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耐冷嗜酸菌低温快速氧化酸法地浸采铀溶液中Fe 的方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及细菌
浸出技术领域,特别是一种低温环境下细菌快速氧化酸法地浸采铀溶液中Fe2+的方法。
背景技术
[0002]
生物冶金是一种国内外公认的绿色且经济高效的冶金技术,我国的细菌地浸采铀经过长期的
基础研究和现场试验,已从室内试验、扩大试验,进入到了现场工业试验,取得了很大进展。ZL201610018578.9公开了一种“快速氧化Fe2+的移动床
生物反应器及快速氧化Fe2+的方法”,采用氧化亚
铁硫杆菌作
氧化剂把Fe2+转化为Fe3+。该方法采用的菌种为
中温菌,如A. ferrooxidans、L.ferrooxidans、A. thiooxidans,其最适生长
温度在28~35℃左右。而国内酸法地浸铀矿山主要集中在新疆和内蒙等地,地浸溶液
环境温度低,地浸溶液环境温度为5 20℃,中温菌在此低温环境氧化活性显著降低,不能满足工业生产的相关要求。~
[0003] 因此,寻找低温环境下能快速氧化酸法地浸采铀溶液中Fe2+的低温菌和氧化Fe2+2+
方法,对提高细菌氧化Fe 效率和速率、降低生产成本,最终提高细菌浸铀效率,具有非常重要的现实意义。
发明内容
[0004] 本发明的目的是克服
现有技术的上述不足而提供一种耐冷嗜酸菌低温快速氧化酸法地浸采铀溶液中Fe2+的方法。
[0005] 本发明的技术方案是:耐冷嗜酸菌低温快速氧化酸法地浸采铀溶液中Fe2+的方法,采用耐冷嗜酸硫杆菌作氧化剂,以耐酸性强、
比表面积大的生物陶粒作为该菌挂膜载体,采用移动床生物反应器对细菌进行固定化培养,从而达到快速连续氧化
吸附尾液中Fe2+的目的。
[0006] 其具体操作步骤如下:A、活化耐冷嗜酸菌菌液
采用9K培养基作为培养基,其中,9K培养基成分为:(NH4)2SO4 3000 mg/L、K2HPO4 500 mg/L、KCl 100 mg/L、MgSO4 500 mg/L、Ca(NO3)2 10 mg/L。
[0007] 首先将9K培养基加入溶液配制槽中,调节pH值到1.0 2.5,再在溶液配制槽中加入~耐冷嗜酸硫杆菌菌液,按1~50%的体积分数接种,并测定初始还原电位,然后通过搅拌器在
5~35℃温度下搅拌混匀,搅拌器转速为150~200r/min,每隔5~10h测定一次容器内培养液的还原电位,当还原电位达到500~600 mV后,即获得活化后的耐冷嗜酸菌菌液。
[0008] B、载体预处理将Φ3 5mm的陶粒载体装入载体再生槽中,加pH 值为1~2.5的
硫酸溶液浸泡,启动空~
压机,打开载体再生槽第二中心曝气装置上的调节
阀通入压缩空气进行搅拌,并补加硫酸维持溶液pH值为1~2.5,当溶液pH值不变时,关闭空压机及中心曝气装置上的调节阀,打开载体再生槽底部的隔膜阀,放掉酸液,加清
水漂洗陶粒载体至洗水变澄清。
[0009] C、挂膜C1、打开溶液配制槽上的出阀液及喷淋装置上第二阀
门加入活化后的耐冷嗜酸菌菌液和吸附尾液,将载体再生槽内的生物陶粒淹没,然后测量载体再生槽内培养液中的初始还原电位、pH值、Fe2+浓度以及温度。
[0010] 其中,吸附尾液成分为:SO42- 5000~15000 mg/L、PO43- 1~50 mg/L、Cl- 50~1000 mg/L、Fe2+ 100~2000 mg/L、∑Fe 100~3000 mg/L、Ca2+ 100~1000 mg/L、Mg2+ 100~1000 mg/L、NH4+ 10~200 mg/L、K+ 10~200 mg/L、Na+ 50~1000 mg/L,活化后的耐冷嗜酸菌菌液与吸附尾液按5~50%的体积分数接种。
