CN105420139B - 一种嗜盐脱硫菌株及其应用 - Google Patents

一种嗜盐脱硫菌株及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种最高可耐受14％的Na2CO3和NaHCO3的混合溶液的嗜盐化能自养型脱硫菌株，命名为NPE‑1，保藏编号为：CCTCC NO：M 2015152。可在7％‑10％Na2CO3和NaHCO3的混合溶液中正常生长，将硫化氢转化成单质硫，脱硫速率可达到0.2‑0.3g(H2S)/(L·h)。并具有很强的硫化氢抗负荷能力和耐高pH性能，可在pH10.5‑11条件下正常生长，并能处理含有5000‑20000ppm硫化氢浓度的气体。世代周期短，仅为40min，抗杂菌能力强。还提供了上述嗜盐脱硫菌株在生物脱硫中的应用。本发明的嗜盐脱硫菌株不仅能够高效地将硫化氢转化为硫单质，而且具有很强的嗜盐性，从而大幅较少废水的排放和碱液的消耗，大大降低生物脱硫运行成本，提高生物脱硫系统稳定性，为洗涤塔式的生物脱硫工艺工业化应用奠定了坚实的基础。

Description

一种嗜盐脱硫菌株及其应用
技术领域
本发明涉及微生物技术领域，更具体地，涉及脱硫微生物技术领域，特别是指一种嗜盐脱硫菌株及其应用。
背景技术
随着工业化的快速发展，人类对环境的污染不断加剧。沼气、天然气、填埋气等清洁气体燃料，备受人们欢迎。而沼气、天然气、填埋气等气体在未经净化之前，都含有大量的硫化氢和其它含硫化合物，如直接当作燃料进行燃烧或者发电，都会严重腐蚀设备。因此在使用之前，需将气体中含硫化合物脱除。
传统的干法脱硫和湿法脱硫工艺，由于存在脱硫成本高、劳动强度大、系统运行稳定性差、脱硫废弃物会产生二次污染等问题，逐渐被生物脱硫工艺所取代。洗涤塔式的生物脱硫工艺由于脱硫效率高、抗负荷冲击能力强、系统运行稳定高等优点，而广泛运用于沼气、天然气、填埋气等气体脱硫领域。
现有的洗涤塔式的生物脱硫工艺采用的设备常见如图1所示。其主要包括洗涤塔1、生物再生反应器2和单质硫分离器3，洗涤塔1的顶部设置有净化气出口11，洗涤塔1的中部设置有含硫化氢气源进口12，洗涤塔1的下部管路连接生物再生反应器2的下部，生物再生反应器2的下部通过输送泵4连接洗涤塔1上部，生物再生反应器2的下部还设置有空气进气管5，生物再生反应器2的上部管路连接单质硫分离器3，单质硫分离器3的上部设置有排液管31以及清夜回流管32，清夜回流管32连接至生物再生反应器2的顶部。脱硫时，含硫化氢气源通过含硫化氢气源进口12进入洗涤塔1中，位于生物再生反应器2中的生物洗涤液通过输送泵4从生物再生反应器2输送至洗涤塔1的上部，然后生物洗涤液从上往下输送，含硫化氢气源从下往上输送，经过生物洗涤液成为脱硫净化气从净化气出口11排出，使用过的生物洗涤液从洗涤塔1下部输送至生物再生反应器2，与通过空气进气管5进来的空气反应，生成单质硫6以及再生生物洗涤液，含单质硫6的溶液输送至单质硫分离器3中进行分离，上清液排出或回流至生物再生反应器2再使用。生物再生反应器2上可设置pH仪和ORP仪，以便测量洗涤液的pH值和控制ORP值。
上述洗涤塔式的生物脱硫工艺的脱硫原理如下：
在洗涤塔中，H2S被生物洗涤液吸收，主要化学反应如下：
H2S的吸收：H2S+OH-→HS-+H2O；H2S+CO3 2-→HS-+HCO3 -
CO2的吸收：CO2+OH-→HCO3 –；CO2+2OH-→CO3 2–+H2O
生物再生反应器内主要化学反应如下：
单质硫的生成：
Figure GDA0002403864610000021
生物洗涤液的再生：HCO3 -+OH-→CO3 2-+H2O
由于沼气、天然气、填埋气等气体中含有大量的CO2，当采取洗涤塔式的生物脱硫工艺时，碱性的洗涤液会吸收大量的CO2，生成Na2CO3和NaHCO3溶液。随着洗涤液的不断循环使用，洗涤液中盐分含量越来越高，导致洗涤液的渗透压越来越高。为了能维持适合脱硫菌体生长的低渗透压环境，必须排放大量高盐分洗涤液，同时补充大量低盐分的碱液，这就会产生生物脱硫系统稳定性较差和运行成本较高等问题，进而影响到工业化应用。大量研究报道的生物脱硫菌种，都由于其耐渗透压能力低，而仅限于实验室研究阶段，而未能进行工业化应用。
