一種嗜酸鐵氧化微生物復(fù)合菌劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)保領(lǐng)域中污泥無害化生物處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可用于電鍍 污泥無害化處理的微生物菌劑及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 電鍍污泥是表面處理行業(yè)的終極固體廢物，成分十分復(fù)雜且毒性大，已被列為國 家重點危險廢物（《國家危險廢物名錄》)，但其富含的Cu、Zn、Ni、Cr等重金屬含量遠(yuǎn)高于礦 產(chǎn)開發(fā)品位，再利用潛在價值高，因而成為一種不可多得的、廉價的可再生有色金屬資源。
[0003] 傳統(tǒng)電鍍污泥資源化回收利用主要包括火法冶煉、化學(xué)濕法浸提或兩者聯(lián)用，但 其存在能耗大、成本高、二次污染嚴(yán)重、處理對象簡單等局限性。近年來，生物浸出（浸提） 法在電鍍污泥資源化回收處理中愈加受到關(guān)注。生物浸提法是近年來在生物濕法冶金的基 礎(chǔ)上發(fā)展起來的資源化利用新技術(shù)，其是利用微生物的氧化、生物酸溶、代謝產(chǎn)物螯合等作 用使礦物中的金屬溶解，從而達(dá)到浸提金屬目的的技術(shù)。生物冶金技術(shù)由于具有成本低、環(huán) 境友好，對物料組成沒有嚴(yán)格限制，尤其適合處理復(fù)雜、低品位含金屬的礦石等特點，已成 為世界上礦物資源加工利用的前沿技術(shù)，并已規(guī)?；瘧?yīng)用于Cu、Co、Ni、Zn、U等低品位、分 散、難處理的金屬硫化礦物或其氧化礦物的浸出，或用以去除阻礙與金屬接觸的表面雜質(zhì) (如生物氧化預(yù)處理金礦）。生物浸提法由于其獨特的優(yōu)勢，已逐步改進(jìn)甚至取代傳統(tǒng)化學(xué) 浸出法，為不同來源的難處理含重金屬污泥提供了新的無害化處理途徑。
[0004] 電鍍污泥中的重金屬（如銅、鋅、鎳、鉻及總鐵（亞鐵）等金屬）含量高，主要以金 屬氧化物或氫氧化物形式存在，部分以硫化物形式存留。生物浸出過程中，電鍍污泥中大量 存在的亞鐵伴隨其他金屬的浸出而溶出，溶出的亞鐵（Fe 2+)被嗜酸鐵氧化微生物迅速氧化 轉(zhuǎn)變成高鐵（Fe3+)，如反應(yīng)方程式（1)所示。浸出液中大量存在Fe 3+，一方面與Fe2+配合造 成浸出體系高氧化還原電位（〇RPFe 3+/Fe2+彡420mV)環(huán)境加速了其他金屬氧化物的溶出，同 時氧化硫化物而溶出金屬（如反應(yīng)方程式（2)所示）；另一方面大量存在的Fe 3+不穩(wěn)定，容 易形成鐵礬等沉淀但同時釋放H+(如反應(yīng)方程式（3)所示），進(jìn)而協(xié)助微生物加速金屬溶 出（如反應(yīng)方程式（4)所示）。而具有硫氧化功能的微生物通過氧化還原態(tài)硫等途徑促進(jìn) 污泥中金屬的溶出，如反應(yīng)方程式（4)~（6)所示。此外，嗜酸微生物代謝產(chǎn)物如丙酮酸、 草酰乙酸等有機(jī)酸通過螯合等作用溶出金屬。因而，生物法浸提電鍍污泥過程中，不同功能 (如硫氧化、鐵氧化等）的嗜酸微生物將發(fā)揮重要作用，而優(yōu)良菌種選育及功能菌群優(yōu)化復(fù) 合對提高微生物浸提電鍍污泥效率，實現(xiàn)有價金屬高效浸出起到關(guān)鍵作用。
[0005] 2Fc2+ + 1/2〇2 + 2H+ 2Fc'~ H2O (1)；