[0011] C2、启动空压机,打开载体再生槽第二中心曝气装置上的调节阀,压缩空气通过流量计由第二中心曝气装置分散后进入载体再生槽内进行搅拌,每小时的通气量为载体再生槽体积的0.1~1倍,每隔1~5h测定一次培养液的还原电位,待培养液的还原电位达到500mV~600mV时,关闭第二中心曝气装置上的调节阀和空压机,然后补加FeSO4.7H2O,FeSO4.7H2O浓度控制在1~10g/L,再重复上述步骤1~4次,直至培养液氧化还原电位上升到
500mV~600mV所需时间恒定时,挂膜工作完成,打开载体再生槽底部的隔膜阀,排尽载体再生槽内的培养液,然后打开载体再生槽上的出料阀,启动
隔膜泵将陶粒载体转移到氧化塔中,陶粒载体装入量以离氧化塔顶部10~15cm为准。
[0012] D、快速连续氧化吸附尾液中的Fe2+打开喷淋装置上的第一阀门加入吸附尾液,并将氧化塔内的生物陶粒淹没,启动空压机,打开氧化塔第一中心曝气装置上的调节阀,压缩空气通过流量计由第一中心曝气装置分散后进入氧化塔内进行搅拌,氧化后的吸附尾液从氧化塔底部出液阀流出,从而实现快速连续氧化吸附尾液中的Fe2+。
[0013] 为防止初始吸附尾液流量过大对游离态细菌的过分稀释以及对生物陶粒
生物膜的破坏,通
过喷淋装置上的液体流量计来检测吸附尾液的流量,每小时吸附尾液的初始流量为氧化塔体积的0.05~0.5倍,第一中心曝气装置每小时的通气量为氧化塔体积的0.05~0.5倍,每隔1~5h测定一次流出液中的Fe2+、pH值、还原电位、温度以及室温,直至流出液氧化还原电位保持500mV~600mV并稳定后, 再加大吸附尾液的流量,每小时吸附尾液的流量为氧化塔体积的0. 5~3倍,每小时的通气量为氧化塔体积的0. 5~2倍,每隔24h测定一次流出液中的Fe2+、pH值、还原电位、温度以及室温。
[0014] E、陶粒载体的再生:在快速连续氧化吸附尾液中的Fe2+稳定运行期间,当流出液氧化还原电位低于450mV时,关闭喷淋装置上的第一阀门及氧化塔第一中心曝气装置上的调节阀,打开氧化塔底部出料阀,排放部分陶粒载体至载体再生槽中,
排放量为氧化塔内陶粒载体7总量的1/10 1/~
3,实现陶粒载体在氧化塔中的相对移动。
[0015] 对置于载体再生槽中的陶粒载体,重复B步骤,对陶粒载体进行再生处理。再生处理后,打开载体再生槽底部的隔膜阀,将陶粒载体上脱落的板结物和洗涤液从隔膜阀排出,再打开载体再生槽上的出料阀,启动
隔膜泵将陶粒载体转移到氧化塔中,实现循环利用。
[0016] 上述方法采用的移动床生物反应器包括带出阀液及搅拌器的溶液配制槽、氧化塔、空压机、流量计、载体再生槽及喷淋装置。
[0017] 所述的氧化塔为一下端封闭上端敞口的圆筒体,氧化塔底部的出料口上设有出液阀和出料阀,下端的筒体内设有带调节阀的第一中心曝气装置。
[0018] 所述的载体再生槽为一下端封闭上端敞口的圆筒体,载体再生槽筒体内的下端设有过滤板,过滤板上端的筒壁上分别设有带调节阀的第二中心曝气装置和出料阀,出料阀与隔膜泵连接,载体再生槽下端的出料口上设有隔膜阀。
[0019] 所述的喷淋装置包括第一阀门、第二阀门、液体流量计、三通管及带弯管的喷淋盘。喷淋盘上的弯管与第一阀门的一端连接,第一阀门的另一端与三通管的第一出液端连接,第二阀门的一端与三通管的第二出液端连接,液体流量计的出液端与三通管的进液端连接,喷淋装置安装在氧化塔开口端的上方。
