生物氧化过程中酸度在生物活性的影响范文

摘要:为明确酸度对生物氧化的影响及影响阈值。进行了细菌培养酸性条件、生物氧化酸度条件、BIOX生物氧化试验研究及荧光PCR菌群结构分析。结果表明，酸度对细菌的活性影响显著，初始酸度值控制在5～10g/L为适;高酸环境对纯细菌培养和矿物的生物氧化均有不利影响;BIOX生物氧化过程，一段反应器中酸度pH值应控制在1.0～1.3为适，随着氧化过程的进行，二段反应器中细菌对酸的耐受性会增强，酸度由10g/L升高至35g/L。荧光PCR分析结果表明，与控酸体系比较，不控酸的体系中菌群结构发生明显变化，Sulfobacillus和Ferroplasma的菌量减少了1～3数量级。因此，酸度对细菌活性影响的研究，对今后生物预氧化工业生产和控制运行成本具有重要的指导意义。

关键词:高硫高砷金精矿;生物氧化;生物活性;酸度

生物氧化工艺作为一种矿物预处理工艺〔1〕，在高硫、高砷的金精矿处理上有着不可替代的优势，相较于热压工艺，生物氧化工艺可以减少设备的投入成本，同时可以使硫不被100%的氧化，减少中和成本和系统的热负荷。相较于焙烧工艺，生物氧化中和阶段，溶液中的砷可与铁形成稳定的砷酸铁，减少含砷烟气的处理问题，具有环保上的优势〔2〕。而微生物作为生物氧化的主体，具有敏感的特性，会受到多因素的影响，硫酸作为生物氧化的产物之一，明确其对浸矿工程菌是否有影响，以及影响的阈值，就显得十分有意义。

1材料和方法

1.1矿石及其性质

针对某矿山高硫、高砷的金精矿，进行了生物氧化中试试验，金精矿化学多元素、硫化学物相、金化学物相分析结果。

1.2菌群菌群

从铜矿山的酸性矿坑水中提取获得，通过多次的铜矿浸出的培养驯化，保存在紫金矿冶技术有限公司中。

1.3培养基菌

液培养阶段，使用9K培养基(g/L):(NH4)2SO43，MgSO4•7H2O0.5，K2HPO40.5，KCl0.1，Ca(NO3)20.01，pH1.6～1.8。试验开始进料以后，只进行氮磷钾的补充，加入无铁盐的培养基(g/L):(NH4)2SO43.6，KCl1.7，KH2PO41.7。

1.4主要试剂和仪器

引物27F、At.f384R、L.f402R、S.t424R、F.a460R、F.a57F从生工生物工程(上海)股份有限公司订购，DNA提取试剂盒由TIANGEN(天根生化科技有限公司)生产，其他培养基配制以及酸碱调节药剂均为分析纯。生物预氧化设备的材质为不锈钢材。pH计与电位计均为梅特勒-托利多。荧光PCR仪采购于德国的Biometra。

1.5氧化体系工艺流程

采用了BIOX工艺〔3-4〕:生物预氧中试装置主要包括6个不锈钢的生物氧化槽(有效体积为6L)。氧化的前3槽为并联，后3槽为串联。首先对浮选的金精矿进行调浆，调浆后矿浆平行泵入前3槽，而后依次串联进入后三槽，前三槽为一段，后三槽为一段，矿浆经过六槽以后，完成两段氧化。每个槽中都配有曝气装置和搅拌装置，各槽进行水浴加热，模拟工业化控制温度。

1.6菌群结构研究

1.6.1细菌总DNA提取对试验过程中，各槽的矿浆进行取样并进行混合，取2mL样品进行离心(13000g，15min)，去除上清，收集沉淀物，在离心管中加入TENP溶液(Tris50mmol/L，EDTA20mmol/L，PVP1%，NaCl100mmol/L，pH10.0)，重悬沉淀后，进行离心，去除上清，重复TENP洗涤至上清液pH≥7。洗涤后的样品按天根试剂盒要求提取其中的细菌总DNA。

