CN113652351A - 一种外加电场强化复合微生物产氰能力的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于固体废弃物资源化处理技术领域，具体涉及一种外加电场强化复合微生物产氰能力的方法及装置。在用于微生物生长反应的处理室中培养具有产氰能力的复合微生物，通过分解甘氨酸等前体物质产生次级代谢产物CN‑，可以络合环境中的金属元素以便提取；通过增加电场系统可以促进微生物的代谢行为，提高微生物浸出效率，结合搅拌系统保证微生物与培养基的营养物质充分接触，温度控制系统调节适宜的温度，为复合微生物提供适宜的生长及产氰环境。本发明装置简单、运行成本低、绿色高效，提高了微生物的产氰能力，非常适用于大规模产业化生产。
Description
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化处理技术领域。更具体地，涉及一种外加电场强化复合微生物产氰能力的方法及装置。
背景技术
随着消费市场的扩张和电子产品生命周期的缩短，电子垃圾已成为目前增长最快的固体废弃物之一。作为电子垃圾的核心组成部分，废线路板的数量也在急剧增加。废线路板中蕴含着丰富的金属资源，包括金、银、钯等贵金属，铜、铝、锌、锡等有色金属等，其含量和品位远远高于原生矿产，具有巨大的回收潜力。因此，废线路板中贵金属的回收已成为资源再生领域的热点问题。
目前，从废线路板中回收贵金属的方法主要有火法和湿法两种。其中，火法冶金需要的能耗较高，且易产生二恶英等有毒有害气体，不符合绿色回收、低碳环保的原则；而湿法冶金涉及到大量的化学试剂，处理不当容易引起更为严重的二次污染，存在一定的安全隐患。生物浸出是一种利用微生物生长、代谢过程中的代谢产物溶解、浸出目标物质的方法，具有绿色环保、成本低廉、反应条件温和等优点；可以利用微生物分解甘氨酸等前体物质产生的次级代谢产物CN-络合废线路板中的贵金属，从而达到浸出回收金属的目的。如中国专利申请CN106011484A公开了一种基于产氰生物膜反应器的废弃电路板贵金属回收装置，该废弃电路板贵金属回收装置虽然可以培养微生物利用其处理废弃电路板回收贵金属，但是该回收装置存在反应装置复杂、启动慢、运行不稳定、产氰效率低等问题，无法在实际生产中应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有利用微生物产氰浸出回收金属装置复杂、启动慢、产氰效率低的缺陷和不足，提供一种外加电场强化复合微生物产氰能力的方法。
本发明的目的是提供一种外加电场强化复合微生物产氰能力的装置。
本发明另一目的是提供所述装置强化复合微生物产氰能力的方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种外加电场强化复合微生物产氰能力的装置，包括用于微生物生长反应的处理室、用于强化复合微生物产氰能力的电场系统、用于使微生物混合悬浮的搅拌系统和用于调节微生物生长环境温度的温度控制系统；
其中，所述电场系统包括电源、电场正电极和电场负电极，所述电场正电极和电场负电极分别位于处理室内的相对两侧，通过导线与电源连接；所述搅拌系统位于处理室底部。
进一步地，所述电源为直流电源，由直流稳压电源提供外加恒流电流，处理室内的相对两侧壁上设卡槽固定电场正电极和电场负电极，所用电极为石墨板电极。
更进一步地，所述搅拌系统为磁力搅拌器或桨式搅拌器，培养、反应时，使微生物与培养基等混合、充分接触，提高反应效率。
进一步地，所述搅拌系统的转速为200～800rpm。优选地，所述搅拌系统的转速为450～800rpm；更优选地，所述搅拌系统的转速为600rpm
优选地，所述搅拌系统为磁力搅拌器，包括用于混合搅拌的转子和用于控制转子的磁力搅拌调节器。采用磁力搅拌器既能达到使处理室内的内容物混合均匀，其转子可取出，不与处理室固定，方便取出、清洁。
另外的，本发明还提供了所述装置强化复合微生物产氰能力的方法，包括以下步骤：
S1、将培养基置于处理室中，接种复合微生物菌剂，启动电场系统、搅拌系统和温度控制系统进行培养；
