[发明专利]一种浸矿微生物连续扩大培养装置及其培养方法

说明书

本发明公开了一种浸矿微生物连续扩大培养装置，培养装置包括筒体，筒体包括依次连接的可收集溢流排出料液的上筒体、可连续扩大培养微生物的中筒体和可收集排出沉淀物的下筒体连接组成，中筒体的内部设有可拆卸的多层填料组件，多层填料组件由多层的填料箱体和装载于填料箱体内的填料组成，多层填料组件的下方设有加热装置、营养液分布盘和设于营养液分布盘下方的曝气装置。该培养装置，设计简单，可以实现连续培养，提高成熟菌液的微生物浓度，在维持高浓度菌液连续生产的同时有效缓解了反应器内菌种的流失问题，提高了浸矿微生物的培养效率，具有安全高效、占地小、功耗低、操作简单且容易可以实现多个培养装置组合培养等特点。

技术领域

本发明属于生物冶金技术领域，尤其涉及一种浸矿微生物连续扩大培养装置及其培养方法。

背景技术

生物冶金技术是以湿法冶金和微生物学为基础的交叉学科，是选冶领域发展最快的一项新技术，具有能处理低品位复杂矿石、反应温和、经济安全和低碳环保等优势，拥有广阔的工业应用前景。该技术是利用矿区广泛存在的极端嗜酸性铁硫氧化细菌与矿石中的硫化矿物作用将矿物溶解，有价值的金属元素保留在浸出渣中或以离子形态进入溶液，再通过富集、分离和提取等工艺成为可供销售的工业产品，已成功用于低品位铜、金、铀矿石的浸出。然而，生冶金工业化应用却往往受到微生物扩大培养的制约，因其菌液产量往往达不到堆浸或搅拌浸出的需求。工业化实施中，不仅在浸矿细菌转入堆浸场或浸出反应器前的接种过程需要大量浸矿微生物，在生物浸出过程调控也需要补充大量的浸矿微生物。因此，浸矿菌种的工业化培养是生物冶金技术的一项核心内容。

目前，工业化的细菌放大培养最常见的方法主要包括细菌培养池培养、搅拌槽培养和气升式反应器培养等。（1）培养池培养是在池中加入微生物及其营养液进行曝气培养，存在受天气影响大、占地面积大、微生物生长速率慢、效率低、调控难等缺点。专利CN1121116A公开了一种生物冶金微生物放大培养装置，主要有三级放大培养装置和送气装置组成，工业上能实现菌液的扩大培养，但该装置培养的细菌浓度较低、周期较长、培养工序复杂。（2）搅拌装置培养，相对于细菌池培养，在传质传热、条件控制、培养效率方面具有不可比拟的优势，但该装置培养微生物的能耗相对较高，过高的搅拌速率对微生物有较高的剪切作用，不利于微生物的生长。中国专利CN203683622 U公开了一种用于浸矿微生物放大培养的搅拌反应槽，该反应槽能有效解决实验室采用摇瓶、烧杯培养微生物传质传热等问题，但难以满足工业化的培养需求。（3）有采用气升式反应器培养浸矿微生物，但该反应器高径比一般大于3，对反应器的耐腐蚀能力及抗压能力要求较高，成本较高。美国专利US20110045581 A 浸矿微生物的气升式培养反应器，反应器主体包括反应区、气液分离区和固体沉降区，实现了浸矿铁硫氧化微生物的高效培养，但该反应装置仍然具有微生物流失大、曝气强度高、反应器高径比大等问题。专利CN101016584公开了一种多导流筒气环流生物反应器，具有搅拌柔和、对细胞损伤小、传质效果好、结构简单，矿砂沉积现象不明显等优点，但该反应器需要严格控制曝气的均匀性，形成的铁钒沉淀不易排出。以上的传统培养均为粗放开放式的培养，微生物的生长速率本身也不高，导致占地体面积大，培养效率低等问题。

此外，也有一些新型反应器，专利CN202379992 U公开了一种用于微生物浸出的槽浸反应器，将搅拌槽和气升式反应器相结合，在低剪切力的同时实现了气液高效传质，促进了微生物的生长和繁殖，大大提高了生物浸出效率。专利CN202039060 U公开了一种生物浸出基础工业化应用过程中使用的浸矿细菌放大培养反应器，主要特点是在气升式反应器上端添加了气液交换器，适合多种环境条件下浸矿细菌的培养，具有安全高效、能耗低、操作简单和适应性强等特点。但这些技术尚没有考虑连续培养过程中的细胞流失和细胞生长之间的平衡关系，尤其是浸矿微生物体系中的黄钾铁矾形成问题，最终导致培养效率难以进一步提高。

因此，研发一种综合改善以上不足的高效浸矿微生物反应器，对本领域来说具有十分重要的意义。

发明内容