因此，需要提供一种脱硫菌株，其不仅能够高效地将沼气、天然气、填埋气中的硫化氢以及其它含硫化合物转化为硫单质，而且耐盐，耐渗透压能力高，从而大幅较少废水的排放和碱液的消耗，大大降低生物脱硫运行成本，提高生物脱硫系统稳定性，为洗涤塔式的生物脱硫工艺工业化应用奠定了坚实的基础。
发明内容
本发明的主要目的就是针对以上存在的问题与不足，提供一种嗜盐脱硫菌株及其应用，该嗜盐脱硫菌株不仅能够高效地将硫化氢转化为硫单质，而且具有很强的嗜盐性，从而大幅较少废水的排放和碱液的消耗，大大降低生物脱硫运行成本，提高生物脱硫系统稳定性，为洗涤塔式的生物脱硫工艺工业化应用奠定了坚实的基础，适于大规模推广应用。
在本发明的第一方面，提供了一种嗜盐脱硫菌株，其特点是，所述嗜盐脱硫菌株是脱硫菌株NPE-1，保藏编号为：CCTCC NO：M 2015152。
所述嗜盐脱硫菌株从中国盐碱湖青海湖湖底淤泥分离得到，命名为脱硫菌株NPE-1，菌体呈短杆至小棒状，有时微弯曲，两端钝圆，不分枝，单个排列，菌体宽×长为(0.7～0.9)微米×(1.0～2.5)微米，经16SrRNA(如SEQ ID NO：1所示)和生理生化指标鉴定，学名分类为Pseudidiomarina sp.NPE-1，其于2015年3月23日保藏在中国典型培养物保藏中心(China Center for Type Culture Collection，简称CCTCC，地址：中国.武汉.武汉大学)，菌种保藏登记号为CCTCC NO：M 2015152。
在本发明的第二方面，提供了一种嗜盐脱硫菌株，所述嗜盐脱硫菌株能将硫化氢转化成硫单质，其特点是，所述嗜盐脱硫菌株耐受14％的Na2CO3和NaHCO3的混合溶液。
所谓耐受指的是所述嗜盐脱硫菌株在14％的Na2CO3和NaHCO3的混合溶液中能够存活，但是生长缓慢。
在本发明的第三方面，提供了一种嗜盐脱硫菌株，所述嗜盐脱硫菌株能将硫化氢转化成硫单质，其特点是，所述嗜盐脱硫菌株在7％-10％Na2CO3和NaHCO3的混合溶液中正常生长。
在本发明的第四方面，提供了一种嗜盐脱硫菌株，所述嗜盐脱硫菌株能将硫化氢转化成硫单质，其特点是，所述嗜盐脱硫菌株在7％-10％Na2CO3和NaHCO3的混合溶液中保持高脱硫活性，为0.2-0.3g(H2S)/(L·h)。
在本发明的第五方面，提供了一种嗜盐脱硫菌株，所述嗜盐脱硫菌株能将硫化氢转化成硫单质，其特点是，所述嗜盐脱硫菌株在高pH10.5-11条件下正常生长。而高pH的洗涤液能极大地增强对气体中含硫化合物的洗脱能力。
所述硫化氢可以是任何来源的硫化氢，较佳地，所述硫化氢是沼气、天然气或填埋气中的硫化氢。
在本发明的第六方面，提供了一种嗜盐脱硫菌株，其特点是，所述嗜盐脱硫菌株的抗负荷能力强，在气体中H2S浓度为5000-20000ppm下正常生长。
在本发明的第七方面，提供了一种嗜盐脱硫菌株，其特点是，所述嗜盐脱硫菌株的世代周期为40min，抗杂菌能力强。
在本发明的第八方面，提供了一种嗜盐脱硫菌株，其特点是，所述嗜盐脱硫菌株是一种化能自养菌，能充分利用含硫气体中的H2S和CO2进行繁殖。
在本发明的第九方面，提供了上述嗜盐脱硫菌株在生物脱硫中的应用。
本发明的有益效果在于：
a.本发明的嗜盐脱硫菌株不仅能将硫化氢转化成硫单质，而且耐盐，耐渗透压能力高，从而大幅较少废水的排放和碱液的消耗，大大降低生物脱硫运行成本，提高生物脱硫系统稳定性，为洗涤塔式的生物脱硫工艺工业化应用奠定了坚实的基础。
b.本发明的嗜盐脱硫菌株不仅能将硫化氢转化成硫单质，而且最高可耐受14％的Na2CO3和NaHCO3的混合溶液，从而大幅较少废水的排放和碱液的消耗，大大降低生物脱硫运行成本，提高生物脱硫系统稳定性，为洗涤塔式的生物脱硫工艺工业化应用奠定了坚实的基础。
c.本发明的嗜盐脱硫菌株不仅能将硫化氢转化成硫单质，而且可在7％-10％Na2CO3和NaHCO3的混合溶液中正常生长，从而大幅较少废水的排放和碱液的消耗，大大降低生物脱硫运行成本，提高生物脱硫系统稳定性，为洗涤塔式的生物脱硫工艺工业化应用奠定了坚实的基础。
