复合菌株联合废弃生物质的中低品位磷矿堆浸方法技术

本发明专利技术涉及一种复合菌株联合废弃生物质的中低品位磷矿堆浸方法。该方法根据中低品位磷矿和废弃生物质的特点，将两者破碎制成粉末后混合堆浸并喷淋复合菌液，利用复合菌液中的纤维素降解菌分解废弃生物质，为复合菌液中的异养溶磷菌提供可以直接利用的碳源，再通过异养溶磷菌溶解中低品位磷矿，最终实现中低品位磷矿低成本、大批量的开发利用。本发明专利技术方法具有处理能力强、环境友好、成本低以及工艺流程简单等诸多优点，堆浸9个月后中低品位磷矿中磷的浸出率(以五氧化二磷计)可达到58％以上。

Heap leaching method of low and medium grade phosphate rock with compound strains and waste biomass

【技术实现步骤摘要】
复合菌株联合废弃生物质的中低品位磷矿堆浸方法
本专利技术涉及磷矿资源开发与利用、废弃生物质资源化
，具体涉及一种复合菌株联合废弃生物质的中低品位磷矿堆浸方法。
技术介绍
中国是世界上最大的农业生产国之一，每年产生超过8亿公吨的残留秸秆。这些大量存在的废弃生物质是一种巨大的、可供利用的能源，其中稻草秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、花生秸秆、大豆秸秆和油菜秸秆等是常见且丰富的农业残留物，由于难以加工利用往往只能焚烧处理，不仅造成了大气环境的污染，也造成了生物质资源的极大浪费，阻碍了现代农业的可持续发展。显然，充分开发利用这种废弃生物质有利于改善空气质量、减少环境污染，还能变废为宝。目前针对废弃生物质的开发利用主要集中在通过发酵的方式将其制成生物乙醇、沼气等。我国磷矿资源丰富、储量大，现已查明磷矿石储量近180亿吨，然而我国高品位磷矿资源少、中低品位磷矿多，易选磷矿少、难选磷矿多，我国磷矿石品位大于30％的富矿不到总储量的10％，全国磷矿平均品位约为17％。目前国内常规的磷矿选矿方式是利用硫酸等无机酸对磷矿进行化学处理，使磷矿中的难溶性磷转化为可溶性磷。这种化学开发方法成本高，只适用于高品位磷矿的处理，随着高品位磷矿资源的逐渐枯竭，对中低品位磷矿的开发利用就显得尤为重要。通过提高或改进选矿工艺虽然可以提高磷矿的利用效率，但是治标不治本，还间接提高了磷矿的开采成本。为了满足作物对磷的需求，改善高品位磷矿过度开发而中低品位磷矿难利用以及日渐严重的环境问题，利用微生物技术处理中低品位磷矿逐步发展起来。借助溶磷菌溶解中低品位磷矿，被认为具有较高的效率和较低的成本。从目前的研究现状来看，具有溶磷作用的微生物可分为两类：无机化能自养型微生物(自养菌)和有机化能异养型微生物(异养菌)。目前关于自养溶磷菌的研究报告不多，主要是嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillusferrooxidans)和嗜酸氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillusthiooxidans)等。之前的研究报道表明，在黄铁矿或硫磺粉存在的条件下嗜酸氧化亚铁硫杆菌和嗜酸氧化硫硫杆菌能通过氧化黄铁矿或硫磺粉产生硫酸，从而进一步溶解中低品位磷矿，最终浸出其中的可溶性磷。武彪等人公开了一种利用嗜酸硫杆菌使混有黄铁矿的磷矿中的磷转化为可溶磷的方法(CN101434917A)，后续又开发了一株耐磷嗜酸氧化硫硫杆菌并将其用于中低品位磷矿的堆浸(CN102102085B)。国内外针对异养溶磷菌已开展了大量的研究，例如假单胞菌、芽孢杆菌、曲霉菌、青霉菌等都是已知的异养溶磷菌，它们可以通过酸化作用或者螯合作用溶解磷矿，但是这些菌株生长繁殖和生理生化代谢需要碳源。实验室常用的碳源为葡萄糖，其虽然能够为微生物生长繁殖提供能源，但是成本较高。考虑到废弃生物质含有木质素、纤维素、半纤维素等成分，可作为廉价碳源的可替代来源。迄今为止，生物质利用时通常需要先进行预处理，预处理后依然无法直接被溶磷菌利用。倘若引入纤维素降解菌，利用其产生的纤维素酶将木质纤维素水解为纤维二糖和葡萄糖等还原性糖，使得溶磷菌利用这些糖类物质作为其生长的能源物质进行繁殖，就能实现大量溶解中低品位磷矿的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述问题，提供一种复合菌株联合废弃生物质的中低品位磷矿堆浸方法。该方法利用纤维素降解菌分解废弃生物质，为异养溶磷菌提供可以直接利用的碳源，再借助异养溶磷菌溶解中低品位磷矿。该方法具有处理能力强、环境友好、成本低以及工艺流程简单等优点。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种复合菌株联合废弃生物质的中低品位磷矿堆浸方法，包括以下步骤：(a)收集废弃生物质并进行预处理，得到废弃生物质颗粒；(b)将磷矿粉与废弃生物质颗粒混合均匀后筑堆；(c)将包含异养溶磷菌和纤维素降解菌的复合菌液喷淋到矿堆上进行堆浸。