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识别和评估Heterophobic Phosphate-Solubilizing潜在金属顶吹转炉炉渣的耐药细菌隔绝

*通信:

Subarna BhattacharyyaJadavpur大学环境研究学院,188年拉贾·c·Mullick路,加尔各答,印度,电子邮件: (电子邮件保护)

文摘

顶吹转炉(LD)是一个渣浪费钢铁行业造成极大的处置问题的产品。高浓度的钙氧化物(曹)渣可以部分替代石灰石为熔剂的使用在高炉,只要磷(P)的内容可以减少渣低于0.5%。这里是尝试研究细菌的磷酸盐增溶的特性,从30天LD渣分离富含vermi-compost(但它还是)可能会溶解磷的79.5% 5% (w / v)。微x射线荧光分光光度计(ED-XRF)研究显示,孤立杆菌sp.减少总额的67.5%铬、维护曹的浓度,表明治疗LD渣可以重用钢铁加工工业。作为上层清液生成磷酸去除用于种子萌发后表明,但它还是是一个有效的应变浪费管理在钢铁行业。

关键字

顶吹转炉炉渣;磷溶解;芽孢杆菌sp。微ED-XRF;浪费管理

介绍

钢铁产量在一个集成的植物需要很多因素,比如原材料铁矿石的形式、石灰石、空气、水、电力、和燃料等在炼钢过程中,大量的固体浪费是炼钢生产的单位如顶吹转炉炉(LD)、高炉,氧气顶吹转炉(转炉),熔渣的形式。渣是一个玻璃样的产品,这是一个混合的金属氧化物和硅di-oxide (SiO₂),还包含某些元素金属和金属硫化物。在综合钢铁厂,从高炉铁水形成指控在氧气顶吹炉钢掷骰子。通常,转炉费用主要由大约80 - 90的铁水和大约10 - 20%的废钢(舍恩伯格2001;布兰德和华纳2005)。使用LD过程的主要目的是生产优质钢将废钢和熔融生铁。熔渣钢的生产在印度大约是2吨(MT)每年。钢渣的数量从各行业不同从150公斤/吨到200公斤/吨钢铁产量(1]。

由于其矿物学,化学和物理性质,它可以代替聚合应用在土木工程项目,如道路建设(表1),但是使用LD渣限制是由于存在不必要的镁和游离氧化钙含量(2]。LD渣有两个有用的组件(比如曹和氧化镁(分别)维持渣的基本素质。这个基本的LD渣潜力高通量,可以冲进更好的钙利用率和简化了的高炉熔炼过程(1]。大约30%的这样的渣利用高炉在欧洲国家。最不受欢迎的组件LD渣中磷(P)和硫(S)要删除之前,可以使用在烧结厂或高炉。因此,LD渣再利用在Bhilai钢铁厂的高炉,印度取消是由于高浓度的磷(3]。

表1。应用程序和LD渣的局限性(2,6]。

也不适当的水泥由于氧化铁的比例较高,而在高炉和烧结植物由于其磷含量高。LD渣可以重用代替石灰石造渣材料由于其高曹内容提供其磷含量降低炼钢成本减少低于< 0.5% (4- - - - - -6]。

减少磷内容从LD渣通过微生物途径需要探索,维护过程的可持续性。早期的研究与细菌Frateuria橘黄色的报道了普拉丹(7]。研究在10% (v / v)接种,从LD渣去除磷72.17%左右(7]。细菌伯克caribensisFeGL03,孤立从巴西铁矿石含有高水平的磷,也用于动员铁矿石中的磷含量(8]。具体的微生物如黑曲霉,生丝微菌属,芽孢杆菌mucilaginosus通常被用于去除磷酸盐矿石,污泥,等等。他们的效率与tri-calcium磷酸盐磷溶解最初研究模型来源的不溶性磷酸化合物在不同糖浓度,氯化钠浓度和pH值在不同的媒介。大约35%的磷可以从LD渣可溶性铜绿假单胞菌固体含量(2%5]。

