申请日2015.12.11
公开(公告)日2017.06.20
IPC分类号C22B3/18; C22B15/00; C22B19/20
摘要
本发明提供一种硫酸盐还原菌，菌种名称：Uncultured sulfate-reducing bacterium SRB-4，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：2015年9月14日，保藏登记号：CCTCC NO：M 2015535。利用该菌及创新的工艺，可实现矿山酸性废水的高效处理和有价金属回收，从而实现矿山重金属污染治理。
摘要附图
权利要求书
1.一种硫酸盐还原菌，其特征在于，该菌的分类名称为：Unculturedsulfate-reducing bacterium SRB-4，保藏单位为：中国国家典型培养物保藏中心，地址：武汉大学内，保藏日期为：2015年9月14日，保藏号为：CCTCC NO：M2015535。
2.一种用于放大培养如权利要求1所述的硫酸盐还原菌的培养基，其特征在于，该培养基配方为：乳酸钠3.5g，NH4Cl 1.0g，Na2SO4 1.0g、MgSO4 0.1g、K2HPO4 0.5g、(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 0.65g和CaCl2 0.1g溶于1L蒸馏水中，调整pH为7.0-7.2。
3.一种回收矿山废水中有价金属的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)在生物反应器内接种使用权利要求2所述培养基培养的权利要求1所述硫酸盐还原菌，菌浓度108个/mL，接种体积为生物反应器体积的1%，并将高COD浓度的食品加工废水稀释1000倍后作为碳源通入生物反应器;
2)酸性矿山废水依照顺序进入第一接触反应器、第二接触反应器进行选择性沉淀，并在第一接触反应器和第二接触反应器之间设置管道进行回流;
3)将第二接触反应器排出的废水通入生物反应器，并在第二接触反应器和生物反应器之间设置管道进行回流;
4)将生物反应器流出废水通入好氧反应池进行反应，反应液排放或回用，反应产生的污泥浓缩后返回生物反应器作为碳源。
4.如权利要求3所述回收矿山废水中有价金属的工艺，其特征在于，步骤1)中所述食品加工废水中COD浓度大于100000mg/L，流入生物反应器的量为200mL/h。
5.如权利要求3或4所述回收矿山废水中有价金属的工艺，其特征在于，步骤1)中所述食品加工废水为糖蜜废水或酒精废水。
6.如权利要求3所述回收矿山废水中有价金属的工艺，其特征在于，步骤2)中所述第一接触反应器的pH为2-3，第二接触反应器的pH为4-5。
说明书
硫酸盐还原菌及其用于回收矿山废水中有价金属的工艺
技术领域
本发明涉及微生物冶金技术领域，特别是涉及一种硫酸盐还原菌(Bacillusthuringiensis)、其培养方法以及利用该菌回收矿山废水中重金属的工艺。
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前沿课题。
然而常规硫酸盐还原菌生长于中性pH，硫酸盐还原菌的生长需要外加额外的碳氮源才能完成，同时产生硫酸盐还原菌的反应器内，硫酸盐还原菌的生长受到金属离子，S2-离子的抑制，硫酸盐还原效率不高。因此，分离生长于低pH下具有硫酸盐还原活性的菌种，设计符合硫酸盐还原菌生长的合适工艺，提高硫酸盐还原菌还原效率，选择合适的碳源，实现有价金属的回收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种硫酸盐还原菌，该菌可在低pH条件下高效地还原硫酸盐。
本发明的第二个目的是提供一种回收矿山废水中有价金属的工艺，该工艺使用硫酸盐还原菌，处理进水pH在2-3的酸性矿山废水，利用高浓度有机废水为碳源，可降低50%的处理成本，对矿山酸性废水中Cu2+的去除率达95-97%;Zn2+的去除率达90-98%;Fe2+的去除率达91-99%，Fe3+的去除率为79-91%。处理后废水pH为中性。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种硫酸盐还原菌，该菌的分类命名为：Unculturedsulfate-reducing bacterium SRB-4，保藏单位为：中国国家典型培养物保藏中心，地址：武汉大学内，保藏日期为：2015年9月14日，保藏号为：CCTCC NO：M2015535。
