喜溫硫桿菌與新型生物反應(yīng)器的應(yīng)用研究.pdf

1、利用微生物進行金屬礦石的浸出具有悠久的歷史，在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中也開始得到應(yīng)用。微生物浸礦具有成本低、金屬回收率高及環(huán)境友好等特點，已在工業(yè)上用來從廢石、低品位原料中回收銅和鈾，也適用于高品位的硫化礦與精礦，在金的提取方面有很好的應(yīng)用前景，此外，還可以用于煤的脫硫等。在硫化礦細菌浸出過程中，金屬的溶解速率與細菌的生物量有關(guān)，故在生物浸出過程中，微生物的生長往往是速率控制步驟。因此，構(gòu)建性能良好的生物反應(yīng)器并研究微生物在反應(yīng)器中的生長特性，

2、優(yōu)化微生物培養(yǎng)條件，對提高浸出速率有著重要意義。 能夠進行生物浸礦的微生物主要是一些在酸性環(huán)境中生長的鐵或硫氧化細菌。近些年來對連續(xù)反應(yīng)浸礦系統(tǒng)的微生物學種群研究結(jié)果顯示，一些最適生長溫度為40-45℃的中度嗜熱嗜酸細菌，如喜溫硫桿菌(Thiobacillus caldus)、氧化亞鐵鉤端螺旋菌(Leptospirillum．ferrooxidans)等為浸礦細菌中的優(yōu)勢菌群。這一研究表明，中度嗜熱的鐵或硫氧化細菌在浸礦過程中具

3、有重要的作用。喜溫硫桿菌是一類專性自養(yǎng)硫氧化細菌，短桿狀，革蘭氏陰性菌，有鞭毛，可運動。 本文首先在搖床水平上，實驗研究了喜溫硫桿菌的培養(yǎng)條件，并對培養(yǎng)溫度、pH、硫粉濃度等因素進行了優(yōu)化。使用Starky-S°無機鹽培養(yǎng)基，最佳培養(yǎng)溫度為40-45℃，起始pH 2.5，硫粉濃度為2.0 g／100mL。 在難處理金精礦等高品位硫化礦生物氧化浸出的工業(yè)應(yīng)用中，高效生物反應(yīng)器的構(gòu)建是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。目前應(yīng)用于工業(yè)上

4、的生物反應(yīng)器，普遍存在剪切力大、細胞磨損嚴重、礦漿濃度較低造成設(shè)備的單位處理能力較低等缺點，本文基于生物浸出體系的物系特性，構(gòu)建了一套新型氣體環(huán)流式生物反應(yīng)器，借助于I-7000系列遠程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控模塊并結(jié)合使用LabVIEW語言開發(fā)的監(jiān)控程序，構(gòu)建了一套在線監(jiān)控系統(tǒng)，實驗表明該系統(tǒng)運行良好，實現(xiàn)了計算機對喜溫硫桿菌以及與氧化亞鐵鉤端螺旋菌在氣升式反應(yīng)器中的生長與混合浸礦的在線監(jiān)測與控制。 本文對構(gòu)建的反應(yīng)器的混合時間、氣含率

5、、氣液體積氧傳遞系數(shù)等主要液體力學 行為進行了實驗研究。實驗結(jié)果表明，氣升式反應(yīng)器中流體的混合時間、氣含率、氧傳遞系數(shù)強烈地依賴于氣體的表觀速度，在一定范圍內(nèi)提高氣速有利于循環(huán)流動、混合和傳質(zhì)，從而有利于微生物的生長。在此基礎(chǔ)上，本文較系統(tǒng)地研究了喜溫桿菌在氣升式反應(yīng)器中的培養(yǎng)特性。采用搖瓶優(yōu)化的結(jié)果，研究了喜溫硫桿菌在氣升式反應(yīng)器中的生長、氧化硫的速率、pH的變化、ORP的變化及相互關(guān)系；對反應(yīng)器的培養(yǎng)條件進行了初步優(yōu)化。結(jié)果