铝土矿高效脱硅细菌的筛选及脱硅性能研究

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作者单宇
来源南京农业大学
出版年2016
摘要
我国的铝土矿资源主要以高铝、高硅、低铁、难溶的一水硬铝石型铝土矿为主,约占98%。针对我国铝土矿资源特性采用微生物技术进行脱硅,提高铝硅比使之适合拜耳法生产工艺具有重要意义.本文从实验室保藏的菌株中筛选得到三株不同菌属的细菌,分别对这三株菌株的培养条件进行优化,并研究了三株菌株在发酵液与矿物表面的生长代谢与元素溶出的关系。为铝土矿生物脱硅提供技术支持。通过摇瓶实验从实验室保藏的菌株中筛选得到三株不同种属的菌株,分别为为粘着剑菌(Ensifer adhaerens)M78,节杆菌(Arthrobacterpascens)H19,伯克氏菌株(Burkholderia anthina)G27。三株菌株M78 H19 G27进行7d浸矿实验中释放二氧化硅的浓度分别为56.18 mg/L,52.43 mg/L,53.58 mg/L。比不接菌的对照组(19.7 mg/L)分别增加了 185%、166%、172%,都达到了显著性差异,并且这三株菌株对三氧化二铝的释放分别为0.31mg/L,2mg/L,2.15mg/L,相对于摇瓶中铝土矿的总量都很少因此这三株菌株对铝土矿具有高效的脱硅效果且释放铝元素的能力较弱。对比了三株菌株在有氮培养基、硅酸盐细菌培养基、BHm培养基三种不同培养基上菌株的脱硅效果,结果显示三株菌株均在有氮培养基上脱硅效果最好。采用单因素与响应面方法优化菌株培养条件与培养基的碳源氮源比例,结果显示优化后菌株G27、M78、H19在培养Id后的生物量(OD600)分别为0.418,1.02,1.83与优化前的生物量0.265,0.774,1.494相比,显著增加。H19、G27溶出二氧化硅浓度分别达到55 mg/L和54 mg/L,分别高于优化前的50 mg/L和51 mg/L,而在M78中优化前后脱硅效果没有变化,三株菌株优化前后对比溶出铝元素的情况没有变化。混合细菌7 d的浸矿效果显示混合细菌中H19+M78,G27+M78脱硅效果明显高于单独的G27和H19的脱硅效果,但是相比于单独M78的脱硅效果提高不明显;H19+G27脱硅效果低于单独的H19和G27的脱硅效果。通过动态摇瓶实验测得15 d内发酵液和矿物表面细菌生长、代谢产物浓度、元素溶出的动态变化,发现菌株在前期溶出元素主要是细菌代I谢产物中的有机酸及胞外多糖起作用,而在中后期,元素的溶出主要是矿物表面的细菌生长代谢的结果.相比于其他两株细菌,菌株M78在浸矿中后期发酵液中三氧化二铝的浓度下降,重新沉淀在矿物表面阻碍细菌与矿物接触,使得浸矿中后期溶出二氧化硅的速率低于其他两株菌。细菌代谢产物中胞外多糖及有机酸都有一定的脱硅效果,胞外多糖和有机酸混合的脱硅效果大于单一的效果。灭活的细菌发酵液对铝土矿也有较好的脱硅效果.但都低于细菌的脱硅效果。

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