两种微生物对山西晋城中高硫煤脱硫最佳工艺条件研究*

余 童 刘向荣,2 杨再文,2 赵顺省,2

(1.西安科技大学化学与化工学院,710054 西安;2.自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室,710021 西安)

0 引 言

煤炭是我国重要的化石能源,截止到2022年全国煤炭资源储量为2 078.87亿t,中高硫煤的保有储量为205.8亿t,占煤炭总资源的9.9%[1-2]。现行的分级标准将全硫含量大于3.00%的煤划为高硫煤,全硫含量为2.01%～3.00%的煤划为中高硫煤[3]。硫是煤炭中污染大气的主要有害元素,燃烧含硫的煤炭会产生硫氧化物,导致酸雨的形成,进而污染水源,腐蚀建筑,影响工农业生产,威胁人类健康[4]。因此,如何高效绿色地利用中高硫煤至关重要。

煤中的硫化合物以无机硫和有机硫的形式存在。无机硫一般以黄铁矿等矿物质形态存在于煤中,而有机硫主要以与煤的C原子结合成硫醇、噻吩等形式存在[5-6]。目前煤炭脱硫的方法有物理脱硫法、化学脱硫法和生物脱硫法,其中物理脱硫法有跳汰脱硫、磁选脱硫、电选脱硫[7]。物理脱硫法主要根据煤系黄铁矿等矿物与煤中有机质的差异性或者其他物理性质来进行分选,特点是成本低、工艺流程简单,缺点是对有机硫的脱除效率比较差。化学脱硫法主要是根据酸碱中和反应或者氧化还原反应等[8],使煤中的硫分转化为可以处理的组分,优点是效率高,缺点是反应条件苛刻、能耗高、反应产物不易回收且容易造成二次污染[9]。生物脱硫在常温常压条件下进行,不产生有害气体[10],同时微生物促进了煤中硫分的转化,可将各种形式的硫转化为溶解的、易冲洗的化合物[11]。相比之下,微生物脱硫因工艺流程简单、条件温和、成本较低和能耗小等优点,逐渐受到广大学者的重视。据报道,嗜酸菌、嗜热菌、混合营养菌和异养菌等多种微生物可以在含硫煤环境中生存和生长[12-13]。AYTAR et al[14]利用氧化亚铁硫杆菌和嗜酸钩端螺旋菌成功地脱除了煤中的无机硫。魏德洲等[15]发现诺卡氏菌在黄铁矿表面的最大吸附率可达96.99%。OLUWAFOLAKEMI et al[16]利用恶臭假单胞菌对柴油进行脱硫,柴油全硫脱除率为50.02%。徐杰等[17]利用大肠杆菌和黄孢原毛平革菌对山西大同高硫煤进行脱硫,确定了这两种菌种的最优脱硫工艺条件。基本上微生物的脱硫过程遵循以下途径:硫氧化、C—C键断裂或C—S键断裂[18]。无机硫的脱除原理为微生物在氧气和水的作用下与黄铁矿发生氧化反应,生成硫酸根和Fe2+并释放出热量[19-20];有机硫的脱除原理一般分为两种途径:C—C键裂解的Kodama途径和C—S键特异性裂解的4S途径[21]。目前煤炭微生物脱硫还存在着脱硫菌种类型较少、脱硫时间较长等不足,继续寻找多种高效的脱硫菌种并根据脱硫机理优化脱硫工艺条件,依旧是提高煤炭微生物脱硫效率的有效途径。

本研究选用能够降解多环芳烃的恶臭假单胞菌[22-23]和能够降解长链烷烃的茫崖诺卡氏菌[24]对山西晋城中高硫煤进行脱硫,探究两种细菌对中高硫煤的脱硫机理;讨论煤样粒度、煤浆质量浓度、脱硫时间、细菌接种量、培养基pH和培养温度的最佳条件;设计正交实验,确定两种细菌脱硫的最大影响因素,得出最佳工艺条件;利用元素分析仪、红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电镜对原煤和两种细菌脱硫后的固相产物进行分析;利用气相色谱-质谱联用仪对两种细菌脱硫后的液相产物进行分析,进而探究微生物脱硫机理。

1 实验部分

1.1 实验材料及制备

石油醚、甲苯、乙酸乙酯、氯化钠等均为分析纯;蛋白胨、酵母浸粉、牛肉膏等为生物试剂;溴化钾为光谱纯。

实验煤样采用山西晋城中高硫煤,磨碎筛分后粒度分别为<0.075 mm,0.075 mm～0.125 mm,0.125 mm～0.25 mm,0.25 mm～0.5 mm,>0.5 mm。

