一株硫酸盐还原菌及其以稻草为碳氮源处理酸性矿山废水的工艺的制作方法

专利名称：一株硫酸盐还原菌及其以稻草为碳氮源处理酸性矿山废水的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及微生物技术领域。特别是一株硫酸盐还原菌及其以稻草为碳氮源处理酸性 矿山废水的工艺。
背景技术：
利用硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水是通过异化硫酸盐的生物还原反应，将酸性矿山 废水中的硫酸盐还原为H2S，在不同的pH条件下，可以利用H2S选择沉淀不同重金属形成金 属硫化物，以去除废水中的重金属离子并回收有价金属，生物还原反应中生成的碱度可以 中和酸性矿山废水。该方法具有成本低、适用性强、无二次污染、可以回收酸性矿山废水 中的重金属等特点。因此受到环境工作者的广泛关注，成为矿山酸性废水处理技术研究的 甜沿课题。
然而硫酸盐还原菌的生长需要外加额外的碳氮源才能完成，目前现有工艺中使用的碳 氮源通常为化学药品，价格较贵，药剂消耗成本高，不利于在工业生产中的推广应用。因 此选择适于细菌生长的、廉价的、甚至于作为废弃物的有机质，作为硫酸盐还原菌的碳氮 源用以培养菌种是实现工业应用的非常重要的环节。

发明内容
本发明的第一个目的是提供一株高效硫酸盐还原菌，该菌种具有更宽的生长温度和pH 适应性，可以利用稻草为碳氮源生长繁殖。
本发明的第二个目的是提供一种可以利用稻草为碳氮源处理酸性矿山废水的工艺。该 工艺可以降低30-50%的培养成本，对矿山酸性废水中Ci^的去除率达89-97%; Zn"的去 除率达90-98%; Fe^的去除率达91-99%, Fe"的去除率为79-91 %， As^的去除率为80-卯 %。处理后废水pH为中性。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的本发明所用的细菌为一种硫酸盐还原菌， 该菌种分离自某煤矿矿坑水，该菌名称为/)""//0&/ "^/"附/2"/o/ /z//ww RETECH-SRB-II ， 保藏单位中国国家典型培养物保藏中心，地址武汉大学内，保藏日2007年5月11 日，藏登记号CCTCCNO: M207061。
将低温保存的菌种在试管中活化，通过逐级扩大培养直至转入发酵罐中，发酵罐中碳 源是经过预处理的稻草。反应中生成的H2S通过氮气吹脱的方式通入沉淀罐中，并定期排 放部分发酵液进入沉淀罐，同时补加以稻草为碳源的培养基到发酵罐中。控制发酵液进入沉淀罐中的流量以调节沉淀罐中液体pH值，实现逐级沉淀金属离子的作用。
本发明选用的菌种活化及放大培养时的培养基为K2HP04， 0.1-3g ; (NH4)2S04， 0.5-5g: NaHC03， 0.1-3g; CaCl2, 0.1-lg; MgS04， 0.2-2.5g;乳酸钠，0.5-5g; trace element, 10-15mh trace vitamin,10-15mh半胱氨酸盐酸盐，0.1-2g ; 酵母膏，0.5-5g : (NH4)2Fe(S04)2 6H20， 0.1-2g:蒸馏水，1L。
本发明采用的发酵培养底物为经过预处理的稻草，发酵培养液成分为K2HP04， 0.1墨3g : (NH4)2S04， 0.5-5g; NaHC03， 0.1-3g; CaCl2， 0.1-lg; MgS04， 0.2-2,5g;预处 理稻草用量5-20% (w/v);蒸馏水，3-5L。本发明的Dew//otomacM/wm Aa/op/n7iwi RETECH-SRB-II菌种具有如下特点:细胞为杆状，菌体大小为0.6-0.8X 1.0-4.0^m，革兰 氏染色为阳性，能运动，有鞭毛，菌落表面为黑色圆形，直径在l-3mm。该菌种可以在pH 为5.0-10.0的培养基中生长，最适pH为5.5-9.0。菌种生长温度在15-45°C,最适生长温度 为25-4(TC。该菌种具有很高的耐盐性，在0.1-10X的NaCl浓度下均可以生长，在含有2% NaCl时生长最适。该菌种为兼性厌氧菌。
本发明的优点是本发明提供一株具有更宽的生长温度和pH适应性的高效硫酸盐还 原菌(D^"一tow"cw/wm /w/o一Z/ww RETECH-SRB-II )，可以利用稻草作为菌种生长所需 的碳氮源，使得细菌培养成本降低30-50%。对矿山酸性废水中012+的去除率达89-97%; Zn"的去除率达90-98%: Fe2+的去除率达91-99%， F,的去除率为79-91 % ， As"的去除 率为80-90%。处理后废水pH为中性。


