申请日2012.11.22
公开(公告)日2013.11.06
IPC分类号B09B3/00; C02F101/36; C02F3/34; C02F3/12
摘要
本发明公开了一种处理烟草废弃物或有机氟废水的方法，处理烟草废弃物的方法包括：将烟草废弃物加入水中混匀，得到混合液，向混合液中加入活性污泥、节杆菌TW种子液和信号分子制剂，曝气处理18-48h;处理有机氟废水的方法包括：向有机氟废水中加入活性污泥、节杆菌TW种子液和信号分子制剂，曝气处理24-72h;其中，节杆菌TW的保藏号为CGMCC No.7.47;信号分子制剂由N-3氧代-己酰基-高丝氨酸内酯溶液和N-己酰基-高丝氨酸内酯溶液混合而成。本发明方法投加次数少，经济环保，持久性好，能优先、快速、高效地降解烟草废弃物中的尼古丁或有机氟废水中的4-氟苯胺，减少其危害，对环境保护具有较大意义。
权利要求书
1.一种处理烟草废弃物的方法，包括：将烟草废弃物加入水中混匀， 得到混合液;向混合液中加入活性污泥、节杆菌(Acinetobacter sp.)TW 种子液和信号分子制剂，曝气处理18-48h;
其中，节杆菌TW的保藏号为CGMCC No.7.47;
信号分子制剂由浓度为8-16mmol/L的N-3氧代-己酰基-高丝氨酸内 酯溶液和浓度为4-8mmol/L的N-己酰基-高丝氨酸内酯溶液按体积比 2∶1-1∶2混合而成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的N-3氧代-己酰 基-高丝氨酸内酯溶液和N-己酰基-高丝氨酸内酯溶液的体积比为1∶1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以每升水计，各物质 的添加量为：烟草废弃物50-200g，活性污泥150-250mL，节杆菌TW种 子液10-30mL，信号分子制剂5-10mL。
4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述的节杆菌 TW种子液通过如下方法制备：将节杆菌TW接入液体培养基中，于 28-32℃摇床培养18-28h;
其中，以体积1L计，所述的液体培养基由以下组分组成：K2HPO40.15-0.25g，KH2PO40.7-0.9g，Na2MoO4·H2O 0.003-0.0036g，MgSO40.15-0.25g，CaSO4·2H2O 0.05-0.15g，FeSO4·7H2O 0.003-0.007g，尼古丁 0.8-1.2g，余量为水;液体培养基的pH为6-7。
5.一种处理有机氟废水的方法，包括：向有机氟废水中加入活性污 泥、节杆菌(Acinetobacter sp.)TW种子液和信号分子制剂，曝气处理24-72 h;
其中，节杆菌TW的保藏号为CGMCC No.7.47;
信号分子制剂由浓度为8-16mmol/L的N-3氧代-己酰基-高丝氨酸内 酯溶液和浓度为4-8mmol/L的N-己酰基-高丝氨酸内酯溶液按体积比 2∶1-1∶2混合而成。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的N-3氧代-己酰 基-高丝氨酸内酯溶液和N-己酰基-高丝氨酸内酯溶液的体积比为1∶1。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的有机氟废水为 含4-氟苯胺的废水。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，废水中4-氟苯胺的浓 度为0.2-1.5g/L;以每升废水计，各物质的添加量为：活性污泥150-250mL， 节杆菌TW种子液20-40mL，信号分子制剂5-10mL。
9.根据权利要求5-8任一所述的方法，其特征在于，所述的节杆菌 TW种子液通过如下方法制备：将节杆菌TW接入液体培养基中，于 28-32℃摇床培养24-48h;
