CN104152207B - 一种硫化物矿物的微生物脱硫方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硫化物矿物如煤炭的微生物脱硫方法，所述方法通过对脱硫菌株的合适分组方法的确定、合适培养基的配制、菌株的混合培养以及合适的脱硫工艺参数的确定，从而能够大幅度地脱除硫化物矿物如煤炭中的硫，尤其对于其中的有机硫有着更佳的脱除效果，并可保持硫化物矿物如煤炭等的热值基本不变。由于具有良好的脱硫效果，该方法在基础研究、工业生产、环境保护等诸多领域具有广阔的应用前景和巨大潜力。
Description
技术领域
本发明涉及一种脱除矿物或有机物中有害物质的方法，更具体地涉及一种硫化物矿物如煤炭的微生物脱硫方法，属于生物技术领域。
背景技术
硫化物矿物如煤炭作为世界上最重要的能源之一, 在我国能源消耗结构中占据最大的比重，其贡献率达到70%左右，从而在我国的国民经济和社会发展中占有极其重要的地位。
但另一方面，煤炭燃烧产生的各种排放物是大气污染的主要来源。目前，全世界范围内，煤中硫的含量一般为0.5-11%，我国煤的含硫量一般在0.38-5%，平均含硫量约为1.72%，其中：低硫及特低硫煤(含硫量小于1%)约占50.3%，低硫煤和中硫煤(含硫量在1-2%之间)占34.2%，含硫大于2%的中高硫和特高硫煤占15.5% (其中含硫量大于3%的特高硫煤占4.9%)。虽然高硫煤的比例不是很大，但是由于我国煤炭的消耗总量巨大，其绝对含量仍然很大。更为严峻的是，随着低硫煤的消耗，高硫煤的使用比例迅速上升。随之而来的是，SO2产生量也日益增多，而众所周知，SO2可产生酸雨，进而破坏生态平衡，例如：酸雨污染会造成粮食、蔬菜和水果等减产，部分受害地区农作物减产幅度达到5-10%；酸雨会危及森林，导致成片的林木死亡，部分严重地区的树木死亡率达35%；酸雨腐蚀金属和建筑材料、酸化土壤和水体......而对于人类的直接影响而言，空气中的SO2污染可引发人体呼吸系统疾病，造成人群死亡率增加(特别是肺部疾病死亡率上升)。
正是由于酸雨的严重危害，从而在工农业生产、生态环境等方面造成了巨大损失，并对严重威胁和损害了人类健康。据不完全统计，单在我国，由于酸雨和二氧化硫污染造成农作物、森林和人体健康等方面的经济损失，已由1995年的约1100多亿元上升至2005年的约6000亿元，这已成为制约我国经济和社会发展的重要负面因素。
有鉴于此，为了最大程度地消除硫化物的危害，人们对于脱除燃料、化工原料等中的硫成分以及控制SO2排放等方面进行了孜孜不倦的探索和研究，先后研发出了多种方法，例如仅就控制二氧化硫排放的方法而言，目前已经得到广泛实际运用的已有如下几种：湿法烟气脱硫技术、烟气循环流化床脱硫技术、海水脱硫技术和活性焦脱硫技术等。虽然这些工艺的脱硫率能达到70%甚至更高，但这些技术也存在诸多缺陷，例如工艺设备昂贵、安装繁琐、运行费用巨大等，这些都限制了其进一步的更广泛应用。更重要的是，这些工艺的核心专利技术均掌握在国外公司手中，这使得我国的脱硫工艺应用受制于人，尤其是在煤炭占据主要能源消耗结构的现实下，更是限制了我国煤炭工业的发展。
在控制SO2排放的多种技术之外，科研人员更将目光投到了从源头出发，力图开发通过脱除含硫矿物中的硫含量从而降低随后的SO2排放产生量的新技术和新工艺。
正是在此现状需求之下，人们开发了微生物脱硫技术。更具体而言，微生物脱硫技术，是指将细菌浸出金属的理论应用于煤炭脱硫工业的生物工程技术(也称为生物催化脱硫技术，Biodesulfurization ( BDS))，BDS是指在常温常压下利用微生物对煤炭中的各种形态的硫进行脱除的技术。该技术具有诸多优点，如反应条件温和、设备投资和操作费用低、可选择性脱除煤中各硫分等优点，这对于减少煤燃烧的污染物排放具有重大的研究意义和实际价值。
正是由于BDS的上述优点，近年来，国内外学者对煤炭微生物脱硫技术进行了大量的基础研究以及应用研究，在脱硫机理、菌种筛选培育、反应器的设计开发等方面都取得了大量具有实用性的成果，部分研究甚至进行了中试实验，例如已经存在多种述及微生物脱硫的现有技术文献：
WO9638381A公开了一种使用非搅拌表面生物反应器生物处理固体物质以除去不良化合物的方法，该方法可用于煤炭的脱硫处理；
CN1373177A公开了一种煤炭脱硫剂，其利用了富集培养的微生物菌液，从而增加了原煤中的特种微生物种群含量，进而促进了煤炭中的含硫有机物、无机物进入到生物物质循环，从而降低了煤炭中含硫量，改善了煤的质量，减少了二氧化硫的污染；
CN1699547A公开了一种从高硫油井周围被油水污染的土壤中分离得到的新菌株，该菌株可作为催化剂脱除苯并噻吩类含硫有机化合物中的硫原子，尤其适用于化石燃料，如煤炭，石油及其产品中苯并噻吩类有机杂环硫的脱除，解决了传统脱硫菌株如红球菌不能脱除苯并噻吩类有机含硫化合物中有机硫的缺点，同时具备与红球菌相同的为工业应用菌株的优良特性，是燃料油深度脱硫的有益补充，使得混合发酵脱硫成为可能，具有广阔的工业应用潜力；
CN102260568A公开了一种煤炭的组合型微生物脱硫法，通过高效脱硫菌剂与土著菌剂的组合，完善了脱硫的类型和层次，提高了脱硫的速率和效率，可将煤炭中的无机硫和有机硫分解成硫酸，达到了脱硫的目的；
CN202366619U中公开了一种燃煤烟气脱硫装置，在该装置中通过微生物脱硫菌的作用，可将烟气中的二氧化硫进行高效脱除，且不产生二次污染，降低了烟气处理成本，处理后的燃煤烟气可达到一级排放标准；
CN102476021A公开了一种燃煤二氧化硫污染控制方法，通过包括使用微生物脱硫菌来减少原煤中的硫分，可降低二氧化硫的排放量，从而降低了二氧化硫的空气污染。
