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氧化亚铁硫杆菌脱除二氧化硫的应用研究

张赫  
【摘要】:二氧化硫气体不仅危害人体健康,而且会造成极其严重的环境污染,造成工业设施腐蚀,农业减产,甚至气候改变。目前,清除二氧化硫气体主要采用物理化学的方法,但这些方法均具有投资高,效率低,维护成本大,对环境的影响大,容易造成二次污染的弊端。近年来兴起的生物技术有助于改善这一状况。氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)是一类嗜酸性的化能异养菌,它能够通过氧化二价铁,还原性的硫来获取能量。利用氧化亚铁硫杆菌可以将二价铁氧化成三价铁的特性,使其参与到生物脱硫的过程中,通过氧化二氧化硫使得三价铁还原为亚铁,进而循环使用。利用微生物脱硫的技术具有投资少,效率高,条件温和,绿色环保的特点,是一种极有发展潜力的脱硫技术。本论文通过筛选高效率的氧化亚铁硫杆菌菌株制作高活力的固定化细胞颗粒,应用于生物化学两级反应器,达到生物脱硫的目的。本实验经过系统的研究,得到以下主要结论。 第一,利用实验室已有的菌株,进行连续的驯化,以提高其活性,减少副产物的生成量,获得适应较低pH的目标菌株。进过驯化的菌株其最适pH下降,由最初的2.0下降至1.8左右,在降低的pH下,细胞氧化亚铁的速率提高了40%左右,铁矾生成量减少了60%左右。 第二,使用耐酸性的聚乙烯醇作为基础包埋剂,筛选适合的催化剂,优化固定化细胞的性能。用适合比例的海藻酸钠和聚乙烯醇,在高温下溶解,再在较低温度下促进固化过程,在固化过程中,海藻酸钠首先形成凝胶,种种凝胶的形成有利于聚乙烯醇凝胶的固化。在较低温度下,有利于聚乙烯醇分子间氢键的形成,从而促进形成高强度的混合凝胶。在酸性条件下,海藻酸钠部分溶解,使得聚乙烯醇的网孔结构得到优化,网格中的细胞可以得到更好的生存。 第三,使用固定化的氧化亚铁硫杆菌来构建生物反应器,进行连续操作,检测固定化细胞的连续操作性能,并优化其反应条件。实验结果表明,反应器中的固定化细胞在连续运行过程中其最适pH和温度变化不大,活性一直维持在较高水平,随着时间的延长活性下降不大。反应器运行过程中有浅黄色的铁矾沉淀生成,在短期内这些沉淀可以随着培养基的循环而离开,但在较长时间内会有少量的积累,影响细胞的活性和反应器的通畅。 第四,将生物反应器与化学反应器相连使用,实现培养基中亚铁离子的再生循环,同时将溶于水的二氧化硫氧化为硫酸,通过浓缩进行回收。反应器中固定化细胞对二氧化硫具有较好的耐受性,细胞活力高,与传统的物理化学的脱硫方法相比较,该技术提高了脱硫效率,降低了成本,对环境的亲和性较好,不会产生二次污染。


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