本發(fā)明涉及微生物冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種硫酸鹽還原菌(Bacillus thuringiensis)、其培養(yǎng)方法以及利用該菌回收礦山廢水中重金屬的工藝。

背景技術(shù)：

利用硫酸鹽還原菌處理酸性礦山廢水是通過(guò)異化硫酸鹽的生物還原反應(yīng)，將酸性礦山廢水中的硫酸鹽還原為H₂S，在不同的pH條件下，可以利用H₂S選擇沉淀不同重金屬形成金屬硫化物，以去除廢水中的重金屬離子并回收有價(jià)金屬，生物還原反應(yīng)中生成的堿度可以中和酸性礦山廢水。該方法具有成本低、適用性強(qiáng)、無(wú)二次污染、可以回收酸性礦山廢水中的重金屬等特點(diǎn)。因此受到環(huán)境工作者的廣泛關(guān)注，成為礦山酸性廢水處理技術(shù)研究的前沿課題。

然而常規(guī)硫酸鹽還原菌生長(zhǎng)于中性pH，硫酸鹽還原菌的生長(zhǎng)需要外加額外的碳氮源才能完成，同時(shí)產(chǎn)生硫酸鹽還原菌的反應(yīng)器內(nèi)，硫酸鹽還原菌的生長(zhǎng)受到金屬離子，S^2-離子的抑制，硫酸鹽還原效率不高。因此，分離生長(zhǎng)于低pH下具有硫酸鹽還原活性的菌種，設(shè)計(jì)符合硫酸鹽還原菌生長(zhǎng)的合適工藝，提高硫酸鹽還原菌還原效率，選擇合適的碳源，實(shí)現(xiàn)有價(jià)金屬的回收是實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的非常重要的環(huán)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種硫酸鹽還原菌，該菌可在低pH條件下高效地還原硫酸鹽。

本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種回收礦山廢水中有價(jià)金屬的工藝，該工藝使用硫酸鹽還原菌，處理進(jìn)水pH在2-3的酸性礦山廢水，利用高濃度有機(jī)廢水為碳源，可降低50％的處理成本，對(duì)礦山酸性廢水中Cu²⁺的去除率達(dá)95-97％；Zn²⁺的去除率達(dá)90-98％；Fe²⁺的去除率達(dá)91-99％，F(xiàn)e³⁺的去除率為79-91％。處理后廢水pH為中性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種硫酸鹽還原菌，該菌的分類(lèi)命名為：Uncultured sulfate-reducing bacterium SRB-4，保藏單位為：中國(guó)國(guó)家典型培養(yǎng)物保藏中心，地址：武漢大學(xué)內(nèi)，保藏日期為：2015年9月14日，保藏號(hào)為：CCTCC NO：M2015535。

本發(fā)明還提供一種放大培養(yǎng)上述的硫酸鹽還原菌的培養(yǎng)基，該培養(yǎng)基配方為：乳酸鈉3.5g，NH₄Cl 1.0g，Na₂SO₄1.0g、MgSO₄0.1g、K₂HPO₄0.5g、(NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O 0.65g和CaCl₂0.1g溶于1L蒸餾水中，調(diào)整pH為7.0-7.2。

本發(fā)明還提供一種回收礦山廢水中有價(jià)金屬的工藝，包括以下步驟：

1)在生物反應(yīng)器內(nèi)接種使用上述培養(yǎng)基培養(yǎng)的硫酸鹽還原菌，菌濃度10⁸個(gè)/mL，接種體積為反應(yīng)體系的1％，并將高COD濃度的食品加工廢水稀釋1000倍后作為碳源通入生物反應(yīng)器；

2)酸性礦山廢水依照順序進(jìn)入第一接觸反應(yīng)器、第二接觸反應(yīng)器進(jìn)行選擇性沉淀，并在第一接觸反應(yīng)器和第二接觸反應(yīng)器之間設(shè)置管道進(jìn)行回流；