如上所述，目前已经存在多种现有微生物脱硫技术，但这些研究仍存在诸多缺点：
1. 现有的脱硫用微生物生长繁殖速度慢，从而延长了脱硫反应周期，影响了脱硫工艺操作和脱硫率的稳定性，增大了运行成本，无法实现大规模的工业化操作；
2. 对于不同的微生物在培养基中的合适培养终止点，以及在整个脱硫体系中的合适加入时间等仍不明确，从而缺乏流程化的操作工艺参数；
3. 微生物的培养成本过高，且最终的脱硫率偏低，仍不能显著地减轻后续的SO2的控制排放压力、巨额设备投资以及高昂的后续运行费用。
正是基于上述现有技术中的诸多缺陷，对于新颖、高效、低成本、高脱硫率的微生物脱硫方法，仍存在进行深入研究和开发的迫切需要，这也正是该领域中的研究热点和重点所在，更是本发明得以完成的现实基础和动力所倚。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明人进行了深入研究和探索，在付出了大量的创造性劳动后，从而完成了本发明。
具体而言，本发明涉及一种硫化物矿物的微生物脱硫方法，所述方法包括如下步骤：
(1) 测定菌株的生长速度、脱硫率和DBT (二苯并噻吩)利用率；
(2) 将菌株进行分组；
(3) 配制培养基；
(4) 将分组的菌株在步骤(3)配制的培养基中进行培养，得到种子液；
(5) 向含有硫化物矿物的培养基中加入种子液，进行脱硫处理。
在本发明的一种硫化物矿物的微生物脱硫方法中，步骤(1)中， 选择m个已知菌株，其中m ≥5，即m为大于或等于5的整数，并分别测定其生长速度、脱硫率、DBT (二苯并噻吩)利用率。
其中，菌株为现有技术中任何的已知菌株，例如为红平红球菌(Rhodococcuserythropolis)、抗辐射不动杆菌(Acinetobacter radioresistens)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、萎缩芽孢杆菌(Bacillus atrophaeus)、洛菲不动杆菌(Acinetobacter lwoffii)、溶血不动杆菌(Acinetobacter haemolyticus)、琼氏不动杆菌(Acinetobacter junii)、科氏芽孢杆菌(Bacillus cohnii)、扁桃假单胞菌(Pseudomonasamygdale)或分支节杆菌(Arthrobacter ramosus)等。
其中，生长速度的测定采用的是测定菌液浓度的方法，具体如下：
(I) 将菌株在常规的任何已知培养基中进行培养，例如培养12-200小时即可；
(II) 测定培养得到的菌液中的菌株数量，菌株数量越多，则意味着菌液浓度越浓，则该菌液浓度与初始时的菌液浓度之比(即该菌株的生长速度)也就越大。
其中，步骤(I)中培养菌株的培养基例如可为LB培养基、BSM培养基等任何已知的常用菌株培养基。
步骤(II)中，菌株数量的测定可使用分光光度计进行测量，该测量的步骤和方法是该领域中的常规技术，在此不再赘述。
其中，脱硫率的测定可采用GBT-214-2007全硫的测定方法，或GBT 215-2003各种形态硫的测定方法进行测定。
具体测定方法可见GBT-214-2007和/或GBT 215-2003中的标准测试方法。
其中，DBT (二并苯噻吩)是一种硫化物矿物脱硫实验中用的一种模式替代物，对于同一菌株而言，其脱硫率的高低与DBT利用率有着正比例的线性关系。
DBT利用率的测量过程如下：
(a) 分别将各个菌株和同等量的DBT在任何已知的培养基(例如BSM培养基等)中进行培养；
(b) 将每个菌株培养相同的时间如160-200小时后，用有机溶剂(如乙酸乙酯)将DBT从培养液中萃取出来；
(c) 通过分光光度法测量萃取液中的DBT萃取量，该萃取量即为未被利用的DBT量；
(d) 通过DBT的初始加入量和步骤(c)中的萃取量，可计算出该菌株的DBT利用率，计算公式如下：
在本发明的一种硫化物矿物的微生物脱硫方法中，在步骤(2)中将菌株进行分组，具体如下：
将上述步骤(1)中的m个已知菌株分成n组，其中m ≥5，其中n为2至m/2 (有时也表达为2-0.5m)中的整数。
其中，应注意的是，当m为奇数即m/2或0.5m为非整数时，则可以向前取整或向后取整，即向前取整为紧挨的前面整数或向后取整为紧挨的后面整数。例如，当m = 5时，则将m/2或0.5m取整为2或3，即分成n为2组或2-3组；当m = 7时，则将m/2或0.5m取整为3或4，即分成n未2-3组或2-4组。以此类推，当m为其它奇数时，同样进行上述规定的取整处理。
优选地，将步骤(1)中的已知菌株分成3-6组，例如可为3组、4组、5组或6组。
在本发明中，自始至终，除非另有规定，否则“m/2”或“0.5m”均是指经过上述取整处理的整数。
该步骤的分组规则如下：
S1：分别对所有菌株的生长速度、脱硫率、DBT利用率这三类指标进行换算，换算方法为：分别选取每一类指标中数值最低的菌株，将该数值设定为基准数值，该基准数值的大小为1，然后将其它各个菌株的该类指标数值分别换算为与上述数值最低的菌株的同类数值之比。
非限定性地举例如下：某个菌株A具有5%的脱硫率，其脱硫率在所有菌株中最低，将其脱硫率设定为大小为1的基准数值。另个菌株B的脱硫率为15%，则将该菌株B的脱硫率换算为与上述菌株A的脱硫率的比值，即为15%/5% = 3。
同理，生长速度和DBT利用率也进行同样的换算。
S2：将每个菌株换算后的值分别乘以生长速度、脱硫率、DBT利用率这三类指标的各自权重，其中生长速度的权重为0.5、脱硫率的权重为0.3、DBT利用率的权重为0.2。