[0006] MS+2Fe3+-M 2++S〇+2Fe2+ (2)；
[0007] 3Fe3++A.+2HS04_ +6H20 - AFe3 (SO4) 2 (OH) 6+8H. (3)；
[0008] MS+2H+-M 2++H2S (4)；
[0009] H2S 十 202 雙雙 H2SO4 (5)；
[0010] S0 + H2O+3/2〇2 翌雙 H2SO4 (6)，
[0011] 以上方程式中，M = Ni2+、Zn2+、Cu2+等；A = 1(+、似+、順4+或!130+等。
[0012] 實際工業(yè)應(yīng)用中，生物浸提電鍍污泥工藝處于一個開放的、不斷變化的環(huán)境，如環(huán) 境溫度和污泥來源變化等，因而唯有具有性能優(yōu)良的菌株及其復(fù)合組成的功能菌群才能發(fā) 揮最佳的浸出效應(yīng)。
[0013] 目前，雖然對生物法浸提污泥中重金屬的微生物已有大量報道，但研宄結(jié)果主要 集中于常溫嗜酸鐵/硫氧化微生物，如中國專利文獻(xiàn)CN 101760619 A和CN 102719657 A 等主要采用常溫培養(yǎng)的嗜酸氧化亞鐵硫桿菌和嗜酸氧化硫硫桿菌等，因而獲得的菌株及其 組成的群落結(jié)構(gòu)和功能相對簡單，不利于高溫和低溫條件下復(fù)合菌劑的培養(yǎng)制備及污泥浸 出處理，也不利于復(fù)雜來源電鍍污泥的高效生物處理。此外，中國專利文獻(xiàn)CN 103451437 A 公開了高溫古菌為主的細(xì)菌輔助含銅鈷鎳的有價金屬泥渣的回收方法，該高溫古菌復(fù)合物 同樣面臨不適于常溫和低溫條件下的培養(yǎng)制備及電鍍污泥高效生物處理等問題。為了適用 于常年不同環(huán)境壓力條件，同時實現(xiàn)不同來源污泥中的金屬高效浸出，現(xiàn)有專利文獻(xiàn)中介 紹的生物浸提工藝必須額外增加一定的培養(yǎng)控溫設(shè)備及長期污泥適應(yīng)性馴化流程，這導(dǎo)致 工藝流程長、效率低及成本高，不利于生物法浸提工藝的廣泛工業(yè)應(yīng)用。鑒于目前生物法浸 提污泥的微生物種群結(jié)構(gòu)及其功能應(yīng)用的局限性，研宄一種"通用型高效"浸提電鍍污泥中 重金屬的嗜酸微生物菌劑及其制備方法具有重要意義，而目前此類報道較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服以上【背景技術(shù)】中提到的不足和缺陷，提供一 種配方簡單、經(jīng)濟(jì)性好、適應(yīng)性強(qiáng)且通用高效的嗜酸鐵氧化微生物復(fù)合菌劑，還相應(yīng)提供一 種前述嗜酸鐵氧化微生物復(fù)合菌劑的制備方法。
[0015] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種嗜酸鐵氧化微生物復(fù) 合菌劑，所述嗜酸鐵氧化微生物復(fù)合菌劑的群落組成包含嗜酸鐵質(zhì)菌（Ferroplasma acidiphilum)菌株、耐冷嗜酸鐵氧化菌（Acidithiobacillus ferrivorans)菌株、 嗜酸氧化亞鐵硫桿菌（Acidithiobacillus ferrooxidans)菌株、嗜鐵鉤端螺旋桿菌 (Leptospirillum ferriphilum)菌株和嗜酸硫化芽抱桿菌（Sulfobacillus acidophilus) 菌株。本發(fā)明的嗜酸鐵氧化微生物復(fù)合菌劑含有能適應(yīng)寬溫度范圍、能抗重金屬毒性的鐵 /硫氧化的化能自養(yǎng)或兼性自養(yǎng)的細(xì)/古菌復(fù)合菌群。