其中，以体积1L计，所述的液体培养基由以下组分组成：K2HPO40.15-0.25g，KH2PO40.7-0.9g，Na2MoO4·H2O 0.003-0.0036g，MgSO40.15-0.25g，CaSO4·2H2O 0.05-0.15g，FeSO4·7H2O 0.003-0.007g，4-氟苯 胺0.8-1.2g，余量为水;液体培养基的pH为7.5-8.5。
说明书
一种处理烟草废弃物或有机氟废水的方法
技术领域
本发明涉及应用微生物技术领域，尤其涉及一种处理烟草废弃物或有 机氟废水的方法。
背景技术
尼古丁是烟叶中主要的生物碱，其对人体有显著的毒害作用。我国烟 草行业每年产生烟草废弃物约130-170万吨，干废物中尼古丁平均含量高 达18g/kg，高出欧盟有毒有害烟草废弃物中尼古丁含量控制标准的36倍; 产生烟草加工废水上千万吨，其尼古丁含量亦高达1.0g/L，这些废物都被 认为是“有毒的危险废物”。生态毒理学试验显示，尼古丁溶于水和多种 有机溶剂，可通过血-脑屏障等复杂生物膜系统，对生物体多器官系统产 生毒性，具有致癌、致畸、致突变效应，是一种环境恶性污染物。所以， 减少烟草废物中的尼古丁含量成为了一个十分重要的环境问题。
因为生物学方法的有效性，低价性，其在废水处理中得到了普遍应用， 而且生物学方法可以适用于连续变化的污染物浓度。目前围绕烟草废物中 高尼古丁污染，国内外开展了大量降解菌的分离筛选工作，并取得了显著 成果。分离的尼古丁降解菌中以假单胞菌最多，包括菌株HF-1、No.41、 Nic22、ZUTSKD、S16、ZB-16A等。公告号CN100537747C的发明专利 公开了一株假单胞菌(Pseudomonas sp.)ZUTSKD，能用于烟草中尼古丁 的降解。公告号CN100434513C的发明专利公开了一种可以代谢尼古丁的 恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)XPSN，具有较强的尼古丁代谢能力 和尼古丁毒性抗性能力。这些尼古丁降解菌的降解效率较高，多可在12h 内100%降解培养基中1g/L的尼古丁，但是，其在实际工程应用时，多存 在降解效果不稳定、运行环境条件苛刻、菌剂与土著菌之间竞争激烈等弊 端。
有机氟化合物在工业上用途相当广泛，比如军工、航空航天、电子、 纺织等行业。但在氟化工企业蓬勃发展的同时，其所产生的工业废水也给 我们带来了很大危害，有机氟具有致畸、致突变与致癌性，如其在环境中 长期存在，必将对环境与人体造成影响，所以我们要对其进行处理。
长期以来，对高浓度含氟有机废水，一般是先采用化学处理、焚烧处 理等方法，待其浓度降低后再进行后续处理，但这些方法不能从根本上解 决问题，而且处理成本较高。有机氟加工厂排水经前期厌氧工艺处理后， 会产生进入好氧阶段的含4-氟苯胺废水，这一类的废水通常较难处理。目 前，应用生物技术来治理有毒、难降解有机废水所具有的潜在优势得到了 广泛认可，它不仅经济、安全，而且所能处理的污染物浓度高、残留少， 应用前景看好。
发明内容
本发明提供了一种处理烟草废弃物或有机氟废水的方法，用于快速、 有效地降解烟草废弃物中的尼古丁或有机氟废水中的4-氟苯胺。
一种处理烟草废弃物的方法，包括：将烟草废弃物加入水中混匀，得 到混合液;向混合液中加入活性污泥、节杆菌(Acinetobacter sp.)TW种 子液和信号分子制剂，曝气处理18-48h;
其中，节杆菌TW分类命名为节杆菌(Acinetobacter sp.)，株号为TW， 保藏号为CGMCC No.7.47;
信号分子制剂由浓度为8-16mmol/L的N-3氧代-己酰基-高丝氨酸内 酯(3-oxo-C6-HSL)溶液和浓度为4-8mmol/L的N-己酰基-高丝氨酸内酯 (C6-HSL)溶液按体积比2∶1-1∶2混合而成。
所述的烟草废弃物为烟草在种植、加工过程中由于地理环境、加工技 术等因素影响不能用作成品烟制造的烟叶、烟末等。本发明中所述的烟草 废弃物可以来源于种植过程中废弃的烟叶，也可以来源于烟草加工厂的下 脚料。