然后再将每个菌株的赋予权重后的生长速度、脱硫率和DBT利用率这三类指标数值进行相加，得到各个菌株的指标总和；
S3：将所有菌株按照指标总和，由小到大进行排列；
S4：在所有菌株中，用最大的指标总和减去最小的指标总和，得到差值，然后将所有菌株依据(最大的指标总和-最小的指标总和)/n的等距梯度差分成n组；
非限定性地举例如下：有5个菌株，分别为A、B、C、D、E，其各自的指标总和分别为1.5、1.8、2.1、2.4、3，则最大指标总和与最小指标总和的差值为3-1.5 = 1.5。欲分成3组，则依据(3-1.5)/3 = 0.5的梯度进行分组，分成3组，第一组的指标总和区间为1.5-(1.5+0.5)，即为1.5-2，第二组的指标总和区间为2-(2+0.5)，即为2-2.5，第三组的指标总和区间为2.5-(2.5+0.5)，即为2.5-3，根据这三组的分组区间，从而将菌株A-E分成如下三组：
第一组：菌株A、B；
第二组：菌株C、D；
第三组：菌株E。
在本发明的一种硫化物矿物的微生物脱硫方法中，步骤(3)中，所述配制的培养基是微生物富集类培养基或微生物基础无机盐类培养基。
其中，所述微生物富集类培养基可为如下制得的培养基：将5 g酵母提取物、10g蛋白胨、10 g氯化钠溶解于1000 ml蒸馏水中得到的。
其中所述酵母提取物是根据国家标准《GBT 23530-2009酵母抽提物》而制得的棕黄色可溶性膏状或浅黄色粉状纯天然制品(又称酵母味素)，目前已经实现了商业化出售，可从多个厂家如安琪酵母股份有限公司购买得到。
其中，所述微生物基础无机盐类培养基可为具有如下配方的培养基：5 gK2HPO43H2O、0.2 g MgCl6H2O、2 g NaH2PO42H2O、2 g NH4Cl、2 g甘油、1 ml微量元素水溶液、1000 ml蒸馏水。
其中，所述1 ml微量元素水溶液是将0.005 g硼酸、0.02 g钼酸钠、0.02 g氯化锌、0.01 g氯化铜、0.4 g氯化钙、0.04 g氯化钴、0.08 g氯化锰、0.4 g氯化铁和0.01 g氯化铝溶解于1000 ml蒸馏水中后量取1 ml而得到。
所述培养基的配制是将上述配方进行混合，搅拌均匀即可。
在本发明的一种硫化物矿物的微生物脱硫方法中，步骤(4)具体为：将步骤(2)的各组菌株分别接种至步骤(3)的培养基中，培养至OD600为0.6-1.5，该OD600可为该数值范围内的任何具体点值，非限定性地例如可为0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4或1.5。
通过该菌株培养，可得到含有大量菌株的种子液，从而可用于后续的煤炭脱硫。
在本发明的一种硫化物矿物的微生物脱硫方法中，步骤(5)具体为：将第一组的种子液加入到含有硫化物矿物的培养基中，然后每隔12-40小时加入后一组，直至将最后一组(即第n组)加入后，开始重新计时，继续培养160-200小时。
其中，所述培养基为无碳源的无机盐基础培养基，例如可为无碳源的培养基，进一步该培养基配方为：5 g K2HPO43H2O、0.2 g MgCl6H2O、2 g NaH2PO42H2O、2 g NH4Cl、1 ml微量元素水溶液、1000 ml蒸馏水。
其中，所述1 ml微量元素水溶液是将0.005 g硼酸、0.02 g钼酸钠、0.02 g氯化锌、0.01 g氯化铜、0.4 g氯化钙、0.04 g氯化钴、0.08 g氯化锰、0.4 g氯化铁和0.01 g氯化铝溶解于1000 ml蒸馏水中后量取1 ml而得到。
所述培养基的配制是将上述组分进行混合，搅拌均匀即可。
其中，在该步骤(5)中，以体积毫升(ml)计的培养基与以质量克(g)计的硫化物矿物之比为100:5-20，即每100 ml培养基中加入5-20 g硫化物矿物，所加入硫化物矿物可为5-20 g范围内的任何具体点值，非限定性地例如可加入5 g、10 g、15 g或20 g。
其中，在该步骤(5)中，培养基与任一组种子液的体积比为0.05-0.15:1，非限定性地例如可为0.05:1、0.1:1或0.15:1。
其中，加入后一组的间隔时间为12-40小时，该间隔时间可为12-40小时内的任何具体数值，非限定性地例如可为12小时、15小时、20小时、25小时、30小时、35小时或40小时。
加入最后一组后，开始重新计时，继续培养160-200小时，非限定性地例如可为160小时、170小时、180小时、190小时或200小时。
其中，硫化物矿物为粉末的形式，其粒度并没有特别的限定，例如可为 10-200目，非限定性地例如可为10目、20目、30目、40目、50目、60目、70目、80目、90目、100目、110目、120目、130目、140目、150目、160目、170目、180目、190目或200目。
其中，脱硫处理的温度为25-35℃，非限定性地例如可为25℃、30℃或35℃。
其中，在该脱硫处理过程中，优选在搅拌下进行脱硫，搅拌转速例如可为100-200rpm，非限定性地例如可为100 rpm、150 rpm或200 rpm。
在本发明的一种硫化物矿物的微生物脱硫方法中，所述硫化物矿物例如可为煤炭。
如上所述，本发明提供了一种硫化物矿物的微生物脱硫方法，与现有技术相比，本发明的所述方法具有如下的优点：
1. 具有高效的脱硫效率，取得了比单一菌株更为优异的脱硫效果；
2. 明确了不同组别菌株的加入时间，为脱硫的流程化、规范化操作提供了标准化操作程序，有利于大规模的工业化脱硫的顺利实施；
3. 通过合理的分组和加入时间的控制等多个具体工艺的选择，为大规模脱硫的实施奠定了必要基础。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明，但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。