d.本发明的嗜盐脱硫菌株不仅能将硫化氢转化成硫单质，而且可在7％-10％Na2CO3和NaHCO3的混合溶液中保持很高的脱硫活性，从而大幅较少废水的排放和碱液的消耗，大大降低生物脱硫运行成本，提高生物脱硫系统稳定性，为洗涤塔式的生物脱硫工艺工业化应用奠定了坚实的基础。
e.本发明的嗜盐脱硫菌株不仅能将硫化氢转化成硫单质，而且可在较高的pH条件下正常生长，而高pH的洗涤液能极大地增强对气体中含硫化合物的洗脱能力，从而大幅提高脱硫效率，大大降低生物脱硫运行成本，为洗涤塔式的生物脱硫工艺工业化应用奠定了坚实的基础。
f.本发明的嗜盐脱硫菌株不仅能将硫化氢转化成硫单质，而且抗负荷能力强，在气体中H2S浓度为5000-20000ppm下正常生长，从而适应能力强，应用广泛，为洗涤塔式的生物脱硫工艺工业化应用奠定了坚实的基础。
附图说明
图1是现有的洗涤塔式的生物脱硫工艺采用的设备。
图2是本发明的嗜盐脱硫菌株的光学显微镜形态图。
具体实施方式
本发明的嗜盐脱硫菌株是利用高盐培养基(20g/LNa2S2O3，100g/LNaHCO3，5g/L CO(NH2)2，2g/L KHPO4)从中国盐碱湖青海湖湖底淤泥分离得到，采用PCR引物(如SEQ ID NO：2和SEQ ID NO：3所示)扩增16SrRNA(如SEQ ID NO：1所示)鉴定为Pseudidiomarina sp.NPE-1。
本发明的嗜盐脱硫菌株脱硫原理如下：
在洗涤塔中，H2S被生物洗涤液吸收，主要化学反应如下：
H2S的吸收：H2S+OH-→HS-+H2O；H2S+CO3 2-→HS-+HCO3 -
CO2的吸收：CO2+OH-→HCO3 –；CO2+2OH-→CO3 2–+H2O
生物再生反应器内主要化学反应如下：
单质硫的生成：
Figure GDA0002403864610000041
生物洗涤液的再生：HCO3 -+OH-→CO3 2-+H2O
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。除非特别说明，这里的百分比均为重量百分比。
实施例1：
脱硫菌株NPE-1嗜盐性实验
1、分别向2％、3％、4％、5％、6％、7％不同浓度的NaOH溶液中通入CO2，使得各NaOH溶液的pH都在8.5-9.0之间，分别制得约4％、6％、8％、10％、12％、14％的Na2CO3和NaHCO3的混合溶液。
2、分别加入pH为8.5-9.0的NaHS溶液于不同浓度的Na2CO3和NaHCO3的混合溶液中，使NaHS最终浓度保持在1％左右。
3、向不同Na2CO3和NaHCO3浓度的混合溶液中接入相同量的NPE-1菌种，并放入37℃摇床中震荡培养。
4、每隔8h观察各个浓度下NPE-1菌株的生长情况。
经过试验发现，NPE-1在14％的Na2CO3和NaHCO3的混合溶液中，生长缓慢，细菌个数没有增加，在10％以下的Na2CO3和NaHCO3混合溶液中均正常生长，细菌个数大量增加，因此可知NPE-1在7％-10％的Na2CO3和NaHCO3混合溶液中，正常生长，图2为8％的Na2CO3和NaHCO3混合溶液下NPE-1菌体显微镜照片。
实施例2：
脱硫菌株NPE-1脱硫效果试验
1、气源成分：H2S浓度0.4％，CO2浓度45％，N2浓度54％；
2、试验仪器：采用图1所示装置，其中洗涤塔自制，圆柱形，地面直径10cm，高度1200cm；生物再生反应器自制，属于升流式好氧反应器，有效体积42L，底部直径25cm，总高100cm；单质硫分离器自制，圆锥型，有效体积5L，总高度60cm；
3、培养条件：37℃，pH8.5-9.0，ORP(Oxidation-Reduction Potential，氧化还原电位)控制-320mv至-400mv之间；
4、洗涤液成分：7％-10％Na2CO3和NaHCO3混合溶液；
整个系统稳定后，通过分析进出系统的气体中H2S浓度，经计算得出NPE-1脱硫速度为0.2-0.3g(H2S)/(L·h)，即每小时每升脱硫菌可处理0.2-0.3g H2S，菌体浓度控制在5g/L(绝干菌种)。
