专利名称：用于大规模连续培养和/或繁殖可用于矿石生物浸滤的分离的和/或天然的微生物的反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于大规模连续培养和/或繁殖可用于矿石金属硫化物 浸滤的微生物的反应器，这些微生物是在有或没有天然微生物的情况下
共同分离的。所述反应器还用于，通过嗜极端孩吏生物(extremophilic microorganisms)的作用的生物氧化，所述孩史生物能氧化整个处理、 限制和金属回收过程中的阳离子例如亚铁离子、亚砷离子、亚铜离子 或含于流出物、液态工业残留物或有工业价值的其它溶液中的阳离子。 本发明特别涉及用于在有或没有其它微生物的情况下大规模培养和/ 或繁歹直/Jc/d/^Aio6ac/J/us t力/oojn'(/a/3S Licanantay DSM 17 318分 离微生物与Acidithiobacillus ferrooxidans Wenelen應16786 在一起的组合体的反应器。
背景技术：
一般而言，在微生物的培养中，使用人造的或特意配制的培养基， 常常是从高纯度的有机和/或无机化学产品开始。这一般有如下目的 将与微生物的需要有关的变量控制到最大值，以及避免所有潜在的污 染源或微生物生长抑制作用。
目前，世界上90%以上的矿铜是从硫化铜矿加工得到。矿石中存在 的最重要的疏化铜物质是黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、铜蓝、砷铜矿和硫 砷铜矿，其中黄铜矿是以最大相对丰度发现的物质，因此是最有经济价
值的物质之一。
现在，硫化铜矿加工是由基于物理和化学过程的技术支撑的，所述
物理和化学过程与如下过程有关矿石粉碎、研磨和浮选，继之以精矿 的熔解-变换和金属的电解精炼。实践中，80%以上的铜是通过上述途 径(称为创规途径)生产的，所述常规途径局限于高等级和中等级矿石， 取决于矿床的具体特征以及矿石加工厂的具体特征。为此，存在较低的 年等级矿石的广泛来源，采用常规技术这些来源就是没有经济价值的， 由于没有有效的技术加工它们而没有对其加以开采。
另一方面，其中铜以氧化物(容易溶于酸)形式存在的矿石是借助 下列过程加工的酸浸滤过程，继之以溶剂提取过程以及在所谓的通过 湿法冶金的铜开采中金属的电开采。由于其较低的操作和投资费用(与 常规技术相比)而且由于其较小的环境影响，该途径是很有吸引力的。 然而，这种技术的应用局限于氧化物矿石，或局限于铜氧化物混合矿石， 在该矿石中，金属以次级硫化物(辉铜矿和铜蓝)的形式，这些硫化物 在被微生物催化的高能氧化剂的存在下是酸溶性的(Uhrie， JL， Wilton, LE， Rood, EA， Parker, DB， Griffin， JBandLamana， JR， 2003， "7Xe迈eta/7i;rg/ca/ de^5/o/7/zze/^ o尸f力e #ore/7c/
， C,er 2, Znt Co"/"ere/ ce户roceec^'/ ^y， Santiago, Chile, Vol VI, 29-39)。
长久以来已经认为，硫化物矿石溶解或浸滤是受到铁和疏细菌的存 在辅助的，这称为生物浸滤(例如参见近期的综述，Rawlings DE; A/o/zz/zzeray/za o/* /z7e/^/一co/^a//3//2^ ores s/ d co/2ce/7fra ri^/VZV//2i /o"c/wo/(^7, Vol. 21 No. 1， p38_42, 2003)。当在25-45 °C范围内的温度下采用使用嗜温微生物在研石堆或废料场中工业规模 的生物浸滤来加工这些金属时，对于生物浸滤次级^fL化物例如铜蓝(CuS) 和辉铜矿(Cu2S)来说，在270天的操作中获得了令人满意的回收率和80 %回收的提取速率。在这个温度范围内，最常提到的细菌属于 Jc/c^7力/o6ac27/i/s和钩端虫系菌属(Ze/^osp/r27/"迈genres)， 其中 最常见的菌种是丄/"erroo;r油;2s ， 丄^.。oat油/2S ， 和丄. 尸erro0x/da/2s (Espejo RT and Romero, J. , 1997， "5a"er/a/ co迈/z7wn7/ 7刀copper sw/2./7cfe ores //70cw/afed a/3(f 7eac/ ed pn7//