[0020] 空压机的出气端通过管道与气体流量计的进气端连接,气体流量计的出气端分别与氧化塔上第一中心曝气装置上的调节阀及载体再生槽上第二中心曝气装置上的调节阀连接。
[0021] 本发明与现有技术相比具有如下特点:1、本发明选育的耐冷嗜酸菌,在5 20℃低温环境下仍能保持细菌的氧化活性,快速氧~
化亚铁离子。
[0022] 2、本发明采用吸附尾液作细菌营养成分,只是在生物陶粒挂膜时选用了培养基作细菌营养物质,正常运行期间不需要添加任何营养物质,节约了生产成本。
[0023] 以下结合
附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。
附图说明
[0024] 附图1为采用移动床生物反应器快速氧化低温酸法地浸采铀溶液中Fe2+的工艺
流程图;附图2为喷淋装置的结构示意图。
具体实施方式
[0025]
实施例一、耐冷嗜酸菌低温快速氧化酸法地浸采铀溶液中Fe2+的方法,采用耐冷嗜酸硫杆菌作氧化剂,以耐酸性强、比表面积大的生物陶粒作为该菌挂膜载体,采用移动床生物反应器对细菌进行固定化培养,从而达到快速连续氧化吸附尾液中Fe2+的目的。
[0026] 其具体操作步骤如下:A、活化耐冷嗜酸菌菌液
采用9K培养基作为培养基,其中,9K培养基成分为:(NH4)2SO4 3000 mg/L、K2HPO4 500 mg/L、KCl 100 mg/L、MgSO4 500 mg/L、Ca(NO3)2 10 mg/L。
[0027] 首先将9K培养基加入溶液配制槽1中,调节pH值到1,再在溶液配制槽1中加入耐冷嗜酸硫杆菌菌液,按1%的体积分数接种,并测定初始还原电位,然后通过搅拌器1-1在5℃温度下搅拌混匀,搅拌器1-1转速为150r/min,每隔5h测定一次容器内培养液的还原电位,当还原电位达到500 mV后,即获得活化后的耐冷嗜酸菌菌液。
[0028] B、载体预处理将Φ3 5mm的陶粒载体7装入载体再生槽5中,加pH 值为1的硫
酸溶液浸泡,启动空压机~
3,打开载体再生槽5第二中心曝气装置5-1上的调节阀通入压缩空气进行搅拌,并补加硫酸维持溶液pH值为1,当溶液pH值不变时,关闭空压机3及中心曝气装置5-1上的调节阀,打开载体再生槽5底部的隔膜阀5-4,放掉酸液,加清水漂洗陶粒载体7至洗水变澄清。
[0029] C、挂膜C1、打开溶液配制槽1上的出阀液1-2及喷淋装置6上第二阀门6-2加入活化后的耐冷嗜酸菌菌液和吸附尾液,将载体再生槽5内的生物陶粒7淹没,然后测量载体再生槽5内培养液中的初始还原电位、pH值、Fe2+浓度以及温度。
[0030] 其中,吸附尾液成分为:SO42- 5000 mg/L、PO43- 1 mg/L、Cl- 50 mg/L、Fe2+ 100 mg/L、∑Fe 100 mg/L、Ca2+ 100 mg/L、Mg2+ 100 mg/L、NH4+ 10 mg/L、K+ 10 mg/L、Na+ 50 mg/L,活化后的耐冷嗜酸菌菌液与吸附尾液按5%的体积分数接种。
[0031] C2、启动空压机3,打开载体再生槽5第二中心曝气装置5-1上的调节阀,压缩空气通过流量计4由第二中心曝气装置5-1分散后进入载体再生槽5内进行搅拌,每小时的通气量为载体再生槽5体积的0.1倍,每隔1h测定一次培养液的还原电位,待培养液的还原电位达到500mV时,关闭第二中心曝气装置5-1上的调节阀和空压机3,然后补加FeSO4.7H2O,FeSO4.7H2O浓度控制在1g/L,再重复上述步骤1次,直至培养液氧化还原电位上升到500mV所需时间恒定时,挂膜工作完成,打开载体再生槽5底部的隔膜阀5-4,排尽载体再生槽5内的培养液,然后打开载体再生槽5上的出料阀5-2,启动隔膜泵5-3将陶粒载体7转移到氧化塔2中,陶粒载体7装入量以离氧化塔2顶部10cm为准。
