氧化亚铁硫杆菌产生的胞外多聚物在煤中黄铁矿硫脱除过程中作用与机理

研究高效低耗的以燃煤前生物浸出脱硫为主要内容的洁净煤技术，从源头上控制大气中二氧化硫含量，对减少和遏止酸雨的发展具有极其重要的意义。本项目研究氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferroxidans） LX5分泌的胞外多聚物（EPS）在煤中黄铁矿硫脱除过程中作用与机理。主要内容包括（1）A. ferrooxidans LX5分泌EPS的特点及影响因素；（2）A. ferrooxidans LX5分泌的EPS与介质溶液中Fe3+的络合特征及EPS- Fe3+络合物的形成对减少黄铁矾和羟基硫酸铁生成的作用大小；（3）剥离EPS前、后的A. ferrooxidans LX5菌对黄铁矿氧化能力；（4）A. ferrooxidans LX5驯化方法以及煤炭生物脱硫的最佳工艺条件（煤浆浓度，介质起始pH，温度等）研究。研究结果为煤炭快速生物脱硫反应系统的建立提供重要的技术支撑。

Acidithiobacillus ferrooxidans在不同底物 (S、FeS2、FeSO4等) 驯化下生长，以FeS2为底物生长的菌体产生的EPS量最高，达到39 mgDOC.L-1，分别是FeSO4及S0生长菌体的3.5及1.6倍。研究多种重金属离子对A. ferrooxidans分泌EPS及氧化活性的影响，发现重金属离子对菌体分泌EPS有抑制作用，且不同重金属离子对A. ferrooxidans氧化FeS2抑制作用由大到小依次为Cu2+>Zn2+>Ni2+>Ag+>Pb2+。收集以FeS2、FeSO4为底物生长菌体分泌的EPS，经透析、冷冻干燥，测定发现两种EPS主要成分为多糖和蛋白质，其多糖和蛋白质含量分别为46.6%和34.6%及44.6%和36.2%，且两种EPS的FTIR光谱相似，主要基团的位置相同，均含有-OH、-NH2和–COOH等官能团，而与以S0为底物生长的菌体产生EPS的FTIR光谱有显著差异。研究发现以FeS2为底物培养A. ferrooxidans时产生的EPS可以络合更多的Fe3+，但开展EPS络合Fe3+与游离Fe3+对FeS2氧化力差异的研究，没有取得合理的实验结果。研究不同底物驯化的A. ferrooxidans 细胞在FeS2表面的吸附差异，以FeS2为底物生长的菌体更易吸附到矿物表面，加速对FeS2的氧化。比较研究EPS剥离前、后的A. ferrooxidans对FeS2氧化能力差异，发现菌体EPS的存在有助于A. ferrooxidans对FeS2的氧化，可加速反应的进行。X射线衍射仪扫描分析A. ferrooxidans氧化FeSO4和FeS2产生的沉淀物质，结果表明，两种沉淀物均是黄钾铁矾和黄铵铁矾的混合物，但前者以黄铵铁矾为主，后者以黄钾铁矾为主，FeS2驯化菌体生成矿物的量明显低于FeSO4驯化菌体生成的矿物量。最佳脱硫条件为起始pH2.5、菌体接种量10%（107cell/ml）、高硫煤加入量10%，在5升生物反应器中，13d时脱硫率达到60%，第15d时脱硫率达到69.2%，经过换算，煤中无机黄铁矿硫的脱出率为78%。