营养肉汁培养基:蛋白胨5 g,牛肉膏3 g,NaCl 5 g,蒸馏水1 000 mL,pH值7.0。

LB液体培养基:蛋白胨10 g,酵母浸粉5 g,NaCl 10 g,蒸馏水1000 mL,pH值7.0[25]。

1.2 菌种培养及生长曲线的测定

恶臭假单胞菌(Pseudomonasputida)和茫崖诺卡氏菌(Nocardiamangyaensis)购买于中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC),CICC编号分别为21906和11046。恶臭假单胞菌使用营养肉汁培养基进行培养;茫崖诺卡氏菌使用LB液体培养基进行培养。根据供货方所提供的培养方法进行活化,经3代培养后留存备用。

将4 ℃斜面保藏的菌株恶臭假单胞菌接种至200 mL的营养肉汁培养基中,将茫崖诺卡氏菌接种至200 mL的LB液体培养基中,在温度为30 ℃、转速为160 r/min的HZQ-F100型恒温振荡培养箱中进行培养,时间为2 d。

菌种生长曲线的测定:分别在1 000 mL的锥形瓶中配置400 mL的液体培养基,进行灭菌处理,冷却至室温后在无菌条件下分别接种恶臭假单胞菌和茫崖诺卡氏菌,再在30 ℃,160 r/min的恒温振动培养箱内进行培养,每12 h取3 mL细菌培养液在TU-1900型紫外-可见分光光度计中测定600 nm处的吸光度。

1.3 煤的微生物脱硫实验

单因素实验:用恶臭假单胞菌和茫崖诺卡氏菌对山西晋城中高硫煤进行脱硫,分别探究煤样粒度、煤浆质量浓度、脱硫时间、细菌接种量、培养基pH、培养温度对细菌脱硫率的影响。将所需煤样加入装有50 mL培养基的锥形瓶,放入BL-50A型立式压力蒸汽灭菌器中灭菌,再放在SW-CJ-1FD型单人单面超净工作台上冷却,然后接入所需的菌液,置于培养箱中培养所需的天数后,过滤收集煤样,并用去离子水对煤样进行清洗,直至煤样中无菌体残留。后续将煤样在80 ℃下干燥48 h,最后利用库仑定硫仪对烘干的煤样进行含硫量的测定。

正交实验:依据单因素实验结果,利用L16(44)正交设计表(见表1),设计两种细菌对山西晋城中高硫煤生物脱硫工艺。

表1 正交实验因素和水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

按照表1中煤样粒度、煤浆质量浓度、细菌接种量、脱硫时间四个因素的数值,将菌液和煤样加入到50 mL液体培养基中,置于30 ℃,160 r/min恒温摇床进行脱硫实验。

1.4 硫分脱除率的测定和计算

脱硫过程结束后,使用Allegra 64R型离心机,将煤样在10 000 r/min、25 ℃的条件下离心20 min收集液相产物,然后过滤、洗涤、烘干后收集固相产物,利用开元5E-S3200型库仑定硫仪测定固相产物含硫量。

根据公式(1)计算全硫的含量:

(1)

式中:η为微生物全硫脱除率;w(Sraw)为原煤中全硫含量;w(Sresid)为微生物与煤反应后全硫含量;

根据公式(2)计算有机硫的含量:

w(So,ad)=w(St,ad)-(w(Ss,ad)+w(Sp,ad))

(2)

式中:w(So,ad)为空气干燥煤样中有机硫含量;w(St,ad)为空气干燥煤样中全硫含量;w(Ss,ad)为空气干燥煤样中硫酸盐硫含量;w(Sp,ad)为空气干燥煤样中硫化铁硫含量。

1.5 脱硫产物分析

采用WK-I型电炉温度控制仪,按照GB/T 212-2008,对原煤和恶臭假单胞菌作用后的煤样、茫崖诺卡氏菌作用后的煤样进行工业分析。

采用Perkin-Elmer 2400型元素分析仪,按照GB/T 214-2007,GB/T 215-2003和GB/T 476-2008,测定原煤和恶臭假单胞菌作用后的煤样、茫崖诺卡氏菌作用后的煤样的全硫、形态硫及C,H,O,N元素的变化。