实施例1
选择下表1中的10株已知菌株，按照如下步骤分成3组以实施本发明的脱硫方法：
(1) 测定菌株的生长速度、脱硫率和DBT (二苯并噻吩)利用率
按照上述内容中所列的测量方法，分别测量各个菌株的生长速度、脱硫率和DBT利用率，具体结果见下表1：
表1. 各个菌株的生长速度、脱硫率和DBT利用率
(2) 将菌株进行分组
S1：分别对上述10个已知菌株的生长速度、脱硫率、DBT利用率这三类指标进行换算，换算方法为：
1、将菌株8的生长速度设定为基准数值1，其它各个菌株的生长速度分别换算为与菌株8的生长速度之比，即将各个其它菌株的生长速度除以菌株8的“1.153”；
2、将菌株5的脱硫率设定为基准数值1，其它各个菌株的脱硫率分别换算为与菌株5的脱硫率之比，即将各个其它菌株的脱硫率除以菌株5的“3.9%”；
3、将菌株10的DBT利用率设定为基准数值1，其它各个菌株的DBT利用率分别换算为与菌株10的DBT利用率之比，即将各个其它菌株的DBT利用率除以菌株10的“31.33%”。
经过上述换算后，结果见下表2：
表2
S2：将上表2中每个菌株换算后的值分别乘以生长速度、脱硫率、DBT利用率这三类指标的各自权重，其中生长速度的权重为0.5、脱硫率的权重为0.3、DBT利用率的权重为0.2。
然后再将每个菌株的赋予权重后的生长速度、脱硫率和DBT利用率这三类指标数值进行相加，得到各个菌株的指标总和，结果见下表3：
表3
S3：将所有菌株按照指标总和，由小到大进行排列，结果见下表4:
表4
S4：在所有菌株中，用最大的指标总和3.312218减去最小的指标总和1.210803，得到差值2.101415，然后将该差值除以3，从而以2.101415/3 = 0.700472的等距梯度差将该10株已知菌株分成3组：第一组的指标总和应位于区间1.210803-1.911275之中、第二组应位于区间1.911295-2.611747之间、第三组应位于2.611747-3.312218之间。
因此，分为如下表5中的三组：
表5
(3) 配制培养基
所配制的培养基是微生物富集类培养基，其配方和配制方法如下：将5 g酵母提取物、10g蛋白胨、10 g氯化钠溶解于1000 ml蒸馏水中得到的。
如果需要更多的培养基，可重复进行上述配制而得到足够量的培养基。
菌株培养，得到种子液
将步骤(2)的各组菌株分别接种至步骤(3)的培养基中，培养至OD600为0.6，得到各组菌株的种子液。
向煤炭中加入种子液，进行脱硫处理
先将第一组菌株的种子液加入到含有高硫煤(煤炭为100目粒度大小的煤粉)的培养基中，并开始计时，其中，以体积毫升(ml)计的培养基与以质量克(g)计的煤炭之比为100:5，12小时后加入第二组，24小时后加入第三组。然后开始重新计时，继续培养160小时。
所述培养基为无碳源的无机盐基础培养基，其配方如下：5 g K2HPO43H2O、0.2 gMgCl6H2O、2 g NaH2PO42H2O、2 g NH4Cl、1 ml微量元素水溶液、1000 ml蒸馏水。
其中，所述1 ml微量元素水溶液是将0.005 g硼酸、0.02 g钼酸钠、0.02 g氯化锌、0.01 g氯化铜、0.4 g氯化钙、0.04 g氯化钴、0.08 g氯化锰、0.4 g氯化铁和0.01 g氯化铝溶解于1000 ml蒸馏水中后量取1 ml而得到。
所述培养基的配制是将上述组分进行混合，搅拌均匀即可。
所述培养基与任一组种子液的体积比均为0.05:1。
期间，该体系温度为25℃，且在搅拌下进行脱硫，搅拌转速为100 rpm。
脱硫完成后，过滤，得到处理后的煤粉，蒸馏水冲洗，60℃烘干，按照GBT-214-2007或GBT 215-2003标准测量对煤炭的脱硫率。
实施例2
选择上表1中的10株已知菌株，除分成4组外，以与实施例1中的相同步骤(1)-(2)进行分组，最终所得的4组如下表6所示：
表6
(3) 配制培养基
所配制的培养基是微生物基础无机盐类培养基，其配方如下：5 g K2HPO43H2O、0.2g MgCl6H2O、2 g NaH2PO42H2O、2 g NH4Cl、2 g甘油、1 ml微量元素水溶液、1000 ml蒸馏水。
其中，所述1 ml微量元素水溶液是将0.005 g硼酸、0.02 g钼酸钠、0.02 g氯化锌、0.01 g氯化铜、0.4 g氯化钙、0.04 g氯化钴、0.08 g氯化锰、0.4 g氯化铁和0.01 g氯化铝溶解于1000 ml蒸馏水中后量取1 ml而得到。
所述培养基的配制方法是将上述配方进行混合，搅拌均匀即可。
如果需要更多的培养基，可重复进行上述配制而得到足够量的培养基。
菌株培养，得到种子液
将步骤(2)的各组菌株分别接种至步骤(3)的培养基中，培养至OD600为1.0，得到各组菌株的种子液。
向煤炭中加入种子液，进行脱硫处理
先将第一组菌株的种子液加入到含有高硫煤(煤炭为50目粒度大小的煤粉)的培养基(该培养基即实施例1中步骤(5)的培养基)中，并开始计时，其中，以体积毫升(ml)计的培养基与以质量克(g)计的煤炭之比为100:10，20小时后加入第二组，50小时后加入第三组，75小时后加入第四组。然后开始重新计时，继续培养180小时。
所述培养基与任一组种子液的体积比均为0.1:1。
期间，该体系温度为30℃，且在搅拌下进行脱硫，搅拌转速为150 rpm。
脱硫完成后，过滤，得到处理后的煤粉，蒸馏水冲洗，60℃烘干，按照GBT-214-2007或GBT 215-2003标准测量对煤炭的脱硫率。
实施例3
