專利名稱：一株硫酸鹽還原菌及其以稻草為碳氮源處理酸性礦山廢水的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微生物技術(shù)領(lǐng)域。特別是一株硫酸鹽還原菌及其以稻草為碳氮源處理酸性 礦山廢水的工藝。
背景技術(shù)：
利用硫酸鹽還原菌處理酸性礦山廢水是通過(guò)異化硫酸鹽的生物還原反應(yīng)，將酸性礦山 廢水中的硫酸鹽還原為H2S，在不同的pH條件下，可以利用H2S選擇沉淀不同重金屬形成金 屬硫化物，以去除廢水中的重金屬離子并回收有價(jià)金屬，生物還原反應(yīng)中生成的堿度可以 中和酸性礦山廢水。該方法具有成本低、適用性強(qiáng)、無(wú)二次污染、可以回收酸性礦山廢水 中的重金屬等特點(diǎn)。因此受到環(huán)境工作者的廣泛關(guān)注，成為礦山酸性廢水處理技術(shù)研究的 甜沿課題。
然而硫酸鹽還原菌的生長(zhǎng)需要外加額外的碳氮源才能完成，目前現(xiàn)有工藝中使用的碳 氮源通常為化學(xué)藥品，價(jià)格較貴，藥劑消耗成本高，不利于在工業(yè)生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用。因 此選擇適于細(xì)菌生長(zhǎng)的、廉價(jià)的、甚至于作為廢棄物的有機(jī)質(zhì)，作為硫酸鹽還原菌的碳氮 源用以培養(yǎng)菌種是實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的非常重要的環(huán)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一株高效硫酸鹽還原菌，該菌種具有更寬的生長(zhǎng)溫度和pH 適應(yīng)性，可以利用稻草為碳氮源生長(zhǎng)繁殖。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種可以利用稻草為碳氮源處理酸性礦山廢水的工藝。該 工藝可以降低30-50%的培養(yǎng)成本，對(duì)礦山酸性廢水中Ci^的去除率達(dá)89-97%; Zn"的去 除率達(dá)90-98%; Fe^的去除率達(dá)91-99%, Fe"的去除率為79-91 %， As^的去除率為80-卯 %。處理后廢水pH為中性。
本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明所用的細(xì)菌為一種硫酸鹽還原菌， 該菌種分離自某煤礦礦坑水，該菌名稱為/)""http://0&/ "^/"附/2"/o/ /z//ww RETECH-SRB-II ， 保藏單位中國(guó)國(guó)家典型培養(yǎng)物保藏中心，地址武漢大學(xué)內(nèi)，保藏日2007年5月11 日，藏登記號(hào)CCTCCNO: M207061。
將低溫保存的菌種在試管中活化，通過(guò)逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)直至轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐中，發(fā)酵罐中碳 源是經(jīng)過(guò)預(yù)處理的稻草。反應(yīng)中生成的H2S通過(guò)氮?dú)獯得摰姆绞酵ㄈ氤恋砉拗校⒍ㄆ谂?放部分發(fā)酵液進(jìn)入沉淀罐，同時(shí)補(bǔ)加以稻草為碳源的培養(yǎng)基到發(fā)酵罐中?？刂瓢l(fā)酵液進(jìn)入沉淀罐中的流量以調(diào)節(jié)沉淀罐中液體pH值，實(shí)現(xiàn)逐級(jí)沉淀金屬離子的作用。
本發(fā)明選用的菌種活化及放大培養(yǎng)時(shí)的培養(yǎng)基為K2HP04， 0.1-3g ; (NH4)2S04， 0.5-5g: NaHC03， 0.1-3g; CaCl2, 0.1-lg; MgS04， 0.2-2.5g;乳酸鈉，0.5-5g; trace element, 10-15mh trace vitamin,10-15mh半胱氨酸鹽酸鹽，0.1-2g ; 酵母膏，0.5-5g : (NH4)2Fe(S04)2 6H20， 0.1-2g:蒸餾水，1L。
