嗜酸性氧化亚铁硫杆菌的驯化及其在高硫煤生物脱硫中的应用

摘要

煤炭做为我国最重要的能源资源,在我国的能源结构中占据重要的位置。而作为一个煤炭消费大国,我国每年有90％的煤炭用于直接燃烧,导致我国在1998年就成为世界上SO2排放量最多的国家,酸雨的覆盖面积达到国土面积的40%。因此研究煤炭的生物脱硫,可以在源头上去除煤炭中的硫,消除SO2的排放带来的环境危害。
　　 本文分别以FeS2和FeSO4为底物培养驯化嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)LX5,结果发现以FeS2为底物驯化A.ferrooxidansLX5,在培养20d时,培养液中LX5的菌体数量高达3.0×107个/mL,对FeS2中亚铁及还原性S的氧化能力均较强。A.ferrooxidans LX5在以FeSO4为底物的的液体培养基中生长,培养至72h,培养液中的Fe2+全部氧化成Fe3+,菌体数量达到108个/mL.A.ferrooxidans LX5经FeS2驯化后的等电点比经FeSO4驯化后高,更有利于A.ferrooxidans LX5吸附在黄铁矿的表面。比较FeS2驯化培养的A.Ferrooxidans LX5与FeSO4培养驯化后A.ferrooxidans LX5氧化FeS2的差异,发现反应20d,SO42-的增加量为2241.6mg/L,比同等条件下接种FeSO4培养驯化后A.ferrooxidans LX5多516.2mg/L,以FeS2为底物驯化A.ferrooxidans LX5的氧化活性更强。
　　 分别以FeS2和FeSO4为底物培养A.ferrooxidans LX5产生EPS,比较两种方式获得的EPS特征,并通过实验确定EPS对A.ferrooxidans LX5氧化活性的影响。以FeS2为底物培养A.ferrooxidans LX5时可产生2973.2(μg/1010个细胞)的EPS,是以FeSO4为底物培养A.ferrooxidans LX5产生EPS的3倍多.测定两种EPS中多糖和蛋白质的含量发现,两种EPS中多糖和蛋白质各占总重的46.6%和34.6%及44.6%和36.2%。FTIR光谱图显示,两种EPS的组成成分基本相同,都含有-OH、-NH2和-COOH等官能团。含有EPS的A.ferrooxidans LX5氧化FeS2时溶液中SO42-的增长速率比剥离EPS的A.ferrooxidans LX5快。因此EPS在A.Ferrooxidans LX5氧化FeS2中起着重要的作用。
　　 最后,以FeS2驯化的A.ferrooxidans LX5为试验用菌株,对高硫煤进行生物脱硫试验,并寻找最佳实验条件.摇瓶实验结果表明,接种FeS2驯化的A.ferrooxidans LX5,在初始pH为2.5、接种量为10%、固形物含量为10%时可有效去除高硫煤中的硫,反应13d时高硫煤脱硫率在70%以上。在最佳实验条件下进行高硫煤生物脱硫的5升反应器小试试验,结果发现反应15d高硫煤的脱硫率可达到69.2%。