CN106867921A - 嗜酸硫杆菌及该菌处理矿山酸性废水回收铁资源的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种嗜酸硫杆菌，菌种名称为：Thiobacillus ferrooxidans ST-A，保藏单位为中国国家典型培养物保藏中心，地址：武汉大学，保藏日：2015年5月24日，保藏登记号：CCTCC NO：M2015333。利用该菌处理含铁矿山酸性废水，可以在低pH下加速氧化二价铁离子生成三价铁离子；在适宜的pH下，该菌可催化三价铁离子形成施氏矿物(Fe8O8(OH)6(SO4))沉淀，有效回收铁资源，且所回收的含铁沉淀物不会夹带其他有价金属(铜、锌等)，为矿山酸性废水中金属资源化回收提供可操作工艺。

Description

嗜酸硫杆菌及该菌处理矿山酸性废水回收铁资源的方法
技术领域
本发明涉及微生物技术领域。特别是涉及一种嗜酸硫杆菌(Thiobacillus)属细菌、其培养方法以及利用该菌处理含铁矿山酸性废水并回收铁资源的过程。
背景技术
硫化矿山均存在矿山酸性废水问题，只要黄铁矿暴露在空气中或含溶解氧的地下水与矿石接触，矿石就会缓慢氧化产生二价铁离子。此时，由于pH较高，二价铁离子可迅速氧化成为三价铁离子，而三价铁离子的存在，会加速黄铁矿的氧化过程，并使pH迅速下降，当pH进一步下降至3.5以下，在微生物的催化作用下，会进一步源源不断地产生三价铁离子，并使得黄铁矿等硫化矿的氧化速率进一步提高，并加速产生矿山酸性废水。矿山酸性废水中含高浓度铁离子(500-2000mg/L)，并含有其他有价金属离子(Cu、Zn等)。目前常规处理方法是石灰中和法，该方法产生渣量大，无法回收废水中的铁及其他有价金属，且容易产生二次污染。如何在回收矿山废水中铁资源的过程中不夹带其他有价金属，将是解决矿山酸性废水中金属资源化回收的关键问题。新分离的嗜酸硫杆菌可有效的在低pH下氧化二价铁离子为三价铁离子，在适宜的pH下，该菌可催化三价铁离子形成施氏矿物(Fe8O8(OH)6(SO4))沉淀，该沉淀不会夹带其他有价金属，可实现矿山酸性废水处理过程中铁资源和其他有价金属资源的分步回收。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一株高效的嗜酸硫杆菌菌种，该菌种可有效氧化二价铁离子为三价铁离子，并在适宜的pH下，催化三价铁离子形成施氏矿物(Fe8O8(OH)6(SO4))沉淀。
本发明的第二个目的是提供一种可以富集、分离、培养该细菌的培养基。
本发明的第三个目的是提供一种利用该菌处理含铁矿山酸性废水并回收铁资源的方法。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
本发明提供一种嗜酸硫杆菌，菌种名称为：Thiobacillus ferrooxidans ST-A，保藏单位为中国国家典型培养物保藏中心，地址：武汉大学，保藏日：2015年5月24日，保藏登记号：CCTCC NO：M2015333。
该嗜酸硫杆菌可以在低pH下加速氧化二价铁离子生成三价铁离子；在pH3.2时，该菌可催化三价铁离子形成施氏矿物(Fe8O8(OH)6(SO4))沉淀。
本发明还提供用于分离培养如上所述嗜酸硫杆菌的培养基(简称：分离培养基)，配方为：(NH4)2SO43.0g，KCl 0.1g，KH2PO40.5g，MgSO4·7H2O 0.5g，Ca(NO3)20.01g，FeSO4·7H2O 44.22g，0.5mol/L的H2SO410.0ml，990mL蒸馏水，结冷胶30g/L，调pH至1.8。
配置时将结冷胶以外的成分混合均匀后加入结冷胶，调pH1.8，121℃下灭菌25分钟后倒平板。
