中低品位磷矿微生物溶解基础研究

摘要

我国磷矿资源丰富，但其中大部分是中低品位磷矿，这些中低品位磷矿在我国目前对磷矿资源的开发利用方面基本上是处于被废弃的地位，造成了资源的极大浪费。本文以微生物溶解中低品位磷矿为主线，分别从异养菌溶磷和自养菌溶磷两个方面展开研究，以期为解决我国丰富的中低品位磷矿资源利用难题提供理论依据。 在异养菌溶磷研究部分，本文首先研究了溶磷异养菌的分离筛选及其对中低品位磷矿粉的溶解作用。首次从湖北省境内磷矿生态环境中分离筛选出一株溶磷细菌YC和三株溶磷真菌HB1、HB2和HB3。通过对四株分离菌株进行形态、生理生化及分子鉴定，结果表明，YC为嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia，S。maltophilia)，HB1为扩展青霉(Penicillium expansum，P.expansum)、HB2为分枝毛霉(Mucor ramosissimus，M ramosissimus)，HB3为克鲁斯假丝酵母(Candida krissii，C.krissii)。本文是首次报道这些菌株为溶磷微生物。 探讨了四株分离菌株的溶磷机理。结果表明，它们在代谢过程中分泌的有机酸如葡糖酸、柠檬酸和草酸等对磷酸三钙以及磷矿粉的溶解起到了关键作用。另外，四株分离菌株的溶磷能力与它们在培养液中的数量呈正相关，与培养液pH呈负相关。 研究了四株分离菌株溶解磷矿粉的最佳工艺条件。S.maltophiliaYC溶解磷矿粉的最佳工艺条件为：培养温度，29～32℃；初始pH，6.5～7.O；磷矿粉浓度，2.0 g/L;磷矿粉粒度，0.04 mm;振荡速率，140 r/min;菌液接种量，25％。三株溶磷真菌(P expansum HB1、M ramosissimus HB2和C. krissii HB3)分别在培养温度为32℃、振荡速率为160 r/min以及磷矿粉浓度和粒度分别为2.5 g/L和0.04 mm时，溶磷量达到最大。另外，在溶磷过程中，尽量减少有毒离子如Ag+的存在，或者加入一些螯合剂如EDTA等，有助于磷矿粉中可溶性磷的释放。 以盆栽小麦为研究对象，探讨了接种三株溶磷真菌对小麦幼苗生长及磷素代谢的影响。结果表明，三株溶磷真菌能通过溶解土壤中的磷矿粉从而提高土壤有效磷含量，并且有显著促进小麦幼苗茎和根长、增加茎和根的干重，以及促进小麦幼苗对磷、氮等营养元素吸收的作用。 在自养菌溶磷研究部分，本文首先研究了利用嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans，At.f)和嗜酸氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans，At.f)分别在黄铁矿粉和硫磺粉存在下对中低品位磷矿粉的溶解作用。结果表明，At.f和At.f能分别通过氧化黄铁矿粉和硫磺粉产生硫酸，形成有利于它们生长的酸性环境，同时产生的硫酸可以有效溶解磷矿粉，浸出其中的磷。在pH均为2.5的条件下，利用At.f和At. f溶解磷矿粉比稀硫酸直接溶解更为有效，其对磷的浸出率远高于稀硫酸直接溶解时的浸出率。 探讨了At.f和At.f分别在黄铁矿粉和硫磺粉存在下溶解磷矿粉的最佳工艺条件。结果表明，在黄铁矿粉存在下，At.f溶解磷矿粉浸出其中磷的最佳工艺条件为：培养温度，30℃；初始pH，2.0;振荡速率，140 r/min;磷矿粉浓度，5 g/L；At.f接种量，25％;黄铁矿粉加入量，25 g/L;HPO42-浓度，1.0 g/L；NH4+浓度，1.5 g/L；Mg2+浓度，0.5 g/L。在硫磺粉存在下，At.f溶解磷矿粉浸出其中磷的最佳工艺条件为：At.f接种量，25％;磷矿粉浓度，5 g/L;初始pH，2.0;硫磺粉加入量，10 g/L。为了促进At.厂和At.f对磷矿粉中磷的浸出，应尽量将磷矿粉和黄铁矿粉磨细，减少培养液中Fe3+的累积，同时尽量使用驯化菌作为接种菌。另外，加入一些表面活性剂如吐温80等也能促进At.f和At.f对磷的浸出。 研究了At.f的诱变和固定化处理及其对磷矿粉的溶解作用。结果表明，采用诱变和固定化处理能增强At.f的氧化活性，促进其对磷矿粉中磷的浸出。诱变处理对黄铁矿粉存在下At.f浸出磷矿粉中磷的最佳工艺条件是：15 W紫外灯下15 cm照射At.f5 min；800 W微波辐射At.f40 sec;浓度为1.0％的硫酸二乙酯诱变处理15 min。以海藻酸钠、聚乙烯醇和卡拉胶固定处理At.f结果发现其中以海藻酸钠固定At.f时的溶磷效果最好，培养第Sd，其At.f氧化活性是游离At.f氧化活性的3.5倍，其对磷矿粉中磷的浸出率是游离At.f浸出率的1.28倍。

