适用于ni和v淋滤的喜温硫杆菌
技术领域
1.本发明涉及环保领域，具体地涉及一株喜温硫杆菌(acidithiobacilluscaldus)和一种菌剂，以及它们在生物冶金和生物淋滤脱除废弃物中金属中的应用以及一种生物淋滤脱除废弃物中金属的方法。
背景技术：
2.催化流化裂化(fcc)催化剂是目前消耗量最大的炼油催化剂，可占到炼油催化剂总使用量的70％。fcc催化剂在使用过程中会因为焦炭以及原料油中的镍、钒等金属组分的沉积而失去活性，催化剂无法继续使用，成为废催化剂。由于fcc废催化剂中含有ni、v、sb等危险性较高的金属成分，一直被认为具有很高的环境风险。鉴于fcc废催化剂的危害性，对其进行脱金属无害化处理处置极为重要。目前广泛采用的废催化剂处置及贵金属回收的方法主要为火法冶金和湿法冶金两种工艺，但这两种处理方法均存在能耗高、二次污染严重等问题。
3.生物淋滤技术是基于各种细菌的代谢活动达到去除金属的目的。与传统的湿法、火法工艺相比，生物淋滤法具有环保、成本低、操作和维护简单、需要的处理条件温和、无危险废物排放等优势。但目前对于生物淋滤法处理fcc废催化剂的关注和研究却非常有限，金属的淋滤效率较低，极大地限制了该技术的推广应用。而且由于fcc废催化剂富含各种毒性较高的金属成分，已有的生物淋滤菌种对较高浓度的fcc废催化剂耐受性较差，普遍只能对1％-5％的废催化剂产生去除效果，极大限制了生物淋滤技术的应用。希望通过筛选高耐受性和高脱除率的微生物，提高fcc废催化剂的生物淋滤效率。
技术实现要素：
4.本发明的目的是提供一株喜温硫杆菌(acidithiobacilluscaldus)和一种菌剂，以及它们在生物冶金和生物淋滤脱除废弃物中金属中的应用以及一种生物淋滤脱除废弃物中金属的方法，该菌株能够耐受高剂量的fcc废催化剂，显著高于目前菌株的1％-5％废催化剂加入量，且对20重量％加入量的fcc废催化剂中的金属具有显著的去除效果。
5.为了实现上述目的，本发明一方面提供一株喜温硫杆菌(acidithiobacilluscaldus)，该喜温硫杆菌的保藏号为cctcc no:m 2021708。
6.本发明第二方面提供一种菌剂，该菌剂含有如上所述的喜温硫杆菌(acidithiobacilluscaldus)。
7.本发明第三方面提供如上所述的喜温硫杆菌和/或如上所述的菌剂在生物冶金中的应用。
8.本发明第四方面提供如上所述的喜温硫杆菌和/或如上所述的菌剂在生物淋滤脱除废弃物中金属中的应用。
9.本发明第五方面提供一种生物淋滤脱除废弃物中金属的方法，所述方法包括：将如上所述的喜温硫杆菌和/或如上所述的菌剂与废弃物接触。
10.本发明提供的喜温硫杆菌能够耐受高剂量(高达40重量％)的fcc废催化剂，显著高于目前菌株的1％-5％废催化剂的加入量，且对20重量％加入量的fcc废催化剂中的金属具有显著的去除效果。
11.本发明为生物淋滤法脱除fcc废催化剂中的金属(尤其是ni和v)提供了可用菌株，预计可实现生物淋滤法处理fcc废催化剂的产业化应用。
12.本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
13.生物保藏
14.本发明的菌株为喜温硫杆菌(acidithiobacilluscaldus)，于2021年6月9日被保藏在中国典型培养物保藏中心(地址：武汉市武昌珞珈山，武汉大学，邮政编码：430072)(保藏单位的缩写为cctcc)，保藏编号为cctcc no:m 2021708。
具体实施方式
15.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
16.本发明第一方面提供一株喜温硫杆菌(acidithiobacilluscaldus)，该喜温硫杆菌的保藏号为cctcc no:m 2021708。
17.所述喜温硫杆菌(acidithiobacilluscaldus)于2021年6月9日被保藏在中国典型培养物保藏中心(地址：武汉市武昌珞珈山，武汉大学，邮政编码：430072)(保藏单位的缩写为cctcc)，保藏编号为cctcc no:m 2021708。
18.本发明第二方面提供一种菌剂，该菌剂含有如上所述的喜温硫杆菌(acidithiobacilluscaldus)。
19.在本发明中，在所述菌剂中，所述喜温硫杆菌的浓度没有特别的限制，可以根据具体的情况进行具体的选择，比如可以为108cfu/g以上。
20.另外，根据预定用途不同，本发明提供的菌剂可以制备为不同的剂型，并且添加有相应的不会对所述喜温硫杆菌的活性造成影响的赋形剂等成分。具体的选择为本领域技术人员所公知，本发明在此不再详细赘述。
21.所述菌剂优选为液体菌剂。
22.所述菌剂的制备方法可以为本领域常规的制备方法，比如可以如第五方面所述的。
23.本发明第三方面提供如上所述的喜温硫杆菌和/或如上所述的菌剂在生物冶金中的应用。
24.本发明第四方面提供如上所述的喜温硫杆菌和/或如上所述的菌剂在生物淋滤脱除废弃物中金属中的应用。
25.所述废弃物优选为fcc废催化剂。
26.本发明第五方面提供一种生物淋滤脱除废弃物中金属的方法，所述方法包括：将如上所述的喜温硫杆菌和/或如上所述的菌剂与废弃物接触。
27.优选地，所述喜温硫杆菌以菌剂的形式与废弃物接触。
28.优选地，所述菌剂的制备方法包括：将喜温硫杆菌接种到生物淋滤培养基中扩培得到种子液，然后将所述种子液接种到生物淋滤培养基中进行发酵，得到菌剂。
29.在本发明中，所述生物淋滤培养基可以为本领域常规使用的培养基，优选地，所述生物淋滤培养基中包含：(nh4)2so42-3g/l，kh2po