本发明还提供用于富集培养如上所述嗜酸硫杆菌的培养基(简称：富集培养基)，配方为：(NH4)2SO43.0g，KCl 0.1g，KH2PO40.5g，MgSO4·7H2O 0.5g，Ca(NO3)20.01g，FeSO4·7H2O 44.22g，0.5mol/L的H2SO410.0ml，990mL蒸馏水，调pH至1.8。
配置时将各成分混合均匀，调pH1.8，121℃下灭菌25分钟。
如上所述嗜酸硫杆菌的富集培养方法，将所述嗜酸硫杆菌菌种接种入富集培养基中，在25-45℃的培养温度下，100rpm摇床培养培养至菌液浓度为108个/mL。
本发明还提供一种处理矿山酸性废水回收铁资源的方法，
1)将pH2-3的含铁矿山酸性废水通入生物氧化反应器；
2)将上述嗜酸硫杆菌菌种，采用上述的方法进行富集培养后，接种至生物氧化反应器；
3)生物氧化反应器出水通入固液分离反应器，用NaOH调节pH至3.2后，加入市售PAM絮凝剂，进行固液分离。
进一步地，步骤2)中所述嗜酸硫杆菌的接种量为每m3体积2-4L。
进一步地，所述生物氧化反应器内填料为市售软性填料。
其中在生物氧化反应器底部曝空气，根据含铁矿山酸性废水中铁含量不同，进行曝气量的相应调整。
本发明的有益效果在于：
本发明提供了一株嗜酸硫杆菌菌株ST-A，该菌可以在低pH下加速氧化二价铁离子生成三价铁离子；在适宜的pH下，该菌可催化三价铁离子形成施氏矿物(Fe8O8(OH)6(SO4))沉淀，经固液分离沉淀物，实现了矿山酸性废水中铁资源的回收。
附图说明
图1为本发明菌种的扫描电镜照片。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步说明。
本发明所涉及的嗜酸硫杆菌已进行保藏，菌种名称为Thiobacillusferrooxidans ST-A，保藏单位为中国国家典型培养物保藏中心，地址：武汉大学，保藏日：2015年5月24日，保藏登记号：CCTCC NO：M2015333。
该嗜酸硫杆菌分离自江西德兴铜矿含铜酸性废水。
用于分离培养上述嗜酸硫杆菌的培养基(简称：分离培养基)，配方为：
(NH4)2SO43.0g，KCl 0.1g，KH2PO40.5g，MgSO4·7H2O 0.5g，Ca(NO3)20.01g，FeSO4·7H2O 44.22g，0.5mol/L的H2SO410.0ml，990mL蒸馏水，结冷胶30g/L，调pH至1.8。
配置时将结冷胶以外的成分混合均匀后加入结冷胶，调pH1.8，121℃下灭菌25分钟。按上述比例配置100ml培养基，每20mL倒一块平板。
用于富集培养上述嗜酸硫杆菌的培养基(简称：富集培养基)，配方为：(NH4)2SO43.0g，KCl 0.1g，KH2PO40.5g，MgSO4·7H2O 0.5g，Ca(NO3)20.01g，FeSO4·7H2O 44.22g，0.5mol/L的H2SO410.0ml，990mL蒸馏水，调pH至1.8。
配置时将各成分混合均匀，调pH1.8，121℃下灭菌25分钟。
实施例1嗜酸硫杆菌的获取和鉴定
本发明提供的嗜酸硫杆菌的获得方法为：
1)在100mL含所述嗜酸硫杆菌水样中加入0.3g酵母粉，在30℃，摇床100rpm轻轻震荡富集培养1周，利用显微镜检测判断细菌生长情况；水样取自江西德兴铜矿含铜酸性废水。细菌生长至测量细菌培养液在600nm处的吸光值,得到的OD600的数值如果在0.6-0.8之间。
2)采用膜过滤将上述培养液中的细菌过滤，并将细菌用20mL无菌水洗下。以5％的接种量分别接种于多个100mL富集培养基中，45℃度进行培养，并设置不接种对照(CK)。100rpm摇床培养两周后观察细菌生长情况。
3)将富集培养基液梯度稀释1、2、3、4、5(分别对应10-1，10-2，10-3，10-4，10-5)，分别取100μL稀释液涂布在分离培养基配制的平板上，45℃培养三天。挑单菌落进行进一步平板划线，分离得到单菌落。挑取单菌落后，转入新的固体培养基平板中，利用平板划线分离法继续进行分离培养，直至获得单菌落。
