[发明专利]一种中空纤维膜富集氧化亚铁硫杆菌形成生物膜的方法及中空纤维膜反应器和应用有效
申请号: | 201910395361.3 | 申请日: | 2019-05-13 |
公开(公告)号: | CN110117564B | 公开(公告)日: | 2020-11-17 |
发明(设计)人: | 杨远坤;谌书;王彬;周日宇 | 申请(专利权)人: | 西南科技大学 |
主分类号: | C12N1/20 | 分类号: | C12N1/20;C21B15/00;C12M1/00;C12R1/01 |
代理公司: | 北京棘龙知识产权代理有限公司 11740 | 代理人: | 谢静 |
地址: | 621010 四川*** | 国省代码: | 四川;51 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 中空 纤维 富集 氧化 亚铁 杆菌 形成 生物膜 方法 反应器 应用 | ||
本发明公开了一种中空纤维膜富集氧化亚铁硫杆菌形成生物膜的方法及中空纤维膜反应器和应用,搭建以中空纤维膜反应器为核心的反应系统,加入培养基与接种体,进行氧化亚铁硫杆菌富集培养与形成生物膜;通过中空纤维膜反应器以无泡出气的方式向膜表面供应含有氢气的混合气;采用水浴加热的方式稳定中空纤维膜反应器温度为25‑35℃;运行数天后,通过取样口排出培养液,获得膜表面富集有氧化亚铁硫杆菌生物膜的中空纤维膜反应器;运用富集有生物膜的中空纤维膜反应器可以产生硫酸铁溶液和施氏矿物;本发明实现了氧化亚铁硫杆菌培养与利用相分离,且能在“培养/利用”间循环进行,解决培养液不能重复利用的问题。
技术领域
本发明涉及微生物培养及运用领域,具体涉及一种中空纤维膜富集氧化亚铁硫杆菌形成生物膜的方法及中空纤维膜反应器和应用。
背景技术
实现固体废物中有价金属资源的高效回收,是实现循环经济、解决矿产资源枯竭等全球性问题的重要途径之一。利用氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,简称A.f菌)从固体废物中淋滤有价金属,具有工艺控制简单、绿色环保等特点,是湿法冶金领域研究的热点。但是,在利用过程中,浸出液中的三价铁离子、硫酸根离子及典型一价阳离子(主要为:钾离子、钠离子与铵根离子)等极易形成黄钾铁矾、施氏矿物等三价铁矾渣紧密覆盖在浸出物表面,阻碍A.f菌与固体废物间的传质过程,进而导致A.f菌大量死亡,有价金属浸出效率显著降低;此外,浸出液中三价铁离子因大量形成三价铁矾渣,会显著降低浸出液的氧化还原电位,亦会进一步影响有价金属浸出效率。A.f菌浸出技术存在的这一缺陷,使其工业化应用受到了限制。因此,破坏三价铁矾渣形成条件,采用不含典型一价阳离子的浸出液是A.f菌浸出技术大规模应用的重要环节之一。
A.f菌为化能自养型细菌,在好氧条件下,能够将亚铁离子氧化为三价铁离子(或将氢气氧化生成水)。其生长与代谢周期较长,因此通常需先在液体培养基中活化、增殖,待液体培养基中A.f菌数量与活性最大时,再将细菌培养液作为浸出剂,直接浸出固体废物中的有价金属。由于典型一价阳离子为A.f菌生长必须的营养成分,要采用不含典型一价阳离子的浸出液,则必须将细菌从培养液中分离,再进行利用。
近年来,细胞固定化技术的快速发展为解决这一问题提供了可能。具体到氧化亚铁硫杆菌的固定方法,主要包括吸附法与包埋法。吸附法采用微孔介质或比表面积大的微粒,通过被动吸附(机械分离与物理吸附),将细菌固定到介质表面,进而与培养液分离;包埋法则采用凝胶、海藻酸钙等固化剂,将细菌固定成小球,然后通过过滤将细菌与培养液分离。但是随着研究及应用的深入后发现,被动吸附的A.f菌容易从介质表面脱落,且存在三价铁矾渣覆盖介质表面等局限;而在包埋法中,由于细菌被包埋材料覆盖,导致细菌与浸出液之间传质受到影响,且包埋材料对细菌有一定毒性,因而存在细菌活性低、实用性弱等缺点。此外,不管是吸附法还是包埋法,原来培养细菌的培养液在分离细菌后,难以再利用,这进一步增加了实际运用的成本。
发明内容
为克服现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种中空纤维富集氧化亚铁硫杆菌形成生物膜的方法,实现了氧化亚铁硫杆菌培养与利用相分离,且解决了培养液不能重复利用的问题。
为实现上述目的,本发明采用技术方案如下:
一种中空纤维膜富集氧化亚铁硫杆菌形成生物膜的方法,采用中空纤维膜以无泡出气方式向膜表面供应含有氢气的混合气,进而通过富集培养氧化亚铁硫杆菌并在中空纤维膜表面形成氧化亚铁硫杆菌生物膜。
进一步地,如上所述中空纤维膜富集氧化亚铁硫杆菌形成生物膜的方法,包括如下步骤:
(1)搭建以中空纤维膜反应器为核心的反应系统,然后通过取样口向中空纤维膜反应器中加入液体培养基与接种体的混合物,接种体与液体培养基的体积比为5~20%,然后打开培养液循环泵,进行富集培养与形成生物膜;
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