CN113801827A - 一株嗜酸Acidomyces acidothermus菌及其在浸出废电路板含铜污染物中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一株嗜酸Acidomyces acidothermus菌及其在浸出废电路板含铜污染物中的应用，属于生物浸出技术领域。本发明从常州污水处理厂的污泥中分离得到一株菌株Acidomyces acidothermus，该菌株可以在酸性条件下正常生长，将其添加至含有重金属铜的废弃物或污染物中，可以将体系中含有的铜以铜离子的形式浸出，有效处理废弃物或污染物中的金属铜。处理过程简单，对环境、工艺的要求低，处理得到的废液中不含有高浓度的化学试剂，便于后续对废液的处理，适用于工业化的应用。

Description

一株嗜酸Acidomyces acidothermus菌及其在浸出废电路板 含铜污染物中的应用

技术领域

本发明涉及一株嗜酸Acidomyces acidothermus菌及其在浸出废电路板含铜污染物中的应用，属于生物浸出技术领域。

背景技术

铜是所有生物必需的微量元素，因为它是呼吸酶复合物细胞色素c氧化酶的主要组成部分。铜在软体动物和甲壳类动物中是血液色素血青苷的组成部分，由鱼类和其他脊椎动物中的铁络合血红蛋白所代替。在人类身上，铜主要存在于肝脏、肌肉和骨骼中。成人身体每公斤体重中含有1.4至2.1毫克铜。当人体内残存了大量的重金属铜之后，急易对身体内的脏器造成负担，特别是肝和胆，当这两种器官出现问题后，维持人体内的新陈代谢就会出现紊乱。

废电路板中含有大量的重金属，若不经处理直接丢弃会对环境造成严重的影响。目前，重金属铜的浸出主要采用水浸法、氨浸法、酸浸法。酸浸出法主要分为无机酸和有机酸浸出。采用无机酸浸提的方法浸出污泥中重金属，不但存在耗酸量大，而且有大量恶臭气体和泡沫产生，影响操作环境。氨法可以解决酸浸的高耗酸问题且氨浸出法生产成本较低，但氨浸出工艺仍存在氨易挥发、仪器密闭性要求高、对环境有一定的潜在危害等缺点。

目前微生物法浸出铜相关的有：氧化亚铁硫杆菌浸出矿石中重金属铜，但是目前对生物浸出矿石中重金属铜的研究还处于探索试验阶段，还需要进一步研究浸出效率，培养出能够适应工业化生产的高效菌种。

发明内容

[技术问题]目前在浸出重金属铜的领域，主要是采用化学方法处理含有铜的废弃物，这些方法成本较高、处理难度较大，处理后的废渣、废液还需要进一步对其中的高浓度化学物质进一步处理，若处理不当，会对环境产生不利的影响。

[技术方案]

鉴于当前所存在的问题，本发明从常州污水处理厂的污泥中提取了一株Acidomyces acidothermus菌，该菌株可用于浸出金属铜，为处理金属铜提供一种有效的生物处理法。

本发明的第一个目的是提供一株菌株Acidomyces acidothermus，已于2021年5月25日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC No.22431，保藏地址为中国.北京.中国科学院微生物研究所。

本发明的第二个目的是提供一种产品，所述产品中含有菌株Acidomycesacidothemus。

在一种实施方式中，所述产品包括但不限于微生物制剂、污水处理剂、生物催化剂或氧化剂。

在一种实施方式中，所述产品是由菌株Acidomyces acidothemus制备得到的，或是由菌株Acidomyces acidothemus的发酵液制备得到的产品。

在一种实施方式中，所述产品中还含有假单胞菌属、芽孢杆菌属、链球菌属、沙雷氏菌属、硫杆菌属、放线菌属、曲霉属中一种或多种菌株。

本发明的第三个目的是提供一种浸出铜的方法，所述方法是向含有铜的体系、含有铜的污染物和/或含铜废弃物中添加所述菌株Acidomyces acidothemus或所述产品，浸出污染物或废弃物中的铜。

在一种实施方式中，所述含有铜的污染物包括废电路板、废蚀铜液、含铜污泥和/或含铜有机污染物。

在一种实施方式中，将所述菌株Acidomyces acidothemus培养至OD₆₀₀为0.1～1.5的菌液，然后按照每克污染物中添加10～100mL菌液的量进行反应，或按照每克铜单质添加25～250mL菌液的量进行反应，浸出废电路板中的铜。

在一种实施方式中，将所述菌株Acidomyces acidothemus在pH为2.5～3.5、140～180rpm、30～35℃中培养至OD₆₀₀为0.4～1.5；优选的，OD₆₀₀为0.8。