进一步的，步骤(a)所述预处理包括粉碎、碱液浸泡、洗涤、干燥，所述废弃生物质选自水稻、小麦、玉米、大豆、油菜和棉花等农作物秸秆。更进一步的，废弃生物质首先粉碎成0.1mm-1mm的颗粒，然后用质量分数为2％-6％的氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液浸泡8-10天，最后依次过滤、洗涤、烘干。进一步的，所述磷矿粉粒径为0.5mm-2mm，由五氧化二磷质量含量不超过30％的中低品位磷矿石粉碎而成。进一步的，步骤(b)中筑堆时，磷矿粉与废弃生物质颗粒的质量比为100:0.5-5。更进一步的，筑堆过程中还按照10％-20％的质量比向矿堆中喷洒了复合菌液，保证微生物菌群能够快速定殖在磷矿粉与生物质颗粒上。进一步的，矿堆筑在平坦且有一定坡度的地带，矿堆底部设置有底垫、集液沟和集液池。通过集液沟、集液池收集浸出液，以20-50L/h的速率向浸出液中通入空气进行充气补氧，然后将浸出液输送至矿堆顶部重复喷淋。进一步的，步骤(c)所述复合菌液的制备方法如下：按照1:1-3的体积比将异养溶磷菌菌液和纤维素降解菌菌液混合均匀，得到复合菌液；将复合菌液接种至含磷矿粉的驯化培养基中于28-30℃下传代驯化培养3-5次，直至复合菌液中异养溶磷菌和纤维素降解菌的总浓度为106-108个/mL。所述驯化培养基的组成为：5-10g/L葡萄糖、5-10g/L秸秆粉、5-20g/L磷矿粉、2.5-5g/LMgCl2·7H2O、0.1-0.2g/L(NH4)2SO4、0.3-0.6g/LMgSO4·7H2O、0.1-0.3g/LKCl，溶剂为无菌水。进一步的，步骤(c)复合菌液中的异养溶磷菌为假单胞菌，纤维素降解菌为棘孢木霉菌。进一步的，配制复合菌液所使用的异养溶磷菌分离筛选过程如下：采集三叶草根际土壤样品，将其与无菌水按照50-100g:1L的比例混合均匀，过滤得到上清液；将上清液与溶磷菌富集培养基按照1:5-10的重量比混合，于28-30℃、150-170r/min转速下恒温摇床培养3-6天，得到溶磷菌菌液；将上一步富集得到的溶磷菌菌液接种到溶磷菌固体培养基中，于28-30℃倒置培养3-5天，得到混合溶磷菌菌落；选择单一的菌落利用划线培养的方式于28-30℃纯化培养3-5天，得到纯化的溶磷菌菌株；将纯化的溶磷菌菌株接种至溶磷菌筛选培养基中，在28-30℃、150-170r/min转速下振荡培养3-7天后，比较培养液中可溶磷含量高低，选择该项指标最高的菌株确定为高效异养溶磷菌。所述溶磷菌富集培养基组成为：8-10g/L葡萄糖、5-6gCa3(PO4)2、2.5-5g/LMgCl2·7H2O、0.1-0.2g/L(NH4)2SO4、0.3-0.6g/LMgSO4·7H2O、0.1-0.3g/LKCl，溶剂为无菌水。所述溶磷菌固体培养基组成为：8-10g/L葡萄糖、5-6gCa3(PO4)2、2.5-5g/LMgCl2·7H2O、0.1-0.2g/L(NH4)2SO4、0.3-0.6g/LMgSO4·7H2O、0.1-0.3g/LKCl、15-18g/L琼脂，溶剂为无菌水。所述溶磷菌筛选培养基组成为：8-10g/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合菌株联合废弃生物质的中低品位磷矿堆浸方法，其特征在于该方法包括以下步骤：/n(a)收集废弃生物质并进行预处理，得到废弃生物质颗粒；/n(b)将磷矿粉与废弃生物质颗粒混合均匀后筑堆；/n(c)将包含异养溶磷菌和纤维素降解菌的复合菌液喷淋到矿堆上进行堆浸。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合菌株联合废弃生物质的中低品位磷矿堆浸方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(a)收集废弃生物质并进行预处理，得到废弃生物质颗粒；
(b)将磷矿粉与废弃生物质颗粒混合均匀后筑堆；
(c)将包含异养溶磷菌和纤维素降解菌的复合菌液喷淋到矿堆上进行堆浸。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(a)所述预处理包括粉碎、碱液浸泡、洗涤、干燥，所述废弃生物质选自水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆、油菜秸秆、棉花秸秆及其他我国大面积栽培的农作物的秸秆。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述磷矿粉由五氧化二磷质量含量不超过30％的中低品位磷矿石粉碎而成，磷矿粉、废弃生物质颗粒的粒径分别为0.5mm-2mm、0.1mm-1mm，两者混合筑堆时的质量比为100:0.5-5。


