微生物浸出電解錳廢渣中錳離子的研究.pdf

1、隨著電解錳產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,進入到環(huán)境中的電解錳廢渣越來越多,由于電解錳廢渣為酸浸渣,本身的pH值較低,同時廢渣中還含有大量的金屬離子,這些金屬離子會隨著雨水的淋溶以及本身的滲漏作用而進入到地表水以及地下水中,進入到地表水和地下水中的金屬離子會隨著食物鏈進入人體,從而對人體的健康造成了很大的威脅和危害,同時,電解錳廢渣的露天堆積會對堆積場周圍的土壤造成嚴(yán)重的生態(tài)破壞,改變土壤的結(jié)構(gòu),從而使土壤不利于農(nóng)作物的生長。但是廢渣中含有的一定量的有

2、價金屬可以通過一定的方式和方法加以回收和利用,這些回收利用的方法包括物理浸出、化學(xué)浸出以及兩種作用相結(jié)合的浸出,然而這些方法的浸出效率較低,成本較高,而且容易造成二次污染。生物浸出技術(shù)是指通過微生物從礦石上提取有用金屬的方法,是利用微生物在生命活動中自身的氧化和還原特性,使礦石資源中的有用成分氧化或還原,以水溶液中離子態(tài)或沉淀態(tài)的形式與原物質(zhì)分離的方法。相對于物理方法以及化學(xué)方法,具有明顯得安全性、經(jīng)濟性以及環(huán)境友好性,因而成為了重要的

3、浸出重金屬元素的方法之一。然而現(xiàn)有的生物浸出技術(shù)僅僅對幾種金屬元素的浸出有突破性研究,而且利用的微生物種類相對較少。
　　 近期,在利用微生物浸出錳礦中的錳離子的研究方面取得了明顯的進展,然而研究的重心主要集中在用氧化亞鐵硫桿菌等常用的微生物浸出貧礦中的錳以及海洋中錳結(jié)核的錳。電解錳廢渣,是在電解金屬錳的過程中產(chǎn)生含有大量金屬錳的酸性渣,由于廢渣中的錳含量相對較高,因而可視為貧錳礦,對于廢渣中錳離子的浸出研究尚停留在化學(xué)浸出階段

4、,少量的研究采用化學(xué)浸出與物理浸出相結(jié)合的方式進行。盡管電解錳廢渣堆積場的環(huán)境條件非常的惡劣,但是廢渣中還是含有一定的微生物,而這些微生物對于錳離子肯定有一定的耐受性,基于這一理論,本研究首次從電解錳廢渣中分離篩選出高耐錳的菌株,并利用分離馴化出來的菌株浸出廢渣中的錳。
　　 首先,本論文首次使用從電解錳廢渣中分離純化出來的兩株菌株來進行微生物浸錳研究,與傳統(tǒng)的化學(xué)浸出以及化學(xué)浸出和物理浸出相結(jié)合的浸出方式相比具有很高的創(chuàng)新性,

5、并通過微生物的生長形態(tài)觀察、顯微形態(tài)觀察以及分子生物學(xué)的方法對兩種高耐錳菌分別進行了鑒定,確定了兩種浸錳微生物的名稱分別為Fusarium sp.和Serratia Sp.。
　　 隨后,用從廢渣中分離得到的兩種微生物Fusarium sp.和Serratia.sp.進行電解錳廢渣的生物浸出實驗,考察了在浸出過程中pH值、固液比、溫度、搖床轉(zhuǎn)速、微生物的接種量、亞鐵離子的含量、汞離子的含量等因素分別對于Fusariumsp.和S

6、erratia.sp.兩種微生物浸出廢渣中錳離子浸出效率的影響,并對兩種菌的浸出效率做了對比,確定了Fusarium sp.和Serratia.sp.的最佳浸出條件:Serratia.sp.的最佳浸出條件為:37℃,固液比為10％,pH值6,2 mL的接種量,150 rpm的搖床轉(zhuǎn)速,加入10 g/L的亞鐵離子的情況下浸出74 h，最高的浸出效率達(dá)到76.9％；Fusarium sp.的最佳浸出條件為:28℃,固液比為10％,pH值4,

7、2 mL的接種量,150 rpm的搖床轉(zhuǎn)速,加入10 g/L的亞鐵離子的情況下浸出74 h,浸出效率達(dá)到82.5％。
　　 微生物浸出的機理有兩種直接作用和間接作用,本研究通過分析浸出液的成分,以及浸出液中產(chǎn)生的有機酸的濃度隨浸出時間的變化,pH值隨浸出時間的變化,浸出前后電解錳廢渣的表面形態(tài)變化以及浸出前后電解錳廢渣中重金屬離子的形態(tài)對比分析并結(jié)合最佳條件下的浸出效率隨時間的變化,分析了Fusarium sp.在基礎(chǔ)電解錳廢渣

8、中錳離子的浸出機理,研究的結(jié)果表明:Fusarium sp.能直接作用于電解錳廢渣的表面,使廢渣表面由緊蹙變得疏松,Fusarium sp.在浸出過程中產(chǎn)生的有機酸(主要為草酸、檸檬酸、蘋果酸以及琥珀酸)能與電解錳廢渣發(fā)生氧化還原、螯合、絡(luò)合等化學(xué)反應(yīng),從而促進了廢渣中高價的錳離子轉(zhuǎn)化為二價的錳離子而進入到浸出液中。
　　 在對浸出機制進行了研究了后,對生物浸出廢渣中錳的實驗進行了擴大研究,并從經(jīng)濟效益的角度以及工藝應(yīng)用的角度對

9、浸出過程中的一些因素進行了改進,如碳源的改進,曝氣裝置以及攪拌裝置的設(shè)定等,并監(jiān)控了在擴大研究過程中的pH值和溶解氧的變化,研究結(jié)果表明:葡萄糖能很好的代替蔗糖作為浸出時微生物所需的碳源,浸出過程中曝氣+攪拌不僅能很好的促進微生物的生長,而且還能很好的促進微生物與廢渣的充分接觸,從而促進微生物與廢渣的直接與間接的作用,進而提高微生物從廢渣中浸出錳離子的浸出效率,隨后的經(jīng)濟效益損益分析的結(jié)果表明,采用生物浸出的方法,1噸錳礦的浸出成本節(jié)約

10、大約520元,表明兩種微生物浸出電解錳廢渣中的錳離子不僅具有經(jīng)濟效益,同時還具有環(huán)境效益。
　　 本研究首次采用從電解錳廢渣中分離得到的微生物菌株,并反過來利用這兩種微生物對廢渣進行生物浸出實驗,研究表明這兩種菌株對于廢渣中的錳離子有很強的生物浸出能力,通過各種浸出條件的改進使其具有更高的工藝應(yīng)用價值。本研究為微生物浸錳研究提供了新的微生物種類,同時為電解錳廢渣的資源化利用提供了新的更經(jīng)濟更環(huán)保的途徑,為電解錳廢渣的資源化利用從