选择上表1中的10株已知菌株，除分成5组外，以与实施例1中的相同步骤(1)-(2)进行分组，最终所得的5组如下表7所示：
表7
(3) 配制培养基
所配制的培养基是微生物富集类培养基，其配方和配制方法如下：将5 g酵母提取物、10g蛋白胨、10 g氯化钠溶解于1000 ml蒸馏水中得到的。
如果需要更多的培养基，可重复进行上述配制而得到足够量的培养基。
菌株培养，得到种子液
将步骤(2)的各组菌株分别接种至步骤(3)的培养基中，培养至OD600为1.5，得到各组菌株的种子液。
向煤炭中加入种子液，进行脱硫处理。
先将第一组菌株的种子液加入到含有高硫煤(煤炭为200目粒度大小的煤粉)的培养基(该培养基即实施例1中步骤(5)的培养基)中，并开始计时，其中，以体积毫升(ml)计的培养基与以质量克(g)计的煤炭之比为100:20，30小时后加入第二组，70小时后加入第三组，85小时后加入第四组,115小时后加入第五组。然后开始重新计时，继续培养200小时。
所述培养基与任一组种子液的体积比均为0.15:1。
期间，该体系温度为35℃，且在搅拌下进行脱硫，搅拌转速为200 rpm。
脱硫完成后，过滤，得到处理后的煤粉，蒸馏水冲洗，60℃烘干，按照GBT-214-2007或GBT 215-2003标准测量对煤炭的脱硫率。
对比例1
除未进行分组外，将实施例1中的10个菌株分别接种至步骤(3)的培养基中，培养至OD600为0.6，得到10个菌株的种子液。
然后将10个菌株的种子液同时加入步骤(5)中的含有高硫煤(煤炭为20目粒度大小的煤粉)的相同培养基中，并开始计时，一共培养184小时，其中，以体积毫升(ml)计的培养基与以质量克(g)计的煤炭之比为100:5。
所述培养基与任一组种子液的体积比均为0.05:1。
期间，该体系温度为25℃，且在搅拌下进行脱硫，搅拌转速为100 rpm。
脱硫完成后，过滤，得到处理后的煤粉，蒸馏水冲洗，60℃烘干，按照GBT-214-2007或GBT 215-2003标准测量对煤炭的脱硫率。
对比例2
除未进行分组外，将实施例2中的10个菌株分别接种至步骤(3)的培养基中，培养至OD600为1.0，得到10个菌株的种子液。
然后将10个菌株的种子液同时加入步骤(5)中的含有高硫煤(煤炭为50目粒度大小的煤粉)的相同培养基中，并开始计时，一共培养255小时，其中，以体积毫升(ml)计的培养基与以质量克(g)计的煤炭之比为100:10。
所述培养基与任一组种子液的体积比均为0.1:1。
期间，该体系温度为30℃，且在搅拌下进行脱硫，搅拌转速为150 rpm。
脱硫完成后，过滤，得到处理后的煤粉，蒸馏水冲洗，60℃烘干，按照GBT-214-2007或GBT 215-2003标准测量对煤炭的脱硫率。
对比例3
除未进行分组外，将实施例3中的10个菌株分别接种至步骤(3)的培养基中，培养至OD600为1.5，得到10个菌株的种子液。
然后将10个菌株的种子液同时加入步骤(5)中的含有高硫煤(煤炭为90目粒度大小的煤粉)的相同培养基中，并开始计时，一共培养315小时，其中，以体积毫升(ml)计的培养基与以质量克(g)计的煤炭之比为100:20。
所述培养基与任一组种子液的体积比均为0.15:1。
期间，该体系温度为35℃，且在搅拌下进行脱硫，搅拌转速为200 rpm。
脱硫完成后，过滤，得到处理后的煤粉，蒸馏水冲洗，60℃烘干，按照GBT-214-2007或GBT 215-2003标准测量对煤炭的脱硫率。
对比例4-8
除将所分成的三组菌株以第一组、第三组和第二组的顺序加入到含有煤炭的培养基中外，以与实施例1相同的方式实施例了对比例4。
除将所分成的三组菌株以第二组、第一组和第三组的顺序加入到含有煤炭的培养基中外，以与实施例1相同的方式实施例了对比例5。
除将所分成的三组菌株以第二组、第三组和第一组的顺序加入到含有煤炭的培养基中外，以与实施例1相同的方式实施了对比例6
除将所分成的三组菌株以第三组、第一组和第二组的顺序加入到含有煤炭的培养基中外，以与实施例1相同的方式实施例了对比例7。
除将所分成的三组菌株以第三组、第二组和第一组的顺序加入到含有煤炭的培养基中外，以与实施例1相同的方式实施例了对比例8。
对比例9-14
除将所分成的四组菌株以第一组、第二组、第四组、第三组的顺序加入到含有煤炭的培养基中外，以与实施例2相同的方式实施例了对比例9。
除将所分成的四组菌株以第一组、第三组、第二组、第四组的顺序加入到含有煤炭的培养基中外，以与实施例2相同的方式实施例了对比例10。
除将所分成的四组菌株以第一组、第三组、第四组、第二组的顺序加入到含有煤炭的培养基中外，以与实施例2相同的方式实施例了对比例11。
除将所分成的四组菌株以第二组、第一组、第三组、第四组的顺序加入到含有煤炭的培养基中外，以与实施例2相同的方式实施例了对比例12。
除将所分成的四组菌株以第三组、第二组、第一组、第四组的顺序加入到含有煤炭的培养基中外，以与实施例2相同的方式实施例了对比例13。
除将所分成的四组菌株以第四组、第三组、第二组、第一组的顺序加入到含有煤炭的培养基中外，以与实施例2相同的方式实施例了对比例14。
对比例15-18
除将所分成的五组菌株以第二组、第五组、第三组、第一组、第四组的顺序加入到含有煤炭的培养基中外，以与实施例3相同的方式实施例了对比例15。
除将所分成的五组菌株以第三组、第二组、第五组、第四组、第一组的顺序加入到含有煤炭的培养基中外，以与实施例3相同的方式实施例了对比例16。
除将所分成的五组菌株以第四组、第三组、第二组、第一组、第五组的顺序加入到含有煤炭的培养基中外，以与实施例3相同的方式实施例了对比例17。