节杆菌TW已保藏，保藏单位：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：2011年11月，保藏号：CGMCC No.7.47。该菌 株同时保藏于浙江工商大学固体废弃处理处置与资源化利用实验室， Wang等(Wang Meizhen，Yang Guiqin，Wang Xin，Yao Yanlai，Min Hang，Lv Zhenmei.Nicotine degradation by two novel bacterial isolates of Acinetobacter sp.TW and Sphingomonas sp.TY and their responses in the presence of neonicotinoid insecticides.World Journal of Microbiology and Biotechnology，2011，27(7)：1633-1640.)公开了该菌株的鉴定。节杆菌TW 为革兰氏阴性菌，在含尼古丁或4-氟苯胺的ISM固体培养基上，大小为 (0.5-0.7×1.6-2.0μm)，菌落呈白色、湿润的圆形;在含尼古丁的ISM 液体培养基中，为黄绿色，在含4-氟苯胺的ISM液体培养基中，为乳白 色。该菌株16S rDNA基因序列(GenBank登陆号为FJ753401)如序列表 中SEQ ID NO.1所示。
所述的N-3氧代-己酰基-高丝氨酸内酯溶液为N-3氧代-己酰基-高丝 氨酸内酯溶于水与乙腈的混合液(v∶v=1∶1)后制得的溶液，N-己酰基-高 丝氨酸内酯溶液为N-己酰基-高丝氨酸内酯溶于水与乙腈的混合液 (v∶v=1∶1)后制得的溶液。这两种物质同属于N-酰基-高丝氨酸内酯类 (AHLs)化合物，是革兰氏阴性菌群体感应系统中最重要的一类信号分 子，其调控许多生理特性的表达，这两种溶液按体积比2∶1-1∶2混合得到的 信号分子制剂，在一定程度上能提高活性污泥的性质，能使节杆菌TW的 胞外聚合物分泌增加，促使生物膜形成，有利于菌株定植，从而保证目的 污染物的快速降解。
为了获得更好的协同效果，优选地，N-3氧代-己酰基-高丝氨酸内酯 溶液和N-己酰基-高丝氨酸内酯溶液的体积比为1∶1。
以每升水计，各物质的添加量优选为：烟草废弃物50-200g，活性污 泥150-250mL，节杆菌TW种子液10-30mL，信号分子制剂5-10mL。该 用量条件下，节杆菌TW种子液与信号分子制剂配比合适，使菌株更易在 活性污泥体系中生长繁殖，有利于污染物的降解。
所述的节杆菌TW种子液可以通过如下方法制备：将节杆菌TW接入 液体培养基中，于28-32℃摇床培养18-28h。通过该培养方式对菌株进行 培养，直至菌液OD600≥0.65，即为培养至对数生长期的种子液。
其中，所述的液体培养基可以选用Inorganic salt medium(ISM)培 养基。优选地，以体积1L计，所述的液体培养基由以下组分组成：K2HPO40.15-0.25g，KH2PO40.7-0.9g，Na2MoO4·H2O 0.003-0.0036g，MgSO40.15-0.25g，CaSO4·2H2O 0.05-0.15g，FeSO4·7H2O 0.003-0.007g，尼古丁 0.8-1.2g，余量为水;液体培养基的pH为6-7。更优选地，以体积1L计， 所述的液体培养基由以下组分组成：K2HPO40.2g，KH2PO40.8g， Na2MoO4·H2O 0.0033g，MgSO40.2g，CaSO4·2H2O 0.1g，FeSO4·7H2O 0.005 g，尼古丁1g，余量为水;液体培养基的pH为6.5。添加适量的尼古丁， 以作为节杆菌TW种子液生长繁殖所必须的碳氮源。
所述的摇床转速优选为120-150rpm，能防止菌体结块。
所述的曝气处理可以在实验室序批式活性污泥反应器(SBR)中进行。 实验室序批式活性污泥反应器的内壁可以为光滑的，也可以为粗糙的;优 选为内壁粗糙的反应器。内壁粗糙的反应器可以由内壁光滑的反应器通过 内壁打毛制成，也可以通过内衬尼龙网实现，微生物生物膜更容易在其上 形成，有利于提高降解效率。
所述的曝气处理时间优选为24h。具体处理时间可以根据混合液中烟 草废弃物的浓度适当调整。
