技术领域
本实用新型属于特殊采矿领域，涉及一种浸矿用菌种快速培育装置，适用于金属 硫化矿细菌浸出技术。
背景技术
在矿产资源日益短缺以及环保要求不断严格的今天，溶浸采矿技术倍受人们关 注。与传统的矿产资源开发技术相比，细菌浸矿技术具有投资省、成本低、所需能源 少、环境污染小等优点，在世界采矿界内被誉为“绿色开采工艺”和“安全采矿技术”， 其发展前景十分广阔。
与常规堆浸相比，细菌堆浸的浸出剂中含有大量的浸矿细菌，细菌堆浸的主要任 务是制备菌液，因此，快速培育细菌的反应器就成为细菌堆浸的关键装置。
目前用于浸出金属硫化矿的常用菌种为氧化亚铁硫杆菌。细菌在人工培育引入浸 堆后靠其自然繁衍，故浸矿细菌浓度较低，只有104～105个/mL，细菌传代周期长，细 菌活性小，在溶浸液中Fe3+浓度低。针对这种不足，人们在细菌培育装置上进行了的 探索，如将水处理生物接触氧化槽的设计理念引进到铀矿堆浸的菌液制备中。目前生 物接触氧化槽已经在铀矿细菌浸出上得到初步应用，但氧化槽没有保温功能、槽体占 地面积大、槽内溶液容易出现短路现象、槽体数量较多等问题，限制了在堆浸矿山的 推广应用。
发明内容
本实用新型的目的在于，提供一种新型的浸矿细菌立式快速连续培养装置，该装 置能够克服目前生物接触氧化槽存在的缺陷，实现细菌培育连续，提高细菌浓度，缩 短培育周期，从而满足工业化堆浸所需大量优质浸矿菌液的要求。
本实用新型主体由立式圆筒仓1、硫酸容器2、培养基容器3、溢流槽4、生物膜 填料支架5、曝气器6、清水喷嘴7、计量泵8和贫液入口9组成，如图1所示。
硫酸容器2、培养基容器3位于立式圆筒仓1顶部，溢流槽4设于立式圆筒仓1 仓顶内侧下方0.5m～1.0m处，生物膜填料支架5放置于立式圆筒仓1内侧中部，曝气 器6和清水喷嘴7位于立式圆筒仓1底部内侧，清水喷嘴7位于曝气器6下方。立式 圆筒仓1内仓顶内侧、生物膜填料支架5上方设置一系列检测仪表，主要有pH仪10、 电位仪11、溶氧仪12、温度计13、离子浓度仪14等。细菌贫液从仓底贫液入口9 流入，向上通过生物膜填料支架5，细菌富液从溢流槽4流出，并采用计量泵8加入 溶浸液主管道中。
立式圆筒仓1高径比为2～20，直径2.5～15.0m，上部为圆柱体15，底部为圆锥体 16，如图2所示。圆柱体15采用三层结构，由外向内依次为承重层17、保温层18 和防腐层19。承重层17由钢筋混凝土组成，标号为C30～C50，厚度为200mm～400mm。 保温层18由泡沫混凝土、加气混凝土或充气混凝土组成，容重400kg/m3～700kg/m3， 强度1～5MPa，导热系数0.09～0.17W/m.K。防腐层19由高密度聚乙烯(HDPE)或聚 氯乙烯(PVC)软板组成，厚度为1～2.5mm，搭缝处焊接。圆锥体16可采用钢板焊 接而成，厚度为10～20mm，内侧铺设一层防腐层19。
硫酸容器2为PVC圆桶，体积为立式圆筒仓1的0.05％～0.2％，一端用塑料耐酸 泵与贮酸槽相连，另一端用电动执行器来控制流量。培养基容器3材质与硫酸容器2 相同，内盛细菌生长所需的培养基药剂，形态为液体。溢流槽4可用塑料板焊接而成。
生物膜填料支架5在圆柱体15内均匀布置，其垂直间距2～5m，材质为φ1′～ φ2′PVC塑料管。在生物膜填料支架5上纵横交错敷设尼龙绳20，在尼龙绳20上 再敷设弹性波纹立体填料21，填料21是生物工艺膜的核心和细菌的载体，是由聚丙 烯微波纹拉丝加工成的丝条，均匀排列，运行时，支架5和填料21完全淹没在液面 以下，如图3所示。
曝气器6和清水喷嘴7结构相同，由堵头22、管身23、乳胶管24、小孔25、螺 纹26组成，如图4所示。管身23采用PVC塑料管制作而成，直径为φ1/2′～φ1′， 其上均匀布置小孔25，孔径为φ1mm～φ3mm，网度为3×3mm～9×9mm，外侧采用 乳胶管24紧裹。清水喷嘴7通过螺纹26以快速接头联接到清水环管上，主要作用是 调节培育装置溶液的酸度。曝气器6通过螺纹26以快速接头联接到气管上，作用是 提供细菌快速繁殖所需的氧气和二氧化碳。
细菌快速培育的工作流程是：由清水喷嘴7向立式园筒仓1加入清水，由硫酸 容器2加入硫酸，根据酸度仪10调整溶液pH值至设计范围内，由培养基容器3加入 细菌培养基，根据离子浓度仪14调整至设计范围。在园筒仓顶加入采集的细菌，开 始培育细菌。由曝气器6加入空气，根据溶氧仪12调整曝气器6的空气流量。根据 温度仪13保持仓内温度在设计范围内。初期在仓顶取样分析细菌浓度，并与电位仪 11数据建立数学模型，后期由电位仪来间接监测细菌浓度。当细菌浓度没有达到要求， 此时认为是细菌贫液，由计量泵8经三通至贫液泵、管道及贫液入口9进入园筒仓内， 继续在仓内培育。正常期间，细菌贫液来自堆场的浸出液。贫液在园筒仓内进行连续 大规模工业化培育。当细菌浓度达到要求后，由计量泵8泵入溶浸液主干管，与浸液 液按一定比例混合形成浸矿剂。
