酵母屬物種菌株生長。
表2顯示了表示為集落形成單位(cfu)/g的在1g污染土壤中絲孢酵母屬物種微生物存活的數(shù)量。
表2

(表2中顯示的數(shù)值是3次試驗(yàn)的平均值。)如從表2所顯而易見的，當(dāng)將微生物材料和親脂性粉末用在處理方法(③)中時(shí)，存活的絲孢酵母屬物種微生物菌株的濃度約10倍高于當(dāng)僅將絲孢酵母屬物種微生物菌株用于處理方法(②)中時(shí)的濃度。因而，可以得出結(jié)論許多絲孢酵母屬物種微生物細(xì)胞吸附于親脂性粉末的表面從而增加了對(duì)高毒性污染物的抗性，由此增加了存活率。
如上所述，按照本發(fā)明降解油類的微生物材料具有如下優(yōu)點(diǎn)。
首先，包含在微生物材料中的親脂性成分增加了降解效率并且可以縮短污染的土壤和地下水的總恢復(fù)期，由此減少了修復(fù)污染的土壤和地下水的費(fèi)用。
第二，由于將天然存在的物質(zhì)用作營養(yǎng)物，可以減少制備微生物材料的費(fèi)用。
第三，由于使用了包含無機(jī)離子和各種微生素的天然存在物質(zhì)，增加了選定的微生物的增殖和活性，由此增加其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)性和存活率。
第四，由于增加了包含于微生物材料中的選定微生物對(duì)毒性化學(xué)品的降解效率及土著微生物的活性和集落形成單位，因此提高了整體處理效率并且可以恢復(fù)油污染的土壤和地下水而不會(huì)對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)造成損傷。
第五，常規(guī)處理技術(shù)與本發(fā)明處理的結(jié)合可以協(xié)同增加土壤和地下水的降解效率，并且可以解決與常規(guī)處理有關(guān)的環(huán)境問題。
工業(yè)適用性因此，可以在環(huán)境工業(yè)的各種應(yīng)用中，有利地使用按照本發(fā)明的降解油類和毒性化學(xué)品的微生物材料。
權(quán)利要求
1.一種微生物材料，其包括混合物、親脂性粉末以及微生物營養(yǎng)物，其中所述混合物包括能夠降解油類和毒性化學(xué)品的微生物和培養(yǎng)物濾出物，所述微生物是選自由保藏號(hào)為KCTC 18079P的Trichosporon loubieriY1-A、Trichosporon cutaneum和以木材表面為生的白腐真菌組成的組中的至少一種，所述親脂性粉末是選自由天然蠟、合成蠟、蜂蠟和廢棄蠟燭組成的組中的至少一種。
2.權(quán)利要求1的微生物材料，其中所述微生物營養(yǎng)物質(zhì)包含糖類及豆粉。
3.權(quán)利要求1或2的微生物材料，其中基于所用的微生物和培養(yǎng)物濾出物的重量，混合物包括1～10重量％的親脂性粉末，0.1～1重量％的糖和0.01～0.1重量％的豆粉。
全文摘要
提供了一種降解油類及毒性化學(xué)品的微生物材料。所述微生物材料包括混合物、親脂性粉末以及微生物營養(yǎng)物，其中所述混合物包括能夠降解油類和毒性化學(xué)品的微生物和培養(yǎng)物濾液，所述微生物是選自保藏號(hào)為KCTC 18079P的Trichosporon loubieri Y1－A、Trichosporon cutaneum或生活在木材表面的白腐真菌中的至少一種，所述親脂性粉末是選自由天然蠟、合成蠟、蜂蠟和廢棄蠟燭組成的組中的至少一種。通過增加與能夠降解難降解污染物的微生物的接觸面積，所述微生物材料可以有效，快速地降解難以降解的污染物。
文檔編號(hào)C02F3/00GK1764716SQ200480007988
公開日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2004年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月26日
發(fā)明者廉圭鎮(zhèn), 樸榮俊 申請(qǐng)人:廉圭鎮(zhèn)