刘金成 硫化细菌.ppt

主讲：刘金成制作：313宿舍•硫化细菌：是一类能进行硫化作用，将硫化物、亚硫酸盐、硫代硫酸盐等氧化为硫酸盐的细菌。由于硫化细菌的这种特性，在石油汽脱硫、工业废气脱硫、煤炭微生物脱硫、烟道气微生物脱硫等诸多领域都引起了重视。•经微生物脱硫后，可较大程度的减少燃烧过程中SO2的产生，还可以从工业废气中回收单质硫，减少H2S对设备的腐蚀。影响脱硫效果的因素是多方面的，包括温度、pH值、溶解氧、反应器容积负荷、底物浓度等。•硫化细菌存在位置：细菌常见于矿山的水坑中，可使金属硫化物氧化成硫酸，使矿物中的金属被溶解，已用于低品位铜矿等矿物的开采，称为细菌浸矿。硫化细菌广泛分布于土壤和水中，其氧化作用提供了植物可利用的硫酸态硫素营养。5Betaproteobacteria硫单胞菌属（Thiomonas）硫杆菌属（Thiobacillus）Gammaproteobacteria贝日阿托菌属（Beggiatoa）硫发菌属（Thiothrix）硫小杆菌属（Thiobacterium）无色硫菌属（Achromatium）硫螺菌属（Thiospira）硫微螺菌属（Thiomicrospira）一、硫氧化细菌的分类地位6硫氧化细菌的主要能源物质是硫化物，产能代谢的产物是硫酸：用硫氧化细菌从低品位含硫金属矿石中浸提金属，称为细菌冶金；硫氧化细菌代谢产生的大量硫酸会造成矿井和海港等处的金属构件腐蚀，造成矿山废水污染；硫氧化细菌的产能代谢能改良土壤；二、硫化作用及其应用•硫化作用：还原态无机硫化物如H2S、S或FeS2等在微生物作用下进行氧化，最后生成硫酸及其盐类的过程，称为硫化作用，进行硫化作用的微生物主要是硫细菌，可分为无色硫细菌和有色硫细菌两大类。•其氧化硫化氢的过程为：•2H2S+O2→2H2O+S2+能量•S2+3O2+2H2O→+2H2SO4+能量•该过程需要在氧气充足的条件下进行。含硫有机质是土壤硫素的重要来源，其转化，首先含硫蛋白质在分解者微生物的分解作用下水解生成含硫氨基酸，然后分解出硫化氢，这才在好氧型硫化细菌的作用下氧化成硫酸。硫化作用产生的硫酸与其他盐类作用生成的硫酸盐，可供植物利用。但当硫化作用过于强烈时，在热带滨海地区可形成强酸性的“反酸田”，对作物生长不利。•1．无色硫细菌其中包括化能自养菌和化能异养菌。•（1）硫杆菌土壤与水中最重要的化能自养硫化细菌是硫杆菌属，它们能够氧化硫化氢、黄铁矿、元素硫等形成硫酸，从氧化过程中获取能量。•2H2S＋O2→2H2O＋2S+能量•2FeS2＋7O2＋2H2O→2FeSO4＋2H2SO4+能量•2S＋3O2＋2H2O→2H2SO4+能量•无色硫杆菌中除脱氮硫杆菌时兼性厌氧菌外，其余的都是需氧菌。生长最适温度为28—30℃。有的硫杆菌能忍耐很酸的环境，甚至嗜酸。常见的有氧化硫硫杆菌、氧化铁硫杆菌和排硫杆菌。•（2）丝状硫磺细菌它们属化能自养菌，有的也能营腐生生活。生存于含硫的水中，能将H2S氧化为元素硫。主要有两个属，即贝氏硫菌属和发硫菌属，前者丝状体游离，后者丝状体通常固着于固体基质上。此外，菌体螺旋状的硫螺菌属、球形细胞带有裂片的硫化叶菌属、细胞圆形到卵圆形的卵硫菌属等胞内都含硫粒，也都能代谢硫磺。•2．有色硫细菌有色硫细菌主要指含有光合色素的利用光能营养的硫细菌，它们从光中获得能量，依靠体内含有特殊的光合色素，进行光合作用同化CO2。主要分为光能自养型和光能异养型。