jp; 7/ei/《f/z7/roM7e/^a/ #/c_ro6/o/o^7， Vol 63, 4， 183-187 )。
根据上述，在数种方法中提到了促进参与生物浸滤的微生物的生长 条件的方式。例如，W02004027100提出了一种方法，其中产生了没有外 聚合物(exopolymer-free)的微生物，后来将其注入生物浸滤研石堆， 在这里给它们提供了营养物和/或它们产生这些外聚合物所需要的条 件。文献W00071763详细说明了将含有细菌的酸溶液引入浸滤用幵石 堆。另一份文献，US 20040091984,提到添加从浸滤池得到的细菌培养 物以有利于生物浸滤。WO03068999提出了 ，液体接种物的使用导致与 不均匀分布有关的问题，而且提出使用气溶胶作为解决方案。
尽管上述文献提到了向浸滤加入微生物，但是都没有引用或描述有 必要使用的用于培养微生物的反应器。
另一方面，在诸如US 6，110， 253的文献中(其中在孤立的场合中， 嗜热微生物被加入幵石堆)，没有考虑需要用于培养大量细菌的实际工 业方法。
在例如US 5，763，259中所述的不同方法中，进行矿石自身的细菌菌 群的富集，这是通过对细菌在其上生长的该矿石颗粒进行脱水，甚至通 过降低剩余水的活度来实施的。采用这种方法，微生物培养在基本上固
相中进行，而且提出的接种物也是固体。这篇文献也没有记载其中进行 这种富集的反应器的很多细节。
类似地，文献RU2188243描述了在反应器中处理一部分矿石，特 别是用硫氧化细菌。然后从反应器取出矿石并与其它部分的矿石混合， 接着将该混合物堆起来。在该文献中，也没有描述过反应器，此外，可 以说它是高费用的装置，主要因为它必须处理被加工的所有矿石的5 % 以上。
最后，文献CL 42. 561提出了一种生物电化学反应器，它能获得用 于生物浸滤硫化物矿石的高微生物密度，通过借助亚铁离子的电化学再 生、通过^f吏用从才艮据氧化物还原电势调控的连续能源得到的电能。也将 空气注入该反应器，目的是提供细菌所需的二氧化碳和氧气。根据该文 献，为了获得高细胞密度，有必要使用外部能量来再生亚铁离子。然 而，所述生物电化学反应器存在数个技术上的限制，特别是在膜水平上， 关于放大到工业水平，因此，它没有用于工业系统。
正如可以观察到的那样，基于所引用的文献，在技术上，存在主要 的关注点关于为了增强生物浸滤而增加矿石中活性微生物的数量，特 别是关于增加某种微生物-取决于实施的生物浸滤的微生物种类。这可 以用如下两个理由来解释
首先，存在于矿石中的微生物，或者它们动力学，可能不是最适合 于生物浸滤条件，这解释了特定微生物的接种。
其次，开始硫化物铜细菌生物浸滤要求细菌与矿石表面接触，然后 增殖以便在可利用的固体的表面上定居。 一旦发生了定居，生物浸滤动
力学就变得更快(Lizama, H. M. , Fairweather， M. J. ， Dai， Z.， Allegretto, T. D. 2003a. "How does bioleaching start ". Hyd函etallurgy. 69: 109-116 )。
为此，在生物浸滤中试操作中已经观察到了在矿石溶解动力学缓慢 的期间的潜伏或"延滞"期， 一个已经与矿石表面祐J敞生物定居的阶段 相联系的事实。(Lizama， HM; Harlamovs， J R; Belanger， S; Brienne， S H. 2003b. "The Teck Comi腳HydroZinc process" . Hydrometal lurgy 2003: 5th International Symposium Honoring Professor Ian M. Ritchie; Vancouver, BC; Canada; 24—27 Aug. 2003. pp. 1503—1516. 2003)。
因此，如果有一种可用于大规模培养和/或繁殖微生物适当来源的 反应器，例如用于幵石堆和/或废料场的连续接种，就有可能缩短细菌 定居期，和/或可以获得矿石表面上高浓度的生物浸滤细菌。
一方面，可利用的微生物的效果或具有可利用的微生物来源就是缩 短迟滞期，这又意味着减少生物浸滤时间，而另一方面，这种微生物来 源会增加矿石中可能的微生物，导致更快的矿石生物浸滤。
