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煤矸石是煤炭生产加工过程中产生的固体废弃物,随着煤炭的大量开采,煤矸石的排放和堆积也日益增加。煤矸石的长期堆存后会引发自燃,污染大气和地下水质。煤矸石污染环境的主要污染源是硫。本文针对容易引发自燃的高硫煤矸石开展微生物脱硫实验,在脱硫微生物的筛选及鉴定的基础上研究了其生物学特性及煤矸石脱硫的影响因素。 通过比较富集培养和传代纯化获得纯培养菌株的氧化硫的能力,从宁夏大武口煤矸石浸水中筛选出能迅速氧化单质硫及低价含硫化合物的菌株CMTT-32。16S rDNA序列同源性分析结果结合形态和生理生化特征可确定分离的CMTT-32为硫杆菌属的嗜酸氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans)。CLUSTALW程序绘制的系统发育树得出CMTT-32和A.thiooxidans ATCC19377进化关系最为接近。培养过程中测定了溶液pH变化和硫酸根浓度的变化,结果表明CMTT-32菌株极端耐酸,培养基pH值可下降到0.8左右,产硫酸能力可达3.0g/L·d。最适生长温度为28℃,最适生长pH为2.0~2.5。脉冲电泳结果表明该菌可能含有大质粒。 研究了不同矸石粒径,不同初始pH条件,不同细菌浓度,不同矸石加入量对细菌的矸石脱硫的影响情况,结果表明:大粒径煤矸石的细菌浸出脱硫量明显低于小粒径;细菌接种量越大,硫酸根浓度的增加也越明显;煤矸石的加入浓度越小,测得的单位矸石脱出的硫酸根浓度越高;初始pH对微生物矸石脱硫的效率影响较大,随着初始pH的降低,细菌浸出的脱硫率增高,在初始pH为1.5时,14d生物浸出后得到84.5%的脱硫率,脱硫量为2.72g/L。X-Ray衍射分析结果表明脱硫前后煤矸石的衍射峰强弱和出峰数都有较大改变,证明了煤矸石中的成分和结构的改变是由细菌的吸附氧化造成的。 通过富集培养和传代驯化,从煤矸石浸液中分离出能迅速氧化亚铁的细菌NF-01,生理生化特征鉴定结果表明该菌株为氧化亚铁硫杆菌。该菌在培养过程中pH先上升后下降最后稳定在2.0左右,60h培养后溶液中的亚铁离子浓度降至检测范围以下,同时生成含有三价铁的褐色沉淀。在煤矸石的细菌脱硫过程中,溶液中铁离子的浓度形成有起有落的动态过程。矸石粒径和初始pH对细菌NF-01脱硫的影响和CMTT-32菌株脱硫结果变化趋势一致,但接种量的结果表明NF-01在25%接种时达到最大,10%和50%接种时浸出脱硫率降低。 NF-01和CMTT-32共同作用可以加速黄铁矿的浸出和煤矸石的脱硫反应,随着细菌浸出时间的延长,不同混合接菌比例的脱硫差异逐渐明显,实验结果表明细菌接种比例NF-01:CMTT-32=2:3时脱硫效果最佳。