在一种实施方式中，在25～35℃、0～250rpm的条件下反应；优选的，在140～180rpm、30～35℃环境中反应。

在一种实施方式中，反应时间不少于1h；优选的，反应时间为1～8h。

本发明的第四个目的是提供所述菌株Acidomyces acidothemus或所述含有所述菌株Acidomyces acidothemus的产品在处理含铜污染物或含铜废弃物中的应用。

在一种实施方式中，所述含铜污染物或含铜废弃物包括废电路板含铜废水、含铜粉末、废蚀铜液、含铜污泥和/或含铜有机污染物。

本发明的有益效果：本发明从常州污水处理厂的污泥中分离得到一株菌株Acidomyces acidothermus，该菌株可以在酸性条件下正常生长，将其添加至含有重金属铜的废弃物或污染物中，可以将体系中含有的铜以铜离子的形式浸出，有效处理废弃物或污染物中的金属铜。处理过程简单，对环境、工艺的要求低，处理得到的废液中不含有高浓度的化学试剂，便于后续对废液的处理。

生物材料保藏

本发明所提供菌株，分类学命名为Acidomyces acidothermus，已于2021年5月25日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.22431，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所。

附图说明

图1为Acidomyces acidothermus菌落形态及细胞形态图。

图2为Acidomyces acidothermus菌电泳图；A为利用ITS引物对扩增得到的产物胶图，B为利用NS引物对扩增得到的产物胶图。

具体实施方式

本发明的一些实施方式中涉及的培养基如下：

LB液体培养基：酵母粉5g·L^-1、胰蛋白胨10g·L^-1、氯化钠10g·L^-1、1000mL蒸馏水。

LB固体培养基：酵母粉5g·L^-1、胰蛋白胨10g·L^-1、氯化钠10g·L^-1、1000mL蒸馏水，琼脂20g。

下述实施例中所述的酸性LB固体培养基或酸性LB培养基为在配制时将LB固体培养基的pH调节为3。

本发明的一些实施方式中铜的浸出率计算：

计算铜的浸出率：

浸出率＝(C*A*V)/m。

C：铜离子的浓度；A：稀释倍数；V：菌液的体积；m：废电路板含铜废水中铜的初始质量。

利用分光光度法，测定电路板废水中铜的初始质量，为废电路板粉末质量的40％(1g废电路板粉末中含有0.4g铜)。

技术术语：

污泥：术语“污泥”取自常州污水处理厂，密度为0.027g·mL^-1，pH为7.66。

含有铜的体系：所述体系中铜以单质的形式存在。

含铜污染物：包括印制电路板过程中产生的高浓度有机污染物，其中含有高浓度的铜。

含铜废弃物：包括线路板生产过程中的废蚀铜液和含铜污泥。

废电路板粉末：术语“废电路板粉末”来自于常州污水处理厂，是废电路板通过破碎机破碎方式得到的粉末状含铜物质，铜的质量为粉末总质量的40％。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：菌株的筛选

(1)取从常州污水处理厂取得的密度为0.027g·mL^-1的污泥10mL放入90mL的LB液体培养基，于140～180rpm、30～35℃环境中培养4～6d；

(2)取步骤(1)中的菌液以体积比5～10％的接种量接种至新100mL LB液体培养基中于140～180rpm、30～35℃环境中培养4～6d；

(3)取步骤(2)中的菌液以体积比5～10％的接种量接种至新100mL LB液体培养基中于140～180rpm、30～35℃环境中培养4～6d；

(4)取步骤(3)中的菌液5μL加入到灭过菌的LB液体培养基中，在140～180rpm、30～40℃下的摇床中培养4～6d后，用枪头吸取100μL液体，涂布于酸性LB固体培养基上；

(5)将涂布有菌液的酸性LB固体培养基放在37℃的培养箱中培养1～2d，观察菌落的形态，在每个菌落上挑取少量菌种分别接种于酸性LB液体培养基中，培养4～6d后，将菌液涂布于酸性LB固体培养基上；

(6)将步骤(5)重复多次，直至每个酸性LB固体培养基中都获得单一的菌种；

(7)从长出单一菌种的培养基中挑取单菌种接种新100mL酸性LB液体培养基中于140～180rpm、30～35℃环境中培养4～6d，测量菌液的OD₆₀₀值达到0.8得到所需菌液。