现在，从基础生物学的角度来看，已知的是，生物浸滤微生物生长 对诸如温度、pH、溶液组成和通气等参数是敏感的，在幵石堆或废料 场中对这些参数没有多少控制，而且这些参数还取决于它们在系统中 的位置，而且因此可能与最佳条件相差很远，所述最佳条件可以在对这 些参数有更多控制的反应器中获得。
此外，在石f石堆和废料场中培养目的菌林，例如具体的嗜温或嗜热
菌林，与天然微生物的生长相竟争。因此，在"原位，，培养工业操作中 的一般做法，也就是说，就在幵石堆、废料场或尾矿坝或其它类似操作 中，如果获得低于类似过程所用反应器的浓度的微生物浓度，以及如果 它不是特别有利于表现出更高的生物浸滤目的矿石的能力的微生物菌
种，就具有使对微生物培养物的控制很困难的缺点(0jumu， TV， Petersen, J， Searby， GE， Hansford， GS， 2005， "j rer/e『 o/e《i/a〃o/7分/7ro/7osei/尸or /zz/cro6/a/ ,erroi/s-/ro/7 o;r油〃an
o/ f力e 7(5Y力//^er/7af/'o/7a/ "/0力/^rcvz e/a7/i/r^7 5y迈/J05^'wz ， Cape Town, South Africa, Vol VI，85-93; Brierley， CL. ， 2001，
59， 249-255)。
这两个原因生长条件的控制和与其它微生物的竟争，使在有控制 条件的反应器中培养可用于生物浸滤的微生物令人关注，于是提供了最 佳培养条件，而且降低了与其它不大感兴趣的微生物的竟争。
正如可以观察到的那样，幵石堆和废料场中生物浸滤操作的工业实 践没有考虑过在适合于该问题的规模上可用于该生物浸滤的微生物的 受控产生，而且所述受控条件可以有利地用于缩短矿石定居期，或提高 该矿石中微生物的浓度。因此，据我们所知，我们可以说，仍然需要 一种培养系统，例如，有控制条件的反应器，它能大规模连续培养和
/或繁殖可用于生物浸滤矿石的微生物。
为了更好地理解与接种物的连续、受控产生有联系的各种过程，下 列概念概述如下
连续操作:它是细菌接种物的连续产生，幵石堆和/或废料场就是 用所述细菌接种物灌注的。这种接种物流是在反应器中产生的，类似的 培养基物流进入所述反应器，而且所述反应器的操作条件被控制。
间歇操作:在连续生产接种物之前，有必要在反应器中达到合适的 细菌浓度，这是借助反应器在一段时间内的间歇操作来实现的，在所述 时间内获得了达到这个浓度水平的细菌生长。
培养基:含有盐类和细菌生长所需能源的水溶液，所述盐类提供构 成细菌生物量(营养物)的元素。
能源:被细菌作为能源利用供其生长和维持的化合物。在铁氧化细 菌的情况下，该能源可以是可以是铁，而在硫氧化细菌的情况下，它们 是被还原的硫。通过使用适合于这两类细菌的能源(例如黄铁矿)或者 使用各种能源的混合物，可能在这些特殊的反应器中产生铁氧化和硫氧 化细菌的混合物。
为了采用生物反应器和受控的条件获得可用于硫化物金属矿石浸 滤的大量的分离微生物，已经开发了一种反应器，该反应器能实现可用 于硫化物金属物质生物浸滤的生物量的大规模繁殖。这个反应器是一种 特殊的生物反应器，该反应器能实现不同类型微生物的连续生产，例如， 共同生产 Jc/d27力/o^2C27/iAy ,errooj/^s/Ly和 Jc/力7力/o^3c/7/i^ M/oo;r/^2/^，既可有也可没有天然樣史生物。
发明内容
为了更容易地理解本发明，使用了下图
图1:显示用于连续产生接种物的本发明反应器的正视图。该图1 中，数字(l)代表反应器的圆筒形主体，数字(2)代表反应器底板，数字 (3)代表反应器盖，数字(4)代表盘管，数字(5)代表通入盘管(4)的流体 入口 ，数字(6)代表从盘管(4)出来的流体出口 ，数字(7)代表空气和C02 的混合物的入口，数字(8，9)代表提供空气和C02的混合物的管道，数字 (IO)代表充气器，数字(ll)代表从反应器通到副搅拌系统的出口，数字 (12)代表从副搅拌系统通到反应器的入口，数字(13)代表碱性pH溶液 的入口，数字(14)代表酸性pH溶液的入口，数字(15)代表培养基的入 口，数字(16)代表能源的入口，数字(17)代表接种物的入口，数字(18) 代表放气孔，数字(19)代表接种物出口，数字(20)代表取样出口，而数 字(21)代表反应器排放出口。