采用Spectumn GX型傅立叶变换红外光谱仪定性分析煤样中有机物的官能团结构,并检测含硫官能团引起的任何变化。称取0.1 g KBr和0.002 g煤样,将煤样均匀地分散在干燥的KBr中,采用KBr压片法,混合研磨至粉末,经压片机压成几乎透明的圆盘放入傅立叶变换红外光谱仪进行检测。

采用Bruker D8 Advance X射线衍射仪对原煤、恶臭假单胞菌脱硫后的煤样、茫崖诺卡氏菌脱硫后的煤样进行检测分析。衍射实验在常温下进行,扫描速度为2°/min,扫描范围为5°～80°,工作电压为40 kV,电流为200 mA。

对恶臭假单胞菌脱硫后的液相产物和茫崖诺卡氏菌脱硫后的液相产物分别使用乙酸乙酯、甲苯、石油醚进行萃取,萃取剂与液相产物体积比为2∶1,采用Agilent 7890A/5975 C型气相色谱-质谱联用仪对萃取产物进行检测。

将脱硫前后的煤样用导电胶固定,清洁样品表面,喷金300 s,放入荷兰飞纳公司的Phenom扫描电子显微镜样品仓,抽真空至10-3Pa,选择4 000倍的放大倍数观测煤表面形貌结构,并拍摄电镜照片。

2 结果与讨论

2.1 生长曲线

恶臭假单胞菌和茫崖诺卡氏菌的生长曲线如图1所示。由图1可以看出,两种细菌的生长周期都分为延迟期、生长期、稳定期和衰亡期4个阶段。0 h～12 h为恶臭假单胞菌生长的延迟期,0 h～24 h为茫崖诺卡氏菌生长的延迟期,在这个阶段细菌生长缓慢,是因为微生物的代谢系统需要适应环境,同时还需要合成酶、辅酶、其他代谢中间产物等。12 h～40 h为恶臭假单胞菌的对数生长期,24 h～50 h为茫崖诺卡氏菌的对数生长期,这个阶段菌体以几何数增加,微生物生长迅速,这是因为经过延迟期的准备为微生物提供了足够的物质基础,微生物对外界环境有较强的适应性,因此,本研究选取这个阶段的微生物进行接种。40 h～108 h为恶臭假单胞菌的稳定期,50 h～108 h为茫崖诺卡氏菌的稳定期,D(600)值在1.70～2.60,这个阶段的活微生物数保持相对稳定,总微生物数到达最高水平。108 h～160 h为两种细菌的衰亡期,微生物活性大幅度降低,D(600)值在0.75～1.70。

图1 恶臭假单胞菌和茫崖诺卡氏菌的生长曲线Fig.1 Growth curves of P.putida and N.mangyaensis

2.2 微生物对山西晋城中高硫煤脱硫的单因素实验

2.2.1 煤样粒度对细菌脱硫效果的影响

煤样粒度对恶臭假单胞菌和茫崖诺卡氏菌脱除山西晋城中高硫煤硫分的影响如图2所示。由图2可知,恶臭假单胞菌和茫崖诺卡氏菌对粒度为0.075 mm～0.125 mm的煤样脱硫效果最佳,脱硫率分别可达24.2%和28.3%;且随着煤样粒径的增大,脱硫效果逐渐降低。原因可能是,对一定量的煤而言,粒度越小,比表面积越大,从而与菌体的接触面越大,细菌脱硫就越容易进行。但煤样粒度过小,在脱硫时小粒径煤样容易团聚在一起,会影响细菌与煤样的充分接触,从而影响脱硫效果[17]。

图2 煤样粒度对细菌脱硫的影响Fig.2 Effects of particle size of coal sample on bacterial desulfurization

2.2.2 煤浆质量浓度对细菌脱硫效果的影响

煤浆质量浓度对细菌脱除山西晋城中高硫煤硫分的影响如图3所示。由图3可知,恶臭假单胞菌和茫崖诺卡氏菌在煤浆质量浓度为0.008 g/mL时脱硫效果最佳,脱硫率分别为36.4%和38.7%。原因可能是,随着煤浆质量浓度的增高,煤炭表面的矿物质会使细菌生长环境改变,导致细胞正常结构遭到破坏以及菌体内的酶变质,从而失去活性。

2.2.3 脱硫时间对细菌脱硫效果的影响

脱硫时间对细菌脱除山西晋城中高硫煤硫分的影响如图4所示。由图4可知,恶臭假单胞菌的最佳脱硫时间为10 d,脱硫率为36.3%;茫崖诺卡氏菌的最佳脱硫时间为14 d,脱硫率为38.7%。因为各个细菌的生长情况、对环境的适应情况、分泌生物酶的时间都不相同,所以导致各自的最佳脱硫时间不同。