S2、完全反应后，提取培养液中的金属离子，对剩余培养液进行灭菌、碱化处理，加入次氯酸钠去除培养液中剩余的氰根离子，进行排放。
进一步地，步骤S1中，所述复合微生物菌剂选自肠杆菌科Enterobacteriaceae、假单胞菌属Pseudomonas、消化链球菌科Peptostreptococcaceae、梭状芽孢杆菌属Clostridioides中的一种或多种。上述微生物均为可产氰的常见微生物，且可以在一起混合培养，正常生长、产氰，协同提高产氰效率。
优选地，步骤S1中，所述复合微生物菌剂可以是尾矿植物根际土筛选出的具有产氰能力的细菌混合物。
更进一步地，步骤S1中，所述复合微生物菌剂用培养基制成微生物浓度为30～50％的菌液进行接种，接种量为培养基体积的1～5％。在此接种量条件下，复合微生物能充分地利用培养基中的营养物质，进行产氰活动，提高金属浸出效率。
进一步地，步骤S1中，所述培养基包括蛋白胨6～10g/L、酵母膏4～5g/L、氯化钠8～10g/L、甘氨酸2～5g/L和余量水。为微生物生长提供充分的营养物质。
更进一步地，步骤S1中，所述电场系统控制电流为10～30mA。在此条件的电场强度下，可以刺激复合微生物菌剂的微生物生长、产氰，提高环境中金属的回收。优选地，所述电场系统控制电流为10～20mA；更优选地，所述电场系统控制电流为10mA。
进一步地，步骤S1中，所述温度控制系统调节温度为20～35℃，使环境适于微生物生长。优选地，所述温度控制系统调节温度为20～30℃；更优选地，所述温度控制系统调节温度为25℃。
更进一步地，步骤S2中，所述提取培养液中的金属离子的提取方法可以采用常规的电解、离子置换进行提取。培养基中微生物的代谢产物CN-可以络合环境中的金属元素，使金属离子更容易被提取。
进一步地，在复合微生物菌剂培养前期，可以添加需要回收金属的废弃物如废线路板颗粒，继续培养，以回收废弃物中的金属。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种外加电场强化复合微生物产氰能力的装置，在用于微生物生长反应的处理室中培养具有产氰能力的复合微生物，通过分解甘氨酸等前体物质产生次级代谢产物CN-，络合环境中的金属元素以便提取；通过增加电场系统可以促进微生物的代谢行为，提高微生物浸出效率，结合搅拌系统保证微生物与培养基的营养物质充分接触，温度控制系统调节适宜的温度，为复合微生物提供适宜的生长及产氰环境。本发明装置简单、运行成本低、绿色高效，提高了微生物的产氰能力，非常适用于大规模产业化生产。
附图说明
图1为本发明外加电场强化复合微生物产氰能力的装置的结构示意图；其中，1-处理室，2-电场正电极，3-电场负电极，4-电源，5-温度控制系统，6-转子，7-磁力搅拌调节器，8-复合微生物菌剂。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
实施例1一种外加电场强化复合微生物产氰能力的装置
如图1所示为一种外加电场强化复合微生物产氰能力的装置，包括用于微生物生长反应的处理室1、用于强化复合微生物产氰能力的电场系统、用于使微生物混合悬浮的搅拌系统和用于调节微生物生长环境温度的温度控制系统5；
其中，所述电场系统包括电源4、电场正电极2和电场负电极3，所述电场正电极2和电场负电极3分别位于处理室1内的相对两侧，通过导线与电源4连接；所述搅拌系统位于处理室1底部。
在本实施例中，所述处理室1的尺寸为10cm×10cm×15cm，所述电源4为直流电源，由直流稳压电源提供外加恒流电流，处理室1内的相对两侧壁上设卡槽固定电场正电极2和电场负电极3，所用电极为石墨板电极，石墨板电极尺寸为8cm×14cm×0.3cm；所述搅拌系统为磁力搅拌器，包括用于混合搅拌的转子6和用于控制转子6的磁力搅拌调节器7，既能达到使处理室1内的内容物混合均匀，使微生物与培养基等混合、充分接触，提高反应效率，其转子6可取出，不与处理室1固定，方便取出、清洁。
实施例2一种外加电场强化复合微生物产氰能力的装置
