日前,中国科学院过程工程研究所研究员刘会洲等,利用一种革兰氏阴性菌--德氏假单胞菌R-8开展石油微生物脱硫研究,发现它对多种硫化物具有代谢能力,并通过固定化细胞的形式,进一步提高其脱硫活性,具有很好的工业脱硫应用前景。
汽油、柴油等石油产品,燃烧后排出大量的二氧化硫,是酸雨产生的主要原因之一。机动车尾气,即光化学烟雾型大气污染,更是我国城市大气污染的主要来源。目前,工业上广泛采用的加氢脱硫法(HDS)对带有取代基的二苯并噻吩(DBT)类杂环化合物的脱硫效率很低。相比催化加氢脱硫,微生物脱硫大幅降低设备投资、运行费用方面的投入,而且废液排放很少,更符合环保要求。
在微生物脱硫研究方面,中国科学院过程工程所已开展多年研究工作。为发展更好的生物脱硫方法,研究人员分别从我国南方和北方地区的气田、油田和煤田采集样品,通过初筛和多次复筛,得到5株高效DBT专一脱硫菌株。分类鉴定发现,筛选到的德氏假单胞菌R-8,是革兰氏阴性菌。
刘会洲指出,国际上已报道的专一脱硫微生物,绝大多数属于革兰氏阳性菌。然而研究表明,它们在溶剂耐受能力方面不如革兰氏阴性菌,因此进行工业油品脱硫时,革兰氏阴性菌具有更好的应用前景。初步研究表明,德氏假单胞菌R-8能脱除含硫量为261mg/L的加氢脱硫柴油中72%的硫,对含硫量为1807mg/L的高含硫柴油的脱硫率可以达到77%。
然后,研究人员利用该菌株进行了DBT和46-二甲基二苯并噻吩--后者为加氢脱硫最难处理的化合物之一--的生物脱硫实验。对代谢中间产物及终产物的分析发现,菌株R-8具有同时代谢多种含硫化合物的能力,依代谢能力高低,可广泛作用于46-DMDBT、DBT、二苯硫醚和苯并噻吩等。
他们又研究了各种环境条件对微生物活性和脱硫速率的影响,以及分散剂、助溶剂、破乳剂对微生物的毒性,从而优化反应条件,提高了脱硫速率。并在生物反应器内实现了对微生物的高密度培养。所建立的工艺,廉价、有效,而且可以大批量培养。
最后,刘会洲等采用固定化细胞的形式,进行DBT和高含硫柴油的脱硫实验;改进固定化方法和条件,进一步提高细胞脱硫活性。模拟实验显示,固定化细胞经过500小时以上使用,脱硫活性没有明显下降。实验证明,固定化细胞再生方便,是生物脱硫工业化的最佳选择。
为深化成果,研究人员从红平红球菌LSSE8-1和戈登氏菌LSSEJ-1中成功扩增得到了脱硫相关基因的片断,并进行了序列测定,目前正展开微生物脱硫工程菌的构建工作。