目录

文摘

英文文摘

前言

声明

第一篇磷矿中溶磷微生物的分离筛选及其对中低品位磷矿粉的溶解作用

第一章微生物溶磷文献综述

1.1土壤中磷的分布和存在形式

1.2磷对植物生长发育的作用

1.3磷肥生产

1.4世界及我国磷矿资源概况和开发利用现状

1.5溶磷微生物研究现状及进展

1.6溶磷微生物研究展望

1.7溶磷微生物的研究意义

1.8本篇研究内容

第二章实验材料和研究方法

2.1实验材料

2.2研究方法

2.3分析方法

第三章磷矿中溶磷微生物的分离、筛选及鉴定

3.1溶磷微生物的分离、筛选

3.2高效溶磷微生物菌株的筛选及鉴定

3.3本章小结

第四章嗜麦芽寡养单胞菌YC对难溶性磷酸盐的溶解作用

4.1S.maltophilia YC对磷酸三钙的溶解特性及机理分析

4.2 S.maltophilia YC对中低品位磷矿粉的溶解特性及工艺条件优化

4.3本章小结

第五章真菌溶解中低品位磷矿粉及其对小麦幼苗生长的促进作用

5.1三株溶磷真菌对磷矿粉的溶解特性

5.2影响三株溶磷真菌溶解磷矿粉的因素分析

5.3盆栽条件下接种溶磷真菌对小麦幼苗生长及磷素转化的影响

5.4本章小结

第六章本篇结论

第七章本篇讨论与研究展望

第二篇基于生物氧化作用的中低品位磷矿细菌浸出研究

第八章细菌浸出文献综述

8.1细菌浸出的研究历史

8.2细菌浸出技术的特点

8.3浸矿细菌种类及培养条件

8.4细菌浸出机理

8.5影响细菌浸出的主要因素

8.6细菌浸出工艺

8.7细菌浸出技术的应用领域

8.8国内外细菌浸出工业化应用现状

8.9细菌浸出工艺的改进和强化

8.10细菌浸出发展趋势

8.11本篇研究意义

8.12本篇研究内容

第九章实验材料和研究方法

9.1实验材料

9.2研究方法

9.3分析方法

第十章黄铁矿粉存在下嗜酸氧化亚铁硫杆菌溶解中低品位磷矿粉研究

10.1At.f的培养及生长特性

10.2硫酸溶解和At.f溶解磷矿粉比较

10.3溶磷工艺参数优化

10.4影响At.f浸出磷矿粉中磷的因素分析

10.5At.f的诱变选育及溶磷研究

10.6At.f的固定化及溶磷研究

10.7本章小结

第十一章硫磺粉存在下嗜酸氧化硫硫杆菌溶解中低品位磷矿粉研究

11.1At.t培养特性

11.2硫酸溶解与At.t溶解磷矿粉比较

11.3 At.t溶解磷矿粉浸出磷的工艺条件及影响因素分析

11.4本章小结

第十二章本篇结论

第十三章本篇讨论与研究展望

第三篇全文结论

参考文献

致谢

攻读博士学位期间主要的研究成果