CN105969693A - 一种处理铝型材镀镍污泥的生物淋滤剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐铝型材镀镍污泥的生物淋滤剂，所述生物淋滤剂包括菌株FNZJ3‑2‑2和菌株FNXJ1‑2‑3。本发明还公开了生物淋滤剂在处理铝型材镀镍污泥中的用途。本发明还公开了一种处理铝型材镀镍污泥的方法。本发明还公开了生物淋滤剂在制备用于铝型材镀镍污泥的生物降解剂或在构建用于处理铝型材镀镍污泥的工程菌中的用途。本发明提供的生长淋滤剂，能表现出优良的富镍能力和生长活性，在处理铝型材镀镍污泥的生物净化和回收利用中具有良好的应用前景。

Description

一种处理铝型材镀镍污泥的生物淋滤剂及其应用
技术领域
本发明属于微生物应用技术领域，涉及一种处理铝型材镀镍污泥的生物淋滤剂及其应用。
背景技术
铝型材成品是由原材料铝与镁、硅、铜、铁、锌等金属元素配比熔炼成铝合金，铝合金再经挤压而制成。截至2011年末，全球铝型材产能约在2,638万吨左右。全球铝型材的消耗量由2007年的约13,200,000吨增长至2011年的约19,490,000吨(其中工业型材占33％，建筑型材占67％)。2011年，中国为全球铝型材消耗量最大的市场，约占全球铝型材产品消耗量的58％，我国铝型材工业已有50多年，尽管近20年进步显著，但铝型材在熔铸、挤压、表面处理、废料回收再生技术方面仍有进一步改善的空间。年产量10万吨的铝型材企业每年排放的废渣达5000t。全国每年约有20～30万吨的废渣，不同的废渣的处理方式也不同。但目前不少铝型材生产企业的废渣混合处理堆放，不利于废渣综合利用，因此，铝型材废渣的综合利用是铝型材行业亟待解决的问题，合理回收利用这些数量巨大的废渣有重大的环保和经济效益。
微生物因具有很强的重金属吸附和富集作用而被广泛用于各类重金属废液和废渣的生物法处理中。生物淋滤也称生物沥滤或生物沥浸，是国际上近年来兴起的一项针对重金属污染底泥或土壤的金属浸提技术，即利用氧化亚铁硫杆菌或氧化硫硫杆菌等嗜酸性硫杆菌进行生物氧化，以生成的硫酸为介质将难溶金属变为可溶金属硫酸盐，再进行固液分离。具有成本低、去除效率高、脱毒后污泥脱水性能好等优点，也具有化学浸提法(酸或有机络合剂)不可替代的优势性，在去除污泥中的重金属方面有好的发展前景。然而，生物淋滤还存在如下不足：(1)利用工业废弃硫或硫化物作为硫氧化菌生物淋滤的能源物质来降低其成本；(2)诱导、筛选世代时间短、产酸率高且耐金属毒性强的硫氧化菌，提高其修复效率；(3)采取有效手段或方法降低硫氧化菌生物淋滤过程中营养元素的流失，分析研究土壤、污泥和沉积物等不同重金属污染固体在硫氧化菌生物淋滤过程中影响因素的差异，进一步扩大其应用范围。
生物淋滤处理各类重金属废液和废渣的前提是获得高效的生物淋滤剂，找寻其特定的培养液和培养条件，这都是本领域目前有待解决的关键问题。
发明内容
发明目的：本发明的第一个目的是提供一种处理铝型材镀镍污泥的生物淋滤剂。
本发明的第二个目的是提供述上述生物淋滤剂在处理铝型材镀镍污泥中的用途。
本发明的第三个目的是提供一种处理铝型材镀镍污泥的方法。
本发明的第四个目的是提供生物淋滤剂在制备用于铝型材镀镍污泥的生物降解剂中的用途。
本发明的第五个目的是提供生物淋滤剂在构建用于处理铝型材镀镍污泥的工程菌中的用途。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种耐铝型材镀镍污泥的生物淋滤剂，所述生物淋滤剂包括菌株FNZJ3-2-2和菌株FNXJ1-2-3。其菌株FNZJ3-2-2和菌株FNXJ1-2-3分别来源于申请号为201510293835.5的专利申请(一种耐铝型材镀镍污泥的生物淋滤剂及其应用)和申请号为201510291867.1(一种耐铝型材镀镍污泥的蜡样芽孢杆菌FNXJ1-2-3及其应用)中的两菌组合。