接觸反應(yīng)器內(nèi)主要是金屬離子和S^2-形成金屬硫化物沉淀，由于礦山酸性廢水水質(zhì)不一樣，所含金屬離子濃度、種類(lèi)、pH均差別較大，根據(jù)具體反應(yīng)進(jìn)程來(lái)調(diào)整反應(yīng)時(shí)間。

3)將第二接觸反應(yīng)器排出的廢水通入生物反應(yīng)器，并在第二接觸反應(yīng)器和硫酸鹽還原生物反應(yīng)器之間設(shè)置管道進(jìn)行回流；

4)將生物反應(yīng)器流出廢水通入好氧反應(yīng)池進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)液排放或回用，反應(yīng)產(chǎn)生的污泥返回生物反應(yīng)器作為碳源。

優(yōu)選地，步驟1)中所述食品加工廢水中COD濃度大于100000mg/L。

優(yōu)選地，步驟1)中所述食品加工廢水為糖蜜廢水或酒精廢水。

優(yōu)選地，步驟2)中所述第一接觸反應(yīng)器的pH為2-3，第二接觸反應(yīng)器的pH為4-5。

本發(fā)明所用硫酸鹽還原菌的菌種分離自德興銅礦的生活污水。

本發(fā)明的硫酸鹽還原菌SRB4具有如下特點(diǎn)：菌種為弧菌，菌體大小為0.8-1.0×1.0-3.0μm。革蘭氏染色為陽(yáng)性，有芽孢，能運(yùn)動(dòng)，有鞭毛，在含F(xiàn)e²⁺培養(yǎng)基中菌落為黑色，直徑在1～3mm，菌落為圓形。菌種生長(zhǎng)的pH范圍為3.0～9.0，最適pH為7.5；生長(zhǎng)溫度范圍在20～45℃，最適生長(zhǎng)溫度為30～35℃；有較高的耐鹽性，在含有2～3％NaCl時(shí)生長(zhǎng)最好。菌種可以利用乳酸鈉、乙酸鈉、檸檬酸鈉、乙醇、丙酮、在乳酸鈉和檸檬酸鈉中生長(zhǎng)最好。菌種除能在硫酸鹽中生長(zhǎng)外，還可利用S、DMSO、FeCl₃為電子受體。菌種具有過(guò)氧化氫酶活性，微量氧氣不會(huì)影響菌的生長(zhǎng)。

硫酸鹽還原菌的擴(kuò)大培養(yǎng)：

將保藏的純化的硫酸鹽還原菌SRB-4菌種以相對(duì)于所制備培養(yǎng)基的體積5％的接種量接種入培養(yǎng)基中，在25-35℃的培養(yǎng)溫度下，搖床培養(yǎng)3-5天，測(cè) 量細(xì)菌培養(yǎng)液在600nm處的吸光值，得到的OD600的數(shù)值如果在0.6-0.8之間，通過(guò)顯微鏡計(jì)數(shù)，其菌種濃度在10⁸個(gè)/mL。使用時(shí)將該菌種以體積比1％的接種量接種該菌液至生物反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)。

高濃度有機(jī)廢水經(jīng)稀釋后直接通入生物反應(yīng)器。低pH礦山酸性廢水先進(jìn)入第一接觸反應(yīng)器，然后進(jìn)入第二接觸反應(yīng)器，最終進(jìn)入生物反應(yīng)器；同時(shí)，部分廢水從生物反應(yīng)器回流至第二接觸反應(yīng)器2，部分廢水從第二接觸反應(yīng)器回流至第一接觸反應(yīng)器，生物反應(yīng)器出水進(jìn)入好氧處理工序。后續(xù)的好氧處理工藝可以大幅去除廢水中的殘余的COD，好氧工藝產(chǎn)生的剩余污泥，經(jīng)濃縮后可以回流至生物反應(yīng)器做碳源，減少碳源實(shí)際消耗量。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1.所采用的硫酸鹽還原菌在酸性pH下具有硫酸鹽還原活性，提高廢水處理的適應(yīng)性。