用扫描电镜观察菌体形态，菌体形态如图1所示。
用16S rDNA克隆文库技术分析鉴定菌种。将1mL菌液离心得到菌泥，提取总DNA，利用PCR技术以原核生物通用引物530f和1490r扩增16S rDNA片段。PCR产物纯化后与Promega的T-easy载体连接，转化大肠杆菌DH5α。挑取的白色菌落通过菌落PCR确定阳性菌落，经酶切分型，对4个克隆测序。所得序列经Blast比较表明，该菌株为Thiobacillus属细菌，命名为Thiobacillusferrooxidans ST-A。
实施例2处理矿山酸性废水回收铁资源
1)将江西德兴铜矿酸性废水通入生物氧化反应器，该生物氧化反应器内填充市售水处理软性填料。
该废水水质如下：pH2.3；Cu2+：220mg/L，总铁离子浓度：1480mg/L。
2)将经鉴定的嗜酸硫杆菌的菌种，接种在富集培养基中，45℃摇床100rpm培养至菌浓度为108个/mL；然后将菌液接种至生物氧化反应器内，接种量为3L/m3。
所用生物氧化反应器为常规填料生物膜反应器，底部曝空气，处理时间1小时。
3)反应后出水通入固液分离反应器，NaOH调节pH至3.2，并加入市售絮凝剂PAM，进行固液分离，反应2小时。整个工艺连续运行30天。
反应器内固液分离后，沉淀固体经XRD检测为施氏矿物。
取固液分离反应器出水分析，铁离子去除率98％，铜离子损失率4％。
所用固液分离反应器为常规固液分离反应器。
本发明提供的处理矿山酸性废水回收铁资源的方法，在嗜酸硫杆菌菌种的催化作用下，溶液中的三价铁离子可形成的施氏矿物沉淀，加入市售PAM絮凝剂，可实现有效的固液分离，该施氏矿物沉淀不会夹带废水中的有价金属(铜、锌等)。

Claims (7)

1.一种嗜酸硫杆菌，其特征在于，菌种名称为：Thiobacillus ferrooxidansST-A，保藏单位为中国国家典型培养物保藏中心，地址：武汉大学，保藏日：2015年5月24日，保藏登记号：CCTCC NO：M2015333。
2.用于分离培养如权利要求1所述嗜酸硫杆菌的培养基，其特征在于，配方为：(NH4)2SO43.0g，KCl 0.1g，KH2PO40.5g，MgSO4·7H2O 0.5g，Ca(NO3)20.01g，FeSO4·7H2O 44.22g，0.5mol/L的H2SO410.0ml，990mL蒸馏水、结冷胶30g/L，调pH至1.8。
3.用于富集培养如权利要求1所述嗜酸硫杆菌的培养基，其特征在于，配方为：(NH4)2SO43.0g，KCl 0.1g，KH2PO40.5g，MgSO4·7H2O 0.5g，Ca(NO3)20.01g，FeSO4·7H2O 44.22g，0.5mol/L的H2SO410.0ml，990mL蒸馏水，调pH至1.8。
4.用于富集培养权利要求1所述嗜酸硫杆菌的方法，其特征在于，将如权利要求1所述嗜酸硫杆菌接种入如权利要求2所述的培养基中，在25-45℃的培养温度下，100rpm摇床培养至菌浓度达到108个/mL。
5.一种处理矿山酸性废水回收铁资源的方法，其特征在于：
1)将pH2-3的含铁矿山酸性废水通入生物氧化反应器；
2)将权利要求1所述嗜酸硫杆菌采用如权利要求3所述的方法进行富集培养后，接种至生物氧化反应器；
3)生物氧化反应器出水通入固液分离反应器，用NaOH调节pH至3.2后，加入市售PAM絮凝剂，进行固液分离。
6.如权利要求5所述处理矿山酸性废水回收铁资源的方法，其特征在于，步骤2)中所述嗜酸硫杆菌的接种量为每m3体积2-4L。
7.如权利要求5所述处理矿山酸性废水回收铁资源的方法，其特征在于，所述生物氧化反应器内填料为市售软性填料。
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