图1为本发明Z)""一/owacw/ww to/o—z7wwRETECH-SRB-II菌种的电子显微镜照片
图2为本发明的工艺流程框图
图2中，1为氮气充气装置，2为发酵罐，3为分级沉淀罐，4为气压读数表，5为培
养基加入口，发酵罐中反应生成的H2S通过氮气吹脱的方式通入沉淀罐中，并定期排放部
分发酵液进入沉淀罐，同时补加以稻草为碳源的培养基到发酵罐中。沉淀罐中需沉淀的液 体排至下一级沉淀罐中。
具体实施例方式
以下结合实施例对本发明作进一歩说明
实施例一
首先将低温保藏的硫酸盐还原菌种(该菌名称为Z)ww//otomflcw/wm /w/c^W/ww RETECH-SRB-II，保藏单位中国国家典型培养物保藏中心，地址武汉大学内，保藏日2007年5月11 R ，保藏登记号CCTCC NO: M207061 )在装有10-20ml培养基(K2HP04， 0.1-3g ; (NH4)2S04, 0.5-5g; NaHC03， 0.1-3g; CaCl2， O.l-lg', MgS04， 0.2-2.5g; 乳 酸钠，0.5-5g; trace element, 10-15ml; trace vitamin, 10-15mh半胱氨酸盐酸盐，0,l-2g ; 酵母膏，0.5-5g : (NH4)2Fe(S04)2 6H20, 0.1-2g;蒸馏水，1L)的试管中活化。活化后的 菌种转接入100-200ml培养液中，培养18-36小时后，以5-20% (v/v)接种量扩大培养到 300陽500ml。
将新鲜稻草切成l-3cm的小段，堆成堆，堆内加水浸润，用塑料膜覆盖，保持堆内温 度在30-5(TC发酵10 —30天，将发酵好的稻草末用量5-20% (w/v)与K2HP04， 0,l-3g ; (NH4)2S04， 0.5-5g;NaHC03, 0.1-3g; CaCl2， 0.1-lg; MgS04， 0.2-2.5g，蒸馏水，3-5L 配制成发酵培养液并倒入厌氧发酵罐。当种子液中的菌浓度达到107— 109个/1111时，接种 于发酵罐的发酵培养基中，接种量为15-50% (v/v)。
将pH2-4的某硫铁矿含锌、砷的酸性矿山废水(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-，定期充氮气，用以吹脱H2S并排放到沉 淀罐中。发酵36-48小时后，定期将1/5-1/4体积的发酵液通入沉淀罐3-1,同时补加等体 积发酵培养液进入发酵罐。沉淀罐3-1中废水pH达到2.8-3.0左右时，大量ZnS沉淀析出。 回收ZnS沉淀，并将沉淀罐3-l中上清液转入沉淀罐3-2，通H2S以及发酵液进入沉淀罐 3-2，选择沉淀Fe"。与此同时，将未处理废水流加入沉淀罐3-1，进行连续操作。沉淀罐 3-2反应完全后上清液转入沉淀罐3-3，通入发酵液提高溶液pH， A,和F^+以氢氧化物 形式沉淀。反应进行10天后，最终Zr^+的去除率为94.2%， Fe"的去除率为91.6%， Fe3+ 的去除率为81%， As"的去除率为82.4%。处理后酸性废水中的pH为6.6。
实施例二
首先将低温保藏的硫酸盐还原菌种(该菌名称为Z)""//Wom"cw/ww RETECH-SRB-H ，保藏单位中国国家典型培养物保藏中心，地址武汉大学内，保藏曰 2007年5月11曰，保藏登记号CCTCC NO: M207061)在装有10-20ml培养基(K2HP04， (M-3g : (NH4)2S04， 0.5-5g; NaHC03， 0.1-3g; CaCl2， O.l-Ig; MgS04， 0.2-2.5g; 乳 酸钠，0.5-5g; trace element, 10-15ml; trace vitamin, 10-15ml;半胱氨酸盐酸盐，0.1-2g ; 酵母膏，0.5-5g ; (NH4)2Fe(S04)2 6H20, 0.1-2g;蒸馏水，1L)的试管中活化。活化后的 菌种转接入100-200ml培养液中，培养18-36小时后，以5-20%接种量扩大培养到300-500ml 作为种子液。
将新鲜稻草切成l-3cm的小段堆成堆，堆内加水浸润，用塑料膜覆盖，保持堆内温度 在30-50。C发酵10-30天，将发酵好的稻草末用量5-20% (w/v)与K2HP04, 0.1-3g ;(NH4)2S04， 0.5-5g; NaHC03， 0.1-3g; CaCl2, 0.1-lg; MgS04, 0,2-2.5g,蒸馏水，3-5L 配制成发酵培养液并倒入厌氧发酵罐。当种子液中菌浓度达到107—109个/1111时，接种于 发酵罐的发酵培养基中，接种量为15-50%。