努力在我们的研究中,研究了磷酸盐增溶的和金属电阻的细菌从收集到的30天丰富LD渣分离塔塔钢铁的院子里,詹谢普尔,印度。我们的结果可能负担得起一个潜在的微生物资源从LD磷酸盐去除渣含有有毒的重金属,它也可能有利于澄清异养细菌芽孢杆菌sp磷酸盐溶解的机制。

材料和方法

渣的特性

30天的老渣用于实验收集来自塔塔钢铁场和6 - 7岁渣收集从倾倒场Mahulia (22°39′0 N 86°24′0 E, 93实验室)从詹谢普尔约30公里,恰尔肯德邦,印度。水分含量、有机碳含量、氮和磷可用内容为收集到的样本进行了研究(表1)。

浓缩的LD渣

30天老LD渣(直径< 0.15毫米)是一个富含容易商业肥料,vermicompost 1:1的比例在实验室条件下和孵化37°c,这是定期滋润水和物理化学参数的测试(即含水量、有机碳含量、氮和磷含量)每周4周(表2),除了没有观察到明显的区别。30天的时间间隔后,相同的物理化学参数进行了分析。

表2。描述的LD与vermicompost渣浓缩前后。

隔离的磷酸盐增溶剂从丰富渣

细菌被孤立在营养琼脂板浓缩和non-enriched 30天老渣。24小时后的增长,个人殖民地种植在petridishes包含Pikovskaya琼脂(PVK琼脂)(Pikovskaya 1948),由酵母提取物(0.500 g / L),葡萄糖(10 g / L),磷酸钙(5 g / L),硫酸铵(0.500 g / L),氯化钾(0.200 g / L),硫酸镁(0.100 g / L),硫酸锰(0.0001 g / L),硫酸亚铁(0.0001 g / L)和琼脂(15 g / L)和修改PVK琼脂(US6638730B2) [9),含溴酚蓝指示剂和孵化37°C为24 - 48小时之内检测他们的磷酸盐溶解潜力。

各个殖民地孤立和命名。发现细菌vermicompost-1磷酸(但它还是)是最有效的增溶剂,因此选择进行进一步的实验。

生化特性的孤立的应变

细菌的生长特性进行了研究。之后,细菌的最佳生长条件的影响下,研究了不同pH值、温度、葡萄糖和氯化钠。同时,依照Bergey生化反应研究的限定词细菌学手册(10]。

DNA提取和聚合酶链反应放大

DNA分离出细菌的文化,但它还是它取得了更好的磷溶解效率和质量评估在1.2%琼脂糖凝胶。孤立的16 s rRNA DNA用通用引物放大使用Veriti (8 f - 1492 r)^®99年热循环(型号9902)。的聚合酶链反应扩增子被筛选了酶学和测序进一步使用桑格的链终止法。同时,双向的DNA测序反应聚合酶链反应扩增子进行了使用BDT v3.1循环测序工具ABI 3730 * 907 (l基因分析仪704 f和r通用引物。基本的局部比对搜索工具(爆炸)分析然后进行放大16 s rDNA序列的系统发育分析的援助NCBI数据库基因库。基于最大身份分数,第一批15个序列选择和使用多个对齐软件Clustal-W执行对齐。距离矩阵然后使用RDP生成数据库和系统树是用人MEGA5生成的。

评估de-phosphorylation LD的渣

磷去除效率是检测三种不同重量的渣即2%,5%和10% (w / v)。24小时古老文化的细菌作为培养液为10% (v / v)率这个实验。

估计磷酸盐还原:固体和液体状态分析

磷酸的数量减少测量残余磷的比例在液体中媒体是每天7天采样。最后7天,渣收集、过滤和洗涤三次蒸馏水和干干热灭菌器,分析了后微x射线荧光分光光度计(Horiba科学、xgt - 7200)检测磷剩余的渣量。无机磷释放的浓度在中磷酸(PO₄)使用钼酸vanado-ammonium方法进行了分析11]。

种子萌发研究使用治疗LD的上层清液渣

两个种子,鹰嘴豆(中投arietinum),双子叶植物物种和小麦(小麦),单子叶植物物种被选择。萌发率,研究了使用液态培养基分离后收集7天处理固体渣。本研究是为了检查液体的适用性肉汤离开从LD矿渣磷去除后(可重用的焊剂炉)农业用途。一个控制是维护使用热压处理过的蒸馏水。