4 2-4g/l，mgso4·
7h2o 0.3-0.7g/l，cacl
2 0.2-0.3g/l，feso
4 0.005-0.02g/l，和硫粉8-15g/l；所述生物淋滤培养基的ph为2.5-3.5。
30.优选地，所述扩培的条件包括：温度为40-45℃，时间为48-96h。
31.当所述扩培在摇瓶中进行的时候，可以控制转速为100-150rpm，优选为120-135rpm。
32.优选地，所述种子液中的活菌数为1
×
108cfu/ml以上。
33.优选地，所述种子液的接种量为1-10体积％。
34.优选地，所述发酵的条件包括：温度为40-45℃，时间为24-120h；通气量为0.05-0.2vvm。所述发酵过程中的搅拌转速根据发酵罐的体积确定，本领域技术人员可以根据实际情况进行调整。
35.优选地，所述菌剂中喜温硫杆菌的活菌数为108cfu/ml以上。
36.在本发明中，所述废弃物可以是任意包含金属的废弃物，优选为fcc废催化剂。
37.所述fcc废催化剂的加入量可以在较宽的范围内选择，优选地，相比于1l所述发酵液，所述fcc废催化剂的加入量为150-200g。
38.优选地，所述接触的条件包括：温度为40-45℃，时间为5-7天。
39.以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
40.以下实施例中，如无特殊说明，使用的试剂和材料均为商购获得。
41.生物淋滤培养基的制备方法：每1000ml蒸馏水中含2g(nh4)2so4、3g kh2po4、0.5g mgso4·
7h2o、0.01g feso4·
7h2o、0.25g cacl2·
2h2o，用2mol
·
l-1
硫酸溶液调节ph为3.0，115℃高压灭菌30min，之后加入经常压蒸煮灭菌2h的硫粉10g。
42.固体培养基的制备方法：由a、b、c三种液体混合制备。a液：100ml蒸馏水中含0.6g(nh4)2so4、0.6g kh2po4、0.1g mgso4·
7h2o、0.05g cacl2·
2h2o，115℃高压灭菌30min；b液：100ml蒸馏水中加入2g琼脂粉，115℃高压灭菌30min；c液：10ml蒸馏水中含2g na2s2o3、0.006g feso4·
7h2o，过滤除菌。a液和b液冷却至80℃时混合，再加入c液混匀，倒入培养皿中，冷却后制成固体培养基。
43.fcc废催化剂取自中国石化青岛炼化厂。
44.按照《固体废物22种金属元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法(hj781-2016)》中的测定方法测定生物淋滤处理前后金属的含量。
45.实施例1
46.本实施例用于说明本发明所述的喜温硫杆菌的筛选。
47.(1)喜温硫杆菌的筛选，其由以下方法获得：
48.所选取的出发菌株为喜温硫杆菌(acidithiobacilluscaldus)。
49.取5ml出发菌株菌液置于辐照皿中，分别使用1000lux、1500lux和2000lux的紫外灯对辐照皿照射2min-10min。其中，出发菌株菌液的浓度为105个/ml。
50.配制生物淋滤液体培养基，并向250ml三角瓶中加入80ml生物淋滤液体培养基和20g fcc废催化剂，配制成高浓度fcc废催化剂的定向筛选培养基。将上述紫外诱变后的菌
株加入定向筛选培养基中，于45℃、130rpm条件下连续培养7-10天。
51.取辐照后的菌液，稀释10
4-106倍后，取100μl稀释液涂布在固体培养基平板上。37℃条件下倒置培养2-3天，培养至平板上出现菌落。
52.挑取菌落至生物淋滤液体培养基中，培养3-5天，再经稀释、涂布至固体培养基、培养、挑取菌落培养，得到纯种培养的菌株。
53.诱变得到的uvs10于2021年6月9日保藏于中国典型培养物保藏中心(cctcc)，保藏编号为cctcc no:m 2021708。
54.实施例2
55.本实施例用于说明本发明所述的喜温硫杆菌的性能评价。
56.配制生物淋滤培养基，然后分别将出发菌株和uvs10接种至生物淋滤培养基内依次进行摇瓶培养和发酵罐培养。摇瓶培养条件为45℃，130rpm，培养72h。发酵罐培养条件为40-45℃，通气量为0.1vvm，连续培养96h后，得到生物淋滤菌剂，用于处理fcc废催化剂。每个菌株对应的生物淋滤菌剂的活菌数均达108cfu/ml。
57.向250ml三角瓶中分别加入20g fcc废催化剂和80ml菌液，于45℃、130rpm条件下培养。连续培养7天后，取淋滤后的fcc废催化剂，经洗涤、烘干后测定金属含量。
58.经测定，经不同菌株处理后，fcc废催化剂中金属的去除情况如表1所示。
59.表1
60.金属含量(mg
·
g-1
)nivsblacefcc废催化剂中的含量3.285.251.6712.755.38出发菌株处理后含量2.98(9.1％)4.09(22.1％)1.35(19.1％)9.56(25.0％)4.86(9.7％)uvs10处理后含量1.38(58.0％)1.97(62.5％)0.35(79.1％)3.58(71.9％)1.99(63.0％)
61.注：括号中表示金属去除率。
62.相比出发菌株，本发明所述的菌株uvs10(保藏号为cctcc no:m 2021708)对fcc废催化剂中的金属的生物淋滤处理效率显著提高。
63.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。