本实用新型占地面积小、动力消耗低、保温性能好，流体流向与生物膜填料垂直， 生成的生物膜易脱落、更新快。具有成本低、投资少、工艺流程短、设备简单、自动 化程度高等优点，能够在较短时间内将细菌贫液培养成细菌富液，满足矿山企业细菌 浸出的要求，适用于有色、贵金属、稀有金属、黄金、铀矿等适用于细菌浸出的矿山 企业。
附图说明
图1 细菌连续培养装置结构示意图；
图2 立式筒仓结构示意图；
图3 填料支架及填料结构示意图；
图4 清水喷嘴结构示意图；
图5 井下立式筒仓结构示意图。
具体实施方式
实例一：
某矿于地表建立一湿法厂，采用细菌浸出次生硫化矿。曾采用卧式贮液池培育浸 矿细菌，终因处理量小而无法满足浸矿要求，只好停止使用，细菌在矿堆内任其自然 繁殖。在贫液池旁建一立式筒仓培育浸矿细菌，如图1所示，上部为圆柱体，下部为 圆锥体，直径10m，仓体高度25m，有效容积1500m3。仓体结构分三层，即承重层、 保温层和防腐层，如图2所示。承重层由钢筋混凝土组成，标号为C30，厚度为200mm。 保温层由泡沫混凝土、加气混凝土活充气混凝土组成，容重400kg/m3，强度1MPa， 导热系数0.09W/m.K，目的在于确保仓内温度在20～30℃以内，并减小仓内温度的波 动幅度。防腐层由高密度聚乙烯(HDPE)或聚氯乙烯(PVC)软板组成，厚度为 1～2.5mm，搭缝处焊接，保证酸液不外渗。圆锥体部分采用钢板焊接而成，厚度为 10～20mm，主要是便于安装曝气器和清水喷嘴。仓顶硫酸容器体积为1.5m3，培养基 容器体积为3.0m3。初期用于配制含铁的9K培养基，后期不再添加铁盐。生物膜填 料支架共设4层，并在其上均匀铺设弹性波纹立体填料，如图3所示，支架和填料完 全淹没在液面下面。在仓底设两层曝气器共45个，用于调节仓内氧气，其仰角在30 °～60°之间变化，使气泡在仓内分布均匀。清水喷嘴共设10个，用于稀释仓内细菌 溶液的酸度，喷嘴通过螺纹以快速接头联接到气管或清水环管上，其结构如图4所示。 仓内配制pH仪、电位仪、溶氧仪、离子浓度，分别监测细菌繁殖过程中仓内的酸度、 电位值、溶氧值、温度值、离子浓度值。运行时细菌贫液从仓底流入，连续向上通过 生物膜填料架，流体与填料多次垂直切割，细菌富液从仓顶溢流槽流出。仓内细菌溶 液的酸度根据pH仪的读数来调整，保持在1.8～2.5之间，当pH值高于2.5时，连接 硫酸容器的电动执行器开启，向仓内加入硫酸；当pH值低于1.8时，通过仓底清水 喷嘴补充清水来降低酸度。当需要供应气体或清水时，包裹清水喷嘴管身的乳胶管在 压力作用下扩张，空气或清水从乳胶管与管身之间的空隙中进入仓内；停止供气或清 水后，乳胶管收缩，乳胶管与管身之间的空隙闭合，阻挡菌液进入曝气器或清水喷嘴 内，有效地防止了菌液外泄。离子浓度仪动态监测仓内细菌溶液的浓度高低，当铁、 氮、镁、磷离子浓度低于标准培养基的50％时，通过培养基容器加入培养基，当铁、 氮、镁、磷离子浓度超过标准培养基的120％时，可停止添加培养基。培养的合格菌 液浓度达到107个/ml数量级，以10％的接种量通过计量泵进入喷淋主干管。
实例二：
某矿山采用井下就地破碎细菌浸出法开采低品位硫化矿，设计在井下利用一溜矿 井改造成立式细菌连续快速培育装置，如图5所示。原溜矿井直径为2m，高度为60m。 首先将溜矿井扩帮到3.5m，边扩边采用管缝式锚杆进行加固，锚杆长度2.0m，网度 为1.0m×1.0m。接着进行浇筑混凝土加固，厚度250mm，强度C30，构成承重层17。 内侧铺设PVC软板，搭缝处焊接，构成防腐层19。由于井下岩体具有保温作用，因 此不再构筑保温层。距溜井底部5m处构筑圆锥体16，圆锥体角度为60°，材质为钢 板，内侧为PVC软板。仓顶设硫酸容器和培养基容器，均为1.0m3。仓内设10层填 料支架，并铺设填料。仓底设曝气器，两层曝气器位于圆锥体中。细菌贫液从仓顶流 入，细菌富液从仓底流出，而气体向上流动，构成气-液逆向两相流。仓内配制pH仪、 电位仪、溶氧仪、离子浓度以及液位计，分别监测仓内溶液的酸度、电位值、溶氧量、 多种离子浓度和液位高度，实现细菌培养智能化。为了满足井下细菌浸出的需要，共 设3个井下立式筒仓细菌培养装置并联使用，有效容积达1200m3。