其中，上述FNZJ3-2-2：FNXJ1-2-3的接种量之比为1～4:1；两菌总接种量为2×107～5×107CFU/ml反应液。
其中，上述生物淋滤剂生长所用的培养液成分为：葡萄糖5.0～15.0g/L，(NH4)2SO41.0～4.0g/L，K2HPO4 10～15g/L，KH2PO42.0～5.0g/L，NaCl 2.0～5.0g/L，自然pH(～7.0)。镀镍污泥体积/培养液体积＝1～5生物淋滤剂的其它生长条件为反应温度为20℃～40℃，反应pH为4.0～7.0，溶解氧(dissolved oxygen，DO)为4.0～10.0mg/L，反应时间为24hr～120hr。
上述的生物淋滤剂在处理铝型材镀镍污泥中的用途。
上述的用途，将所述生物淋滤剂接种于用铝型材镀镍污泥与培养液配制的反应液中进行培养。
其中，上述铝型材镀镍污泥体积与培养液体积之比为1～5。
一种处理铝型材镀镍污泥的方法，所述方法包括，将上述的生物淋滤剂接种于上述的反应液中进行培养。
所述的方法中，所述铝型材镀镍污泥中待回收的镍含量为20mg/L～1000mg/L，铝含量为镍含量的5～10倍，当污泥中铝含量不足时，可适量添加铝屑补充。
其中，上述培养条件为28～30℃，150～160r/min；培养液的瓶装量为30～40％(V/V)。
上述生物淋滤剂的接种量为2.0×107～5.0×107CFU/ml所述反应液。
上述发酵培养条件为20～40℃，反应pH为4.0～7.0，溶解氧(dissolved oxygen，DO)为4.0～10.0mg/L，反应时间为24hr～120hr。
上述的生物淋滤剂在制备用于铝型材镀镍污泥的生物降解剂中的用途。
上述的卷生物淋滤剂在构建用于处理铝型材镀镍污泥的工程菌中的用途。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：本发明获得了一种能处理铝型材镀镍污泥的生物淋滤剂配方。对于铝型材镀镍污泥(镍含量为20mg/L～1000mg/L，铝含量为镍含量的5～10倍)，实验证明，本发明提供的生物淋滤剂能在用铝型材镀镍污泥与培养液配制的反应液中生长，并显著富集镍，由此证明该菌株可以耐受pH为4.0～7.0的酸碱度，并能表现出优良的镍富集能力和生长活性。并且对于该反应液，其中，生物淋滤剂在好氧条件下的镍富集率最高达78.6％；在厌氧条件下的富镍率最高达63.2％。这说明，在高酸度条件以及厌氧或好氧条件下，生物淋滤剂均表现出了优良的镍富集能力和生长活性。因此，该生物淋滤剂在铝型材镀镍污泥的生物净化中具有良好的应用前景。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进一步说明，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的药材原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。其中，铝型材镀镍污泥采自江苏滨海经济开发区沿海工业园中的某铝型材生产企业。
实施例1：生物淋滤剂配方设计与优选
取10ml铝型材镀镍污泥(镀镍污泥中镍含量421.52mg/L，铝含量2473.66mg/L。)，加入到20ml已灭菌的培养液中(培养液成分为：葡萄糖10.0g/L，(NH4)2SO4 2.0g/L，K2HPO410.5g/L，KH2PO4 4.5g/L，NaCl 2.5g/L)中，得镀镍污泥体积/培养液体积为3反应液。