本发明还提供一种放大培养上述的硫酸盐还原菌的培养基，该培养基配方为：乳酸钠3.5g，NH4Cl 1.0g，Na2SO41.0g、MgSO40.1g、K2HPO40.5g、(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 0.65g和CaCl20.1g溶于1L蒸馏水中，调整pH为7.0-7.2。
本发明还提供一种回收矿山废水中有价金属的工艺，包括以下步骤：
1)在生物反应器内接种使用上述培养基培养的硫酸盐还原菌，菌浓度108个/mL，接种体积为反应体系的1%，并将高COD浓度的食品加工废水稀释1000倍后作为碳源通入生物反应器;
2)酸性矿山废水依照顺序进入第一接触反应器、第二接触反应器进行选择性沉淀，并在第一接触反应器和第二接触反应器之间设置管道进行回流;
接触反应器内主要是金属离子和S2-形成金属硫化物沉淀，由于矿山酸性废水水质不一样，所含金属离子浓度、种类、pH均差别较大，根据具体反应进程来调整反应时间。
3)将第二接触反应器排出的废水通入生物反应器，并在第二接触反应器和硫酸盐还原生物反应器之间设置管道进行回流;
4)将生物反应器流出废水通入好氧反应池进行反应，反应液排放或回用，反应产生的污泥返回生物反应器作为碳源。
优选地，步骤1)中所述食品加工废水中COD浓度大于100000mg/L。
优选地，步骤1)中所述食品加工废水为糖蜜废水或酒精废水。
优选地，步骤2)中所述第一接触反应器的pH为2-3，第二接触反应器的pH为4-5。
本发明所用硫酸盐还原菌的菌种分离自德兴铜矿的生活污水。
本发明的硫酸盐还原菌SRB4具有如下特点：菌种为弧菌，菌体大小为0.8-1.0×1.0-3.0μm。革兰氏染色为阳性，有芽孢，能运动，有鞭毛，在含Fe2+培养基中菌落为黑色，直径在1～3mm，菌落为圆形。菌种生长的pH范围为3.0～9.0，最适pH为7.5;生长温度范围在20～45℃，最适生长温度为30～35℃;有较高的耐盐性，在含有2～3%NaCl时生长最好。菌种可以利用乳酸钠、乙酸钠、柠檬酸钠、乙醇、丙酮、在乳酸钠和柠檬酸钠中生长最好。菌种除能在硫酸盐中生长外，还可利用S、DMSO、FeCl3为电子受体。菌种具有过氧化氢酶活性，微量氧气不会影响菌的生长。
硫酸盐还原菌的扩大培养：
将保藏的纯化的硫酸盐还原菌SRB-4菌种以相对于所制备培养基的体积5%的接种量接种入培养基中，在25-35℃的培养温度下，摇床培养3-5天，测量细菌培养液在600nm处的吸光值，得到的OD600的数值如果在0.6-0.8之间，通过显微镜计数，其菌种浓度在108个/mL。使用时将该菌种以体积比1%的接种量接种该菌液至生物反应器内培养。
高浓度有机废水经稀释后直接通入生物反应器。低pH矿山酸性废水先进入第一接触反应器，然后进入第二接触反应器，最终进入生物反应器;同时，部分废水从生物反应器回流至第二接触反应器2，部分废水从第二接触反应器回流至第一接触反应器，生物反应器出水进入好氧处理工序。后续的好氧处理工艺可以大幅去除废水中的残余的COD，好氧工艺产生的剩余污泥，经浓缩后可以回流至生物反应器做碳源，减少碳源实际消耗量。
本发明的优点在于：
1.所采用的硫酸盐还原菌在酸性pH下具有硫酸盐还原活性，提高废水处理的适应性。
2.本发明提供的工艺采用分相的设计，减少金属离子对生物反应器内微生物的抑制;同时由于生物反应器内微生物生长环境维持在pH6-7，使得硫酸盐还原率高。
3.生物反应器采用升流式厌氧污泥床(UASB)反应器，能够实现泥水的快速分离，回流仅回流液体，而污泥微生物不会被回流;通过回流使得生物反应器内产生的S2-离子能够实时的回到前面的选择性沉淀池，减少S2-离子对生物反应器内微生物的抑制。
4.生物硫酸盐还原过程产碱耗酸，产生的碱度可用于提升选择性沉淀池的pH值，通过pH在线探头及水泵可以实现两个选择性沉淀池内pH的控制并进而实现铜、铁分别的选择性沉淀。
5.后置的好氧反应池可以充分利用出水中残余的碳源产生污泥，同时使出水达标;产生的污泥浓缩后可以回流生物反应器做碳源，减少碳源的消耗量。
本发明的有益效果在于：
本发明提供一种硫酸盐还原菌及使用该菌的回收矿山废水中有价金属的工艺，采用回流来控制多个接触反应器选择性沉淀回收有价金属，Cu2+的最佳沉淀酸度值为2.5左右;Zn2+的最佳沉淀酸度值为3.5左右;Fe2+的最佳沉淀酸度值为6.0左右。在Cu2+沉淀过程中夹带了部分的Zn2+和Fe2+一起沉淀，同样在Zn2+沉淀过程中Fe2+也被部分夹带沉淀。本发明提供的工艺可以比常规工艺成本降低30-50%。
