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1、目目 录录 中文摘要1 英文摘要2 1 引言31.1 脱氮硫杆菌的基本生长条件和脱硫除氮机理41.2 脱氮硫杆菌的筛选和性能研究41.3 脱氮硫杆菌的应用51.4 尚待研究的问题81.5 研究的意义82 材料与方法102.1 培养基的组成102.2 土样来源102.3 试剂102.4 主要仪器112.5 方法112.6 指标检测方法13 3 结果与分析153.1 硫酸根标准曲线153.2 硝酸盐氮校准曲线153.3 同一硝酸盐浓度下不同硫氮比的同步脱硫除氮效果163.4 最佳硫氮比下不同硝酸盐浓度的同步脱硫除氮效果22 结论与展望27 谢辞29参考文献301生物法同步脱硫除氮的研究生物法同步脱
2、硫除氮的研究摘要：摘要：在厌氧条件下从煤场附近土壤中富集出含有脱氮硫杆菌的混菌，利用该混菌进行同步脱硫除氮的研究。首先研究的是，含有脱氮硫杆菌的混菌分别使用黄铁矿、Na2S2O35H2O、Na2S9H2O 作为还原态硫来源，在相同接种量、不同硫氮比下，考察其硝酸盐氮浓度降到 10mg/L 的时间长短和硝酸盐氮去除率高低，时间短、去除率高则为同步脱硫除氮的最佳硫氮比。其次是，在黄铁矿、Na2S2O35H2O、Na2S9H2O 的最佳硫氮比下，使用相同的接种量，分别在不同的硝酸盐浓度下，考察其硝酸盐氮去除率高低，去除率高则为同步脱硫除氮的最佳硝酸盐浓度。试验结果表明，黄铁矿、Na2S2O35H2O
3、、Na2S9H2O 的最佳硫氮比分别为 3、3 和 2.5，最佳硝酸盐浓度分别为 45、15 和 25mg/L。关键词：关键词：脱氮硫杆菌；硫氮比；反硝化；生物法；同步法2Simultaneous biological nutrient removal study of desulfurizationAbstract: Thiobacillus denitrification under anaerobic conditions in the desulfurization with simultaneous physiological characteristics in addition
4、to nitrogen, under anaerobic conditions in soil enrichment from mixed flora were selected in the S-N ratio under different pyrite, Na2S2O35H2O, Na2S9H2O to restore the state of sulfur sources, the best study of its S-N ratio. N than in the best of different concentrations of nitrate pyrite, Na2S2O35
5、H2O, Na2S9H2O desulfurization in addition to the effects of nitrogen. The results showed that the concentration of nitrate under certain conditions, pyrite, Na2S2O35H2O, Na2S9H2O best 3,3,2.5 N ratio, respectively. N than in the best conditions, pyrite, Na2S2O35H2O, Na2S9H2O best nitrate concentrati
6、ons were 45,15,25 mg / L. From the economy and consider the test results, select synchronization desulfurization of pyrite in addition to the best of nitrogen.Key words: Thiobacillus denitrification; N ratio; denitrification; biological method; synchronization31 引言引言1.1 脱氮硫杆菌的基本生长条件和脱硫除氮机理脱氮硫杆菌的基本生长
7、条件和脱硫除氮机理脱氮硫杆菌是严格自养菌1，分布很广，只能利用无机碳源(如 CO32-、HCO3-)进行生长代谢脱氮硫杆菌，可在 1037，pH 为 4.09.5 的条件下生长，最适生长温度为 2830，最适 pH 为 6.57.0。脱氮硫杆菌对高盐度环境的适应性不强，如当 SO42-浓度超过 250 mmolL-1时，由于总离子强度的升高其生长将受到抑制。脱氮硫杆菌属硫细菌中的硫杆菌属2，是一类自养微生物，可以氧化硫和硫化物，通过纯粹的化学作用使硫化氢转化成硫，堆积在细胞内的硫粒又被氧化变成硫酸排除体外。但是，这种细菌抵抗酸的能力不够强，所以在进行培养的时候，需要在培养基中加入碳酸钙中和其所
8、产生的酸，否则不容易长期而成功地进行培养，其反应如下：2H2S+O22H2O+S2 (1)2H2O+S2+3O22H2SO4 (2)H2SO4+CaCO3CaSO4+CO2+H2O (3)由此可见，硫化氢是硫细菌所不可缺少的食粮，其体内所含硫粒的原料就是硫化氢。硫化氢在空气中氧化而变成硫，堆积在细胞内作为一种营养物质储藏起来，在该菌作用下，细菌又借着这种氧化作用获取所需的能量，以进行硫的同化作用，可用化学式表示为：2H2S+O22H2O+S2+126 千卡(4)这类细菌不只可以进行化学合成作用，还可以进行光合作用，不但可以在自然条件下存在，还可以在纯粹嫌氧性条件下进行生命活动。当其进行光合作用
9、时，利用太阳能，可以把硫化氢直接用作还原二氧化碳时所需的氢，如下所示:CO2+2H2S +太阳能CH2O +H2O+S2 (5)脱氮硫杆菌在无氧的条件下也可以生长，在厌氧的情况下是以硝酸盐中的氮代替分子氧作为电子的最终受体，是硝酸还原成分子氮，如以下方程式所示:5S+6KNO3+2H2SO4K2SO4+4KHSO4+3N2厌氧条件下，脱氮硫杆菌氧化硫的反硝化过程为：55S + 20CO2+ 50NO3-+ 38H2O + 4NH4+4C5H7O2N + 25N2+ 55SO42-+ 64H+由此可见，反应过程中溶液的 pH 将降低，每还原 1g NO3-N 消耗的碱度(以CaCO3计)为 4.