将FNZJ3-2-2和菌株FNXJ1-2-3用无菌的双蒸水分别配制成3.0×108CFU/ml的菌悬液，分别考察了生物淋滤剂中FNZJ3-2-2：FNXJ1-2-3的接种量之比为1:2，FNZJ3-2-2：FNXJ1-2-3的接种量之比为1:1，FNZJ3-2-2：FNXJ1-2-3的接种量之比为2:1，FNZJ3-2-2：FNXJ1-2-3的接种量之比为3:1，FNZJ3-2-2：FNXJ1-2-3的接种量之比为4:1时候铝型材镀镍污泥处理情况；培养条件为30℃，180r/min，瓶装量为40％。
上述实验平行进行2组，分别为试1和试2，同时将不接种生物淋滤剂的反应液作为对照组，培养5天后测定反应后污泥中镍含量，计算富镍率(％)，结果如表1所示。
表1不同配方的生物淋滤剂处理反应液5天的试验结果
表1表明，生物淋滤剂中FNZJ3-2-2：FNXJ1-2-3的接种量之比为1～4:1时均能在反应液中正常生长，并保持较高的富镍率和含菌量。并且对于FNZJ3-2-2：FNXJ1-2-3的接种量之比为2～3:1，其中，生物淋滤剂在好氧条件下的富镍率为66.1～78.6％；在厌氧条件下的富镍率达53.5～62.3％。这证明，生物淋滤剂中FNZJ3-2-2：FNXJ1-2-3的接种量之比为2～3:1，同时在厌氧和好氧条件下均能实现显著的富镍能力，因此在铝型材镀镍污泥的生物净化中具有良好的应用前景。
实施例2：反应液中铝型材镀镍污泥体积与培养液体积配比优选
取10ml铝型材镀镍污泥(镀镍污泥中镍含量421.52mg/L，铝含量2473.66mg/L。)，分别加入到10ml、20ml、30ml、40ml和50ml已灭菌的培养液中(培养液成分为：葡萄糖5.0g/L，(NH4)2SO4 1.0g/L，K2HPO4 10g/L，KH2PO4 2g/L，NaCl 2.0g/L)中，得镀镍污泥体积/培养液体积为1～5的反应液。
将实施例1获得的生物淋滤剂(FNZJ3-2-2：FNXJ1-2-3的接种量之比为3:1)，接种于此反应液中，使生物淋滤剂的接种量为3.0×107CFU/ml反应液，然后于30℃水浴恒温振荡器培养5天。所做培养分成有氧组和无氧组，其中有氧组为180r/min振荡培养，反应液的瓶装量为40％(V/V)，无氧组为在培养液表面加约1cm的液体石蜡，其它条件与有氧组相同。
上述实验平行进行2组，分别为试1和试2，同时将不接种生物淋滤剂的反应液作为对照组，培养5天后测定反应后污泥中镍含量，计算富镍率(％)，结果如表2所示。
表2生物淋滤剂处理不同反应液5天的试验结果
表2表明，在生物淋滤剂中FNZJ3-2-2：FNXJ1-2-3的接种量之比为3:1，铝型材镀镍污泥体积与培养液体积比为1:1～5时均能在反应液中正常生长，并保持较高的富镍率和含菌量。并且对于铝型材镀镍污泥体积与培养液体积比为1:3～4，其中，生物淋滤剂在好氧条件下的富镍率为69.9～74.4％；在厌氧条件下的富镍率达55.4～57.9％。这证明，铝型材镀镍污泥体积与培养液体积比最佳值为1:3～4，同时在厌氧和好氧条件下均能实现显著的富镍能力，因此在铝型材镀镍污泥的生物净化中具有良好的应用前景。
实施例3：生物淋滤剂在有氧和无氧条件下的铝型材镀镍污泥处理作用
取10ml铝型材镀镍污泥(镀镍污泥中镍含量421.52mg/L，铝含量2473.66mg/L。)，加入到30ml已灭菌的培养液中(培养液成分为：葡萄糖15g/L，(NH4)2SO4 4.0g/L，K2HPO415g/L，KH2PO4 5.0g/L，NaCl 5.0g/L)，得镀镍污泥体积/培养液体积为3的反应液。
将实施例1获得的生物淋滤剂(FNZJ3-2-2：FNXJ1-2-3的接种量之比为3:1)，接种于此反应液中，使生物淋滤剂的接种量为3.57×107CFU/ml反应液，pH 6.5，然后于30℃水浴恒温振荡器培养5天。所做培养分成有氧组和无氧组，其中有氧组为180r/min振荡培养，反应液的瓶装量为50％(V/V)，无氧组为在培养液表面加约1cm的液体石蜡，其它条件与有氧组相同。