2.本發(fā)明提供的工藝采用分相的設(shè)計(jì)，減少金屬離子對(duì)生物反應(yīng)器內(nèi)微生物的抑制；同時(shí)由于生物反應(yīng)器內(nèi)微生物生長(zhǎng)環(huán)境維持在pH6-7，使得硫酸鹽還原率高。

3.生物反應(yīng)器采用升流式厭氧污泥床(UASB)反應(yīng)器，能夠?qū)崿F(xiàn)泥水的快速分離，回流僅回流液體，而污泥微生物不會(huì)被回流；通過(guò)回流使得生物反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的S^2-離子能夠?qū)崟r(shí)的回到前面的選擇性沉淀池，減少S^2-離子對(duì)生物反應(yīng)器內(nèi)微生物的抑制。

4.生物硫酸鹽還原過(guò)程產(chǎn)堿耗酸，產(chǎn)生的堿度可用于提升選擇性沉淀池的pH值，通過(guò)pH在線探頭及水泵可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)選擇性沉淀池內(nèi)pH的控制并進(jìn)而實(shí)現(xiàn)銅、鐵分別的選擇性沉淀。

5.后置的好氧反應(yīng)池可以充分利用出水中殘余的碳源產(chǎn)生污泥，同時(shí)使出水達(dá)標(biāo)；產(chǎn)生的污泥濃縮后可以回流生物反應(yīng)器做碳源，減少碳源的消耗量。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明提供一種硫酸鹽還原菌及使用該菌的回收礦山廢水中有價(jià)金屬的工藝，采用回流來(lái)控制多個(gè)接觸反應(yīng)器選擇性沉淀回收有價(jià)金屬，Cu²⁺的最佳沉淀酸度值為2.5左右；Zn²⁺的最佳沉淀酸度值為3.5左右；Fe²⁺的最佳沉淀酸度值為6.0左右。在Cu²⁺沉淀過(guò)程中夾帶了部分的Zn²⁺和Fe²⁺一起沉淀，同樣在Zn²⁺沉淀過(guò)程中Fe²⁺也被部分夾帶沉淀。本發(fā)明提供的工藝可以比常規(guī)工藝成本降低30-50％。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所提供硫酸鹽還原菌的掃描電鏡圖。

圖2為本發(fā)明的回收礦山廢水中有價(jià)金屬的工藝流程圖

圖3為按照本發(fā)明提供的回收礦山廢水中有價(jià)金屬的工藝處理多組分酸性廢水離子的選擇性沉淀曲線圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明提供一種硫酸鹽還原菌，該菌的分類(lèi)命名為：Uncultured sulfate-reducing bacterium SRB-4，保藏單位為：中國(guó)國(guó)家典型培養(yǎng)物保藏中心，地址：武漢大學(xué)內(nèi)，保藏日期為：2015年9月14日，保藏號(hào)為：CCTCC NO：M2015535，該菌電鏡照片如圖1所示，可以看出，該菌為弧菌。

培養(yǎng)上述硫酸鹽還原菌的培養(yǎng)基配方為：乳酸鈉3.5g，NH₄Cl 1.0g，Na₂SO₄1.0g、MgSO₄0.1g、K₂HPO₄0.5g、(NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O 0.65g和CaCl₂0.1g溶于1L蒸餾水中，調(diào)整pH為7.0-7.2。

本發(fā)明的回收礦山廢水中有價(jià)金屬的工藝，包括以下步驟：

1)在生物反應(yīng)器內(nèi)接種使用上述培養(yǎng)基培養(yǎng)的硫酸鹽還原菌，菌濃度10⁸個(gè)/mL，接種體積為反應(yīng)體系的1％，并將高COD濃度的食品加工廢水稀釋1000倍后作為碳源通入?yún)捬趿蛩猁}還原生物反應(yīng)器；

