CN101434919B - 一株硫酸盐还原菌及其以稻草为碳氮源处理酸性矿山废水的工艺 - Google Patents

一株硫酸盐还原菌及其以稻草为碳氮源处理酸性矿山废水的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一株具有更宽的生长温度和pH适应性的高效硫酸盐还原菌(Desulfotomaculum halophilum RETECH-SRB-II，保藏单位：中国国家典型培养物保藏中心，地址武汉大学内，保藏日：2007年5月11日，保藏登记号：CCTCC NO：M207061)；同时提供一种可以利用稻草为碳氮源处理酸性矿山废水的工艺。该工艺对矿山酸性废水中Cu 2+的去除率达89-97％：Zn 2+的去除率达90-98％；Fe 2+的去除率达91-99％，Fe 3+的去除率为79-91％，As 3+的去除率为80-90％。处理后废水pH为中性。该工艺的优点是可以利用稻草作为菌种生长所需的碳氮源，使得细菌培养成本降低30-50％。

Description

一株硫酸盐还原菌及其以稻草为碳氮源处理酸性矿山废水的工艺
技术领域
本发明涉及微生物技术领域。特别是一株硫酸盐还原菌及其以稻草为碳氮源处理酸性矿山废水的工艺。
背景技术
利用硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水是通过异化硫酸盐的生物还原反应，将酸性矿山废水中的硫酸盐还原为H2S，在不同的pH条件下，可以利用H2S选择沉淀不同重金属形成金属硫化物，以去除废水中的重金属离子并回收有价金属，生物还原反应中生成的碱度可以中和酸性矿山废水。该方法具有成本低、适用性强、无二次污染、可以回收酸性矿山废水中的重金属等特点。因此受到环境工作者的广泛关注，成为矿山酸性废水处理技术研究的前沿课题。
然而硫酸盐还原菌的生长需要外加额外的碳氮源才能完成，目前现有工艺中使用的碳氮源通常为化学药品，价格较贵，药剂消耗成本高，不利于在工业生产中的推广应用。因此选择适于细菌生长的、廉价的、甚至于作为废弃物的有机质，作为硫酸盐还原菌的碳氮源用以培养菌种是实现工业应用的非常重要的环节。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一株高效硫酸盐还原菌，该菌种具有更宽的生长温度和pH适应性，可以利用稻草为碳氮源生长繁殖。
本发明的第二个目的是提供一种可以利用稻草为碳氮源处理酸性矿山废水的工艺。该工艺可以降低30-50％的培养成本，对矿山酸性废水中Cu2+的去除率达89-97％；Zn2+的去除率达90-98％；Fe2+的去除率达91-99％，Fe3+的去除率为79-91％，As3+的去除率为80-90％。处理后废水pH为中性。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：本发明所用的细菌为一种硫酸盐还原菌，该菌种分离自某煤矿矿坑水，该菌名称为Desulfotomaculum halophilum RETECH-SRB-II，保藏单位：中国国家典型培养物保藏中心，地址：武汉大学内，保藏日：2007年5月11日，藏登记号：CCTCC NO：M207061。
将低温保存的菌种在试管中活化，通过逐级扩大培养直至转入发酵罐中，发酵罐中碳源是经过预处理的稻草。反应中生成的H2S通过氮气吹脱的方式通入沉淀罐中，并定期排放部分发酵液进入沉淀罐，同时补加以稻草为碳源的培养基到发酵罐中。控制发酵液进入沉淀罐中的流量以调节沉淀罐中液体pH值，实现逐级沉淀金属离子的作用。
本发明选用的菌种活化及放大培养时的培养基为：K2HPO4，0.1-3g；(NH4)2SO4，0.5-5g；NaHCO3，0.1-3g；CaCl2，0.1-1g；MgSO4，0.2-2.5g；乳酸钠，0.5-5g；trace element，10-15ml：trace vitamin，10-15ml；半胱氨酸盐酸盐，0.1-2g；酵母膏，0.5-5g；(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，0.1-2g；蒸馏水，1L。
本发明采用的发酵培养底物为经过预处理的稻草，发酵培养液成分为K2HPO4，0.1-3g：(NH4)2SO4，0.5-5g；NaHCO3，0.1-3g；CaCl2，0.1-1g；MgSO4，0.2-2.5g；预处理稻草用量5-20％(w/v)；蒸馏水，3-5L。本发明的Desulfotomaculum halophilumRETECH-SRB-II菌种具有如下特点：细胞为杆状，菌体大小为0.6-0.8×1.0-4.0μm，革兰氏染色为阳性，能运动，有鞭毛，菌落表面为黑色圆形，直径在1-3mm。该菌种可以在pH为5.0-10.0的培养基中生长，最适pH为5.5-9.0。菌种生长温度在15-45℃，最适生长温度为25-40℃。该菌种具有很高的耐盐性，在0.1-10％的NaCl浓度下均可以生长，在含有2％NaCl时生长最适。该菌种为兼性厌氧菌。
本发明的优点是：本发明提供一株具有更宽的生长温度和pH适应性的高效硫酸盐还原菌(Desulfotomaculum halophilum RETECH-SRB-II)，可以利用稻草作为菌种生长所需的碳氮源，使得细菌培养成本降低30-50％。对矿山酸性废水中Cu2+的去除率达89-97％；Zn2+的去除率达90-98％：Fe2+的去除率达91-99％，Fe3+的去除率为79-91％，As3+的去除率为80-90％。处理后废水pH为中性。
附图说明
图1为本发明Desulfotomaculum halophilum RETECH-SRB-II菌种的电子显微镜照片