图4 脱硫时间对细菌脱硫的影响Fig.4 Effects of desulfurization time on bacterial desulfurization

2.2.4 细菌接种量对细菌脱硫效果的影响

细菌接种量对细菌脱除山西晋城中高硫煤硫分的影响如图5所示。由图5可知,恶臭假单胞菌的接种量为0.2 mL/mL时,脱硫率为24.1%;茫崖诺卡氏菌的接种量为0.3 mL/mL时,脱硫率为33.1%。随着细菌接种量继续增加,细菌对山西晋城中高硫煤的脱硫效果下降。出现这种现象的原因是细菌接种量少时,煤浆环境对菌体生长有明显的抑制作用,故细菌生长速度缓慢、适应期长;细菌接种量多时,菌体生长过快、适应期短,以至于较早进入对数生长期,部分细菌因营养供应不足和代谢受阻而死亡,导致细菌脱硫效果差。

图5 细菌接种量对细菌脱硫的影响Fig.5 Effects of bacterial load on bacterial desulfurization

2.2.5 培养基pH对细菌脱硫效果的影响

培养基pH对细菌脱除山西晋城中高硫煤硫分的影响如图6所示。由图6可以看出,在所选的pH范围内,恶臭假单胞菌在pH为6.0时脱硫效果最好,脱硫率为36.4%;茫崖诺卡氏菌在pH为7.0时脱硫效果最好,脱硫率为38.7%。由此可知,细菌在弱酸性及中性条件下对中高硫煤的脱硫效果优于在碱性条件下对中高硫煤的脱硫效果,即细菌在弱酸性及中性条件下会促进高硫煤中硫分的脱除。

图6 培养基pH对细菌脱硫的影响Fig.6 Effects of culture medium pH on bacterial desulfurization

2.2.6 培养温度对细菌脱硫效果的影响

培养温度对细菌脱除山西晋城中高硫煤硫分的影响如图7所示。由图7可以看出,在所选的温度范围内,恶臭假单胞菌和茫崖诺卡氏菌在30 ℃时脱硫率最大,分别为36.4%和38.7%。随着温度升高,细菌的脱硫率呈先增加后降低的变化趋势,35 ℃以后脱硫率明显下降。这是因为细菌细胞中的蛋白质、核酸等对温度极为敏感。细菌的代谢活动随着温度的升高而加快。在20 ℃时细菌生长量处于较低水平,酶的含量低,其活性也较低。在30 ℃时活细菌数到达最高水平,酶含量和活性也随之增加。在40 ℃时会导致部分细菌死亡,也会使生物酶活性降低,所以40 ℃时脱硫率最低。

图7 培养温度对细菌脱硫的影响Fig.7 Effect of incubation temperature on bacterial desulfurization

2.3 微生物对山西晋城中高硫煤脱硫的正交实验

2.3.1 恶臭假单胞菌脱硫的正交实验结果分析

恶臭假单胞菌对山西晋城中高硫煤脱硫的正交实验结果、均值响应、方差分析见表2～表4。各因素对恶臭假单胞菌脱除山西晋城中高硫煤硫分的影响按主次顺序依次为A,B,D,C,即煤样粒度、煤浆质量浓度、脱硫时间、细菌接种量。图8所示为恶臭假单胞菌脱硫主效应。由图8可知,恶臭假单胞菌脱硫的最优工艺参数组合为A2B2C2D2,即煤样粒度为0.075 mm～0.125 mm,煤浆质量浓度为0.008 g/mL,细菌接种量为0.2 mL/mL,脱硫时间为10 d;根据上述最佳工艺参数组合进行实验,可得恶臭假单胞菌在该工艺条件下对山西晋城中高硫煤的脱硫率为38.0%。

图8 恶臭假单胞菌脱硫主效应Fig.8 Main effects of P.putida desulfurization

表2 细菌对中高硫煤脱硫的正交实验结果Table 2 Orthogonal experiment results of bacterial desulfurization for medium and high sulfur coal