实施例2：菌株的鉴定

(1)取实施例1得到的菌液，利用光学显微镜观菌株形态特征。结果如图1所示，菌株菌体呈绒状，菌落呈圆形、菌落不透明。

(2)将菌株送至上海生工生物工程股份有限公司利用16SrDNA方法进行菌种鉴定。

使用ITS、NS通用引物扩增后，引物及扩增体系如下：将扩增得到的条带进行电泳检测。电泳图如图2中泳道3所示(条带大小在950bp左右)。条带进行测序，将测序结果在BLAST上比对，经比对，扩增得到的序列与Acidomyces的相似性为100％，鉴定为Acidomycesacidothermus菌，并送至菌株保藏中心保藏。

①所用引物：

ITS1：TCCGTAGGTGAACCTGCGG(SEQ ID NO:1)，

ITS4：TCCTCCGCTTATTGATATGC(SEQ ID NO:2)；

NS1：GTAGTCATATGCTTGTCTC(SEQ ID NO:3)，

NS6：GCATCACAGACCTGTTATTGCCTC(SEQ ID NO:4)。

②PCR扩增反应体系：

③PCR反应条件：

实施例3：Acidomyces acidothermus菌在浸出铜中的应用

添加不同量的菌液对铜浸出效果的影响

1、20mL菌液对浸出效果的影响

(1)将上述筛选到的菌株接种至酸性LB液体培养基中，在140～180rpm、30～35℃下培养，至菌液OD₆₀₀值为0.8；

(2)取步骤(1)中得到的菌液20mL，向其中加入1g废电路板粉末，在磁力搅拌器上以180r/min的速度搅拌，每隔4h吸取一次样品，并测定样品中的铜离子浓度；

(3)将样品液体进行离心操作，取高速低温离心机后的上清液过滤，得到需要的澄清透明浸出液；

(4)将步骤(3)中的浸出液稀释250倍后利用ICP测出加入20mL菌液时，菌液中的铜离子浓度；

(5)计算铜的浸出率，结果如表1所示，菌株对于废电路板中的铜离子有很好的浸出效果，在处理4h时，铜的浸出率可达到1.3161％。

表1加入20mL Acidomyces acidothermus菌液在不同时间下铜离子的浓度

2、30mL菌液对浸出效果的影响

按照上述步骤，在取菌液30mL，向其中加入1g废电路板粉末，在磁力搅拌器上以180r/min的速度搅拌，每隔4h吸取一次样品；将样品液体进行离心操作，取高速低温离心机后的上清液过滤，得到需要的澄清透明浸出液；将得到的浸出液稀释250倍后利用ICP测出废电路板含铜废水中铜离子的浓度。

结果如表2所示，提升了菌液的量之后，铜离子的浸出效果有显著的提升，废电路板中铜的浸出率达到了3.1693％及以上。

表2加入30mL Acidomyces acidothermus菌液在不同时间下铜离子的浓度

3、40mL菌液对浸出效果的影响

按照上述步骤，在取菌液40mL，向其中加入1g废电路板粉末，在磁力搅拌器上以180r/min的速度搅拌，每隔4h吸取一次样品；将样品液体进行离心操作，取高速低温离心机后的上清液过滤，得到需要的澄清透明浸出液；将得到的浸出液稀释250倍后利用ICP测出废电路板含铜废水中铜离子的浓度。

结果如表3所示，向1g的废电路板粉末中添加40mL的菌液后，培养一段时间，废电路板粉末中的铜离子浸出率进一步得到提升，铜离子浸出率可达到10.6877％。

表3加入40mL Acidomyces acidothermus菌液在不同时间下铜离子的浓度

4、50mL菌液对浸出效果的影响

按照上述步骤，在取菌液50mL，向其中加入1g废电路板粉末，在磁力搅拌器上以180r/min的速度搅拌，每隔4h吸取一次样品；将样品液体进行离心操作，取高速低温离心机后的上清液过滤，得到需要的澄清透明浸出液；将得到的浸出液稀释250倍后利用ICP测出废电路板含铜废水中铜离子的浓度。

结果如表4所示，向50mL废电路板粉末中加入1g废电路板粉末，反应1～8h，铜离子浸出率可达到5.7149％。

表4加入50mL Acidomyces acidothermus菌液在不同时间下铜离子的浓度

5、100mL菌液对浸出效果的影响

按照上述步骤，在取菌液100mL，向其中加入1g废电路板粉末，在磁力搅拌器上以180r/min的速度搅拌，每隔4h吸取一次样品；将样品液体进行离心操作，取高速低温离心机后的上清液过滤，得到需要的澄清透明浸出液；将得到的浸出液稀释250倍后利用ICP测出废电路板含铜废水中铜离子的浓度。