上述实验平行进行2组，分别为试1和试2，同时将不接种生物淋滤剂的反应液作为对照组，培养5天后测定反应后污泥中含菌量和镍含量，计算富镍率(％)，结果如表3所示。
表3生物淋滤剂处理反应液5天的试验结果
表3表明，生物淋滤剂在发酵培养液中能正常生长，并保持较高的富镍率和含菌量。并且对于该发酵培养液，其中，生物淋滤剂在好氧条件下的富镍率达72.2％，在厌氧条件下的富镍率达57.7％。这证明，生物淋滤剂在厌氧和好氧条件下均能实现显著的富镍能力，因此在铝型材镀镍污泥的生物净化中具有良好的应用前景。
实施例4不同接种量的生物淋滤剂对铝型材镀镍污泥处理作用
与实施例3基本一样，所不同的在于，分别考察了生物淋滤剂的接种量为2.0×107CFU/ml反应液，3.0×107CFU/ml反应液，4.0×107CFU/ml反应液，5.0×107CFU/ml反应液时候铝型材镀镍污泥处理情况；培养条件为30℃，pH6.5，180r/min，瓶装量为50％，
上述实验平行进行2组，分别为试1和试2，同时将不接种生物淋滤剂的反应液作为对照组，培养5天后测定反应后污泥中镍含量，计算富镍率(％)，结果如表4所示。
表4不同接种量的生物淋滤剂处理反应液5天的试验结果
结果表明，生物淋滤剂在接种量为2.0×107～5.0×107CFU/ml反应液时均能在反应液中正常生长，并保持较高的富镍率和含菌量。并且对于接种量为3.0×107～4.0×107CFU/ml反应液，其中，生物淋滤剂在好氧条件下的富镍率为62.3～78.5％，在厌氧条件下的富镍率达48.9～62.2％。这证明，生物淋滤剂的最优接种量为3.0×107～4.0×107CFU/ml反应液，同时在厌氧和好氧条件下均能实现显著的富镍能力，因此在铝型材镀镍污泥的生物净化中具有良好的应用前景。
以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种耐铝型材镀镍污泥的生物淋滤剂，其特征在于，所述生物淋滤剂包括菌株FNZJ3-2-2和菌株FNXJ1-2-3。
2.根据权利要求1所述的一种耐铝型材镀镍污泥的生物淋滤剂，其特征在于，所述FNZJ3-2-2：FNXJ1-2-3的接种量之比为1~4:1；两菌总接种量为2×107~5×107 CFU/ml反应液。
3.根据权利要求1所述的一种耐铝型材镀镍污泥的生物淋滤剂，其特征在于，所述生物淋滤剂生长所用的培养液成分为：葡萄糖 5.0~15.0 g/L，(NH4)2SO4 1.0~4.0g/L，K2HPO4 10~15 g/L，KH2PO42.0~5.0 g/L，NaCl 2.0~5.0 g/L。
4.权利要求1~3任一项所述的生物淋滤剂在处理铝型材镀镍污泥中的用途。
5.根据权利要求4所述的用途，其特征在于，将所述生物淋滤剂接种于用铝型材镀镍污泥与培养液配制的反应液中进行培养。
6.根据权利要求5所述的用途，其特征在于，所述铝型材镀镍污泥体积与培养液体积之比为1~5。
7.一种处理铝型材镀镍污泥的方法，其特征在于，所述方法包括，将权利要求1所述的生物淋滤剂接种于权利要求5所述的反应液中进行培养。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述铝型材镀镍污泥中待回收的镍含量为20 mg/L ~1000 mg/L，铝含量为镍含量的5~10倍。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述培养条件为28~30℃，150~160 r/min；培养液的瓶装量为30~40%（V/V）。
10.权利要求1~3所述的生物淋滤剂在制备用于铝型材镀镍污泥的生物降解剂或在构建用于处理铝型材镀镍污泥的工程菌中的用途。
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