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嗜酸氧化亚铁硫杆菌的诱变育种及磷矿强化浸出研究

作　者: 王恩文
导　师: 龚文琪
学　校: 武汉理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 嗜酸氧化亚铁硫杆菌分离纯化物理诱变能源物质低品位磷矿
分类号: TD97
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

我国磷矿资源虽然比较丰富,但是由于其分布不均和开采、利用的不合理,使得富矿开采殆尽,不得不将中低品位矿利用起来,而由于传统的选矿方法对于中低品位磷矿来说,都存在成本高和污染环境等缺点,因此人们开始寻找其他更优的方法。而微生物湿法冶金技术由于其经济环保性,越来越受到关注。又由于嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans,以下简称At.f菌）能通过吸收空气中的氧气来氧化还原态的铁或硫,从而取得能量并产生酸来浸出矿石中的有用物质,所以成为湿法冶金过程主要的浸矿细菌。但是该菌早期的研究主要集中在金属矿方面,而在非金属矿,尤其是磷矿的微生物湿法冶金技术方面却很少有人涉及。因此本文利用从广西某温泉采集来的含At.f菌水样进行富集、分离、纯化,然后进行实验室实验研究。从中发现;1)就At.f菌培养来说,在9K液体培养基中,最佳培养条件;初始pH为3.00、培养温度为30℃、接种量为10%（v/v）;2)对于At.f菌用于浸出低品位磷矿来说,越纯的细菌越有利于浸矿。将At.f菌（CH-5）用于连续浸矿实验研究,发现细菌浸磷率与时间的多项式统计回归分析图很接近Logistic模型,并建立了拟合关系式;3)对于物理诱变At.f菌后用于浸出低品位磷矿来说;①紫外光对于该菌的最佳作用时间段为5—10 min;②频率为59 kHz的超声波对于该菌的最佳作用时间约为15 min;③4℃低温下对于该菌的最佳处理时间段约为0.5—1h;④用修改后的Logistic模型对三个物理诱变细菌浸磷数据进行拟合后发现,诱变后模型中r（细菌浸磷率的固有增长率）值减小,而η_m（细菌最大浸磷率）增大,这样不仅用实验检验了模型,也用模型证明了物理诱变对提高细菌浸磷率是有效果的;⑤结合正交实验分析得出59 kHz超声波诱变15 min为最佳;4)利用最佳物理诱变条件下得到的At.f菌（YB-1）进行浸矿发现;①接种量为15%（v/v）和[Fe²⁺]=9g/L时为最佳;②在还原态硫对于细菌浸磷效果影响的实验中,在黄铁矿、硫代硫酸钠和单质硫用量一样的情况下,单质硫的效果最好,其次是硫代硫酸钠,最差的是黄铁矿,其中当体系中单质硫的添加量为0.5g时,达到了本文实验的最大浸磷率——第42天At.f菌浸出低品位磷矿中62.88%的磷。最后从大量的统计数据发现细菌浸磷率急剧上升的时间正好处于细菌的稳定期。并对At.f菌的浸磷机理进行初步探讨,认为该菌的浸磷机理是细菌先复合作用于含有还原态的硫和铁的物质产生酸,然后才能利用产生的酸对磷矿进行浸出的复合作用机理下的间接作用。利用数学模型分析,得到At.f菌浸出低品位磷矿的主要动力是[H⁺]、[Fe²⁺]和[Fe³⁺]。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-12
第1章绪论  12-20
  1.1 我国磷矿资源的现状  12-13
  1.2 国内外处理低品位磷矿技术现状  13-14
    1.2.1 物理方法  13-14
      1.2.1.1 选矿法  13-14
      1.2.1.2 冶炼方法  14
    1.2.2 化学方法  14
    1.2.3 微生物方法  14
  1.3 溶磷微生物  14-15
    1.3.1 异养菌  15
    1.3.2 自养菌  15
  1.4 At.f菌的描述  15-17
    1.4.1 伯杰氏手册描述  16
    1.4.2 细菌学描述  16-17
  1.5 影响At.f菌浸矿活性的因素  17-18
    1.5.1 物理型影响因素  17-18
    1.5.2 化学型影响因素  18
    1.5.3 生物型影响因素  18
  1.6 本课题的目的及意义  18-19
  1.7 本课题的研究目标及研究内容  19-20
    1.7.1 研究目标  19
    1.7.2 研究内容  19-20
      1.7.2.1 At.f菌的富集和纯培养  19
      1.7.2.2 确定最佳培育条件  19
      1.7.2.3 At.f菌的诱变和驯化  19
      1.7.2.4 利用At.f菌浸磷  19-20
第2章实验材料、仪器与方法  20-28
  2.1 实验材料与仪器  20-23
    2.1.1 菌种  20
    2.1.2 实验仪器  20-21
    2.1.3 实验药剂  21-22
    2.1.4 培养基  22
    2.1.5 黄铁矿  22
    2.1.6 磷矿样的来源与组成  22-23
  2.2 实验方法  23-24
    2.2.1 器皿的处理  23
    2.2.2 磷矿的预处理  23-24
  2.3 分析方法  24-28