图2:显示用于连续产生接种物的本发明反应器的正视图。在该图 2中，数字(l)代表反应器的圆筒形主体，数字(2)代表反应器的底板， 数字(3)代表反应器的盖，数字(22)代表人孔，数字(23)代表用于温度 和溶解氧的组合传感器，数字(24)代表potential Eh传感器，数字(25) 代表pH传感器，而数字(26)代表反应器内容物液位传感器。
图3:反应器的上部或盖的俯视图。该图中，数字(3)代表反应器的 盖，数字(13)代表碱性pH溶液入口 ，数字(14)代表酸性pH溶液入口 ， 数字(15)代表培养基入口，数字(16)代表能源入口，数字(17)代表接种 物入口，而数字(18)代表反应器放气孔。
图4:显示反应器在盘管(4)(它没有在该图中示出)以下和底板(2) 以上的内部的俯视图，显示了反应器底板处空气和C02混合物分布系统
的布置。该图中，数字(2)代表反应器的底板，数字(8)代表4至8英寸 直径的不锈钢进料管，数字(9)代表4至6英寸公称直径的不锈钢进料 管，而数字(10)代表充气器，例如MaxAir model 00865型。
具体实施例方式
用于连续生产接种物的本发明反应器是一种具有圆筒形主体的鼓 泡塔式反应器，由圆筒形主体(1)和底板(2)构成。该反应器被盖(3)封 闭，所述盖(3)使反应器能被盖住，还能让可能落到反应器上的物质从 反应器滑落，防止这些物质留在反应器上。这就可能防止外来物质落入 反应器，所以可以让反应器露天安装，通过避免了不得不支撑可能堆积 在盖上的物质的重量，这还使降低盖的建造费用成为可能。
反应器的结构材料、以及操作反应器内部或者在反应器内部使用的 所有部件(例如，盘管、挡板、支架等)的结构材料都适于酸性环境， 这意味着，它们可以例如与pH低至1. 0的溶液保持接触。除了其它材 料以外，认为适合的材料有用聚酯加强的玻璃纤维(釆用酚酪树脂或 alquidic树脂)，以及不锈钢。
关于反应器几何结构，认为大约2.0的反应器主体高度/反应器直 径关系是合适的，例如从1.5到2. 5;在特殊情况下，所述关系可以达 到3. 0。
另一方面，关于反应器盖或顶(3)的几何结构，圆锥形几何结构被 认为是合适的，而且出于这个原因，底板的直径等于或稍大于反应器外 壳的直径，而且反应器外壳高度与形成盖的圆锥形的高度之间的关系为 从9到11。
反应器的操作液位，换句话说，允许反应器的液体内容物达到的液 位，不与反应器的高度一致，而是低于反应器的高度。
一方面，这为空
气和C02的体积提供了回旋余地，所述空气和C02在那时在气相中并且在
反应器内循环，而另一方面，这提供了防止反应器溢流的安全界限。因
此，反应器的总高度比与反应器正常操作期间所含液体相应的高度大10 %至25%。
由于不同的条件，例如，将取决于安装反应器的地点和情况的环境 条件，以及在从25到35'C范围内的最佳反应温度，反应器还有必要具 有内部温度调节系统。这个系统被具体化为一系列的管道，例如，能使 流体(例如气体或液体)在高于、低于或等于所需反应器操作温度的温 度下循环的管道。该管道系统可见于反应器的内部，例如，釆取盘管的 形状，所述盘管贯穿反应器内部的一部分，或者反应器的整个内部，不 管是在其中心还是在其周围，或者可以安装在反应器的外部，例如部分 地盖住反应器或包括其底板和盖的夹套。在一个优选的方案中，该管道 系统取安装在反应器内部的盘管(4)的形状。如前文已经提到的那样， 流体流过这个管道系统，如果流体温度分别高于或低于反应器内部的温 度，流体就提供或带走热量，而且该流体可以是气体(例如水蒸汽、某 些氯氟碳或氟碳)、液体(例如热水或冷水)、或者被认为适合的任何 其它流体。这种流体经由入口 (5)进入管道系统，经由出口(6)排出，在 一个优选的方案中，入口 (5)和出口 (6)都见于圆柱形反应器的外壳(1)。
反应器还装备有允许空气和002的混合物的进入的系统，所述混合 物是提供如下功能或物质的混合物
a) 在消耗细菌生长和维持所需的能源的过程中，细菌所需的氧， 作为电子的最终接受体。
b) 细菌所需的C02，作为碳源。
C) 均化反应器内容物所需的搅拌。
d)对于其中细菌的能源存在于固体颗粒的情况，空气流动能使这 些颗粒保持悬浮。
釆用CO厂富集的混合物的目的是为了获得增加的细菌生长速率，于 是该反应器装备了一个使进入反应器的空气能被富集、提高C(h浓度的 系统。这可以通过将0)2加入推向反应器的空气的柱而实现。加入C02 的点可以见于所述驱动系统之前或所述驱动系统之后。这取决于一些条 件，例如所提供的C02压力、控制空气与0)2的比例的系统和/或具体设 置的其它条件。