表3 恶臭假单胞菌脱硫的均值响应Table 3 Mean response of P.putida biodesulfurization

表4 恶臭假单胞菌脱硫的方差分析Table 4 Variance analysis of P.putida biodesulfurization

2.3.2 茫崖诺卡氏菌脱硫的正交实验结果分析

茫崖诺卡氏菌对山西晋城中高硫煤脱硫的正交实验结果、均值响应、方差分析分别见表2、表5和表6。各因素对茫崖诺卡氏菌脱除山西晋城中高硫煤硫分的影响按主次顺序依次为B,D,A,C,即煤浆质量浓度、脱硫时间、煤样粒度、细菌接种量。由表6也可以看出,煤浆质量浓度在茫崖诺卡氏菌对山西晋城中高硫煤脱硫过程中产生了显著性影响。图9所示为茫崖诺卡氏菌脱硫主效应。由图9可知,茫崖诺卡氏菌脱硫的最优工艺参数组合为A2B2C2D2,即煤样粒度为0.075 mm～0.125 mm,煤浆质量浓度为0.008 g/mL,细菌接种量为0.2 mL/mL,脱硫时间为10 d,根据上述最佳工艺参数组合进行实验,可得出茫崖诺卡氏菌在该工艺条件下对山西晋城中高硫煤的脱硫率为39.8%。

图9 茫崖诺卡氏菌脱硫主效应Fig.9 Main effects of N.mangyaensis desulfurization

表5 茫崖诺卡氏菌脱硫的均值响应Table 5 Mean response of N.mangyaensis biodesulfurization

表6 茫崖诺卡氏菌脱硫的方差分析Table 6 Variance analysis of N.mangyaensis biodesulfurization

2.4 细菌脱硫前后煤样中形态硫变化及元素分析

细菌脱硫前后煤样元素分析见表7。由表7可知,山西晋城原煤硫分质量分数为2.660%。按照中国煤炭分类国家标准GB/T 5751-2009和GB/T 15224.2-2021,山西晋城原煤属于中等挥发分煤、中灰分煤、中高硫煤。根据库仑滴定法测定,全硫和无机硫的质量分数分别为2.660%和1.060%。使用差减法得到有机硫质量分数为1.600%。恶臭假单胞菌对原煤中全硫的脱除率为38.0%,对有机硫和无机硫的脱除率分别为43.8%和29.4%;茫崖诺卡氏菌对原煤中全硫的脱除率为39.8%,对无机硫的脱除率为62.7%(本实验用煤硫化铁硫质量占无机硫质量的96.2%),对有机硫的脱除率为25%。恶臭假单胞菌和茫崖诺卡氏菌在最佳脱硫条件下脱硫后,煤样中的全硫质量分数分别为1.65%和1.60%,表明经微生物脱硫后煤样含硫量均符合《商品煤质量发电煤粉锅炉用煤》S4等级(1.50%

表7 微生物脱硫前后煤样的煤质特征比较Table 7 Comparison of coal characteristics before and after biodesulfurization

2.5 红外光谱分析

图10 原煤和两种微生物作用后煤样的红外光谱Fig.10 Infrared spectra of raw coal and coal treated by two types of microorganisms

2.6 X射线衍射分析

原煤、恶臭假单胞菌脱硫后煤样和茫崖诺卡氏菌脱硫后煤样的XRD谱如图11所示。由图11可以看出,原煤和恶臭假单胞菌脱硫后煤样、茫崖诺卡氏菌脱硫后煤样均存在黄铁矿晶体峰、石英峰和高岭土晶体峰。原煤经过恶臭假单胞菌、茫崖诺卡氏菌处理后,这些峰的强度降低,部分黄铁矿峰消失,表明两种细菌都能够降解煤中的黄铁矿硫。黄铁矿属于煤中无机硫部分的硫化铁硫,细菌降解煤中的无机硫是将煤中的硫化铁硫和单质硫氧化为可溶性硫酸盐硫,使其溶入液态中从而达到煤炭脱硫的目的[30]。

图11 脱硫前后山西晋城中高硫煤的XRD谱Fig.11 XRD spectra of Shanxi Jincheng medium and high sulfur coal before and after desulfurizationa—Coal desulfurized by N.mangyaensis;b—Coal desulfurized by P.putida;c—Raw coalP—Pyrite;K—Kaolin;Q—Quartz

2.7 扫描电镜分析

原煤、恶臭假单胞菌脱硫后煤样和茫崖诺卡氏菌脱硫后煤样的扫描电镜照片如图12所示。由图12a可以看出,晋城中高硫煤原煤表面光滑且有明显的棱角,这是煤样经过机械破碎而产生的痕迹。由图12b可以看出,在经过恶臭假单胞菌作用后,山西晋城中高硫煤表面已经出现了被腐蚀的痕迹。由图12c可以看出,在经过茫崖诺卡氏菌作用后,在山西晋城中高硫煤表面附着的矿物有被腐蚀的痕迹。