一种外加电场强化复合微生物产氰能力的装置，包括用于微生物生长反应的处理室1、用于强化复合微生物产氰能力的电场系统、用于使微生物混合悬浮的搅拌系统和用于调节微生物生长环境温度的温度控制系统5；
其中，所述电场系统包括电源4、电场正电极2和电场负电极3，所述电场正电极2和电场负电极3分别位于处理室1内的相对两侧，通过导线与电源4连接；所述搅拌系统位于处理室1底部。
在本实施例中，所述处理室1的尺寸为10cm×10cm×15cm，所述电源4为直流电源，由直流稳压电源提供外加恒流电流，处理室1内的相对两侧壁上设卡槽固定电场正电极2和电场负电极3，所用电极为石墨板电极，石墨板电极尺寸为8cm×14cm×0.3cm；所述搅拌系统为桨式搅拌器，可以使处理室1内的内容物混合均匀，使微生物与培养基等混合、充分接触，提高反应效率。
实施例3一种外加电场强化复合微生物产氰能力的方法
一种采用实施例1装置外加电场强化复合微生物产氰能力的方法，包括以下步骤：
S1、将培养基置于处理室1中，接种复合微生物菌剂8，启动电场系统、搅拌系统和温度控制系统5进行培养；
S2、72h完全反应后，电解提取培养液中的金属离子，对剩余培养液进行灭菌、碱化处理，加入次氯酸钠去除培养液中剩余的氰根离子，进行排放；
其中，步骤S1中，所述复合微生物菌剂8为尾矿植物根际土筛选出的具有产氰能力的细菌主要包含假单胞菌属Pseudomonas和梭状芽孢杆菌属Clostridioides，比例为1：1；所述复合微生物菌剂8用培养基制成微生物浓度为50％的菌液进行接种，接种量为培养基体积的1.5％；
所述培养基由蛋白胨6g/L、酵母膏5g/L、氯化钠10g/L、甘氨酸4g/L和余量水制成，为微生物生长提供充分的营养物质。
步骤S1中，设置电场系统控制电流为10mA，温度控制系统5调节温度为25℃，搅拌系统转速为600rpm使环境适于微生物生长。
在步骤S272 h完全反应后提取金属离子前测定所得培养液中的氰根离子，可知本实施例复合微生物菌剂8产氰量为5.5mg/L。
实施例4一种外加电场强化复合微生物产氰能力的方法
一种采用实施例1装置外加电场强化复合微生物产氰能力的方法，包括以下步骤：
S1、将培养基置于处理室1中，接种复合微生物菌剂8，启动电场系统、搅拌系统和温度控制系统5进行培养；
S2、72h完全反应后，离子置换提取培养液中的金属离子，对剩余培养液进行灭菌、碱化处理，加入次氯酸钠去除培养液中剩余的氰根离子，进行排放；
其中，步骤S1中，所述复合微生物菌剂8为尾矿植物根际土筛选出的具有产氰能力的细菌主要包含假单胞菌属Pseudomonas和梭状芽孢杆菌属Clostridioides，比例为1：1；所述复合微生物菌剂8用培养基制成微生物浓度为30％的菌液进行接种，接种量为培养基体积的5％；
所述培养基由蛋白胨6g/L、酵母膏5g/L、氯化钠10g/L、甘氨酸4g/L和余量水制成，为微生物生长提供充分的营养物质。
步骤S1中，设置电场系统控制电流为30mA，温度控制系统5调节温度为25℃，搅拌系统转速为600rpm使环境适于微生物生长。
在步骤S272 h完全反应后提取金属离子前测定所得培养液中的氰根离子，可知本实施例复合微生物菌剂8产氰量为5.1mg/L。
实施例5一种外加电场强化复合微生物产氰能力的方法
一种采用实施例2装置外加电场强化复合微生物产氰能力的方法，包括以下步骤：
S1、将培养基置于处理室1中，接种复合微生物菌剂8，启动电场系统、搅拌系统和温度控制系统5进行培养；
S2、72h完全反应后，离子置换提取培养液中的金属离子，对剩余培养液进行灭菌、碱化处理，加入次氯酸钠去除培养液中剩余的氰根离子，进行排放；
其中，步骤S1中，所述复合微生物菌剂8为尾矿植物根际土筛选出的具有产氰能力的细菌主要包含假单胞菌属Pseudomonas和梭状芽孢杆菌属Clostridioides，比例为1：1；所述复合微生物菌剂8用培养基制成微生物浓度为45％的菌液进行接种，接种量为培养基体积的3％；
所述培养基由蛋白胨6g/L、酵母膏5g/L、氯化钠10g/L、甘氨酸4g/L和余量水制成，为微生物生长提供充分的营养物质。