使空气和C02的混合物与反应器内容物接触并且通过入口 (7)从反 应器外部送入其内部，然后通过管道系统(8，9)，最后，空气和C02的 混合物由充气器(10)系统驱动，所述充气器(10)被安装在反应器内部， 接近其底板，它不仅提供足以传递所需氧的鼓泡，而且提供混合反应器 内容物所需的鼓泡。使用的充气器(10)可以是微气泡或或大气泡充气 器，而且是用可处于例如pH低至1.5的酸性环境中的材料制成。该材 料可以是聚酯加强的玻璃，对于具有特氟隆或氟橡胶膜的充气器主体 采用酚醛树脂，或者具有适合于所需气泡类型的孔的不锈钢管。用于空 气和C02的混合物的分布系统还装备有管道系统(8，9)，它允许空气和 C02混合物从反应器的外部达到其内部，通过入口(7)，而且可能在所有 充气器(10)中保持相同的压力，于是该混合物在所有反应器底板均匀分 布，提供空气和C02并且搅拌该反应器的所有内容物。正如前文提到过 的那样，这些管道的结构材料必须能与pH低至1.5的溶液保持接触， 为此，认为合适的某些材料是玻璃纤维和不锈钢。
借助正位移鼓风机，例如叶片式或螺杆式鼓风机，向反应器驱动空 气和C02的混合物，所述鼓风机由马达(例如电动机或内燃马达，供料
为汽油、石油、醇或瓦斯)驱动，装备有能使转速变化的系统，例如， 如果采用电动机，所述系统是频率变换器，或者，在内燃马达的情况中， 能改变燃料向马达的输送发生变化的机制，如已经解释的那样，这能改
变马达的转速，因此采用不同的空气和C02混合物的流量进行操作。如
前文提到的那样，不只有一种类型的合适的正位移鼓风机，其选择将特
别取决于空气和C02流动排放压力，这又与反应器水柱的高度有关。例
如，按照排放压力递增的顺序，可提到叶片式鼓风机和螺杆式鼓风机。
改变空气和C02混合物的流量，可以调节驱动鼓风机的马达的功率 消耗，以便符合反应器内部预定的氧和/或C02水平。这种控制是这样实 现的在两个或两个以上溶解氧和/或C02传感器之间设置一个控制回 路，所述传感器设置在反应器的内部或底部，以及根据使用的是哪种马 达，采用驱动鼓风机的马达的频率变换器或者燃料输送装置。
另 一方面，空气和C02混合物的流量变化还能作用于反应器内容物 的搅拌水平，这将取决于细胞密度、悬浮体中材料的量、悬浮材料的密 度等。于是，如果需要更大的搅拌，可以增加驱动鼓风机的马达的转速 以增加流量，从而增加反应器内的搅拌。类似地，如果搅拌水平过度， 可以降低作用于驱动鼓风机的马达的速度控制机制的空气的流量。这种 控制机制可以借助在例如密度、粘度、细胞计数的计量和前述马达速度 控制机制之间的控制回路来实现。
如鼓泡塔型反应器领域的技术人员知道的那样，为了降低动力费 用，要控制前文提到的那些参数， 一方面是溶解氧和/或溶解C02的浓度， 而另一方面是反应器搅拌水平，但是这些参数不可能独立地控制。在实 践中发现，驱动鼓风机的马达的转速是一个同时满足两个参数类型的参 数，两类参数是溶解02和/或(:02的浓度，和搅拌的程度。这个速度通 常是单独地满足这些条件的参数中最高的。
除了上述之外，而且鉴于由于充气系统中不同的问题而发生的固体 倾析的可能性，例如，对于反应器中特定的固体物水平，悬浮所述物质
所需的空气流量远远超过推荐的氧和/或co2水平或者简单地意味着极
高的功率消耗，反应器还装备有用来搅拌内容物的副系统。这是通过将 反应器底部的内容物向反应器表面再循环而实现的，采用这种方式可以 将固体保持悬浮。为了实现这一目的，给反应器装备位于反应器外部的 用于再循环的管道，与泵有流体联通的管道，例螺旋管或隔膜泵。如前 文解释过的那样，泵入口与反应器的底部联通或与底板附近的一点联 通，从反应器通向副搅拌系统的出口 (ll)位于所述点，而泵的出口与该
泵的上部联通，在操作液位处或以上的一个点，副搅拌系统的入口(12) 在该点。至于使用的泵，两个要求是必需的，首先是，它能驱动具有高 固体含量的物料，其次是，它不产生超过反应器内部培养的微生物所能 耐受的剪切。例如，符合这些要求的两类泵是螺杆泵和隔膜泵，而在后 一类中，那些被直接驱动的泵或者采用空气流驱动的泵。