结果如表5所示，向100mL菌液中添加1g废电路板粉末，铜离子的浸出率可达达到18.535％。

表5加入100mL Acidomyces acidothermus菌液在不同时间下铜离子的浓度

实施例4：一种浸出铜的方法

将菌株接种至酸性LB培养基中，在140～180rpm、30～35℃下培养，至菌液OD₆₀₀值为0.8；取OD₆₀₀为0.8的菌液10～100mL向其中加入1g的废电路板粉末，在磁力搅拌器上以180r/min的速度搅拌0～8h，反应结束后，铜离子的浓度可在0.136～2671.936mg/L之间，铜离子浸出率可达18％。

实施例5：制备含有Acidomyces acidothermus的产品

取200～600μL的Acidomyces acidothermus接种于10～30mL酸性LB液体培养基中，30℃下活化2至3代，待Acidomyces acidothermus达到10⁸cfu/mL以上活菌数时，8000rpm下离心15min，去除上清液后，取菌体，将菌体冷冻干燥后，可与其他的菌粉进行混合，制备得到混合菌剂，所述其他的菌粉为假单胞菌属、芽孢杆菌属、链球菌属、沙雷氏菌属、硫杆菌属、放线菌属、曲霉属。

实施例6：利用酸浸出法浸出铜

具体操作步骤：

(1)分别取硫酸20～50mL于1g废电路板粉末含铜废水中，在磁力搅拌器上以180r/min的速度搅拌。

(2)吸取步骤(1)中的液体进行离心操作，取高速低温离心机后的上清液过滤，得到需要的澄清透明浸出液。

(3)通过(2)中的浸出液利用ICP测出加入不同量硫酸时1g废电路板粉末含铜废水中铜离子的浓度。

(4)所述步骤(3)分别在1～8时测铜离子的浓度。

(5)计算铜的浸出率：

浸出率＝(C*A*V)/m，

C：铜离子的浓度；A：稀释倍数；V：硫酸的体积；m：1g废电路板粉末中铜的初始质量。

表6加入20mL硫酸在不同时间下铜离子的浓度

表7加入50mL硫酸在不同时间下铜离子的浓度

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

SEQUENCE LISTING

<110> 江苏理工学院

<120> 一株嗜酸Acidomyces acidothermus菌及其在浸出废电路板含铜污染物中的应用

<130> GBAA211222A

<160> 4

<170> PatentIn version 3.3

<210> 1

<211> 19

<212> DNA

<213> 人工序列

<400> 1

tccgtaggtg aacctgcgg 19

<210> 2

<211> 20

<212> DNA

<213> 人工序列

<400> 2

tcctccgctt attgatatgc 20

<210> 3

<211> 19

<212> DNA

<213> 人工序列

<400> 3

gtagtcatat gcttgtctc 19

<210> 4

<211> 24

<212> DNA

<213> 人工序列

<400> 4

gcatcacaga cctgttattg cctc 24

Claims (10)

1.一株菌株Acidomyces acidothemus，已于2021年5月25日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.22431。

2.一种产品，其特征在于，所述产品中含有权利要求1所述菌株。

3.根据权利要求2所述的产品，其特征在于，所述产品包括但不限于微生物制剂、污水处理剂、生物催化剂或氧化剂。

4.根据权利要求2所述的产品，其特征在于，所述产品是由权利要求1所述菌株制备得到的，或是由权利要求1所述菌株的发酵液制备得到的产品；所述产品中还含有假单胞菌属、芽孢杆菌属、链球菌属、沙雷氏菌属、硫杆菌属、放线菌属、曲霉属中一种或多种菌株。

5.一种浸出铜的方法，其特征在于，向含有铜的体系、含有铜的污染物和/或含铜废弃物中添加权利要求1所述菌株或权利要求2～4任一所述产品，浸出污染物或废弃物中的铜。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述含有铜的污染物包括废电路板、废蚀铜液、含铜污泥和/或含铜有机污染物。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，将权利要求1所述菌株培养至OD₆₀₀为0.1～1.5的菌液，然后按照每克污染物中添加10～100mL菌液的量进行反应，或按照每克铜单质添加25～250mL菌液的量进行反应，浸出废电路板中的铜。

8.根据权利要求5～7任一所述的方法，其特征在于，在25～35℃、0～250rpm的条件下反应。

9.权利要求1所述菌株或权利要求2～4任一所述产品在处理含铜污染物或含铜废弃物中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述含铜污染物或含铜废弃物包括废电路板含铜废水、含铜粉末、废蚀铜液、含铜污泥和/或含铜有机污染物。

Images