将pHl.8-5.6的某硫化铜矿含锌的酸性矿山废水(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，定期充氮气，用以吹脱H2S并排放到沉 淀罐中。发酵40-50小时后，定期将1/5-1/4体积的发酵液通入沉淀罐3-1，同时补加等体 积发酵培养液进入发酵罐。沉淀罐3-1中废水pH达到2.3-2.6左右时，大量CuS沉淀析出。 回收CuS沉淀，并将沉淀罐3-1中上清液转入沉淀罐3-2，通H2S以及发酵液进入沉淀罐 3-2，选择沉淀Zn2、与此同时，将未处理废水流加入沉淀罐3-l，进行连续操作。沉淀罐 3-2反应完全后上清液转入沉淀罐3-2于此按上述操作沉淀Fe2+，依此类推最终Fe"以氢 氧化物形式沉淀。反应进行10-12天后，最终012+的去除率为97%， F^+的去除率为94 %， Fe"的去除率为83%， Zn"的去除率为91.8%。处理后酸性废水中的pH为中性。
权利要求
1、一种硫酸盐还原菌，其特征在于，其名称为Desulfotomaculum halophilumRETECH-SRB-II，保藏登记号为CCTCC NOM207061，保藏日2007年5月18日，保藏单位中国国家典型培养物保藏中心，地址武汉大学内。
2、 一种利用权利要求1所述的菌种、以稻草为碳氮源的处理酸性矿山废水工艺，其特 征在于.-(I )、将低温保藏的硫酸盐还原菌种(该菌种名称为/ "/o;^7ww RETECH-SRB-II ,保藏单位中国国家典型培养物保藏中心，地址武汉大学内，保藏日 2007年5月18日，保藏登记号CCTCCNO: M207061)进行活化以及逐级放大培养；(2)、以稻草为碳氮源配制发酵培养液培养Z)^w//bto/^cw/ww /w/opW/ww RETECH-SRB-II处理酸性矿山废水。
3、 根据权利要求2所述工艺，其特征在于菌种活化用培养基为K2HP04, 0.1-3g ; (NHj)2S04， 0.5-5g; NaHC03， O.Iog: CaCl2， 0.1-lg: MgS04， 0.2-2.5g;乳酸钠，0.5-5g; trace element, 10-15ml; trace vitamin, 10-15ml: 半胱氨酸盐酸盐，0.1-2g ; 酵母膏， 0.5-5g : (NH4)2Fe(S04)2 6H20， 0.1-2g;蒸馏水，1L。
4、 根据权利要求3所述工艺，其特征在于活化后的菌种以5-20% (v/v)接种量扩 大培养到300-500ml作为种子液。
5、 根据权利要求2或3或4所述工艺，其特征在于种子液培养时间为18-36小时， 菌浓度可以达到10 —10"个/ml，此时将种子液接种于发酵罐中，接种量为15-50% (，v/v)。
6、 根据权利要求2或5所述工艺，其特征在于以稻草为碳氮源配制发酵培养液，组 成物质为发酵好的稻草末5-20。/。(w/v)与K2HP04， 0.-3g ; (NH4)2S04， 0.5-5g; NaHC03， 0.1-3g: CaCl2， OJ-lg: MgSO4，0.2-2.5g，蒸馏水，3-5L。
7、 根据权利要求2或6所述工艺，其特征在于稻草的发酵方法为将新鲜稻草切成 l-3cm的小段堆成堆，堆内加水浸润，用塑料膜覆盖，保持堆内温度在30-5(TC发酵10_ 30天。
8、 根据权利要求2所述工艺，其特征在于将1/5-1/4体积的发酵液定期排入沉淀罐， 同时补加以稻草为碳源的培养基到发酵罐中，控制发酵液进入沉淀罐中的流量以调节沉淀 罐中液体pH值，实现逐级沉淀金属离子的作用，定期从发酵罐底充入氮气，用以吹脱H2S 进入沉淀罐中。
全文摘要
本发明提供一株具有更宽的生长温度和pH适应性的高效硫酸盐还原菌(Desulfotomaculum halophilum RETECH-SRB-II，保藏单位中国国家典型培养物保藏中心，地址武汉大学内，保藏日2007年5月11日，保藏登记号CCTCC NOM207061)；同时提供一种可以利用稻草为碳氮源处理酸性矿山废水的工艺。该工艺对矿山酸性废水中Cu²⁺的去除率达89-97％；Zn²⁺的去除率达90-98％；Fe²⁺的去除率达91-99％，Fe³⁺的去除率为79-91％，As³⁺的去除率为80-90％。处理后废水pH为中性。该工艺的优点是可以利用稻草作为菌种生长所需的碳氮源，使得细菌培养成本降低30-50％。
文档编号C12N1/20GK101434919SQ20071017728
公开日2009年5月20日 申请日期2007年11月13日 优先权日2007年11月13日
发明者刘兴宇, 刘文彦, 武名麟, 温建康, 陈勃伟 申请人:北京有色金属研究总院