锰的细菌氧化实验研究.pdf

收稿日期 1998210214 陈祥军 男 1969年11月出生 讲师 第12卷第3期石 家 庄 铁 道 学 院 学 报Vol . 12 No. 3 1999年9月 JOURNAL OF SH IJ IAZHUANG RA ILWAY INST ITU TESep. 1999 锰的细菌氧化实验研究 陈祥军 1 高占凤 2 石家庄铁道学院交通工程系 1 电子工程系 2 石家庄 050043 【摘要】 以广西西南部的下雷湖润锰矿床为基础,利用首次从锰矿矿坑水中分离出来 的两种锰的氧化细氧进行了细菌对碳酸锰矿石的氧化实验。 实验结果证明,细菌对锰有较强的 氧化作用。 结合矿床的其它方面特征,认为自然界中细菌在氧化锰矿床的形成过程中起着积极 的作用,同时也为高磷碳酸锰矿石的选冶提供了思路。 【关键词】 锰 氧化 细菌 【分类号】O 6141711 锰是一种重要的矿产资源,在冶金工业、 化学工业、 电器工业等方面有着广泛的用途。 自然界中锰矿床 以沉积型的碳酸锰矿为主,这种矿床一般在发生了次生富集后可形成氧化锰矿床,氧化锰矿石中锰的含量 比碳酸锰矿石高得多,目前所开采的锰矿多数是氧化锰矿床。因此,研究锰的氧化富集机制是国内外地质 学者对锰矿床研究的一个重点,特别是近几年,细菌对锰的氧化作用引起了众多学者的注意。本文作者在 对下雷湖润锰矿进行了较为详细的地质调查研究后,在国内首次从矿坑水中分离出了两种锰的氧化 细菌M etallogenium Symbioiticum共生生金菌和Hyphom icrobium vulgare普通生丝微菌 , 利用两种 细菌对碳酸锰矿石进行了氧化实验。 本文主要介绍两种锰细菌的特性、 氧化实验过程及实验结果的分析与 讨论。 1 锰细菌特性 111 M etallogen ium Symbioiticum M. Symbioiticum是一种发芽繁殖、 嗜温、 好氧的氧化菌,也是一种化能有机营养型细菌,适宜于在 PH值为6～8的环境中生长,在细菌混杂的微生物群系中生长较好,锰的碳酸盐有刺激其生长的作用。该 菌经分离纯化后接种于平皿中培养,三天后菌落发育良好,个体小,白色光滑。 将菌株接种于液体培养基中 观察其生长情况表明,该细菌的生长具有明显的周期性,每一周期又分为四个阶段开始阶段菌体呈卵园 形的细胞状态,然后细胞纵向生长、 菌体延长,逐渐形成束状微菌落,最后形成放射丝状体。 112 Hyphom icrobium vulgare H. vulgare是一种反硝化细菌,可从含硝酸盐和甲醇的培养基中富集培养得到,是静止水域常见的微 生物。 它也是一种有机化能营养菌,生长要求CO2,能在不加碳源的无机培养基中生长。 其生存的温度范围 是15～30℃,最适宜的温度是25～30℃,嗜好中性或稍碱性的培养基,也是一种好氧菌。将该菌落接种于 液体培养基中观察其生长情况表明其生长周期不如M. Symbioiticum明显,每个周期也可划分为两个阶 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 段,开始阶段菌体呈细胞状态存在,以小细胞为主;然后菌体发芽生长,呈柄状或丝状物。 2 细菌氧化锰试验 为了对比单一菌种和混合菌对锰的氧化作用的强弱,分别选择了M. Symbioiticum和H. vulgare以 及二者的混合菌对碳酸锰矿石进行氧化实验。首先将菌种进行驯化,即将菌种从固体培养基中接种于 10的碳酸锰矿粉溶液中培养,使之适应环境;然后配制所研究菌种的合适的液体培养基,装在250m l的 烧杯中,放入7g200目的碳酸锰矿石粉末,高压灭菌30m in后,与驯化液混合,塞紧瓶口,置于恒温振荡器 中在适宜的温度下振荡;每隔一定时间,测定溶液中氧化锰的含量以及溶液的PH值锰的含量采用 H2O2KMUO4容量法测定 , 并制片观察细菌生长情况。实验结果列于表1。 表1 细菌对碳酸锰矿石中锰的氧化结果氧化锰单位为mmol 时间 d M. Symbioiticum PH氧化锰 H. vulgare PH氧化锰 混合菌 PH氧化锰 0716007103071210 17165010063712901058715701058 3718001068715901063811801061 5715801058718301066814501063 7717501071811201068815201068 9719601081812501073816201078 11810201088813301076816001073 13810801092813401078816501083 15810301078813901081815901081 17719101073815401083-- 19718301073815301086-- 21810401083---- 细菌对碳酸锰矿石中的锰进行作用的同时,也可能对其它元素产生影响。 将氧化后的产物与未经氧化 的碳酸锰矿石分别作了化学分析对比,以M. Symbioiticum为例,氧化21d后的产物中铁、 磷的变化如表 2。 表2 细菌对碳酸锰矿石中铁、 磷的影响 样 品Fe2Fe3P 未氧化的碳酸锰矿石3131314401079 氧化后的碳酸锰矿粉2139317401073 3 实验结果分析与讨论 加入碳酸锰矿粉后的M. Symbioiticum菌液,菌体生长较为缓慢,但仍具有周期性,其生长变化规律 与单纯的共生生金菌相似,溶液的PH值和氧化锰的摩尔数也都表现出周期性变化。