•（1）光能自养型这类光合细菌在进行光合作用时，能以元素硫和硫化物作为同化CO2的电子供体，常见的如着色菌科和绿菌科中的有关种（俗称紫硫菌和绿硫菌）。•（2）光能异养型该类光合细菌主要以简单的脂肪酸、醇等作为碳源或电子供体，也可以硫化物或硫代硫酸盐（但不能以元素硫）作为电子供体。能进行光照厌氧或黑暗微好氧呼吸。目前，多用于高浓度有机废水的处理。常见种类大多为红螺菌科，如球形红杆菌、沼泽红杆菌等。•3、反硫化作用•在厌氧条件下微生物将硫酸盐还原为H2S的过程称为反硫化作用。参与这一过程的微生物称为硫酸盐还原菌。反硫化作用具有高度特异性，主要是由脱硫弧菌属来完成。如脱硫脱硫弧菌是一典型反硫化作用的代表菌，其反应式为：•C6H12O6＋3H2SO4→6CO2＋6H2O＋3H2S+能量•产生的H2S与铁化学氧化产生的Fe2+形成FeS和Fe（OH）2，这是造成铁锈蚀的主要原因。三、硫化细菌的分离培养•国外自1902年就开始了对硫化细菌分离培养研究，而我国从1957年才开始对这方面的研究，主要在于硫杆菌属各个种的分离培养研究。主要有排硫杆菌、氧化硫杆菌、脱氮硫杆菌。1、排硫杆菌•该菌在分离培养过程中较容易辨别，在固体培养基上由较为明显的硫磺积累，画线培养后两天即可见到培养皿边缘稀疏的菌落及较早积累的硫黄颗粒。菌落的中央最先积累硫磺，然后扩展到菌落的边缘。•在固体培养基生长时，28℃下可维持16—18天，5℃左右时可生长8周。•在液体培养基生长时，28℃下可维持4—8周，5℃时可长达20周。2、氧化硫杆菌•该菌分离主要根据其氧化硫磺形成硫酸，使培养基pH急剧下降来辨别，在配置固体培养基时，加入指示剂甲基橙，使最后浓度为1/1000—1/2000，以此培养基来分离氧化硫杆菌效果较好，菌落周围由于产酸，培养基颜色由黄变红，pH下降到3.0以下。•该菌在固体培养基生活较短，一般为3—10天，在硫磺粉液培养基中，5℃时可维持8周以上。3、脱氮硫杆菌•该菌培养时很难淘汰杂菌（包括各种自氧和异氧杂菌），故对脱氮硫杆菌的菌落也不易辨别。比较可靠的分离方法是通过划线厌气培养和半固体穿刺培养交替进行。将划线厌气培养后获得的各种菌落全部穿刺进半固体培养基试管中，凡在半固体培养基试管中生长形成气泡的菌体，可初步确定为脱氮硫杆菌，再通过划线厌气培养和半固体穿刺培养可获得纯种。•脱氮硫杆菌在固体培养基可维持5—7周，在半固体穿刺培养基5℃以下时可维持11—18周，28℃可维持10—11周。四、硫化细菌对水体的作用•硫化细菌称为“化能自养菌”，在海洋环境中这些“化能自养菌”对氮素循环、硫素循环起到重要作用。他们能直接分解一些海洋动、植物不能直接利用甚至有毒害作用的无机化合物，如：S、H2S等、从中获取自身增值的能量。并且在该分解过程中同时生成有益于海洋植物生长的无机盐类。•可见，海洋自养菌能起到净化海洋环境，提高海洋营养水平的作用。•在鱼的食物残饵、粪便以及水草残片中还含有硫，硫会产生具有臭鸡蛋味的硫化物，在氧气充足的条件下，硫化细菌会将这些硫化物氧化成硫酸盐、水和自身能量，在缺氧的条件下，厌氧菌会将硫化物转变成有毒的硫化氢气体。因此，保持水族箱内充足的氧气和实施的添加硫化细菌制剂时十分重要的。五、硫化细菌的浸出机理•硫化细菌的浸出机理主要有5种模型：•1、硫化物的细菌直接氧化；•2、硫化物与元素硫间接细菌氧化；•3、三价铁离子扩散通过元素硫固体产物层然后氧化硫产物；•4、生成铁钒固体产物层时的细菌间接浸出；•5、原电池反应。