三株生物浸铀细菌混合培养试验研究

【摘要】生物溶浸采矿技术以其经济、高效以及环保等多方面的优势越来越受到全世界的广泛关注，培养具有高活性、强适应性的菌种以及提高其培养效率是该技术大规模应用于工业生产的关键。本文对从某铀矿山浸出液中富集分离获得的氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌进行混合，在野外现场开展了20L培养体系下的单桶培养试验和双桶对比试验。试验结果表明该混合菌在环境温度高于18℃时具有较强的活性，经二十代连续培养能够在安装培养填料的体系初步形成生物膜，同时，对比试验表明，形成生物膜的培养体系中亚铁的氧化速率明显优于无生物膜的培养体系。

【关键词】生物浸铀;细菌;混合培养

0.引言

生物冶金具有很长的历史。中国是世界上最早采用生物冶金技术的国家，早在公元前2世纪，就有记载用铁从硫酸铜溶液中置换铜的化学作用，堆浸就是当时生产铜的主要方法[1]。在欧洲，有记载的最早的生物冶金是在1670年西班牙的Rio Tinto矿，从矿坑中回收细菌浸出的铜[2]。在生物溶浸采矿技术的工业应用研究中，菌种的活性、适应性及菌液的生产效率一直是人们关注的重点之一。本文对取自某铀矿山的三株菌种在实验室开展了按9:2:9比例进行混合培养，以研究该混合菌生长受温度环境的制约程度，生物膜的生长情况及其对亚铁氧化速率的影响，为在该铀矿开展的生物地浸采铀试验菌液大规模生产提供依据。该三株菌种均从某铀矿床集液池浸出液水样中经分离富集、纯化培养获得，分别为一株氧化亚铁硫杆菌和两株氧化硫硫杆菌。

1.试验概况

1.1单桶试验

采用该铀矿床吸附尾液和工业硫酸亚铁配制液体培养基，培养基的Fe2+浓度约为2g/L。将从该矿分离获得的三株菌种按9:2:9比例进行混合接种到20L安装有挂膜填料的塑料容器中，以研究环境温度对该混合菌的生长影响以及生物膜生长情况。具体培养条件见表1。

表1 混合培养条件

当混合菌将培养基中的Fe2+全部转化为Fe3+后，则按20%的接种比重新接种进行连续培养。

1.2双桶对比试验

将单桶挂膜培养得到的活性较好的混合菌接入新培养体系，与原体系进行同步培养，对比有、无生物膜时铁氧化速率的差别具体培养条件见表2。

表2 混合菌生物膜对比培养条件

2.试验结果及分析

2.1生物膜生长情况

混合菌在塑料桶内连续培养40小时后，桶内挂膜填料上没有明显的菌落生长，但混合菌对Fe2+的氧化速率却有小幅上升，从0.097g/L.h上升至0.103g/L.h。经过20代连续培养之后，桶内挂膜填料上初步形成生物膜。挂膜较好的原因主要有二：(1)在该培养阶段，培养温度为21℃～26℃，是混合菌适宜的生长温度范围；(2)培养过程中曝气量适中（菌液中溶解氧为6mg/L），利于菌落在挂膜填料上的附着。

2.2温度对混合菌生长的影响

混合菌在挂膜后，在连续28代培养的培养过程中，混合菌对Fe2+的氧化速率与环境温度的关系十分密切，环境温度及各代混合菌Fe2+的氧化速率变化情况如图2所示。

图 2 培养温度对Fe2+氧化速率的影响

从图2可以看出，混合菌对Fe2+的氧化速率整体上随着温度呈正相关关系：

在培养的前8代，混合菌处于对培养环境逐渐适应的过程，期间环境温度逐渐下降，Fe2+的氧化速率呈波动下降趋势；

第9～22代，随着培养温度的回升，混合菌对Fe2+的氧化速率也随之上升。从第14～21代，培养温度相对稳定于19℃，对应Fe2+氧化速率也相对稳定于0.050g/L.h。

第23～27代，培养温度从17℃直线下降到13℃，此时对应Fe2+氧化速率也呈直线下降趋势，从0.071g/L.h降至0.020g/L.h。

从上述变化情况可以看出，该混合菌对环境温度十分敏感，温度的变化直接影响混合菌的生长，温度越高，混合菌生长活性越高。但随着培养代数的增加，混合菌有逐渐适应低温环境的趋势。

2.3生物膜对铁氧化速率的影响

图3为双桶对比试验过程中Fe2+氧化速率随混合菌培养代数变化关系图。

图3 混合菌生物膜对比试验结果

经过连续四代的对比培养，对比有生物膜和无生物膜两个培养体系对Fe2+氧化速率的影响，混合菌在有生物膜条件下的生长活性都明显高于无生物膜时的生长活性。在四代培养中，在有生物膜培养体系的Fe2+氧化速率分别是没有挂膜的3.42倍、2.31倍、2.24倍和2.22倍。对比试验表明，在相同培养条件下，混合菌在形成生物膜的情况下对Fe2+氧化速率明显高于无膜培养体系。

3.结论

通过混合菌的单桶试验和双桶对比试验，可以得出以下结论：

3.1在环境温度21℃～26℃，培养基pH=1.65，Fe2+浓度约2g/L，曝气量(溶解氧)为6mg/L的情况下，混合菌生物膜在经过连续二十代培养后，能够在培养填料上初步形成。

3.2环境温度是影响混合菌生长的关键因素，试验表明，混合菌活性受环境温度影响明显。当培养温度稳定后，随着培养代数的增加，混合菌活性逐渐增强。

3.3混合菌形成生物膜后，由于菌密度的增加，Fe2+氧化速率能够得到明显的提高。■

【参考文献】

［１］Murr L E.Theory and practice of copper sulphide leaching in dump sand in-situ.Mine Sci Eng,1980,12(3):121-189.

［２］Taylor J H and Whelan P F.The leaching of cuprous pyrite and the precipitation of copper at Rio Tinto.Spain Trans InstMin Metal,1943,52:35-71.

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