    2.3.1 透射电镜样品制备——负染色法  24
    2.3.2 细菌生长特性曲线的测定  24
    2.3.3 pH及Eh的测定  24
    2.3.4 细菌浓度的测定  24-25
    2.3.5 细菌活性的测定  25
    2.3.6 细菌浸磷效果的测定  25-27
      2.3.6.1 液相法  25-26
      2.3.6.2 固相法  26-27
    2.3.7 X—射线衍射分析方法  27-28
第3章 At.f菌最佳生长条件及其特性研究  28-45
  3.1 菌种的富集与分离纯化  28-34
    3.1.1 菌种的采集与富集  28-29
      3.1.1.1 菌种的采集  28
      3.1.1.2 菌种的富集培养  28-29
    3.1.2 菌种的纯培养  29-34
      3.1.2.1 细菌的分离与纯化  29-32
      3.1.2.2 At.f菌菌种的鉴定  32-34
  3.2 优良At.f菌株的确定  34-38
    3.2.1 实验方法  34
    3.2.2 纯化与未纯化菌株培养效果对比实验  34-37
      3.2.2.1 pH值的变化  34-35
      3.2.2.2 氧化活性的变化  35-36
      3.2.2.3 菌浓度的变化  36-37
    3.2.3 纯化与未纯化菌株浸磷特性对比实验  37-38
  3.3 优良At.f菌最佳生长条件的确定  38-40
    3.3.1 初始pH对细菌生长的影响  38-39
    3.3.2 温度对细菌生长的影响  39-40
    3.3.3 接种量对细菌生长的影响  40
  3.4 优良At.f菌的培养特性  40-44
    3.4.1 生长特性曲线  40-42
    3.4.2 At.f菌对Fe~(2+)的氧化行为  42-44
  3.5 本章小结  44-45
第4章 At.f菌的物理诱变研究  45-57
  4.1 实验方法  45-47
    4.1.1 紫外光诱变  45-46
    4.1.2 超声波诱变  46
    4.1.3 低温处理  46
    4.1.4 正交实验  46-47
  4.2 试验结果与讨论  47-55
    4.2.1 紫外光诱变的影响  47-48
    4.2.2 超声波诱变的影响  48-49
    4.2.3 低温处理的影响  49-51
    4.2.4 正交实验  51-55
      4.2.4.1 菌液pH值的变化  51-52
      4.2.4.2 细菌氧化活性的变化  52-53
      4.2.4.3 细菌浸磷率的正交实验分析  53-55
  4.3 本章小结  55-57
第5章不同能源物质对于At.f菌浸磷效果的影响研究  57-67
  5.1 实验方法  57-58
    5.1.1 接种量  57
    5.1.2 Fe~(2+)浓度  57
    5.1.3 黄铁矿  57
    5.1.4 硫代硫酸钠  57
    5.1.5 单质硫  57-58
  5.2 试验结果与讨论  58-66
    5.2.1 接种量影响  58-59
    5.2.2 培养基中Fe~(2+)浓度的影响  59-60
    5.2.3 还原态硫添加量的影响  60-66
      5.2.3.1 黄铁矿  60-62
      5.2.3.2 硫代硫酸钠  62-64
      5.2.3.3 单质硫  64-66
  5.3 本章小结  66-67
第6章影响At.f菌浸磷效率的机理分析  67-87
  6.1 pH值对细菌浸磷过程的影响分析  67-69
  6.2 At.f菌浸磷过程的模型分析  69-73
    6.2.1 Logistic模型  69-70
    6.2.2 Logistic模型的应用  70-71
    6.2.3 模型与测试值的比较和分析  71-73
  6.3 物理诱变对细菌浸磷过程的影响分析  73-80
    6.3.1 紫外光诱变的影响  73-75
    6.3.2 超声波诱变的影响  75-77
    6.3.3 低温处理诱变的影响  77-80
  6.4 At.f菌的浸磷机理分析  80-82
    6.4.1 直接及间接作用机理  80-81
      6.4.1.1 直接作用机理  80
      6.4.1.2 间接作用机理  80-81
    6.4.2 初级及次级反应机理  81-82
    6.4.3 复合作用机理下的间接作用  82
  6.5 三离子循环原理  82-86
    6.5.1 At.f菌生长过程中pH的变化规律  83-84
    6.5.2 At.f菌生长过程中Eh的变化规律  84-86
    6.5.3 提高浸磷率的理论分析  86
  6.6 本章小结  86-87
第7章结论  87-89
参考文献  89-94
致谢  94-95
附录(一)  95-96
附录(二)  96-98
附录(三)  98-102
附录(四)  102-103
附录(五)  103

嗜酸氧化亚铁硫杆菌的诱变育种及磷矿强化浸出研究

内容摘要

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