反应器还装备有流体入口，这些入口使pH控制成为可能。这些入 口有两个，用于具有碱性pH的流体(例如氢氧化钠溶液)的入口 (13)， 以及用于具有酸性pH的流体(例如硫酸)的入口 (14)。这些流体被泵 输送，所述泵可以是例如活塞或隔膜计量泵，这些泵借助具有一个或一 个以上pH电极的闭合环路来控制，所述电极被安置在反应器的内部， 其一个出口朝向外部(24和25，图2)。
反应器还装备有培养基添加系统。该系统是培养基入口 (15),所述 培养基通过重力或者借助泵送入反应器。为了控制和/或了解送入反应 器的培养基的量，可以使用流体计量系统，例如全管流传感器，或者可 以使用受控的计量泵。
反应器还装备有能源添加系统，所述能源是可以呈固态或液态形式
添加的源。这个系统是通向反应器的入口 (16)，该能源经由该入口送入。 如前述情况中那样，为了了解和/或控制加入反应器的能源的量，如果 处理的是液态能源就可以使用剂量系统(例如流量传感器)，如果处理 的是固态能源就可以使用安装在进料传送带上的秤。
反应器还装备有接种物入口 (17)，它使接种物能从另一个生产设备 连续地或分批地进料。如前述情况中那样，可以借助适当的泵(例如， 用电或用空气压力运转的隔膜泵，或螺杆泵)将接种物送入。此外，为 了了解向反应器输送的接种物的量，如前述情况中那样，有可能借助也 符合剂量特征的泵或者通过安装流体剂量系统(例如全管流传感器)或 类似系统来驱动接种物。
为了使向反应器加入的体积例如接种物体积、培养基体积、pH控制 试剂体积、以及能体积能迫使反应器内的空气排出，反应器还装备有位 于反应器盖(3)中的放气孔(18)。
反应器还装备有用于反应器中产生的连续接种物的出口 (19)，根据 操作条件，所述连续接种物由细胞密度一般在lxlO'至lxl()9个细菌/ml 范围内的溶液组成。
反应器还装备有取样出口 (20)，还装备有位于底板附近或底板处的 排放出口(21)，用于其中需要彻底放空反应器的情况，比如在做全面保 养工作时。反应器还装备有人孔(22)。
如本领域技术人员能理解的那样，诸如所述这个反应器之类的反应 器既可以连续方式操作也可以分批或间歇方式操作。在一个优选的方案
中，在第 一 阶段期间反应器以间歇方式操作，其目的是获得特定的浓度，
例如lxl()9个细胞/毫升，然后，将操作方式变成连续操作，目的是连续 地提供浓度类似于所述浓度的接种物流。
如前文所述，为了使反应器能自动地操作，还给反应器装备了数个 传感器，这些传感器使了解和/或控制不同的工艺变量成为可能。可以
提到的一些传感器例如有溶解氧传感器(23)、温度传感器(23)、 Eh potential传感器(24)、 pH potential传感器(25)、液位传感器(26)、 空气流量传感器和连续接种物流动传感器。
传感器的安装和使用可以是多余的，也就是说，可以提供两个或两 个以上的传感器，例如，放置在反应器的同一个点、或在不同点的两个 pH传感器。设置多余传感器的理由可能有多个，例如，作为安全措施， 以便如果传感器之一出故障，有故障的传感器正被置换之时反应器可以 继续操作，使用正常运行的传感器来控制反应器，或者，它可以是一个 附加的控制工具，例如用于间接地计算搅拌水平。此外，传感器可以是 单独的或组合的。例如，溶解氧传感器或pH传感器还结合一个温度传 感器是常见的，这能避免不得不装设单独的温度传感器，或者如果安装 了单独的温度传感器，这个测量就是多余的。
所述反应器还装备有联机数据采集系统，它使记录操作变量成为可 能，例如温度、pH、溶解氧、液位以及空气和接种物流量。关于这些变 量，连同特定的控制逻辑一起，反过来使借助至少如下控制回路控制反 应器成为可能
a)pH控制回路。根据pH(25)值，通过作用于相应的泵而触发碱 性pH溶液或酸性pH溶液的添加。
b) 温度控制回路。根据来自温度传感器(23)的信息，它作用于和 改变流过盘管(4)的加热或冷却用流体的流量。
c) 溶解氧控制回路。根据反应器内溶解氧的水平，它作用于驱动 鼓风机的马达的频率变速器，这使进入反应器的空气和C(V混合物的 流量改变。
本发明还公开了借助前文提到的反应器、在有或没有可用于金属矿 石的生物浸滤的天然微生物的情况下大规模培养和/或繁殖共同分离的 微生物，不是为了限制本发明而且考虑到所述方法可以根据被繁殖的细 菌的需要而改变，公开了可以如下定义的方法
a) 用培养基部分地填充反应器；
b) 起动pH控制系统从而将pH保持在1.5和2. 5之间的水平；