本發(fā)明采用的發(fā)酵培養(yǎng)底物為經(jīng)過(guò)預(yù)處理的稻草，發(fā)酵培養(yǎng)液成分為K2HP04， 0.1墨3g : (NH4)2S04， 0.5-5g; NaHC03， 0.1-3g; CaCl2， 0.1-lg; MgS04， 0.2-2,5g;預(yù)處 理稻草用量5-20% (w/v);蒸餾水，3-5L。本發(fā)明的Dew//otomacM/wm Aa/op/n7iwi RETECH-SRB-II菌種具有如下特點(diǎn):細(xì)胞為桿狀，菌體大小為0.6-0.8X 1.0-4.0^m，革蘭 氏染色為陽(yáng)性，能運(yùn)動(dòng)，有鞭毛，菌落表面為黑色圓形，直徑在l-3mm。該菌種可以在pH 為5.0-10.0的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)，最適pH為5.5-9.0。菌種生長(zhǎng)溫度在15-45°C,最適生長(zhǎng)溫度 為25-4(TC。該菌種具有很高的耐鹽性，在0.1-10X的NaCl濃度下均可以生長(zhǎng)，在含有2% NaCl時(shí)生長(zhǎng)最適。該菌種為兼性厭氧菌。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明提供一株具有更寬的生長(zhǎng)溫度和pH適應(yīng)性的高效硫酸鹽還 原菌(D^"一tow"cw/wm /w/o一Z/ww RETECH-SRB-II )，可以利用稻草作為菌種生長(zhǎng)所需 的碳氮源，使得細(xì)菌培養(yǎng)成本降低30-50%。對(duì)礦山酸性廢水中012+的去除率達(dá)89-97%; Zn"的去除率達(dá)90-98%: Fe2+的去除率達(dá)91-99%， F,的去除率為79-91 % ， As"的去除 率為80-90%。處理后廢水pH為中性。


圖1為本發(fā)明Z)""一/owacw/ww to/o—z7wwRETECH-SRB-II菌種的電子顯微鏡照片
圖2為本發(fā)明的工藝流程框圖
圖2中，1為氮?dú)獬錃庋b置，2為發(fā)酵罐，3為分級(jí)沉淀罐，4為氣壓讀數(shù)表，5為培
養(yǎng)基加入口，發(fā)酵罐中反應(yīng)生成的H2S通過(guò)氮?dú)獯得摰姆绞酵ㄈ氤恋砉拗?，并定期排放?br> 分發(fā)酵液進(jìn)入沉淀罐，同時(shí)補(bǔ)加以稻草為碳源的培養(yǎng)基到發(fā)酵罐中。沉淀罐中需沉淀的液 體排至下一級(jí)沉淀罐中。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一歩說(shuō)明
實(shí)施例一
首先將低溫保藏的硫酸鹽還原菌種(該菌名稱為Z)ww//otomflcw/wm /w/c^W/ww RETECH-SRB-II，保藏單位中國(guó)國(guó)家典型培養(yǎng)物保藏中心，地址武漢大學(xué)內(nèi)，保藏日2007年5月11 R ，保藏登記號(hào)CCTCC NO: M207061 )在裝有10-20ml培養(yǎng)基(K2HP04， 0.1-3g ; (NH4)2S04, 0.5-5g; NaHC03， 0.1-3g; CaCl2， O.l-lg', MgS04， 0.2-2.5g; 乳 酸鈉，0.5-5g; trace element, 10-15ml; trace vitamin, 10-15mh半胱氨酸鹽酸鹽，0,l-2g ; 酵母膏，0.5-5g : (NH4)2Fe(S04)2 6H20, 0.1-2g;蒸餾水，1L)的試管中活化?；罨蟮?菌種轉(zhuǎn)接入100-200ml培養(yǎng)液中，培養(yǎng)18-36小時(shí)后，以5-20% (v/v)接種量擴(kuò)大培養(yǎng)到 300陽(yáng)500ml。
將新鮮稻草切成l-3cm的小段，堆成堆，堆內(nèi)加水浸潤(rùn)，用塑料膜覆蓋，保持堆內(nèi)溫 度在30-5(TC發(fā)酵10 —30天，將發(fā)酵好的稻草末用量5-20% (w/v)與K2HP04， 0,l-3g ; (NH4)2S04， 0.5-5g;NaHC03, 0.1-3g; CaCl2， 0.1-lg; MgS04， 0.2-2.5g，蒸餾水，3-5L 配制成發(fā)酵培養(yǎng)液并倒入?yún)捬醢l(fā)酵罐。當(dāng)種子液中的菌濃度達(dá)到107— 109個(gè)/1111時(shí)，接種 于發(fā)酵罐的發(fā)酵培養(yǎng)基中，接種量為15-50% (v/v)。
