Установка для культивирования культуры микроорганизмов Thiobacillus ferroxidans
INSTALLATION FOR CULTIVATION OF A CULTURE OF MICROORGANISMS OF THIOBACILLUS FERROOXIDANS

Изобретение относится к области биотехнологии и экологии, а именно к разработке эффективной установки для культивирования культуры тионовых бактерий Thiobacillus ferrooxidans, которые обладают высокой способностью к биовыщелачиванию металлов из сплавов и отходов. Она может быть использована на металлургических предприятиях, на предприятиях по добыче и переработке руд и в других областях народного хозяйства.
Известен способ выращивания культуры Thiobacillus ferrooxidans, применяемой для обработки труднообогатимых руд с целью извлечения металлов, который представляет собой культивирование Thiobacillus ferrooxidans на среде, содержащий минеральные соли и формиат с концентрацией менее 100 ммоль (патент RU 2099412 С1, 20.12.1997).
3
2
Известен так же способ промышленного культивирования штаммов тионовых бактерий Thiobacillus ferrooxidans, применяемых для бактериально-химического выщелачивания ценных и благородных металлов из сульфидных руд, включающий введение суспензии штамма Thiobacillus ferrooxidans в питательную среду определенного состава и культивирование при температуре 25-32°С и аэрации с удельным расходом воздуха 8-10 м/ч*м (KZ 14812, 15.09.2004).
Известен также биореактор для культивирования микроорганизмов, содержащий культивационную ванну с цилиндрическими стенками, снабженную крышкой и технологическими патрубками для подключения источника суспензии, источника посевного материала, и слива готовой продукции, лопастную мешалку, снабженную приводом, барботер и теплообменник для регулирования температуры в полости культивационной ванны (SU 1570678 А1, 15/06/1990).
Задачей настоящего изобретения является разработка установки для культивирования культуры Thiobacillus ferrooxidans.
Технический результат предложенного изобретения заключается в увеличении скорости размножения ассоциации бактерий за счет интенсификации процесса культивирования, что позволяет ускорить получение биомассы бактерий.
Технический результат обеспечивается установкой для культивирования культуры микроорганизмов Thiobacillus ferrooxidans, содержащим корпус (1) с крышкой (7), воздушный компрессор (8), выход которого присоединен к трубопроводу эрлифта (2), размещенного в корпусе (1), посредством разобщительного вентиля (9) и обратного клапана (10), причем в корпусе установлена основа (3), на которой закреплены перфорированные пластины (4) с размещенными на них гранулами активированного угля (5), а установка дополнительно содержит электронагреватель (12) и блок автоматической регулировки температуры (13).
Конструкция заявленной установки представлена на рисунке 1, где изображено устройство, которое включает в себя: 1 - корпус биоустановки из полиэтиленовой трубы; 2 - трубопровод эрлифта; 3 - основа для крепления перфорированных пластин; 4 - перфорированные пластины; 5 - гранулы активированного угля; 6 - воздухоотводчик; 7 - крышка корпуса биоустановки; 8 - воздушный компрессор; 9 - разобщительный вентиль; 10 - обратный клапан; 11 - вентиль для слива биораствора; 12 - электронагреватель, в частности спиральный электронагреватель; 13 - блок автоматической регулировки температуры.
Принцип действия установки состоит в следующем: в биохимическую установку загружают активированный уголь (5), выполняющий функцию части устройства - иммобилизатора бактерий, туда же заливают питательную среду, содержащую сернокислое железо, и суспензию микроорганизмов Thiobacillus ferrooxidans, затем закрывают крышку (7) биохимической установки на болты и включают воздушный компрессор (8) и блок автоматической регулировки температуры (13). Внутри биохимической установки установлен эрлифт (2), который через внутреннюю трубу и активированный березовый уголь прокачивает биораствор в постоянном режиме. При этом происходит непрерывная подача воздуха и в установке проходят одновременно такие процессы, как бактериальное окисление березового угля ассоциацией тионовых бактерий и химическое окисление компонентов угля ионами трехвалентного железа. Для ускорения биотехнологических процессов, за счет увеличения скорости размножения ассоциации бактерий, использовали пористый иммобилизатор - активированный березовый уголь марки БАУ-А (ГОСТ 6217-74), который предварительно замачивали в растворе, содержащем ассоциацию бактерий в течение одних суток, с целью накопления культуры микроорганизмов на иммобилизаторе. Далее активированный уголь загружали в установку, представляющую собой, заявленный колоночный биореактор (рис. 1).
Технический результат достигается за счет замены мешалки на эрлифт, который насыщает биологический раствор кислородом, а также за счет использования пористого иммобилизатора - активированного угля. При этом интенсифицировать перемешивание раствора можно увеличением расхода воздуха через эрлифт.
Пример. Исходное сырье: березовый активированный уголь - 300 г; объем раствора сернокислого железа 4840 мл (рН=1,91 содержание Fe3+ = 17,75 г/л, содержание Fe2+ = 8,23 г/л). В биохимическую установку загружали навеску гранул активированного березового угля от 0,5 до 1,0 мм, заливали раствор сернокислого железа V=4840 мл, закрывали крышку биохимической установки на болты. Затем включали биохимическую установку, воздушный компрессор и блок автоматической регулировки температуры, внутри биохимической установки начинал работать эрлифт, который через внутреннюю трубу и гранулы активированного угля прокачивал биораствор в постоянном круглосуточном режиме.
Введение в процесс активированного березового угля в качестве пористого иммобилизатора, показывает (рис. 2), резкое увеличение скорости окисления железа более чем в 10 раз в течение первых 5 суток, и сокращение времени наработки рабочих концентраций CFe 3+/CFe 2+ в 5 раз.
Таким образом, заявленная установка для культивирования культуры микроорганизмов Thiobacillus ferrooxidans позволяет увеличить скорость размножения ассоциации бактерий за счет интенсификации процесса культивирования.