煤炭微生物脱硫研究进展

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1、煤的微生物脱硫技术研究进展生物工程105611017任改梅摘要：煤的微生物脱硫技术目前在国内外研究关键词能源是人类社会发展不可或缺的驱动力。时至今日，人类社会的发展已经经历了3个能源时期——柴草时期、煤炭时期和石油时期，可以说人类社会利用能源的类型在某种意义上反映着社会的发展水平。然而，20世纪70年代的两大石油危机的爆发使人们不得不关注煤炭的应用。但与此同时，大量的煤的燃烧对环境造成的危害也日趋显著；酸雨现象就是最为引起人们关注的其中之一。而导致酸雨的主要原因还是在于煤燃烧所释放出的SO2。因此，美日、欧共体等发达国家对使用煤的硫含量有了严格的限制，对于不符合含

2、硫标准的煤必须经过洗煤场的处理等而达标方可使用；我国也于1994年开始实施跨行业行动的“洁净煤技术工程（CleanCoaltechnology,简称CCT）”，而其中煤炭脱硫被列为该项工程的主要研究项目。目前，煤炭的脱硫技术按燃烧过程可以分为燃烧前脱硫、燃烧中固硫和燃烧后烟道气脱硫三个方面。从经济角度考虑，燃前脱硫成本最低，是煤炭脱硫研究的主要环节。煤炭燃前脱硫的主要方法包括物理方法、化学方法和生物方法。物理法是采用磁选、重选、浮选等对煤进行处理；化学法是在高温、高压的条件下，利用氧化剂氧化达到脱硫的目的；生物法是利用微生物能选择性地氧化煤中的无机硫和有机硫，达到

3、脱硫的目的。比较而言，物理法只能脱去其中的部分无机硫而不能脱去煤中的有机硫；化学法能耗大、成本高；生物法不但能脱出结构复杂、粒度很细的无机硫，同时也能脱去部分有机硫，具有安全、环保、低耗和高效等优点，也是使其成为目前科研工作者研究该项技术主要部分的关键因素。1煤炭脱硫技术背景知识介绍1．1煤中硫的赋存形态煤炭脱硫与硫在煤炭中的赋存状态有密切关系，硫在煤炭中存在形式较复杂，主要包括无机硫和有机硫，有时还包括微量的呈单体状态的元素硫。有机硫以硫醇类(R-SH)、硫醚类(R-S-R’)、硫蒽类(R-S—S-R’)、硫醌类等结构的官能团存在于煤中；无机硫主要以硫化物的形式

4、存在，还有少量的硫酸盐中的硫，无机含硫矿物以黄铁矿为主，硫酸盐以钙、铁、镁和钡的硫酸盐类形式出现。黄铁矿是煤炭中硫的主要组成部分。有机硫与无机硫不同，它是煤中有机质组成部分，主要来源于成煤植物细胞中的蛋白质。换句话说，它是成煤植物本身的硫在成煤过程中参与煤的形成转移到煤里并均匀分布于煤中的，有机硫主要包括硫醚和硫醇(李丽等，2006)。表1-1煤中硫的赋存形态Tablel-1Theexistconfigurationsofsulfurincoal根据能否在空气中燃烧，煤中硫又可分为可燃硫和不可燃硫。有机硫、硫铁矿硫和单质硫都能在空气中燃烧，属于可燃硫。在煤炭燃烧过

5、程中不可燃硫残留在煤灰中，所以又称为固定硫，硫酸盐硫就属于固定硫。1.2关于脱硫微生物煤的微生物脱硫主要取决于微生物对其生长环境中硫或含硫化合物的代谢能力。已经发现对煤中硫具有脱除作用的微生物约有十几种。根据他们最适生长温度分为三大类：中温菌、中等嗜热菌和嗜高温菌。用于脱除煤中无机硫的微生物主要有氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌、氧化亚铁微螺菌等三种，它们均属于中温菌，其中氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌同为硫杆菌属，对硫化矿、还原态无机硫和有机硫都有效，在煤炭脱硫中具有重要地位。脱除煤中的有机硫，主要有机化能异养微生物，如假单胞菌、红球菌、棒杆菌和短杆菌等。另有一些嗜热

6、的兼性自养微生物，如嗜热硫化裂片菌属、嗜酸硫杆菌属、嗜热硫杆菌属等。也有报道美国曾筛选出能特异性降解煤中有机硫的玫瑰色红球菌等。下面将三种主要脱硫菌的生物学特性列于下表：表1-2三种主要的脱硫菌及其生物学特性Tablel-2Threekindsofmajorbacteriaandtheirbiologicalcharacteristics*表示固定空气中的氮气，ND表示没有数据需要指出的是，氧化亚铁硫杆菌是中温、好氧、嗜酸、专性无机化能自养菌-其生物膜k+56xdxhj:8do由外膜$肽聚糖$周质区和内膜构成)%/&%2+k图%o,周质区存在铁氧化酶k,j686-

7、5e:fdo-从外界培养液跨膜运输到周质区的ud(t离子在铁氧化酶催化下失去一个电子-这个电子经过铜蛋白$细胞色素#k#$96.io$色素氧化酶k#$96.:%o最终传递给分子氧-并伴随"t和能量的吸收-这一能量使细胞内/}yk二磷酸腺苷o和y5k无机磷o结合成/7yk三磷酸腺苷o使细菌得以生长繁殖)%2+,氧化亚铁硫杆菌中的铁大部分以高铁状态与脂多糖结合)("+,1.2煤炭微生物脱硫机理1.2.1无机硫脱除机理在有水和氧存在下，黄铁矿可被氧化为S042-和Fe3+，但速率非常慢。在一些细菌作用下，此过程可大大加快。细菌作用黄铁矿产生S042-和Fe3+可能存在两

8、种途径(J