將pH2-4的某硫鐵礦含鋅、砷的酸性礦山廢水(As3+， 0.07-0.6g/L; Zn2+， 0.5-l.Og/L; Fe2+， 1.0-2.0g/L: Fe3+, 0.5g/L)加入沉淀罐3-，定期充氮?dú)猓靡源得揌2S并排放到沉 淀罐中。發(fā)酵36-48小時(shí)后，定期將1/5-1/4體積的發(fā)酵液通入沉淀罐3-1,同時(shí)補(bǔ)加等體 積發(fā)酵培養(yǎng)液進(jìn)入發(fā)酵罐。沉淀罐3-1中廢水pH達(dá)到2.8-3.0左右時(shí)，大量ZnS沉淀析出。 回收Z(yǔ)nS沉淀，并將沉淀罐3-l中上清液轉(zhuǎn)入沉淀罐3-2，通H2S以及發(fā)酵液進(jìn)入沉淀罐 3-2，選擇沉淀Fe"。與此同時(shí)，將未處理廢水流加入沉淀罐3-1，進(jìn)行連續(xù)操作。沉淀罐 3-2反應(yīng)完全后上清液轉(zhuǎn)入沉淀罐3-3，通入發(fā)酵液提高溶液pH， A,和F^+以氫氧化物 形式沉淀。反應(yīng)進(jìn)行10天后，最終Zr^+的去除率為94.2%， Fe"的去除率為91.6%， Fe3+ 的去除率為81%， As"的去除率為82.4%。處理后酸性廢水中的pH為6.6。
實(shí)施例二
首先將低溫保藏的硫酸鹽還原菌種(該菌名稱為Z)""http://Wom"cw/ww RETECH-SRB-H ，保藏單位中國(guó)國(guó)家典型培養(yǎng)物保藏中心，地址武漢大學(xué)內(nèi)，保藏曰 2007年5月11曰，保藏登記號(hào)CCTCC NO: M207061)在裝有10-20ml培養(yǎng)基(K2HP04， (M-3g : (NH4)2S04， 0.5-5g; NaHC03， 0.1-3g; CaCl2， O.l-Ig; MgS04， 0.2-2.5g; 乳 酸鈉，0.5-5g; trace element, 10-15ml; trace vitamin, 10-15ml;半胱氨酸鹽酸鹽，0.1-2g ; 酵母膏，0.5-5g ; (NH4)2Fe(S04)2 6H20, 0.1-2g;蒸餾水，1L)的試管中活化?；罨蟮?菌種轉(zhuǎn)接入100-200ml培養(yǎng)液中，培養(yǎng)18-36小時(shí)后，以5-20%接種量擴(kuò)大培養(yǎng)到300-500ml 作為種子液。
將新鮮稻草切成l-3cm的小段堆成堆，堆內(nèi)加水浸潤(rùn)，用塑料膜覆蓋，保持堆內(nèi)溫度 在30-50。C發(fā)酵10-30天，將發(fā)酵好的稻草末用量5-20% (w/v)與K2HP04, 0.1-3g ;(NH4)2S04， 0.5-5g; NaHC03， 0.1-3g; CaCl2, 0.1-lg; MgS04, 0,2-2.5g,蒸餾水，3-5L 配制成發(fā)酵培養(yǎng)液并倒入?yún)捬醢l(fā)酵罐。當(dāng)種子液中菌濃度達(dá)到107—109個(gè)/1111時(shí)，接種于 發(fā)酵罐的發(fā)酵培養(yǎng)基中，接種量為15-50%。
將pHl.8-5.6的某硫化銅礦含鋅的酸性礦山廢水(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-l，定期充氮?dú)?，用以吹脫H2S并排放到沉 淀罐中。發(fā)酵40-50小時(shí)后，定期將1/5-1/4體積的發(fā)酵液通入沉淀罐3-1，同時(shí)補(bǔ)加等體 積發(fā)酵培養(yǎng)液進(jìn)入發(fā)酵罐。沉淀罐3-1中廢水pH達(dá)到2.3-2.6左右時(shí)，大量CuS沉淀析出。 回收CuS沉淀，并將沉淀罐3-1中上清液轉(zhuǎn)入沉淀罐3-2，通H2S以及發(fā)酵液進(jìn)入沉淀罐 3-2，選擇沉淀Zn2、與此同時(shí)，將未處理廢水流加入沉淀罐3-l，進(jìn)行連續(xù)操作。沉淀罐 3-2反應(yīng)完全后上清液轉(zhuǎn)入沉淀罐3-2于此按上述操作沉淀Fe2+，依此類推最終Fe"以氫 氧化物形式沉淀。反應(yīng)進(jìn)行10-12天后，最終012+的去除率為97%， F^+的去除率為94 %， Fe"的去除率為83%， Zn"的去除率為91.8%。處理后酸性廢水中的pH為中性。
權(quán)利要求
1、一種硫酸鹽還原菌，其特征在于，其名稱為Desulfotomaculum halophilumRETECH-SRB-II，保藏登記號(hào)為CCTCC NOM207061，保藏日2007年5月18日，保藏單位中國(guó)國(guó)家典型培養(yǎng)物保藏中心，地址武漢大學(xué)內(nèi)。