结果与讨论

对LD渣

元素分析的LD渣是用微型光谱仪找出可能存在的元素,如碳、磷、氮、硫等。LD熔渣的表面成分吸和粗糙(图1)和渣中碳和氮的存在是微不足道的。

未经处理的LD渣的pH值被发现12 (表2)。渣的主要成分是钙、硅、铁、锰、镁、铝、硫和磷进行了分析使用ED-XRF,通常以氧化物形式存在。类似的结果是由集et al。6)对不同渣样品的主要成分重量百分比氧化钙(曹- 47.88%),其次是氧化亚铁(feo说- 26.30%)和二氧化硅(二氧化硅- 12.6%)。在目前的研究中,总磷元素含量之间的LD渣3.60 - -5.43重量%。的组成部分归功于富磷LD渣的微型光谱仪研究一致(先前的研究12),磷含量在3 - 7重量百分数之间被发现。

磷含量(电子探针微分析仪分析,电子探针)变化从0.67 - -3.56重量百分数为不同样本的LD渣收集从两个不同的倾销网站在印度进行的研究中报道Das et al。1]。渣收集来自Bokaro钢铁厂、印度由更高比例的钙(Ca),硅(Si)和铁(Fe) [13),类似于渣样品用于本研究收集到的塔塔钢铁在Mahulia垃圾堆积场,印度的矿物成分。刚生成的渣和30天老渣样,然而,没有或很少的有机碳和氮残留。一般来说,对植物生长、碳、氮、磷、钾是宏营养。通常对植物生长的营养需求是1.25% - 4% (w / w)氮,0.15% - 0.8% (w / w)磷和1% - 5% (w / w)钾;可以固定的碳大气作为公司₂和一个最佳pH值5.5 - -7.0。从分析中,我们可以看到,LD渣包含所有营养物质除氮和有机碳在足够的数量(表2),可以用作土壤改良剂对酸性土壤缺少足够的磷。

活性磷酸盐增溶的微生物不能孤立于未经处理的渣,所以老渣富含容易vermicompost 30天,孵化环境温度37°C磷酸为隔离一个月增溶的细菌。除了有机碳,氮和磷,其它元素浓度仍几乎相同的丰富和non-enriched LD渣(表2)。可用磷酸含量的增加在堆肥可以归因于有机质的分解,也解释了一些以往的研究,浓缩的堆肥和vermicompost石质土增加磷的可用性(14,15)和氮(16]。同时,积极微生物和有机物vermicompost增加水平的有机碳和其他营养物质丰富渣。

菌株的隔离和表征

微生物是直接从30天的老渣分离和6 - 7岁渣,不满足标准PVK媒体真正的磷酸盐增溶剂。与vermicompost浓缩后,五个不同个体细菌菌落分离在我们的主要筛选步骤进一步受到修改PVK媒体(溴酚蓝指示剂)隔离的真正的磷酸盐增溶剂(图2)。

隔离,当时最具潜力磷酸盐增溶剂选择和指定为但它还是(细菌分离浓缩vermicompost)由于de-colorization影响溴酚蓝的结果减少博士隔离的菌落形态不规则,舌状,平面和光滑的表面。细菌的生长周期是27小时(日志阶段从-18年的2.5小时,和一个简单的固定相)。增长的最适温度为37°C和有利的pH值是7;然而,生物生长在高pH值(8 - 10)。细菌的能力生存在高pH值有利于其剥削在碱性环境中磷清道夫的LD渣(pH = 11 - 12)。这种细菌还可以容忍高达8% (w / v)氯化钠和5% (w / v)糖浓度。

细菌的生化分析但它还是表明,这是一种革兰氏阳性杆状。

分子识别的细菌但它还是

细菌的DNA但它还是被隔离,16 s rRNA放大聚合酶链反应和受到Sanger测序。一个离散聚合酶链反应扩增子群发现了1500个基点。1413个基点的共识序列生成16 s rDNA从正向和反向序列数据使用对准器软件。序列提交基因库数据库(加入数字KY750227.1)和序列同源性使用爆炸表明杆菌但它还是最密切相关的sp, WJ12(加入号:HM045836.1)序列相似性为99%。系统发育树构建使用Neighbor-Joining方法基于16 s rRNA序列部分隔离但它还是和相关的生物。