1.6.2实时定量PCR将已知浓度的标准品和未知浓度的待测样品cDNA按10倍稀释成4个浓度梯度，作为标准曲线模板(各10μL);将各样品cDNA分别稀释10倍(各10μL);(反应mix20μL，SYBRgreenImix10μL，ddH2O8μL，forwardprimer0.5μL，引物浓度0.5～1μM，reverseprimer0.5μL，template1μL)剪好八联管，将mix分装到PCR八联管中，19μL/管。加模板，将稀释好的模板加入PCR管，每管都应更换枪头，加在管壁上刻痕下方，设不加模板的空白对照，及空孔对照盖上管盖，离心，放入定量PCR仪中，按设定的参数进行PCR反应，程序为:95℃5min，94℃30s，55℃30s，72℃1min，共30个循环，72℃8min。

1.6.3数据分析利用仪器配套软件分析试验数据，定量样品起始模板量。

2结果与讨论

2.1酸度对生物氧化的影响试验

2.1.1菌种耐酸培育试验试验采用同等活性菌种20%的转接量，用硫酸进行耐酸试验，体系温度45℃，恒温水浴振荡器进行摇瓶培育。各硫酸浓度Eh值趋势图如图2所示。由图2可知，菌种在硫酸浓度5～10g/L扩培时间在48h左右，大于10g/L扩培时间开始变长。所以细菌培养的初级阶段，硫酸浓度在5～10g/L为宜，对应pH值1.5～2.0。

2.1.2不同酸度的生物氧化试验对同等活性菌液调节硫酸浓度，添加5%浓度的金精矿，在体系温度45℃，恒温水浴振荡器进行摇瓶生物氧化，试验周期7d。

2.2BIOX氧化结果

2.2.1BIOX体系不控酸不控酸-二级氧化试验结果见图6。氧化为连续进行，矿浆浓度为15%。第6d开始，每隔30min，从第6槽取样175mL，前面5槽按原来并联与串联方式依次转移相同量的矿浆，前3槽补加金精矿和培养基到原来的体积和浓度。对间隔8h的综合样进行过滤处理。前三槽(即一段)不进行酸度控制，氧化进行23d。

2.2.2BIOX体系控酸(一级控制pH值)一段(前三槽)pH值控制在1.0～1.3〔4〕，二段(后三槽)不控pH值〔5-6〕，1～7d为细菌培养和细菌驯化阶段，通过控制进料以及出料的量来调控停留时间，9～15d，停留时间7d，第27～36d，停留时间10d，第37～45d，停留时间14d，半连续进料9d。试验进行45d，由于一段并联，监测以3#为代表，二段串联，6#最能反映最后浸出情况，监测以6#为代表。

2.3菌种结构分析

结果表明，不控酸的半连续试验的细菌总数基本少于控酸的，其中钩端螺旋菌Leptospirillum2×106个/mL基本一致，嗜酸硫杆菌Acidithiobacillus1×106－7个/mL，对硫起氧化作用的Sulfobacillus和对铁起氧化作用的Ferroplasma偏少，分别为3×103个/mL和103－6个/mL。因此，分析氧化液Eh值较低的原因，可能是由于溶液中的酸度以及铁的含量过高而分别造成氧化铁硫杆菌以及氧化硫硫杆菌受到了活性抑制，甚至是死亡，从而氧化过程中三价铁还原成二价铁以后，不能及时的被细菌氧化成三价铁，从而使得体系的电位降低，同时，死亡的细菌作为有机物，还会包裹在矿物表面，阻止氧化的进一步的进行，使得氧化的效果恶化，达不到预期。

3结论

生物氧化过程中酸度对细菌活性影响较大，氧化过程需要对溶液进行中和。但中和过程对碱性物质的加入方式要十分注意，因为局部过碱，会使pH急剧升高，造成细菌的死亡，同时，会使铁沉淀，阻碍进一步的反应。1)细菌扩培阶段，菌种在硫酸浓度5～10g/L，pH值1.5～2.0，细菌活性较好，Eh值上升较快。2)生物氧化细菌对酸有个逐步适应的过程，初始阶段，需控制硫酸浓度5～10g/L，氧化过程中通过细菌逐步驯化和适应，细菌对硫酸的适应逐步提高，但氧化pH值不能低于0.5，否则对细菌活性影响较大。

作者：王梅君1，2;陈庆根1，2;林海彬1，2;范道焱1，2;郭金溢1，2 单位：1.低品位难处理黄金资源综合利用国家重点实验室，2.厦门紫金矿冶技术有限公司