文 献 综 述

1前言

脱氮硫杆菌（Thiobacillus denitrificans，简称T. denitrificans）是一种严格自养和兼性厌氧型细菌，1994年，Beijerinck首先分离得到脱氮硫杆菌，随后，和Baalsrud研究了它的生理特性。脱氮硫杆菌广泛存在于土壤、泥土、淡水、海洋沉积物、家庭污水、工厂污水处理池和消化池中^[1]。脱氮硫杆菌分布很广 ,可在 0～37 ℃,pH为410～ 915 的条件下生长,最适生长温度为28～30 ℃,最适pH为615～710。脱氮硫杆菌对高盐度环境的适应性不强，如当 SO2 4 浓度超过250 mmol #183;L-1时 ,由于总 离子强度的升高其生长将受到抑制^[2]。脱氮硫杆菌只能利用无机碳源（如CO₃^2-、HCO₃^2-）进行生长代谢。周集体等（1999）在研究中宣称脱氮硫杆菌是通过卡尔文循环途径固定CO₂，其胞内含有卡尔文循环的两种关键酶#8212;#8212;1,5-二磷酸核酮糖羧化酶和5-磷酸核酮糖激酶^[2]。脱氮硫杆菌能够利用的氮源范围很广，可以使氨盐、硝酸盐、亚硝酸盐以及氨基酸等。脱氮硫杆菌在好氧条件下与一般硫杆菌相似，能将元素S和硫酸盐氧化成H₂SO₄。在厌氧条件下，利用硝酸盐为电子最终受体，硝态氮还原成游离氮，该菌能氧化多硫磺酸盐、硫化物，但氧化元素硫作用缓慢^[7]。鉴于脱氮硫杆菌具有脱硫以及脱氮的特殊性质，近年来对脱氮硫杆菌的应用研究活跃^[3-6],^[18-20]。

2脱氮硫杆菌的应用

2.1 防腐应用

油田矿场中由硫酸盐还原菌异化硫酸盐还原成H₂S而引起的管线腐蚀日益严重，而脱氮硫杆菌能与SRB共生同一个环境从而将其代谢产物H₂S氧化成S和SO₄^2-，用这种办法来减轻管材的腐蚀。GevertzD等报道了在加拿大Saskatchewan的Coleville油井卤水中添加一定量的硝酸盐和磷酸盐后，卤水中脱氮硫杆菌量大大增加，而SRB则没有明显增加^[8]。Sandbeck等通过向油藏中添加硝酸盐和亚硝酸盐等电子手提，改变油藏微生物生态条件，使处理井中SRB含量减少，抑制了FeS和H₂S的产生，消除了由FeS和结蜡造成的堵塞，油产量也有所提高。1995年，GIangiacorno等在美国海军石油储备基地的蒸汽驱井中进行了利用本源脱氮硫杆菌抑制H₂S的一系列试验，在一些低产油量、低产水量、低H₂S浓度和低温井中有效减少了H₂S的生成^[9]。

2.2 水处理应用

在水处理应用反面，自养反硝化工艺得到了广泛应用，利用脱氮硫杆菌处理污水，可以同时消除氮、硫元素的污染。刘玲花等用脱氮硫杆菌接种，以硫磺为电子供体，石灰石作碳源和平衡碱度利用上流式硫/石灰石滤柱去除地下水中硝酸盐，结果表明：源水中的NO^3--N去除率达到98%，出水中NO^3--N含量仅为0.03mg#183;L^-1[10]。TianCZ等研究发现当硫磺和石灰石的体积比为3:1时，脱氮硫杆菌自养反硝化反应体系达到最佳状态^[11]。有学者提出将脱氮硫杆菌自养反硝化与其他反硝化方法集成。LeeDong-UK等提出将异养与自养反硝化进行串联以降低出水硬度和SO₄^2-浓度^[12]。王海燕等研究出了一种电化学氢自养与硫自养集成去除水中硝酸盐的方法，硫自养段在前，氢自养段在后^[13]。黄立人将脱氮硫杆菌用于垃圾填埋场渗流污水的处理，研究结果表明，在填充不同粒径硫磺的固定床反应器中，特定条件下，处理效率接近100%^[14]。于此之外，随着高密度、规模化的水产养殖的蓬勃发展，养殖生态环境质量日益下降，人们也开始尝试在养殖水体中使用生物降解转化方法来改善养殖水体的生态环境，以达到健康养殖的目标，因脱氮硫杆菌具有脱氮脱硫的双重特殊性质，同时又是严格自养兼性厌氧型微生物，所以近年来受到了更多的关注^[15]。

2.3 天然气脱硫应用

当前天然气脱硫化氢主要采用物理和化学方法，虽然反处理效果较好，但成本较高且有二次污染。而微生物脱硫则具有投资省、成本低、反应条件吻合、污染少等优点。该领域常用的微生物有脱氮硫杆菌和氧化亚铁刘杆菌，后者需要在酸性条件下进行脱硫反应。1993年，荷兰Paques与Shell公司联合开发了Shell-Paques工艺，用脱氮硫杆菌在碱性条件下脱除气体中的硫化氢。该技术采用碱液吸收硫化氢，在有氧条件下运行，经过实验厂长期处理高压天然气的实验，证明该工艺运行平稳，成本低廉，占用空间小。但该工艺在高压条件操作时，由于脱硫与再生在同一反应器，当补充空气时，需严格控制配氧比，否则有爆炸的可能^[16]。