氧化亞鐵硫桿菌的煙氣脫硫技術

賈果,玉玲

(西南大學資源環境學院,重慶,北碚,400715)

氧化亞鐵硫桿菌的煙氣脫硫技術

賈果,玉玲

(西南大學資源環境學院,重慶,北碚,400715)

氧化亞鐵硫桿菌 (Thiobacillus ferrooxidans,簡稱 T.f菌)在工業和環保領域具有重要的經濟和社會意義。本文介紹了 T.f菌的生理特性以及它在煙氣脫硫中的應用。

氧化亞鐵硫桿菌;煙氣脫硫;BFGD

1 T.f菌的生物學特征

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

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

2 T.f菌氧化 Fe2+的機理

T.f菌對亞鐵的氧化機理包括兩個分離的過程,即 pH≈2的細胞膜外的對鐵的氧化以及在 pH≈6.5的細胞內的分子氧的還原,如下兩個方程所示: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傳遞給細胞色素 C,該蛋白質在酸性條件下特別穩定,還原態的細胞色素 C然后轉移到細胞膜外側,把電子傳遞給細胞膜中的細胞色素 a1,a1把電子再傳遞到細胞內分子態的O2產生 H2O。目前已經發現了多種參與 T.f菌電子傳遞鏈的功能成分,其中有些已經被分離純化,并提出了多種鐵氧化呼吸鏈模式.一般認為從Fe2+到O2的電子傳遞鏈主要包括:亞鐵氧化還原酶→鐵質蘭素→至少一種細胞色素 C→a1型細胞色素氧化酶等[4]。亞鐵的氧化與ATP的合成偶聯過程可以用化學滲透偶聯假說來描述。

3 T.f菌煙氣脫硫技術應用

煙氣中的SO2一方面以物理吸附、化學反應的形式轉變為 H2SO4,另一方面在 T.f菌的作用下促使反應①加快。吸收液中的T.f菌使 Fe2+和 Fe3+相互轉化,使反應②迅速發生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+是較強的氧化劑,當其濃度較高時,可加快脫硫過程。反應產生的Fe2+又可作為營養源被微生物利用轉變為Fe3+,再次加快 SO2的吸收,當 T.f菌具備氧化能力時,其硫氧化速率比單獨的硫氧化菌快 1.6倍。脫硫設備運行初期,吸收液中加入的物質發生化學反應使 Fe2+濃度較高而 Fe3+濃度較低,T.f菌處于生長緩慢期;之后進入對數增長期,細菌活性增強,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,且能維持較長時間。

4 應用前景及研究趨勢

目前,我國對于氧化亞鐵硫桿菌的應用研究,大部分處于實驗室和半工業試驗水平,未能實現規模化應用,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和環保領域的應用。因此,必須在不同的應用領域培養馴化適應不同環境的特效菌種,并采用快速、高效、新的育種方法對現有菌株進行改良,以期獲得具有繁殖速率快,氧化能力強,適應性強的菌株。

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

S852.61+8

B

1003-3467(2010)10-0071-01