10、57g。脱氮硫杆菌的反硝化反应是在其体内一系列酶的催化作用下完4成的，从 NO3-还原为 N2的过程经历了一系列连续的 4 步反应过程：1.2 脱氮硫杆菌的筛选和性能研究脱氮硫杆菌的筛选和性能研究车轩等3（车轩等，2008 年， ）从土壤中分离到 1 株高活性自养反硝化菌 TD，养。16 SrDNA 序列分析表明：该菌株与 Thiobacillus denitrificans 相似性为99.85%。结合生理生化特性和 16 SrDNA 序列分析，确定菌株 TD 为脱氮硫杆菌。通过对该菌的生长特性和反硝化特性的研究表明，该菌在初始 pH 为 6.85，32.8培养条件下脱氮效果最佳；在初始 pH
11、 为 6.90，29.5培养条件下生长最快。该菌生长比较缓慢，没有明显的稳定期，对数生长期阶段的反硝化能力最强，反硝化速率最快，达到了 2.245 mg(Lh)-1。在培养过程中培养基 pH 值明显下降，较高盐度对该菌株的反硝化活性有抑制作用。该菌株的急性毒性实验结果显示，脱氮硫杆菌对健康鱼体几乎无毒，属于无毒性菌株。张忠智4（张忠智等，2005 年）在脱氮硫杆菌的生态特性及其应用一文中介绍了脱氮硫杆菌的生态特性与适宜的生长条件。说明了脱氮硫杆菌在地球元素循环中的地位与作用。向浅层油藏中添加硝酸盐和磷酸盐，能够刺激其中的脱氮硫杆菌大量增殖，抑制 H2S 的生成，消除 FeS 造成的堵塞，减轻管
12、材的腐蚀。以硫磺为电子供体，石灰石作碳源和平衡碱度，脱氮硫杆菌接种的反应器用来脱除饮用水和地下水中的硝酸盐，可获得 98%以上的脱除率，但易引起 SO42-和硬度超标，若将其与其它反硝化方法集成使用则可克服这一缺陷。若用脱氮硫杆菌在碱性条件下脱除天然气中的 H2S 亦能获得良好的效果。未来脱氮硫杆菌应用研究的突破，取决于研究者对菌株的选育驯化、脱氮硫杆菌代谢途径的进一步认识以及工艺条件的优化。通过遗传工程手段筛选培育耐高盐、高温及高浓度硫化物的菌株，将是未来脱氮硫杆菌应用研究的发展方向。韩笑等（韩笑等，2002 年）和马艳玲等5（马艳玲等，2004 年）都研究了脱氮硫杆菌的筛选及其相关性质的研
13、究。通过从含硫的土壤中分离、驯化得到一株具有高脱硫率的脱氮硫杆菌。研究发现此菌细胞呈球杆状，单个，成对或短杆状排列，能运动。革兰氏染色为阴性，可利用硫代硫酸钠，硫酸盐作为能源，在细胞内外储存硫粒。通过正交试验确定了不同温度、pH 及 H2S 浓度对脱氮硫杆菌生长的影响，氧化亚氮还原酶硝酸盐还原酶亚硝酸盐还原酶NO 氧化还原酶NO3-NO2-N2ON2NO5同时研究了该菌对 H2S 的降解能力及生物脱硫的最佳条件。结果表明：3 种因素中以 pH 对脱氮硫杆菌生长的影响最大。脱氮硫杆菌的最佳生长条件为温度 30，pH7.0，H2S 质量浓度 15 mg/L，脱氮硫杆菌进行脱硫时的最适 pH 为 7
14、.0，最适温度为 30，其脱硫产物主要是硫酸根离子，脱硫速率为 91.3 mg/Ld。1.3 脱氮硫杆菌的应用脱氮硫杆菌的应用1.3.1 利用脱氮硫杆菌净化利用脱氮硫杆菌净化 H2S 气体气体马艳玲等（马艳玲等，2004 年）以海藻酸钙包埋脱氮硫杆菌，制成固定化微生物颗粒填充生物固定床，来净化低浓度 H2S 废气。该实验研究了温度、pH 值、进气浓度及流速对反应体系中的 H2S 脱除率的影响，测定了生物固定床中代谢物的种类及其含量。结果表明当进气口的质量浓度低于 610-5mg/L、2540、pH 值在6.07.5 范围时，生物固定床对废气中 H2S 的脱除率可达 90%以上，在反应过程中pH 值保持不变。进气口的流速对不同浓度的 H2S 的影响较大，当进气口 H2S 质量浓度为 310-5mg/L 且流速在 35 L/h 时，脱除率高达 95%以上。H2S 在生物固定床中的微生物作用下可转变成单质硫、SO32-以及 SO42-。随着进气浓度的升高，单质硫成为主要代谢产物，防止了生物固定