其中，該食品加工廢水COD濃度大于100000mg/L，為糖蜜廢水或酒精廢水。

2)酸性礦山廢水依照順次進(jìn)入第一接觸反應(yīng)器、第二接觸反應(yīng)器進(jìn)行選擇性沉淀，并在第一接觸反應(yīng)器和第二接觸反應(yīng)器之間設(shè)置管道進(jìn)行回流；

接觸反應(yīng)器反應(yīng)原理見(jiàn)圖2，基本結(jié)構(gòu)為柱式反應(yīng)器，反應(yīng)條件為室溫，回流通過(guò)水泵及pH反饋探頭控制，由于在生物反應(yīng)器內(nèi)硫酸根還原產(chǎn)生S^2-的過(guò)程是產(chǎn)堿耗酸的，因此該反應(yīng)器的pH會(huì)從中性pH起持續(xù)升高，而進(jìn)水pH是2-3，通過(guò)回流可以實(shí)現(xiàn)不同池子內(nèi)pH穩(wěn)定在不同的水平。

其中，第一接觸反應(yīng)器的pH為2-3，第二接觸反應(yīng)器的pH為4-5。

3)將第二接觸反應(yīng)器排出的廢水通入生物反應(yīng)器，并在第二接觸反應(yīng)器和生物反應(yīng)器之間設(shè)置管道進(jìn)行回流；

4)將生物反應(yīng)器流出廢水通入好氧反應(yīng)池進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)液排放或回用，反應(yīng)產(chǎn)生的污泥濃縮后返回生物反應(yīng)器作為碳源。

實(shí)施例1：

各裝置規(guī)格：生物反應(yīng)器容積3L，第一接觸反應(yīng)器、第二接觸反應(yīng)器容積 均為10L，好氧反應(yīng)池容積為1升。

將從城市污水處理廠剩余污泥5L濃縮至2.5升(該污泥濃度為5000mg/L)倒入生物反應(yīng)器內(nèi)，同時(shí)將培養(yǎng)的硫酸鹽還原菌SRB-4菌液(菌液濃度為10⁸個(gè)/mL)0.03L加入生物反應(yīng)器內(nèi)，取糖蜜廢水(COD100000mg/L)稀釋1000倍，以200mL/h的流量泵入生物反應(yīng)器，連續(xù)運(yùn)行10天。

其中，污泥是用于提供硫酸鹽還原菌生長(zhǎng)支撐，后續(xù)反應(yīng)中好氧反應(yīng)池中產(chǎn)生剩余污泥補(bǔ)充回生物反應(yīng)器，利于剩余碳源的利用。

將第一接觸反應(yīng)器，第二接觸反應(yīng)器充滿自來(lái)水，按圖2所示連接好，將pH2-3礦山酸性廢水(Cu²⁺，2g/L；Fe²⁺，1.0-2.0g/L；Fe³⁺，3g/L；SO4^2-，3g/L；Zn²⁺，200mg/L)以100mL/h的流量通入第一接觸反應(yīng)器，在第一接觸反應(yīng)器和第二接觸反應(yīng)器之間設(shè)置回流，并在第二接觸反應(yīng)器和生物反應(yīng)器之間設(shè)置回流，其中第一接觸反應(yīng)器和第二接觸反應(yīng)器之間回流流量為200mL/h，第二接觸反應(yīng)器和生物反應(yīng)器之間回流流量為2L/h。當(dāng)反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行20天后(以使系統(tǒng)穩(wěn)定，防止水處理效果發(fā)生波動(dòng))，反應(yīng)進(jìn)行10天，測(cè)量從好氧反應(yīng)池排放出的酸性廢水中最終Fe²⁺的去除率為95％，F(xiàn)e³⁺的去除率為90％，Cu²⁺的去除率為99％，圖3顯示通過(guò)該系統(tǒng)的選擇性沉淀曲線，可以看出，其中的銅離子、鋅離子的去除率均在85％以上，鐵離子的去除率在90％以上，處理后酸性廢水中的pH為6.6，COD小于50mg/L，可以達(dá)標(biāo)排放。