除将所分成的五组菌株以第五组、第四组、第三组、第二组、第一组的顺序加入到含有煤炭的培养基中外，以与实施例3相同的方式实施例了对比例18。。
上述实施例1-3以及对比例1-18的脱硫数据见下表8：
表8
应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。
Claims (29)
1.一种硫化物矿物的微生物脱硫方法，所述方法包括如下步骤：
(1)测定菌株的生长速度、脱硫率和DBT(二苯并噻吩)利用率；
(2)将菌株按照生长速度、脱硫率和DBT利用率的指标总和进行分组；
其中，在所述步骤(2)中将菌株进行分组，具体如下：
将m个已知菌株分成n组，m≥5，其中n为2至(m+1)/2中的整数，
该步骤的分组规则如下：
S1：分别对所有菌株的生长速度、脱硫率、DBT利用率这三类指标进行换算，换算方法为：分别选取每一类指标中数值最低的菌株，将该数值设定为基准数值，该基准数值的大小为1，然后将其它各个菌株的该类指标数值分别换算为与上述数值最低的菌株的同类数值之比；
S2：将每个菌株换算后的值分别乘以生长速度、脱硫率、DBT利用率这三类指标的各自权重，其中生长速度的权重为0.5、脱硫率的权重为0.3、DBT利用率的权重为0.2；
然后再将每个菌株的赋予权重后的生长速度、脱硫率和DBT利用率这三类指标数值进行相加，得到各个菌株的指标总和；
S3：将所有菌株按照指标总和，由小到大进行排列；
S4：在所有菌株中，用最大的指标总和减去最小的指标总和，得到差值，然后将所有菌株依据(最大的指标总和-最小的指标总和)/n的等距梯度差分成n组；
(3)配制培养基；
(4)分别将各组菌株在步骤(3)配制的培养基中进行培养，得到各组菌株相应的种子液；
(5)分别于不同的时间向含有硫化物矿物的培养基中加入步骤(4)得到的各组菌株相应的种子液，进行脱硫处理，其中各组加入顺序按照步骤(2)中指标总和由小到大进行。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中配制的培养基是微生物富集类培养基或微生物基础无机盐类培养基。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述微生物富集类培养基是如下制得的培养基：将5g酵母提取物、10g蛋白胨、10g氯化钠溶解于每1000ml蒸馏水中得到的。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述微生物基础无机盐类培养基是具有如下配方的培养基：每1000ml蒸馏水，含5g K2HPO4﹒3H2O、0.2g MgCl2﹒6H2O、2g NaH2PO4﹒2H2O、2gNH4Cl、2g甘油、1ml微量元素水溶液；
其中，所述1ml微量元素水溶液是将0.005g硼酸、0.02g钼酸钠、0.02g氯化锌、0.01g氯化铜、0.4g氯化钙、0.04g氯化钴、0.08g氯化锰、0.4g氯化铁和0.01g氯化铝溶解于1000ml蒸馏水中后量取1ml而得到。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)具体为：将步骤(2)的各组菌株分别接种至步骤(3)的培养基中，培养至OD600为0.6-1.5。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)具体为：将步骤(2)的各组菌株分别接种至步骤(3)的培养基中，培养至OD600为0.6-1.5。
7.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)具体为：将步骤(2)的各组菌株分别接种至步骤(3)的培养基中，培养至OD600为0.6-1.5。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(5)具体为：将第一组的种子液加入到含有硫化物矿物的培养基中，然后每隔12-40小时加入后一组，直至将最后一组加入后，开始重新计时，继续培养160-200小时。
9.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤(5)具体为：将第一组的种子液加入到含有硫化物矿物的培养基中，然后每隔12-40小时加入后一组，直至将最后一组加入后，开始重新计时，继续培养160-200小时。
10.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于：所述步骤(5)具体为：将第一组的种子液加入到含有硫化物矿物的培养基中，然后每隔12-40小时加入后一组，直至将最后一组加入后，开始重新计时，继续培养160-200小时。
11.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤(5)具体为：将第一组的种子液加入到含有硫化物矿物的培养基中，然后每隔12-40小时加入后一组，直至将最后一组加入后，开始重新计时，继续培养160-200小时。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(5)中的培养基为无碳源的无机盐基础培养基，其配方为：每1000ml蒸馏水，含5g K2HPO4﹒3H2O、0.2g MgCl2﹒6H2O、2g NaH2PO4﹒2H2O、2g NH4Cl、1ml微量元素水溶液；
其中，所述1ml微量元素水溶液是将0.005g硼酸、0.02g钼酸钠、0.02g氯化锌、0.01g氯化铜、0.4g氯化钙、0.04g氯化钴、0.08g氯化锰、0.4g氯化铁和0.01g氯化铝溶解于1000ml蒸馏水中后量取1ml而得到。