4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：筑堆过程中还按照10％-20％的质量比向矿堆中喷洒了复合菌液。


5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：矿堆筑在平坦且有一定坡度的地带，矿堆底部设置有底垫、集液沟和集液池，通过集液沟、集液池收集浸出液，以20-50L/h的速率向浸出液中通入空气进行充气补氧，然后将浸出液输送至矿堆顶部重复喷淋。


6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(c)所述复合菌液的制备方法如下：按照1:1-3的体积比将异养溶磷菌菌液和纤维素降解菌菌液混合均匀，所得混合物接种至含磷矿粉的驯化培养基中于28-30℃下传代驯化培养3-5次，直至菌液中异养溶磷菌和纤维素降解菌的总浓度为106-108个/mL；所述驯化培养基的组成为：5-10g/L葡萄糖、5-10g/L秸秆粉、5-20g/L磷矿粉、2.5-5g/LMgCl2·7H2O、0.1-0.2g/L(NH4)2SO4、0.3-0.6g/LMgSO4·7H2O、0.1-0.3g/LKCl，溶剂为无菌水。


7.如权利要求1或6所述的方法，其特征在于：步骤(c)复合菌液中的异养溶磷菌为从土壤中分离筛选出的假单胞菌，纤维素降解菌为从腐烂木材中分离筛选出的棘孢木霉菌。


8.如权利要求6所述的方法，其特征在于配制复合菌液所使用的异养溶磷菌分离筛选过程如下：采集三叶草根际土壤样品，将其与无菌水按照50-100g:1L的比例混合均匀，过滤得到上清液；将上清液与溶磷菌富集培养基按照1:5-10的重量比混合，于28-30℃、150-170r/min转速下恒温摇床培养3-6天，得到溶磷菌菌液；将上一步富集得到的溶磷菌菌液接种到溶磷菌固体培养基中，于28-30℃倒置培养3-5天，得到混合溶磷菌菌落；选择单一的菌落利用划线培养的方式于28-30℃纯化培养3-5天，得到纯化的溶磷菌菌株；将纯化的溶磷菌菌株接种至溶磷菌筛选培养基中，在28-30℃、150...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖春桥，周闫，池汝安，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42