賈果,玉玲

(西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,重慶,北碚,400715)

氧化亞鐵硫桿菌的煙氣脫硫技術(shù)

賈果,玉玲

(西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,重慶,北碚,400715)

氧化亞鐵硫桿菌 (Thiobacillus ferrooxidans,簡稱 T.f菌)在工業(yè)和環(huán)保領(lǐng)域具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會意義。本文介紹了 T.f菌的生理特性以及它在煙氣脫硫中的應(yīng)用。

氧化亞鐵硫桿菌;煙氣脫硫;BFGD

1 T.f菌的生物學(xué)特征

1.1 形態(tài)特征 T.f菌通常以單個(gè)、雙個(gè)或幾個(gè)呈鏈狀分布。在顯微鏡下觀察,單個(gè)細(xì)菌呈短桿狀,兩端鈍圓,有鞭毛,能活潑運(yùn)動。研究發(fā)現(xiàn),該菌在 9K固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)生成紅棕色菌落,直徑約0.5cm,而在硫代硫酸鹽培養(yǎng)基上培養(yǎng)則呈中央黃色、外周白色的菌落,且菌落相對較小,直徑約為0.1～0.3cm。T.f菌細(xì)胞的形狀及菌落顏色、大小與營養(yǎng)條件有關(guān),即在不同的營養(yǎng)條件下具有不同的形態(tài)特征[1]。

1.2 生存條件 一般認(rèn)為,(NH4)2SO4、KCl、K2HPO4、Mg-SO4·7H2O、Ca(NO3)2是 T.f菌生長過程中所必需的,它們以不同的量結(jié)合形成不同的營養(yǎng)基,如 9K培養(yǎng)基、里藤培養(yǎng)基、瓦克斯曼培養(yǎng)基等。

2 T.f菌氧化 Fe2+的機(jī)理

T.f菌對亞鐵的氧化機(jī)理包括兩個(gè)分離的過程,即 pH≈2的細(xì)胞膜外的對鐵的氧化以及在 pH≈6.5的細(xì)胞內(nèi)的分子氧的還原,如下兩個(gè)方程所示:第一步:Fe2+→Fe3++e;第二步:4e+O2+4H+→H2O。T.f菌氧化 Fe2+模型見圖1[3]。

圖1 T.f菌氧化亞鐵機(jī)理的模型圖

圖1表明電子傳遞鏈涉及到 3種電子載體,具體來說,胞外電子通過一種含銅蛋白質(zhì)傳遞給細(xì)胞色素 C,該蛋白質(zhì)在酸性條件下特別穩(wěn)定,還原態(tài)的細(xì)胞色素 C然后轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜外側(cè),把電子傳遞給細(xì)胞膜中的細(xì)胞色素 a1,a1把電子再傳遞到細(xì)胞內(nèi)分子態(tài)的O2產(chǎn)生 H2O。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多種參與 T.f菌電子傳遞鏈的功能成分,其中有些已經(jīng)被分離純化,并提出了多種鐵氧化呼吸鏈模式.一般認(rèn)為從Fe2+到O2的電子傳遞鏈主要包括:亞鐵氧化還原酶→鐵質(zhì)蘭素→至少一種細(xì)胞色素 C→a1型細(xì)胞色素氧化酶等[4]。亞鐵的氧化與ATP的合成偶聯(lián)過程可以用化學(xué)滲透偶聯(lián)假說來描述。

3 T.f菌煙氣脫硫技術(shù)應(yīng)用

煙氣中的SO2一方面以物理吸附、化學(xué)反應(yīng)的形式轉(zhuǎn)變?yōu)?H2SO4,另一方面在 T.f菌的作用下促使反應(yīng)①加快。吸收液中的T.f菌使 Fe2+和 Fe3+相互轉(zhuǎn)化,使反應(yīng)②迅速發(fā)生2SO2+O2+H2O Fe離子,T.f菌 2H2SO4;①Fe2(SO4)3+2H2O+SO2;T.f菌:2FeSO4+2H2SO4②

圖2 T.f菌煙氣脫硫工藝流程圖

Fe3+是較強(qiáng)的氧化劑,當(dāng)其濃度較高時(shí),可加快脫硫過程。反應(yīng)產(chǎn)生的Fe2+又可作為營養(yǎng)源被微生物利用轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3+,再次加快 SO2的吸收,當(dāng) T.f菌具備氧化能力時(shí),其硫氧化速率比單獨(dú)的硫氧化菌快 1.6倍。脫硫設(shè)備運(yùn)行初期,吸收液中加入的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使 Fe2+濃度較高而 Fe3+濃度較低,T.f菌處于生長緩慢期;之后進(jìn)入對數(shù)增長期,細(xì)菌活性增強(qiáng),Fe2+濃度逐漸減少,Fe3+濃度逐漸增加,脫硫速度加快,可脫除煙氣中 90%以上的硫,且能維持較長時(shí)間。

4 應(yīng)用前景及研究趨勢

目前,我國對于氧化亞鐵硫桿菌的應(yīng)用研究,大部分處于實(shí)驗(yàn)室和半工業(yè)試驗(yàn)水平,未能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用,其中很重要的原因是原始馴化菌嗜酸,易對鋼鐵和混凝管道造成腐蝕;屬嗜中溫菌,超過 45℃就不能生長;且生長周期長,這都大大限制了它在工業(yè)和環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用。因此,必須在不同的應(yīng)用領(lǐng)域培養(yǎng)馴化適應(yīng)不同環(huán)境的特效菌種,并采用快速、高效、新的育種方法對現(xiàn)有菌株進(jìn)行改良,以期獲得具有繁殖速率快,氧化能力強(qiáng),適應(yīng)性強(qiáng)的菌株。

[1]鄧恩建,楊朝暉.氧化亞鐵硫桿菌的研究概況[J],黃金科學(xué)技術(shù),2005,(5):6-9.

S852.61+8

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1003-3467(2010)10-0071-01