因此，本发明的嗜盐脱硫菌株能将气体的硫化氢和其它含硫化合物高效转化成硫单质，嗜盐性高，非常适合于洗涤塔式生物脱硫工艺。与其它生物脱硫菌株相比，本发明的嗜盐脱硫菌株的最大优点是具有很高的嗜盐性，最高可耐受14％的Na2CO3和NaHCO3的混合溶液。一般在7％-10％的Na2CO3和NaHCO3的混合溶液中，都能具有很高的硫化物脱除能力。由于本发明的嗜盐脱硫菌株具有高强度的嗜盐性，因此在采用洗涤塔方式的生物脱硫工艺中，可大幅减少碱液的消耗，大大降低生物脱硫运行成本。
另外，本发明的嗜盐脱硫菌株繁殖能力强，世代周期很短，仅需40min，且不易被杂菌污染，抗杂菌能力强。是一种化能自养菌，能可充分利用含硫气体中的H2S、CO2进行繁殖。抗负荷能力强，在气体中H2S浓度为5000-20000ppm下，可正常生长。在较低的氧化还原电位下，本发明的嗜盐脱硫菌株生成的脱硫副产物少，低于5％。
综上所述，本发明的嗜盐脱硫菌株不仅能够高效地将硫化氢转化为硫单质，而且具有很强的嗜盐性，从而大幅较少废水的排放和碱液的消耗，大大降低生物脱硫运行成本，提高生物脱硫系统稳定性，为洗涤塔式的生物脱硫工艺工业化应用奠定了坚实的基础，适于大规模推广应用。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
序列表
<110> 蒋建平，张海林
<120> 一种嗜盐脱硫菌株及其应用
<160> 1
<210> 1
<211> 1503
<212> RNA
<213> Pseudidiomarina sp. NPE-1
<220>
<221> RRNA
<222> (1)...(1503)
<223> 16SrRNA
<400> 1
agagtttgat cctggctcag attgaacgct ggcggcaggc ctaacacatg caagtcgagc 60
ggtaacattt ctagcttgct agaagatgac gagcggcgga cgggtgagta caacttggga 120
atctgcctga tggtggggga caaccactgg aaacggtggc taataccgca taatacctac 180
gggtcaaagt gtgggacctt cgggccacac gccattagat gagcccaagc aagattaggt 240
agttggtgag gtaaaggctc accaagccga cgatctttag ctggtctgag aggatgatca 300
gccacactgg gactgagaca cggcccagac tcctacggga ggcagcagtg gggaatattg 360
gacaatgggg gcaaccctga tccagccatg ccgcgtgtgt gaagaaggcc ttcgggttgt 420
aaagcacttt cagtggtgag gaagggtgtg ttgttaatag caacatacat tgacgttagc 480
cacagaagaa gcaccggcta actccgtgcc agcagccgcg gtaatacgga gggtgcgagc 540
gttaatcgga attactgggc gtaaagcgca cgtaggcggt ttgttaagca agatgtgaaa 600
gccccgggct caacctggga atagcatttt gaactggcaa gctagagttt tgaagagggt 660
ggtagaattt cctgtgtagc ggtgaaatgc gtagatatag gaaggaatac cagtggcgaa 720
ggcggccacc tggtcaaaaa ctgacgctga ggagcgaaag cgtggggagc aaacaggatt 780
agataccctg gtagtccacg ctgtaaacga tgtcaactag ttgttcgttt cataaatgaa 840