2、 一種利用權(quán)利要求1所述的菌種、以稻草為碳氮源的處理酸性礦山廢水工藝，其特 征在于.-(I )、將低溫保藏的硫酸鹽還原菌種(該菌種名稱為/ "/o;^7ww RETECH-SRB-II ,保藏單位中國(guó)國(guó)家典型培養(yǎng)物保藏中心，地址武漢大學(xué)內(nèi)，保藏日 2007年5月18日，保藏登記號(hào)CCTCCNO: M207061)進(jìn)行活化以及逐級(jí)放大培養(yǎng)；(2)、以稻草為碳氮源配制發(fā)酵培養(yǎng)液培養(yǎng)Z)^w//bto/^cw/ww /w/opW/ww RETECH-SRB-II處理酸性礦山廢水。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述工藝，其特征在于菌種活化用培養(yǎng)基為K2HP04, 0.1-3g ; (NHj)2S04， 0.5-5g; NaHC03， O.Iog: CaCl2， 0.1-lg: MgS04， 0.2-2.5g;乳酸鈉，0.5-5g; trace element, 10-15ml; trace vitamin, 10-15ml: 半胱氨酸鹽酸鹽，0.1-2g ; 酵母膏， 0.5-5g : (NH4)2Fe(S04)2 6H20， 0.1-2g;蒸餾水，1L。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述工藝，其特征在于活化后的菌種以5-20% (v/v)接種量擴(kuò) 大培養(yǎng)到300-500ml作為種子液。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述工藝，其特征在于種子液培養(yǎng)時(shí)間為18-36小時(shí)， 菌濃度可以達(dá)到10 —10"個(gè)/ml，此時(shí)將種子液接種于發(fā)酵罐中，接種量為15-50% (，v/v)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2或5所述工藝，其特征在于以稻草為碳氮源配制發(fā)酵培養(yǎng)液，組 成物質(zhì)為發(fā)酵好的稻草末5-20。/。(w/v)與K2HP04， 0.-3g ; (NH4)2S04， 0.5-5g; NaHC03， 0.1-3g: CaCl2， OJ-lg: MgSO4，0.2-2.5g，蒸餾水，3-5L。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2或6所述工藝，其特征在于稻草的發(fā)酵方法為將新鮮稻草切成 l-3cm的小段堆成堆，堆內(nèi)加水浸潤(rùn)，用塑料膜覆蓋，保持堆內(nèi)溫度在30-5(TC發(fā)酵10_ 30天。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2所述工藝，其特征在于將1/5-1/4體積的發(fā)酵液定期排入沉淀罐， 同時(shí)補(bǔ)加以稻草為碳源的培養(yǎng)基到發(fā)酵罐中，控制發(fā)酵液進(jìn)入沉淀罐中的流量以調(diào)節(jié)沉淀 罐中液體pH值，實(shí)現(xiàn)逐級(jí)沉淀金屬離子的作用，定期從發(fā)酵罐底充入氮?dú)?，用以吹脫H2S 進(jìn)入沉淀罐中。
全文摘要
本發(fā)明提供一株具有更寬的生長(zhǎng)溫度和pH適應(yīng)性的高效硫酸鹽還原菌(Desulfotomaculum halophilum RETECH-SRB-II，保藏單位中國(guó)國(guó)家典型培養(yǎng)物保藏中心，地址武漢大學(xué)內(nèi)，保藏日2007年5月11日，保藏登記號(hào)CCTCC NOM207061)；同時(shí)提供一種可以利用稻草為碳氮源處理酸性礦山廢水的工藝。該工藝對(duì)礦山酸性廢水中Cu²⁺的去除率達(dá)89-97％；Zn²⁺的去除率達(dá)90-98％；Fe²⁺的去除率達(dá)91-99％，F(xiàn)e³⁺的去除率為79-91％，As³⁺的去除率為80-90％。處理后廢水pH為中性。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是可以利用稻草作為菌種生長(zhǎng)所需的碳氮源，使得細(xì)菌培養(yǎng)成本降低30-50％。
文檔編號(hào)C12N1/20GK101434919SQ20071017728
公開(kāi)日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2007年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月13日
發(fā)明者劉興宇, 劉文彥, 武名麟, 溫建康, 陳勃偉 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院