图2为本发明的工艺流程框图
图2中，1为氮气充气装置，2为发酵罐，3为分级沉淀罐，4为气压读数表，5为培养基加入口，发酵罐中反应生成的H2S通过氮气吹脱的方式通入沉淀罐中，并定期排放部分发酵液进入沉淀罐，同时补加以稻草为碳源的培养基到发酵罐中。沉淀罐中需沉淀的液体排至下一级沉淀罐中。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明
实施例一：
首先将低温保藏的硫酸盐还原菌种(该菌名称为Desulfotomaculum halophilumRETECH-SRB-II，保藏单位：中国国家典型培养物保藏中心，地址武汉大学内，保藏日：2007年5月11日，保藏登记号：CCTCC NO：M207061)在装有10-20ml培养基(K2HPO4，0.1-3g；(NH4)2SO4，0.5-5g；NaHCO3，0.1-3g；CaCl2，0.1-1g；MgSO4，0.2-2.5g；乳酸钠，0.5-5g；trace element，10-15ml；trace vitamin，10-15ml；半胱氨酸盐酸盐，0.1-2g；酵母膏，0.5-5g；(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，0.1-2g；蒸馏水，1L)的试管中活化。活化后的菌种转接入100-200ml培养液中，培养18-36小时后，以5-20％(v/v)接种量扩大培养到300-500ml。
将新鲜稻草切成1-3cm的小段，堆成堆，堆内加水浸润，用塑料膜覆盖，保持堆内温度在30-50℃发酵10-30天，将发酵好的稻草末用量5-20％(w/v)与K2HPO4，0.1-3g；(NH4)2SO4，0.5-5g；NaHCO3，0.1-3g；CaCl2，0.1-1g；MgSO4，0.2-2.5g，蒸馏水，3-5L配制成发酵培养液并倒入厌氧发酵罐。当种子液中的菌浓度达到107-109个/ml时，接种于发酵罐的发酵培养基中，接种量为15-50％(v/v)。
将pH2-4的某硫铁矿含锌、砷的酸性矿山废水(As3+，0.07-0.6g/L；Zn2+，0.5-1.0g/L；Fe2+，1.0-2.0g/L；Fe3+，0.5g/L)加入沉淀罐3-1，定期充氮气，用以吹脱H2S并排放到沉淀罐中。发酵36-48小时后，定期将1/5-1/4体积的发酵液通入沉淀罐3-1，同时补加等体积发酵培养液进入发酵罐。沉淀罐3-1中废水pH达到2.8-3.0左右时，大量ZnS沉淀析出。回收ZnS沉淀，并将沉淀罐3-1中上清液转入沉淀罐3-2，通H2S以及发酵液进入沉淀罐3-2，选择沉淀Fe2+。与此同时，将未处理废水流加入沉淀罐3-1，进行连续操作。沉淀罐3-2反应完全后上清液转入沉淀罐3-3，通入发酵液提高溶液pH，As3+和Fe3+以氢氧化物形式沉淀。反应进行10天后，最终Zn2+的去除率为94.2％，Fe2+的去除率为91.6％，Fe3+的去除率为81％，As3+的去除率为82.4％。处理后酸性废水中的pH为6.6。
实施例二：
首先将低温保藏的硫酸盐还原菌种(该菌名称为Desulfotomaculum halophilumRETECH-SRB-II，保藏单位：中国国家典型培养物保藏中心，地址武汉大学内，保藏日：2007年5月11日，保藏登记号：CCTCC NO：M207061)在装有10-20ml培养基(K2HPO4，0.1-3g；(NH4)2SO4，0.5-5g；NaHCO3，0.1-3g；CaCl2，0.1-1g；MgSO4，0.2-2.5g；乳酸钠，0.5-5g；trace element，10-15ml；trace vitamin，10-15ml；半胱氨酸盐酸盐，0.1-2g；酵母膏，0.5-5g；(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，0.1-2g；蒸馏水，1L)的试管中活化。活化后的菌种转接入100-200ml培养液中，培养18-36小时后，以5-20％接种量扩大培养到300-500ml作为种子液。
将新鲜稻草切成1-3cm的小段堆成堆，堆内加水浸润，用塑料膜覆盖，保持堆内温度在30-50℃发酵10-30天，将发酵好的稻草末用量5-20％(w/v)与K2HPO4，0.1-3g；(NH4)2SO4，0.5-5g；NaHCO3，0.1-3g；CaCl2，0.1-1g；MgSO4，0.2-2.5g，蒸馏水，3-5L配制成发酵培养液并倒入厌氧发酵罐。当种子液中菌浓度达到107-109个/ml时，接种于发酵罐的发酵培养基中，接种量为15-50％。
将pH1.8-5.6的某硫化铜矿含锌的酸性矿山废水(Cu2+，0.04-0.6g/L；Zn2+，0.5-1.0g/L；Fe2+，1.0-2.0g/L；Fe3+，0.5g/L)加入沉淀罐3-1，定期充氮气，用以吹脱H2S并排放到沉淀罐中。发酵40-50小时后，定期将1/5-1/4体积的发酵液通入沉淀罐3-1，同时补加等体积发酵培养液进入发酵罐。沉淀罐3-1中废水pH达到2.3-2.6左右时，大量CuS沉淀析出。回收CuS沉淀，并将沉淀罐3-1中上清液转入沉淀罐3-2，通H2S以及发酵液进入沉淀罐3-2，选择沉淀Zn2+。与此同时，将未处理废水流加入沉淀罐3-1，进行连续操作。沉淀罐3-2反应完全后上清液转入沉淀罐3-2于此按上述操作沉淀Fe2+，依此类推最终Fe3+以氢氧化物形式沉淀。反应进行10-12天后，最终Cu2+的去除率为97％，Fe2+的去除率为94％，Fe3+的去除率为83％，Zn2+的去除率为91.8％。处理后酸性废水中的pH为中性。