[0032] D、快速连续氧化吸附尾液中的Fe2+打开喷淋装置6上的第一阀门6-1加入吸附尾液,并将氧化塔2内的生物陶粒7淹没,启动空压机3,打开氧化塔2第一中心曝气装置2-1上的调节阀,压缩空气通过流量计4由第一中心曝气装置2-1分散后进入氧化塔2内进行搅拌,氧化后的吸附尾液从氧化塔2底部出液阀2-2流出,从而实现快速连续氧化吸附尾液中的Fe2+。
[0033] 为防止初始吸附尾液流量过大对游离态细菌的过分稀释以及对生物陶粒7生物膜的破坏,通过喷淋装置6上的液体流量计6-3来检测吸附尾液的流量,每小时吸附尾液的初始流量为氧化塔2体积的0.05倍,第一中心曝气装置2-1每小时的通气量为氧化塔2体积的0.05倍,每隔1h测定一次流出液中的Fe2+、pH值、还原电位、温度以及室温,直至流出液氧化还原电位保持500mV并稳定后, 再加大吸附尾液的流量,每小时吸附尾液的流量为氧化塔2体积的0. 5倍,每小时的通气量为氧化塔2体积的0. 5~2倍,每隔24h测定一次流出液中的Fe2+、pH值、还原电位、温度以及室温。
[0034] E、陶粒载体的再生:在快速连续氧化吸附尾液中的Fe2+稳定运行期间,当流出液氧化还原电位低于450mV时,关闭喷淋装置6上的第一阀门6-1及氧化塔2第一中心曝气装置2-1上的调节阀,打开氧化塔2底部出料阀2-3,排放部分陶粒载体7至载体再生槽5中,排放量为氧化塔2内陶粒载体
7总量的1/10,实现陶粒载体7在氧化塔2中的相对移动。
[0035] 对置于载体再生槽5中的陶粒载体7,重复B步骤,对陶粒载体7进行再生处理,再生处理后,打开载体再生槽5底部的隔膜阀5-4,将陶粒载体7上脱落的板结物和洗涤液从隔膜阀5-4排出,再打开载体再生槽5上的出料阀5-2,启动隔膜泵5-3将陶粒载体7转移到氧化塔2中,实现循环利用。
[0036] 上述方法采用的移动床生物反应器包括带出阀液1-2及搅拌器1-2的溶液配制槽1、氧化塔2、空压机3、流量计4、载体再生槽5及喷淋装置6。
[0037] 所述的氧化塔2为一下端封闭上端敞口的圆筒体,氧化塔2底部的出料口上设有出液阀2-2和出料阀2-3,下端的筒体内设有带调节阀的第一中心曝气装置2-1。
[0038] 所述的载体再生槽5为一下端封闭上端敞口的圆筒体,载体再生槽5筒体内的下端设有过滤板5-5,过滤板5-5上端的筒壁上分别设有带调节阀的第二中心曝气装置5-1和出料阀5-2,出料阀5-2与隔膜泵5-3连接,载体再生槽5下端的出料口上设有隔膜阀5-4。
[0039] 所述的喷淋装置6包括第一阀门6-1、第二阀门6-2、液体流量计6-3、三通管6-4及带弯管的喷淋盘6-5。喷淋盘6-5上的弯管与第一阀门6-1的一端连接,第一阀门6-1的另一端与三通管6-4的第一出液端连接,第二阀门6-2的一端与三通管6-4的第二出液端连接,液体流量计6-3的出液端与三通管6-4的进液端连接,喷淋装置6安装在氧化塔2开口端的上方。
[0040] 空压机3的出气端通过管道与气体流量计4的进气端连接,气体流量计4的出气端分别与氧化塔2上中心曝气装置2-1上的调节阀及载体再生槽5上中心曝气装置5-1上的调节阀连接。
[0041] 实施例二、相对于实施例一:在A步骤中,将9K培养基的pH值调节到2.0,并按25%的体积分数接种,搅拌温度为20℃,搅拌器1-2转速为180r/min,每隔8h测定一次容器内培养液的还原电位,当还原电位达到
550 mV后,即获得活化后的耐冷嗜酸菌菌液。