13.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤(5)中的培养基为无碳源的无机盐基础培养基，其配方为：每1000ml蒸馏水，含5g K2HPO4﹒3H2O、0.2g MgCl2﹒6H2O、2g NaH2PO4﹒2H2O、2g NH4Cl、1ml微量元素水溶液；
其中，所述1ml微量元素水溶液是将0.005g硼酸、0.02g钼酸钠、0.02g氯化锌、0.01g氯化铜、0.4g氯化钙、0.04g氯化钴、0.08g氯化锰、0.4g氯化铁和0.01g氯化铝溶解于1000ml蒸馏水中后量取1ml而得到。
14.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于：所述步骤(5)中的培养基为无碳源的无机盐基础培养基，其配方为：每1000ml蒸馏水，含5g K2HPO4﹒3H2O、0.2g MgCl2﹒6H2O、2gNaH2PO4﹒2H2O、2g NH4Cl、1ml微量元素水溶液；
其中，所述1ml微量元素水溶液是将0.005g硼酸、0.02g钼酸钠、0.02g氯化锌、0.01g氯化铜、0.4g氯化钙、0.04g氯化钴、0.08g氯化锰、0.4g氯化铁和0.01g氯化铝溶解于1000ml蒸馏水中后量取1ml而得到。
15.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤(5)中的培养基为无碳源的无机盐基础培养基，其配方为：每1000ml蒸馏水，含5g K2HPO4﹒3H2O、0.2g MgCl2﹒6H2O、2g NaH2PO4﹒2H2O、2g NH4Cl、1ml微量元素水溶液；
其中，所述1ml微量元素水溶液是将0.005g硼酸、0.02g钼酸钠、0.02g氯化锌、0.01g氯化铜、0.4g氯化钙、0.04g氯化钴、0.08g氯化锰、0.4g氯化铁和0.01g氯化铝溶解于1000ml蒸馏水中后量取1ml而得到。
16.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述步骤(5)中的培养基为无碳源的无机盐基础培养基，其配方为：每1000ml蒸馏水，含5g K2HPO4﹒3H2O、0.2g MgCl2﹒6H2O、2g NaH2PO4﹒2H2O、2g NH4Cl、1ml微量元素水溶液；
其中，所述1ml微量元素水溶液是将0.005g硼酸、0.02g钼酸钠、0.02g氯化锌、0.01g氯化铜、0.4g氯化钙、0.04g氯化钴、0.08g氯化锰、0.4g氯化铁和0.01g氯化铝溶解于1000ml蒸馏水中后量取1ml而得到。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤(5)中，以体积毫升(ml)计的培养基与以质量克(g)计的硫化物矿物之比为100:5-20；所述培养基与任一组种子液的体积比为0.05-0.15:1。
18.如权利要求2所述的方法，其特征在于：在步骤(5)中，以体积毫升(ml)计的培养基与以质量克(g)计的硫化物矿物之比为100:5-20；所述培养基与任一组种子液的体积比为0.05-0.15:1。
19.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于：在步骤(5)中，以体积毫升(ml)计的培养基与以质量克(g)计的硫化物矿物之比为100:5-20；所述培养基与任一组种子液的体积比为0.05-0.15:1。
20.如权利要求5所述的方法，其特征在于：在步骤(5)中，以体积毫升(ml)计的培养基与以质量克(g)计的硫化物矿物之比为100:5-20；所述培养基与任一组种子液的体积比为0.05-0.15:1。
21.如权利要求8所述的方法，其特征在于：在步骤(5)中，以体积毫升(ml)计的培养基与以质量克(g)计的硫化物矿物之比为100:5-20；所述培养基与任一组种子液的体积比为0.05-0.15:1。
22.如权利要求12所述的方法，其特征在于：在步骤(5)中，以体积毫升(ml)计的培养基与以质量克(g)计的硫化物矿物之比为100:5-20；所述培养基与任一组种子液的体积比为0.05-0.15:1。
23.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的菌株为红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)、抗辐射不动杆菌(Acinetobacter radioresistens)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、萎缩芽孢杆菌(Bacillus atrophaeus)、洛菲不动杆菌(Acinetobacter lwoffii)、溶血不动杆菌(Acinetobacter haemolyticus)、琼氏不动杆菌(Acinetobacter junii)、科氏芽孢杆菌(Bacillus cohnii)、扁桃假单胞菌(Pseudomonasamygdale)或分支节杆菌(Arthrobacter ramosus)。
