氧化亚铁硫杆菌的烟气脱硫技术

贾果,玉玲

(西南大学资源环境学院,重庆,北碚,400715)

氧化亚铁硫杆菌的烟气脱硫技术

贾果,玉玲

(西南大学资源环境学院,重庆,北碚,400715)

氧化亚铁硫杆菌 (Thiobacillus ferrooxidans,简称 T.f菌)在工业和环保领域具有重要的经济和社会意义。本文介绍了 T.f菌的生理特性以及它在烟气脱硫中的应用。

氧化亚铁硫杆菌;烟气脱硫;BFGD

1 T.f菌的生物学特征

1.1 形态特征 T.f菌通常以单个、双个或几个呈链状分布。在显微镜下观察,单个细菌呈短杆状,两端钝圆,有鞭毛,能活泼运动。研究发现,该菌在 9K固体培养基上培养生成红棕色菌落,直径约0.5cm,而在硫代硫酸盐培养基上培养则呈中央黄色、外周白色的菌落,且菌落相对较小,直径约为0.1～0.3cm。T.f菌细胞的形状及菌落颜色、大小与营养条件有关,即在不同的营养条件下具有不同的形态特征[1]。

1.2 生存条件 一般认为,(NH4)2SO4、KCl、K2HPO4、Mg-SO4·7H2O、Ca(NO3)2是 T.f菌生长过程中所必需的,它们以不同的量结合形成不同的营养基,如 9K培养基、里藤培养基、瓦克斯曼培养基等。

2 T.f菌氧化 Fe2+的机理

T.f菌对亚铁的氧化机理包括两个分离的过程,即 pH≈2的细胞膜外的对铁的氧化以及在 pH≈6.5的细胞内的分子氧的还原,如下两个方程所示:第一步:Fe2+→Fe3++e;第二步:4e+O2+4H+→H2O。T.f菌氧化 Fe2+模型见图1[3]。

图1 T.f菌氧化亚铁机理的模型图

图1表明电子传递链涉及到 3种电子载体,具体来说,胞外电子通过一种含铜蛋白质传递给细胞色素 C,该蛋白质在酸性条件下特别稳定,还原态的细胞色素 C然后转移到细胞膜外侧,把电子传递给细胞膜中的细胞色素 a1,a1把电子再传递到细胞内分子态的O2产生 H2O。目前已经发现了多种参与 T.f菌电子传递链的功能成分,其中有些已经被分离纯化,并提出了多种铁氧化呼吸链模式.一般认为从Fe2+到O2的电子传递链主要包括:亚铁氧化还原酶→铁质兰素→至少一种细胞色素 C→a1型细胞色素氧化酶等[4]。亚铁的氧化与ATP的合成偶联过程可以用化学渗透偶联假说来描述。

3 T.f菌烟气脱硫技术应用

烟气中的SO2一方面以物理吸附、化学反应的形式转变为 H2SO4,另一方面在 T.f菌的作用下促使反应①加快。吸收液中的T.f菌使 Fe2+和 Fe3+相互转化,使反应②迅速发生2SO2+O2+H2O Fe离子,T.f菌 2H2SO4;①Fe2(SO4)3+2H2O+SO2;T.f菌:2FeSO4+2H2SO4②

图2 T.f菌烟气脱硫工艺流程图

Fe3+是较强的氧化剂,当其浓度较高时,可加快脱硫过程。反应产生的Fe2+又可作为营养源被微生物利用转变为Fe3+,再次加快 SO2的吸收,当 T.f菌具备氧化能力时,其硫氧化速率比单独的硫氧化菌快 1.6倍。脱硫设备运行初期,吸收液中加入的物质发生化学反应使 Fe2+浓度较高而 Fe3+浓度较低,T.f菌处于生长缓慢期;之后进入对数增长期,细菌活性增强,Fe2+浓度逐渐减少,Fe3+浓度逐渐增加,脱硫速度加快,可脱除烟气中 90%以上的硫,且能维持较长时间。

4 应用前景及研究趋势

目前,我国对于氧化亚铁硫杆菌的应用研究,大部分处于实验室和半工业试验水平,未能实现规模化应用,其中很重要的原因是原始驯化菌嗜酸,易对钢铁和混凝管道造成腐蚀;属嗜中温菌,超过 45℃就不能生长;且生长周期长,这都大大限制了它在工业和环保领域的应用。因此,必须在不同的应用领域培养驯化适应不同环境的特效菌种,并采用快速、高效、新的育种方法对现有菌株进行改良,以期获得具有繁殖速率快,氧化能力强,适应性强的菌株。

[1]邓恩建,杨朝晖.氧化亚铁硫杆菌的研究概况[J],黄金科学技术,2005,(5):6-9.

S852.61+8

B

1003-3467(2010)10-0071-01