c) 起动温度控制系统，从而将温度保持在大约30°C;
d) 起动以从0. 5体积o/Q到3体积％ C02范围内的水平提供空气和 C02混合物的系统；
e) 将能源加入反应器；
f) 添加单独的铁氧化和硫氧化细菌或者与天然微生物组合的铁 氧化和硫氧化细菌的一定体积的接种物；
g) 按照间歇方式操作反应器，直至反应器中含有的总体积达到一 般高于lxl()9个细胞/ml的微生物浓度；
h) 将操作方式变成连续方式；
i) 连续地加入培养基和能源；
j)以类似于培养基加入速率的速率连续地从反应器取出接种物； k)调节培养基、接种物和能源的加入速率，以使接种物出口处的 微生物浓度被保持在计数一般高于lxl()8个细胞/毫升。
本发明的反应器可以用于繁殖或培养任何微生物。优选培养的微生 物是单独的Wenelen DSM 16786、 Licanantay DSM 17318,或者与天然
微生物在一起的Wenelen DSM 16786、 Lica廳tay DSM 17318。 根据所 需的pH，将用NaOH溶液或1^04溶液对其进行调节。
接种物流为300至500升/小时。细菌浓度一般在lxl(f至lxlO'个 细菌/毫升的范围内变化。pH、溶解氧、potential Eh、液位、接种物 流速和其它参数的传感器与控制系统联机，以使可能影响细菌的那些变 量得到控制。例如，根据情况，用流经盘管(4)的热水或冷水将温度保 持在25至30'C。
权利要求
1.用于大规模连续培养和/或繁殖可用于矿石的生物浸滤的分离的和/或天然的微生物的反应器，其特征在于a)它是圆筒形的封闭式反应器，具有带底板(2)的圆筒形主体(1)，而且高度与直径之比为1.5至2.5；在特殊情况下，该比可以达到3.0；b)它具有圆锥形的盖(3)，其底板处的直径等于或稍大于反应器的直径，而且圆柱形外壳的高度与由盖形成的圆锥形的高度之比为从9至11；c)它装备有用于搅动该反应器的内容物的主系统和副系统；d)它具有安装在其内部的盘管(4)，通过使加热或冷却用流体经过盘管循环既能加热又能冷却反应器内容物，所述流体经由入口(5)进入盘管(4)而经由出口(6)离开盘管(4)；e)它具有与管道系统(8，9)有流体联通的空气和CO2混合物分布系统(7)；f)它具有安装在底板(2)附近、与空气和CO2分布系统(8，9)有流体联通的充气器(10)；g)它具有从反应器通向副搅拌系统的出口(11)，以及从该系统通向反应器的入口(12)；h)它具有碱性pH溶液入口(13)、酸性pH溶液入口(14)、培养基入口(15)、能源入口(16)和接种物入口(17)，以及放气孔(18)；i)它具有接种物出口(19)、取样出口(20)和排放出口(21)；j)用于经由盘管(4)循环的流体的入口(5)、用于经由盘管(4)循环的流体的出口(6)、空气和CO2混合物入口(7)、从反应器通向副搅拌系统的出口(11)、从副搅拌系统通向反应器的入口(12)、接种物出口(19)、取样出口(20)、排放出口(21)、以及人孔(22)在形成反应器的外壳(1)中；k)碱性pH溶液入口(13)、酸性pH溶液入口(14)、培养基入口(15)、能源入口(16)、接种物入口(17)、和放气孔(18)在反应器的盖(3)上；l)用于经由盘管(4)循环的流体的入口(5)、从反应器通向副搅拌系统的出口(11)、接种物出口(19)、取样出口(20)和排放出口(21)、以及人孔(22)在形成反应器的外壳(1)的下三分之一中；m)用于经由盘管(4)循环的流体的出口(6)、空气和CO2混合物入口(7)、从副搅拌系统通向反应器的入口(12)在形成反应器的外壳(1)的上三分之一中；n)盘管(4)位于形成反应器的圆柱形体积的中三分之一附近；o)用于空气和CO2混合物(8，9)的管道系统贯穿形成反应器的整个圆柱形体积，从上三分之一到有充气器(10)的下三分之一；p)它装备有pH(25)、溶解氧(23)和Eh potential(24)传感元件，以及液位传感器；q)它装备有用于测定流量和/或被引入反应器的物质的元件，所述物质例如是酸性或碱性pH溶液、培养基、接种物和能源；r)它装备有溶解氧、pH、Eh potential和反应器体积控制系统；s)所述pH(25)、溶解氧(23)和Eh potential(24)传感元件位于形成反应器的圆柱形体积的下三分之一中；t)它装备有用于控制空气和CO2混合物入口的系统。