24.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的菌株为红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)、抗辐射不动杆菌(Acinetobacter radioresistens)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、萎缩芽孢杆菌(Bacillus atrophaeus)、洛菲不动杆菌(Acinetobacter lwoffii)、溶血不动杆菌(Acinetobacter haemolyticus)、琼氏不动杆菌(Acinetobacter junii)、科氏芽孢杆菌(Bacillus cohnii)、扁桃假单胞菌(Pseudomonasamygdale)或分支节杆菌(Arthrobacter ramosus)。
25.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的菌株为红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)、抗辐射不动杆菌(Acinetobacter radioresistens)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、萎缩芽孢杆菌(Bacillus atrophaeus)、洛菲不动杆菌(Acinetobacter lwoffii)、溶血不动杆菌(Acinetobacter haemolyticus)、琼氏不动杆菌(Acinetobacter junii)、科氏芽孢杆菌(Bacillus cohnii)、扁桃假单胞菌(Pseudomonasamygdale)或分支节杆菌(Arthrobacter ramosus)。
26.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的菌株为红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)、抗辐射不动杆菌(Acinetobacter radioresistens)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、萎缩芽孢杆菌(Bacillus atrophaeus)、洛菲不动杆菌(Acinetobacter lwoffii)、溶血不动杆菌(Acinetobacter haemolyticus)、琼氏不动杆菌(Acinetobacter junii)、科氏芽孢杆菌(Bacillus cohnii)、扁桃假单胞菌(Pseudomonasamygdale)或分支节杆菌(Arthrobacter ramosus)。
27.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的菌株为红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)、抗辐射不动杆菌(Acinetobacter radioresistens)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、萎缩芽孢杆菌(Bacillus atrophaeus)、洛菲不动杆菌(Acinetobacter lwoffii)、溶血不动杆菌(Acinetobacter haemolyticus)、琼氏不动杆菌(Acinetobacter junii)、科氏芽孢杆菌(Bacillus cohnii)、扁桃假单胞菌(Pseudomonasamygdale)或分支节杆菌(Arthrobacter ramosus)。
28.如权利要求12所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的菌株为红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)、抗辐射不动杆菌(Acinetobacter radioresistens)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、萎缩芽孢杆菌(Bacillus atrophaeus)、洛菲不动杆菌(Acinetobacter lwoffii)、溶血不动杆菌(Acinetobacter haemolyticus)、琼氏不动杆菌(Acinetobacter junii)、科氏芽孢杆菌(Bacillus cohnii)、扁桃假单胞菌(Pseudomonasamygdale)或分支节杆菌(Arthrobacter ramosus)。
29.如权利要求17所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的菌株为红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)、抗辐射不动杆菌(Acinetobacter radioresistens)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、萎缩芽孢杆菌(Bacillus atrophaeus)、洛菲不动杆菌(Acinetobacter lwoffii)、溶血不动杆菌(Acinetobacter haemolyticus)、琼氏不动杆菌(Acinetobacter junii)、科氏芽孢杆菌(Bacillus cohnii)、扁桃假单胞菌(Pseudomonasamygdale)或分支节杆菌(Arthrobacter ramosus)。
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Granted publication date: 20170721 Termination date: 20200524 |