一种处理有机氟废水的方法，包括：向有机氟废水中加入活性污泥、 节杆菌(Acinetobacter sp.)TW种子液和信号分子制剂，曝气处理24-72h;
其中，节杆菌TW的保藏号为CGMCC No.7.47;
信号分子制剂由浓度为8-16mmol/L的N-3氧代-己酰基-高丝氨酸内 酯(3-oxo-C6-HSL)溶液和浓度为4-8mmol/L的N-己酰基-高丝氨酸内酯 (C6-HSL)溶液按体积比2∶1-1∶2混合而成。
所述的N-3氧代-己酰基-高丝氨酸内酯溶液为N-3氧代-己酰基-高丝 氨酸内酯溶于水与乙腈的混合液(v∶v=1∶1)后制得的溶液，N-己酰基-高 丝氨酸内酯溶液为N-己酰基-高丝氨酸内酯溶于水与乙腈的混合液 (v∶v=1∶1)后制得的溶液。优选地，N-3氧代-己酰基-高丝氨酸内酯溶液 和N-己酰基-高丝氨酸内酯溶液的体积比为1∶1。
所述的有机氟废水可以为含4-氟苯胺的废水。含4-氟苯胺的废水为有 机氟加工厂排水经前期厌氧工艺处理后，所产生的进入好氧阶段的含4- 氟苯胺废水。对于该废水，常规方法较难处理，但节杆菌TW和信号分子 制剂组合能选择性地降解4-氟苯胺，且降解效率较高。
废水中4-氟苯胺的浓度可以为0.2-1.5g/L;以每升废水计，各物质的 添加量优选为：活性污泥150-250mL，节杆菌TW种子液20-40mL，信 号分子制剂5-10mL。该用量条件下，节杆菌TW种子液与信号分子制剂 配比合适，使菌株更易在活性污泥体系中生长繁殖，有利于污染物的降解。
所述的节杆菌TW种子液可以通过如下方法制备：将节杆菌TW接入 液体培养基中，于28-32℃摇床培养24-48h。通过该培养方式对菌株进行 培养，直至菌液OD600≥0.65，即为培养至对数生长期的种子液。
其中，所述的液体培养基可以选用Inorganic salt medium(ISM)培 养基。优选地，以体积1L计，所述的液体培养基由以下组分组成：K2HPO40.15-0.25g，KH2PO40.7-0.9g，Na2MoO4·H2O 0.003-0.0036g，MgSO40.15-0.25g，CaSO4·2H2O 0.05-0.15g，FeSO4·7H2O 0.003-0.007g，4-氟苯 胺0.8-1.2g，余量为水;液体培养基的pH为7.5-8.5。更优选地，以体积 1L计，所述的液体培养基由以下组分组成：K2HPO40.2g，KH2PO40.8g， Na2MoO4·H2O 0.0033g，MgSO40.2g，CaSO4·2H2O 0.1g，FeSO4·7H2O 0.005 g，4-氟苯胺1g，余量为水;液体培养基的pH为8.0。添加适量的4-氟苯 胺，以作为节杆菌TW种子液生长繁殖所必须的碳氮源。
所述的摇床转速优选为120-150rpm，能防止菌体结块。
所述的曝气处理也可以在实验室序批式活性污泥反应器(SBR)中进 行;优选采用内壁粗糙的反应器，更有利于微生物生物膜的形成，有利于 提高降解效率。
所述的曝气处理时间优选为32h。具体处理时间可以根据废水中4- 氟苯胺浓度适当调整。
本发明方法以节杆菌TW为菌剂，以N-3氧代-己酰基-高丝氨酸内酯 (3-oxo-C6-HSL)和N-己酰基-高丝氨酸内酯(C6-HSL)的混合物为信号 分子制剂，通过合适的步骤在实验室序批式活性污泥反应器(SBR)中对 含有尼古丁的烟草废弃物或含有4-氟苯胺的有机氟废水进行了处理。
采用本发明方法，具有如下有益效果：
(1)节杆菌TW及有利于其在环境中定植的信号分子制剂(对微生 物几乎没有毒性，能提高活性污泥的性质)，在丰富营养源条件下能优先、 快速、高效地降解尼古丁或4-氟苯胺;同时，在处理烟草废弃物时，还能 降低烟草废弃物总COD值。
(2)采用本发明方法，具有投加次数少，并可持久作用的优点，不 仅操作方便，而且大大降低了成本和维护费用。
(3)采用本方法还大大缩短了反应器启动时间，加速了反应器稳定， 是一种较为理想的高效、经济、环保的针对烟草废弃物或有机氟废水的处 理方法，能减少废弃物对环境与人体的危害，对环境保护具有重大意义。