图12 脱硫前后山西晋城中高硫煤的SEM照片Fig.12 SEM photos of Shanxi Jincheng medium and high sulfur coal before and after desulfurizationa—Raw coal;b—Coal desulfurized by P.putida;c—Coal desulfurized by N.mangyaensis

2.8 液相产物GC-MS分析

2.8.1 恶臭假单胞菌脱硫后液相产物GC-MS分析

恶臭假单胞菌脱硫后液相产物萃取检测结果如图13所示,各溶剂萃取后液相产物中的主要化合物见表8。由三种有机溶剂萃取脱硫液相产物的GC-MS谱可以看出,每一种萃取都有峰出现,这些峰对应的物质的相对分子质量在150～500之间,萃取产物的相对分子质量明显低于煤大分子的相对分子质量,说明经恶臭假单胞菌脱硫后,煤炭部分结构断裂,产生了小分子物质。当萃取剂为乙酸乙酯时,萃取产物主要为酯类、醇类和烃类;当萃取剂为甲苯时,萃取产物主要为醇类、烷烃类、酯类和酸类物质;当萃取剂为石油醚时,萃取产物主要为长链烷烃,醛、酮、醚类物质;另外,三种有机溶剂从液相产物中提取了含硫的有机物2-乙基己基亚硫酸酯,说明恶臭假单胞菌可能破坏煤中的碳硫键或硫硫键,达到脱除高硫煤中有机硫的目的。

图13 不同萃取剂萃取恶臭假单胞菌脱硫液相产物的GC-MS谱Fig.13 GC-MS spectra of extracted products of liquid products desulfurized by P.putida using different extractant

表8 恶臭假单胞菌脱硫液相产物中的主要化合物Table 8 Main compounds in liquid phase products desulfurized by P.putida

2.8.2 茫崖诺卡氏菌脱硫液相产物GC-MS分析

茫崖诺卡氏菌脱硫液相产物萃取检测结果如图14所示,各溶剂萃取后液相产物中的主要化合物见表9。由三种有机溶剂萃取脱硫液相产物的GC-MS谱可以看出,每一种萃取都有峰出现,这些峰对应的物质的相对分子质量在140～430之间。当萃取剂为乙酸乙酯时,萃取产物中主要有脂类、烷烃类、酸类等物质并检测出含硫的有机物2-(丁硫基)乙酸;当萃取剂为甲苯时,萃取产物主要为取代烷烃类物质,酯类,醛、酮、醚类物质;当萃取剂为石油醚时,萃取产物主要为烷烃类和酯类,还有少部分醛、酮、醚、醇、酸类物质;萃取剂为石油醚和甲苯时都检测出含硫有机物2-乙基己基亚硫酸酯,说明茫崖诺卡氏菌可能破坏煤中的碳硫键或硫硫键,达到脱除煤中有机硫的目的。

图14 不同萃取剂萃取茫崖诺卡氏菌脱硫液相产物的GC-MS谱Fig.14 GC-MS spectra of extracted products of liquid products desulfurized by N.mangyaensis using different extractant

表9 茫崖诺卡氏菌脱硫液相产物中的主要化合物Table 9 Main compounds in liquid phase products desulfurized by N.mangyaensis

3 结 论

1) 恶臭假单胞菌降解脱硫最佳工艺条件为:煤样粒度0.075 mm～0.125 mm,细菌接种量0.2 mL/mL,脱硫时间10 d,煤浆质量浓度0.008 g/mL,培养基pH值6.0,培养温度30 ℃,此时脱硫率最高,为38.0%。茫崖诺卡氏菌降解脱硫最佳工艺条件为:煤样粒度0.075 mm～0.125 mm,细菌接种量0.2 mL/mL,脱硫时间10 d,煤浆质量浓度0.008 g/mL,培养基pH值7.0,培养温度30 ℃,此时脱硫率最高,为39.8%。

2) 恶臭假单胞菌主要降解煤炭中的有机硫,脱除率为43.8%;茫崖诺卡氏菌主要降解煤炭中的无机硫,脱除率为62.7%。

3) 微生物降解后,残煤中芳香环、脂肪烃、羰基、醚键和硝基的吸收峰强度减弱甚至消失。C,H元素含量降低说明破坏了煤中的大分子结构。

4) 液相产物中不仅检测到含硫酯、含硫酸类物质,也检测到含烷烃类、醇类、醛酮醚类、酸类小分子物质。