gtgagtaacg cagctaacgc actaagttga ccgcctgggg agtacggccg caaggttaaa 900
actcaaatga attgacgggg gcccgcacaa gcggtggagc atgtggttta attcgatgca 960
acgcgaagaa ccttaccatc ccttgacatc tacagaagat tctagagata gaattgtgcc 1020
ttcgggaact gtaagacagg tgctgcatgg ctgtcgtcag ctcgtgttgt gagatgttgg 1080
gttaagtccc gcaacgagcg caacccctat ccttagttgc cagcggttcg gccgggaact 1140
ctagggagac tgccggtgat aaaccggagg aaggtgggga cgacgtcaag tcatcatggc 1200
ccttacggga tgggctacac acgtgctaca atggcgcata caaagggcag cgaactagcg 1260
atagtaagcg aatcccataa agtgcgtcgt agtccggatt ggagtctgca actcgactcc 1320
atgaagtcgg aatcgctagt aatcgtgaat cagaatgtca cggtgaatac gttcccgggc 1380
cttgtacaca ccgcccgtca caccatggga gtgggctgca ccagaagtag atagcttaac 1440
cttcgggagg gcgtttacca cggtgtggtt catgactggg gtgaagtcgt aacaaggtaa 1500
cca 1503
<210> 2
<211> 20
<212> DNA
<213> 人工序列
<220>
<221> misc_feature
<222> (1)...(20)
<223> 根据细菌16sDNA测序时的通用引物设计上游引物27f
<400> 2
agagtttgat cctggctcag 20
<210> 3
<211> 22
<212> DNA
<213> 人工序列
<220>
<221> misc_feature
<222> (1)...(22)
<223> 根据细菌16sDNA测序时的通用引物设计下游引物1492r
<400> 3
tacggctacc ttgttacgac tt 22

Claims (8)

1.一种嗜盐脱硫菌株，其特征在于，所述嗜盐脱硫菌株是脱硫菌株NPE-1(Pseudidiomarina sp.NPE-1)，保藏编号为：CCTCC NO：M 2015152。
2.根据权利要求1所述的嗜盐脱硫菌株，所述嗜盐脱硫菌株能将硫化氢转化成硫单质，其特征在于，所述嗜盐脱硫菌株耐受14％的Na2CO3和NaHCO3的混合溶液。
3.根据权利要求1所述的嗜盐脱硫菌株，所述嗜盐脱硫菌株能将硫化氢转化成硫单质，其特征在于，所述嗜盐脱硫菌株在7％-10％Na2CO3和NaHCO3的混合溶液中正常生长。
4.根据权利要求1所述的嗜盐脱硫菌株，所述嗜盐脱硫菌株能将硫化氢转化成硫单质，其特征在于，所述嗜盐脱硫菌株在7％-10％Na2CO3和NaHCO3的混合溶液中保持高脱硫活性，为0.2-0.3g(H2S)/(L·h)。
5.根据权利要求1所述的嗜盐脱硫菌株，所述嗜盐脱硫菌株能将硫化氢转化成硫单质，其特征在于，所述嗜盐脱硫菌株在pH8.5-9条件下正常生长。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的嗜盐脱硫菌株，其特征在于，所述硫化氢是沼气、天然气或填埋气中的硫化氢。
7.根据权利要求1所述的嗜盐脱硫菌株，其特征在于，所述嗜盐脱硫菌株是一种化能自养菌。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的嗜盐脱硫菌株在生物脱硫中的应用。
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