[0042] 在C1步骤中,吸附尾液成分为:SO42- 10000 mg/L、PO43- 25 mg/L、Cl- 500 mg/L、Fe2+ 1000 mg/L、∑Fe 1500 mg/L、Ca2+ 500 mg/L、Mg2+ 500 mg/L、NH4+ 100 mg/L、K+ 100mg/L、Na+ 500 mg/L,活化后的耐冷嗜酸菌菌液与吸附尾液按30%的体积分数接种。
[0043] 在C2步骤中,每小时的通气量为载体再生槽5体积的0.5倍,每隔3h测定一次培养液的还原电位,待培养液的还原电位达到550mV时,关闭第二中心曝气装置5上的调节阀和空压机3。
[0044] 然后补加FeSO4.7H2O,FeSO4.7H2O浓度控制在5g/L,再重复上述步骤3次,直至培养液氧化还原电位上升到550mV所需时间恒定时,挂膜工作完成,打开载体再生槽5底部的隔膜阀5-4,排尽载体再生槽5内的培养液,然后打开载体再生槽5上的出料阀5-2,启动隔膜泵5-3将陶粒载体7转移到氧化塔2中,陶粒载体7装入量以离氧化塔2顶部12cm为准。
[0045] 在D步骤中, 每小时吸附尾液的初始流量为氧化塔2体积的0.3倍,第一中心曝气装置2-1每小时的通气量为氧化塔2体积的0.3倍,每隔3h测定一次流出液中的Fe2+、pH值、还原电位、温度以及室温,直至流出液氧化还原电位保持550mV并稳定后, 再加大吸附尾液的流量,每小时吸附尾液的流量为氧化塔2体积的1. 5倍,每小时的通气量为氧化塔2体积的1倍,每隔24h测定一次流出液中的Fe2+、pH值、还原电位、温度以及室温。
[0046] 在E步骤中,陶粒载体7的排放量为氧化塔2内陶粒载体7总量的1/7。
[0047] 实施例三、相对于实施例一:在A步骤中,将9K培养基的pH值调节到2.5,并按50%的体积分数接种,搅拌温度为35℃,搅拌器1-2转速为200r/min,每隔10h测定一次容器内培养液的还原电位,当还原电位达到
600 mV后,即获得活化后的耐冷嗜酸菌菌液。
[0048] 在C1步骤中,吸附尾液成分为:SO42- 15000 mg/L、PO43- 50 mg/L、Cl- 1000 mg/L、Fe2+ 2000 mg/L、∑Fe 3500 mg/L、Ca2+ 1000 mg/L、Mg2+ 1000 mg/L、NH4+ 200 mg/L、K+ 200mg/L、Na+ 1000 mg/L,活化后的耐冷嗜酸菌菌液与吸附尾液按50%的体积分数接种。
[0049] 在C2步骤中,每小时的通气量为载体再生槽5体积的1倍,每隔5h测定一次培养液的还原电位,待培养液的还原电位达到600mV时,关闭第二中心曝气装置5上的调节阀和空压机3。
[0050] 然后补加FeSO4.7H2O,FeSO4.7H2O浓度控制在10g/L,再重复上述步骤4次,直至培养液氧化还原电位上升到600mV所需时间恒定时,挂膜工作完成,打开载体再生槽5底部的隔膜阀5-4,排尽载体再生槽5内的培养液,然后打开载体再生槽5上的出料阀5-2,启动隔膜泵5-3将陶粒载体7转移到氧化塔2中,陶粒载体7装入量以离氧化塔2顶部15cm为准。
[0051] 在D步骤中, 每小时吸附尾液的初始流量为氧化塔2体积的0.5倍,第一中心曝气装置2-1每小时的通气量为氧化塔2体积的0.5倍,每隔5h测定一次流出液中的Fe2+、pH值、还原电位、温度以及室温,直至流出液氧化还原电位保持600mV并稳定后, 再加大吸附尾液的流量,每小时吸附尾液的流量为氧化塔2体积的3倍,每小时的通气量为氧化塔2体积的2倍,每隔24h测定一次流出液中的Fe2+、pH值、还原电位、温度以及室温。
[0052] 在E步骤中,陶粒载体7的排放量为氧化塔2内陶粒载体7总量的1/3。