2. 权利要求l的反应器，其特征在于，所述总体积比使用的液 体体积大10至25°/0。
3. 权利要求1或2的反应器，其特征在于，所迷外壳(l)的、底 板(2)的和盖(3)的结构材料是用采用a 1 qui di c和酚醛树脂的聚酯加强 的玻璃纤维。
4. 权利要求1或2的反应器，其特征在于，所述主搅拌系统是 空气混合物分布系统。
5. 权利要求1或2的反应器，其特征在于，所述副搅拌系统是 这样一个系统，该系统可以是正排量泵，该正排量泵能驱动具有高固 体含量的流体而不会产生比被培养的细菌能耐受的剪切更大的剪切， 所述流体从位于反应器底板处或附近的一个点的反应器出口 (11)送到 副搅拌系统，并且在反应器操作液位处或以上的 一个被描述为从副搅 拌系统通向反应器的入口 (12)的点送出。
6. 权利要求1或2的反应器，其特征在于，形成反应器盖的圆 筒形的直径等于形成反应器主体的圆筒的直径。
7. 权利要求1或2的反应器，其特征在于，形成反应器盖的圆 锥形的高度与形成反应器的圆筒的外壳之比是大约10。
8. 权利要求1或2的反应器，其特征在于，反应器总体积与反 应器有效体积之比在从1. 3到1. 6的范围内。
9. 利用权利要求1至8任一项的反应器，在有或没有天然微生 物的情况下大规模培养和/或繁殖可用于金属矿石生物浸滤的共同分 离的微生物的方法，其特征在于，该方法包括a)用培养基部分地填充反应器；b) 起动pH控制系统以便用适当的碱性或酸性溶液将pH保持在 1.5至2. 5;c) 起动温度控制系统，从而将温度保持在大约30'C;d) 起动以从0. 5体积％到3体积％ C02范围内的水平提供空气和 C02混合物的系统；e) 将能源加入反应器；f) 添加单独的铁氧化和硫氧化微生物或者与天然微生物组合的 铁氧化和硫氧化微生物的 一定体积的接种物；g) 按照间歇方式操作反应器，直到反应器中所含的所有体积都 达到超过lxl()8个细胞/ml的微生物浓度；h) 将操作方式变成连续方式；i) 连续地加入培养基和能源；j)以类似于培养基加入速率的速率连续地从反应器取出接种物；k)调节培养基、接种物和能源加入速率从而将接种物出口处的微生物浓度保持在计数高于^108个细胞/毫升；1)通过改变空气和C(U昆合物的流量来控制搅拌水平；m)通过将反应器内容物从反应器的底部再循环到这些内容物的表面来进行副搅拌。
10. 权利要求9的大规模培养和/或繁殖微生物的方法，其特征在 于，被培养的微生物是单独的Wenelen DSM 16786、 Licanantay DSM 17318，或者与天然微生物一起的Wenelen DSM 16786、 Licanantay DSM 17318。
11. 权利要求9的大规模培养和/或繁殖微生物的方法，其特征在 于，用于调节碱性pH的溶液是NaOH溶液。
12. 权利要求9的大规模培养和/或繁殖微生物的方法，其特征在 于，用于调节酸性pH的溶液是H2S04溶液。
13. 权利要求9的大规模培养和/或繁殖微生物的方法，其特征在 于，接种物流是3Q0到5GQ升/小时。
14. 权利要求9的大规模培养和/或繁殖微生物的方法，其特征在 于，细菌浓度是lxl()8至lxl(T个细菌/毫升。
15. 权利要求9的大规模培养和/或繁殖微生物的方法，其特征在 于，所述用于pH、溶解氧、Eh potential、液位、接种物流动以及其 它参数的传感器与控制系统联机。
16. 权利要求9的大规模培养和/或繁殖微生物的方法，其特征在 于，保持在25和30。C之间的温度。
全文摘要
公开了用于在有或没有能用于硫化物金属矿石生物浸滤的天然微生物的情况下，生物氧化溶液中的阳离子和/或培养、大规模繁殖共同分离的微生物的反应器。特别公开了在存在或不存在其它微生物的情况下大规模培养和/或繁殖Acidithiobacillus thiooxidans LicanantayDSM 17318分离微生物与Acidithiobacillus ferrooxidans Wenelen DSM16786的组合体的反应器。
文档编号C12M1/00GK101168718SQ20071016749
公开日2008年4月30日 申请日期2007年10月29日 优先权日2006年10月27日
发明者C·P·A·莫拉莱斯, I·L·M·帕迪利亚, O·R·巴迪利亚, O·R·科廖 申请人:拜奥希格马公司