步骤S1中，设置电场系统控制电流为20mA，温度控制系统5调节温度为25℃，搅拌系统转速为600rpm使环境适于微生物生长。
在步骤S272 h完全反应后提取金属离子前测定所得培养液中的氰根离子，可知本实施例复合微生物菌剂8产氰量为5.3mg/L。
对比例1一种复合微生物产氰的方法
一种复合微生物产氰的方法，包括以下步骤：
S1、将培养基置于处理室1中，接种复合微生物菌剂8，启动搅拌系统和温度控制系统5进行培养；
S2、72小时完全反应后，电解提取培养液中的金属离子，对剩余培养液进行灭菌、碱化处理，加入次氯酸钠去除培养液中剩余的氰根离子，进行排放；
其中，步骤S1中，所述复合微生物菌剂8为尾矿植物根际土筛选出的具有产氰能力的细菌主要包含假单胞菌属Pseudomonas和梭状芽孢杆菌属Clostridioides，比例为1：1；所述复合微生物菌剂8用培养基制成微生物浓度为50％的菌液进行接种，接种量为培养基体积的1.5％；
所述培养基由蛋白胨6g/L、酵母膏5g/L、氯化钠10g/L、甘氨酸4g/L和余量水制成，为微生物生长提供充分的营养物质。
步骤S1中，温度控制系统5调节温度为25℃，搅拌系统转速为600rpm使环境适于微生物生长。
在步骤S272 h完全反应后提取金属离子前测定所得培养液中的氰根离子，可知本对比例复合微生物菌剂8产氰量为3mg/L。
目前的复合微生物菌剂8产氰量在3mg/L左右，如何改变其他条件都无法提高其产氰量，产氰效率的提高非常困难。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种外加电场强化复合微生物产氰能力的装置，其特征在于，包括用于微生物生长反应的处理室(1)、用于强化复合微生物产氰能力的电场系统、用于使微生物混合悬浮的搅拌系统和用于调节微生物生长环境温度的温度控制系统(5)；
其中，所述电场系统包括电源(4)、电场正电极(2)和电场负电极(3)，所述电场正电极(2)和电场负电极(3)分别位于处理室(1)内的相对两侧，通过导线与电源(4)连接；所述搅拌系统位于处理室(1)底部。
2.根据权利要求1所述外加电场强化复合微生物产氰能力的装置，其特征在于，所述电源(4)为直流电源。
3.根据权利要求1所述外加电场强化复合微生物产氰能力的装置，其特征在于，所述搅拌系统为磁力搅拌器或桨式搅拌器。
4.根据权利要求3所述外加电场强化复合微生物产氰能力的装置，其特征在于，所述搅拌系统为磁力搅拌器，包括用于混合搅拌的转子(6)和用于控制转子(6)的磁力搅拌调节器(7)。
5.一种权利要求1～4任一所述装置强化复合微生物产氰能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将培养基置于处理室(1)中，接种复合微生物菌剂(8)，启动电场系统、搅拌系统和温度控制系统(5)进行培养；
S2、完全反应后，提取培养液中的金属离子，对剩余培养液进行灭菌、碱化处理，加入次氯酸钠去除培养液中剩余的氰根离子，进行排放。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，步骤S1中，所述复合微生物菌剂(8)选自肠杆菌科Enterobacteriaceae、假单胞菌属Pseudomonas、消化链球菌科Peptostreptococcaceae、梭状芽孢杆菌属Clostridioides中的一种或多种细菌。
7.根据权利要求5所述方法，其特征在于，步骤S1中，所述复合微生物菌剂(8)用培养基制成微生物浓度为30～50％的菌液进行接种，接种量为培养基体积的1～5％。
8.根据权利要求5所述方法，其特征在于，步骤S1中，所述培养基包括蛋白胨6～10g/L、酵母膏4～5g/L、氯化钠8～10g/L、甘氨酸2～5g/L和余量水。
9.根据权利要求5所述方法，其特征在于，步骤S1中，所述电场系统控制电流为10～30mA。
10.根据权利要求5所述方法，其特征在于，步骤S1中，所述温度控制系统(5)调节温度为20～35℃。
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