Claims (9)

1.一种硫酸盐还原菌，其特征在于，其名称为(Desulfotomaculum halophilum)RETECH-SRB-II，保藏登记号为CCTCC NO：M207061，保藏日：2007年5月18日，保藏单位中国典型培养物保藏中心，地址武汉大学内。
2.一种利用权利要求1所述的菌种、以稻草为碳氮源的处理酸性矿山废水工艺，其特征在于：
(1)、将低温保藏的硫酸盐还原菌种进行活化以及逐级放大培养，该菌种名称为Desulfotomaculum halophilum RETECH-SRB-II，保藏单位：中国典型培养物保藏中心，地址武汉大学内，保藏日：2007年5月18日，保藏登记号：CCTCCNO：M207061；
(2)、以稻草为碳氮源配制发酵培养液培养Desulfotomaculum halophilum RETECH-SRB-II处理酸性矿山废水。
3.根据权利要求2所述工艺，其特征在于：菌种活化用培养基为K2HPO4，0.1-3g；(NH4)2SO4，0.5-5g；NaHCO3，0.1-3g；CaCl2，0.1-1g；MgSO4，0.2-2.5g；乳酸钠，0.5-5g；trace element，10-15ml；trace vitamin，10-15ml；半胱氨酸盐酸盐，0.1-2g；酵母膏，0.5-5g；(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，0.1-2g；蒸馏水，1L。
4.根据权利要求3所述工艺，其特征在于：活化后的菌种以5-20％v/v接种量扩大培养到300-500ml作为种子液。
5.根据权利要求2或3或4所述工艺，其特征在于：种子液培养时间为18-36小时，菌浓度可以达到107-109个/ml，此时将种子液接种于发酵罐中，接种量为15-50％v/v。
6.根据权利要求2所述工艺，其特征在于：以稻草为碳氮源配制发酵培养液，组成物质为：发酵好的稻草末10％w/v与K2HPO4，0.1-3g；(NH4)2SO4，0.5-5g；NaHCO3，0.1-3g；CaCl2，0.1-1g；MgSO4，0.2-2.5g，蒸馏水，3-5L。
7.根据权利要求5所述工艺，其特征在于：以稻草为碳氮源配制发酵培养液，组成物质为：发酵好的稻草末10％w/v与K2HPO4，0.1-3g；(NH4)2SO4，0.5-5g；NaHCO3，0.1-3g；CaCl2，0.1-1g；MgSO4，0.2-2.5g，蒸馏水，3-5L。
8.根据权利要求2或6或7所述工艺，其特征在于：稻草的发酵方法为：将新鲜稻草切成1-3cm的小段堆成堆，堆内加水浸润，用塑料膜覆盖，保持堆内温度在30-50℃发酵10-30天。
9.根据权利要求2所述工艺，其特征在于：将1/5-1/4体积的发酵液定期排入沉淀罐，同时补加以稻草为碳源的培养基到发酵罐中，控制发酵液进入沉淀罐中的流量以调节沉淀罐中液体pH值，实现逐级沉淀金属离子的作用，定期从发酵罐底充入氮气，用以吹脱H2S进入沉淀罐中。
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