[0016] 上述本發(fā)明的嗜酸鐵氧化微生物復(fù)合菌劑中，優(yōu)選的，所述嗜酸鐵質(zhì)菌菌株 為保藏號CCTCC Ν0:Μ 2015017的嗜酸鐵質(zhì)菌，其命名為嗜酸鐵質(zhì)菌CSl (Ferroplasma acidiphilum CS1)，其于2015年1月5日被保藏于中國典型培養(yǎng)物保藏中心（地址位于中 國湖北武漢的武漢大學(xué)校內(nèi)）。該嗜酸鐵質(zhì)菌菌株能夠以亞鐵和有機(jī)物酵母粉兼性自養(yǎng)，生 長溫度范圍為10°C~50°C，最適合生長溫度約為35°C，生長pH值范圍I. 0~3. 0,最適pH 值約2. 0,是常溫浸出環(huán)境下的優(yōu)勢古菌。
[0017] 上述本發(fā)明的嗜酸鐵氧化微生物復(fù)合菌劑中，優(yōu)選的，所述耐冷嗜酸鐵氧化菌 菌株為保藏號CCTCC NO:M 2015009的耐冷嗜酸鐵氧化菌，其命名為耐冷嗜酸鐵氧化菌 CS12(Acidithiobacillus ferrivorans CS12)，其于 2015 年 1月 5 日被保藏于中國典型培 養(yǎng)物保藏中心（地址位于中國湖北武漢的武漢大學(xué)校內(nèi)）。該耐冷嗜酸鐵氧化菌菌株能夠 以亞鐵或還原態(tài)硫氧化為能源化能自養(yǎng)，生長溫度范圍為l〇°C~35°C，最適合生長溫度為 15°C~20°C，生長pH值范圍2. 0~3. 5,最適合生長pH值為2. 0,是低溫浸出環(huán)境下的優(yōu)勢 菌種。
[0018] 上述本發(fā)明的嗜酸鐵氧化微生物復(fù)合菌劑中，優(yōu)選的，所述嗜酸氧化亞鐵硫桿菌 菌株為保藏號CCTCC NO: M 2015007的嗜酸氧化亞鐵硫桿菌，其命名為嗜酸氧化亞鐵硫桿 菌CS9(Acidithiobacillus ferrooxidans CS9)，其于2015年 1月 5 日被保藏于中國典型 培養(yǎng)物保藏中心（地址位于中國湖北武漢的武漢大學(xué)校內(nèi)）。該嗜酸氧化亞鐵硫桿菌菌株 能夠以亞鐵和還原態(tài)硫為能源化能自養(yǎng)，生長溫度范圍為l〇°C~50°C，最適合生長溫度為 30°C~35°C，生長pH值范圍L 3~4. 5,最適合生長pH值為2. 0~2. 5,是常溫浸出環(huán)境下 的優(yōu)勢鐵/硫氧化菌種。
[0019] 上述本發(fā)明的嗜酸鐵氧化微生物復(fù)合菌劑中，優(yōu)選的，所述嗜鐵鉤端螺旋桿菌 菌株為保藏號CCTCC N0:M 2015010的嗜鐵鉤端螺旋桿菌，其命名為嗜鐵鉤端螺旋桿菌 CS13(Leptospirillum ferriphilum CS13)，其于2015年1月5日被保藏于中國典型培養(yǎng)物 保藏中心（地址位于中國湖北武漢的武漢大學(xué)校內(nèi)）。該嗜鐵鉤端螺旋桿菌菌株以亞鐵為 唯一能源進(jìn)行化能自養(yǎng)，生長溫度范圍為KTC~50°C，最適合生長溫度為~40°C，生長pH 范圍I. 0~2. 8,最適合生長pH為1. 2~2. 2,是中等高溫浸出環(huán)境下的優(yōu)勢鐵氧化菌種。
[0020] 上述本發(fā)明的嗜酸鐵氧化微生物復(fù)合菌劑中，優(yōu)選的，所述嗜酸硫化芽孢桿菌 菌株為保藏號CCTCC NO: M 2015006的嗜酸硫化芽孢桿菌，其命名為嗜酸硫化芽孢桿菌 CS5(Sulfobacillus acidophilus