第5天溶液的PH值 和氧化锰摩尔数减少,镜下观察发现菌体呈一团团的菌落,上面覆盖有锰的氧化物;进入第二周期后,菌的 数量增加,个体增大,相应的溶液的PH值和氧化锰的摩尔数也逐渐增加;从第15天开始, PH值和氧化锰 的摩尔数持续下降,镜下观察表明菌体呈网状或团状集合体分布,上面覆盖有锰的氧化物,到19天,几乎 所有的菌体都被锰的氧化物所覆盖;大量锰氧化物的形成,使M. Symbioiticum活动性降低,甚至有一些 87石 家 庄 铁 道 学 院 学 报第12卷 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 菌体伴随锰氧化物下沉。H. vulgare对锰的实验结果表明,其PH值和氧化锰摩尔数几乎表现为直线上升 趋势,与M. Symbioiticum相比周期性不明显。镜下观察发现,当PH值下降时,溶液中的细菌数量减少; 当有锰氧化物形成时它们就会覆盖菌体,在容器底部可以观察到小球状的氧化锰包裹物。 混合菌对碳酸锰 矿粉的氧化也呈现出一定的周期性。第11天时,溶液的PH值下降,镜下观察发现有少量的锰的氧化物已 覆盖菌体;第15天溶液PH值再次下降时,大部分菌体的中心已覆盖着锰氧化物。而后由于锰氧化物的作 用,菌体的数量相对减少,活动性降低,细菌氧化作用减弱。 实验表明,细菌对锰有氧化作用,这种氧化作用与细菌生长规律相关,并影响溶液的PH值。 加入矿石 粉末后的菌液,随着细菌生长的周期性变化, PH值和锰氧化物的形成都表现出周期性。开始随着细菌的 繁殖生长,溶液的PH值和锰氧化物含量不断增大;进而锰氧化物沉淀, PH值也随之下降;当附着锰氧化 物的细菌下沉时,新细菌数量增加, PH值又会升高,经过一段时间的氧化,又有锰的氧化物形成, PH值又 下降。对三组实验的数据进行一元线性回归分析,回归方程的斜率可理解为平均氧化速率。三组实验的氧 化速率各不相同,分别是M. Symbioiticum为21310- 11mols,H. vulgare为31210- 11mol s, 混合菌为 41110- 11mol s, 很明显混合菌的氧化作用比单一菌种更强烈,更稳定。 细菌对碳酸锰矿石的氧化效果与单纯的化学氧化相比较,其氧化速率比较慢。 但是细菌氧化可以发生 在接近自然情况的近中性或稍碱性环境中,化学氧化则必须在较强的碱性环境下才能进行,碳酸锰矿石中 其它元素的存在促进了细菌的氧化作用而抑制了化学氧化,细菌具有较强的适应环境的能力,细菌的自行 繁殖,会使它对锰矿石的氧化作用随着时间的推移不断进行。而且自然界中细菌的种类很多,它们共同依 存也会使这种氧化作用的效果更好。经调查,下雷湖润矿区的气候、 水文等方面的情况在很长的地质 历史时期以来非常适宜于上述菌种及共它细菌的生存,我们也正是在这一地区的矿坑水中分离出上述两 种锰的氧化细菌。因此,有理由认为,在这一类型的氧化锰矿床的形成过程中,细菌起着非常积极的作用。 对铁、 磷元素的分析结果表明,细菌在氧化锰的过程中,也可以氧化铁,氧化后的产物中Fe2含量降 低 3 131→2139, Fe3的含量相对增加 3 144→31 74 。细菌同时也能够脱磷,氧化产物中P含量降低 0 1079→01073,这为高磷、 中磷碳酸锰矿石的选冶提供了一个参考途径。 参 考 文 献 1 陈祥军 1 关于下雷湖润锰矿氧化矿形成的研究 [学位论文]1 沈阳东北大学采矿系, 1995143～53 2 郝瑞霞 1 锰的自然氧化富集机理及生物成矿实验研究 [学位论文]1 沈阳东北大学采矿系, 1994164～78 Laboratory Studies about Bacterial Oxidation toMangenese Chen Xiangjun 1 Gao Zhanfeng 2 Department of Communication Engineering 1 , Department of Electronic Engineering 2 , Shijiazhuang Railway Institute, Shijiazhaung 050043 【Abstract】In this paper, some experi ments on manganese carbonate ores are carried out w ith two kinds of manganese- oxidizing bacteria,metallogerium symbiotican hyphom icrobium vulgar, w hich are isolated from manganes ore deposit. The studies confirm that bacteria can oxidize manganese. It is con2 sidered that bacteria is active participants in the ore- ing process of manganese. The studies also provide a biologicalw ay in the utilization of high phosphorusmanganese carbonates . 【Key words】manganese oxidation bacterium 责任编辑 刘志春 97第3期 陈祥军等锰的细菌氧化实验研究 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.