重金属耐受性的孤立的应变

的重金属耐受能力孤立芽孢杆菌sp。但它还是检查后在实验室条件下磷的溶解研究LD渣,主要是重金属。但它还是可以容忍40μg /毫升,36μg /毫升,400μg /毫升,500μg /毫升和360μg /毫升每个水银(汞),银(Ag)、铅(Pb[2])、铬(铬(VI))和砷(如[3])。这是一致所做的功Pandey et al。17]他们孤立和砷和铅宽容细菌AsSP9特征和PbSP6 Burnpur钢铁厂垃圾场。这些菌株可以容忍在20 - 800之间μg每个金属/毫升。

结果表明,这些细菌可以存活在重金属污染环境中在LD渣,可以发现,因此,用于研究磷溶解行动时,在合适的条件下生长。

pH值的变化

观察线性降低pH值对时间在磷溶解实验。最后研究pH值后7天为6.24±0.05,但它还是在5% (w / v)的LD渣含有媒体(图3)。pH值的下降是同步与细菌的生长,达到的pH值6.24±0.5 168小时后由于细菌释放有机酸在增长(板2)。磷酸溶解过程微生物释放有机酸如丁酸、柠檬酸、葡糖酸、苹果酸等。18)不可用磷酸转换为可用的形成(7]。

磷增溶杆菌sp。但它还是

减少大量的磷浓度观察LD渣处理时使用孤立的芽孢杆菌sp。但它还是生长在PVK媒体。磷浓度减少40.04%,测量的残余磷酸盐浓度使用钼酸vanado-ammonium方法所描述的沃格尔(1978),当使用LD渣在2% (w / v)的比例。减少磷含量分别为71.03%和17.80%时使用LD渣5% (w / v)和10% (w / v)。最多减少79.5%至5% (w / v)固体含量的LD渣(固态ED-XRF分析)实现(图1用芽孢杆菌sp)。但它还是(表3)。减少降低了10% (w / v) LD渣时使用。这可能是由于材料的毒性,碱度增加,营养,和氧限制所显示Marhual et al。5]。

表3。元素分析的LD治疗后渣细菌但它还是[渣在5% (w / v)]。

微型光谱仪分析(图4)也表明,钙、铁、铝和硅含量保持不变,但磷和铬的含量与VC - 1治疗后显著减少(表3)。

许多磷酸盐增溶剂产生的有机酸自然环境或体外研究,导致介质的pH值下降几乎4.5 [5]。磷增溶的微生物据报道,不溶性磷酸盐转化为可溶性形式,通过有机或无机酸的生产,导致后续减少博士同时生产各种有机酸芽孢杆菌sp。但它还是可能造成对pH值下降进而导致更大的潜在的增溶的不溶性磷酸盐(19]。

利用处理渣残留在种子萌发

种子发芽有20%增强在熔渣浮层相比,萌发在蒸馏水中,反映出磷溶解后的液体部分活动可用于农业用途和土壤改良,因为渣含有曹,SiO₂、分别以FeO说这是已知的肥料组件(20.,21]。

结论

磷酸盐增溶的微生物包括放线菌、细菌、酵母和许多真菌溶解磷主要由有机酸的生产也作为源的质子和螯合剂导致降低pH值的解决方案。但它还是属于孤立的细菌株芽孢杆菌集团(加入数字KY750227.1)是最适合磷溶解从而茁壮成长和繁荣的高度碱性LD渣。

大约79.5%的磷可能从LD渣通过溶解在5% (w / v)固体含量比先前的更经济可行的工作到目前为止(表4)。因此,de-phosphorized LD渣可以被重用的焊剂钢铁制造过程从而减少固体浪费在这个过程中生成的。

表4。使用不同的细菌比较磷溶解。

承认

这项研究工作受到了Jadavpur大学,印度。我们表达我们的真诚感谢微量元素实验室UGC-DAE CSR加尔各答为微ED-XRF样品制备和图像生成。

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