一株那不勒斯硫杆菌及其在生物脱硫中的应用

技术领域

本发明涉及一株嗜盐的那不勒斯硫杆菌，可应用于沼气、天然气脱硫及烟道气SO₂吸收液经生物厌氧还原产生的硫化物的生物去除。属于生物和环境保护技术领域。

背景技术

硫化物的释放是厌氧处理富含硫酸盐废水时伴生的主要问题。即硫酸盐还原菌(SRB)以SO₄^2-作为电子受体，参与有机物的降解代谢，并将大部分的SO₄^2-以S^2-形式释放到细胞体外。由于硫化物的毒性、腐蚀性、恶臭和高耗氧量问题，必须采取有效措施控制其向环境中释放。传统的脱硫方法技术复杂，成本高，副产品难以处理。生物脱硫技术操作温度和压力低，投资较少，无废料排出，具有广阔的前景。

应用微生物脱硫的研究是伴随着利用微生物选矿的研究而开始的。1947年，Colmer和 Hinkle发现并证实化能自养细菌能够促进氧化并溶解煤炭中存在的黄铁矿，这被认为是生物湿法冶金研究的开始。上世纪50年代到60年代，Leathan 等首先将该类菌用于脱硫研究。Silverman研究了氧化亚铁硫杆菌氧化黄铁矿的机制及生理特性，证实了其能加速黄铁矿的氧化。70年代末，Kargi发现了一种嗜热硫杆菌用于脱硫效果更好，可以脱除100%的黄铁矿硫和40%的有机硫。90年代初，在意大利Torres港建成微生物脱除黄铁矿硫的中试厂，已投入运转，为工业放大提供了基础数据。90年代，我国徐毅、钟慧芳等用氧化亚铁硫杆菌脱除黄铁矿硫也取得了较好的效果。

在脱硫微生物中硫杆菌属是最常见的无色硫细菌， 该菌种形状为细短杆状，以端生鞭毛运动，革兰氏染色阴性，严格自养，靠氧化还原硫化物获取能量，可根据培养条件将硫化物氧化为单质硫(排除体外)或硫酸盐。但目前无色硫细菌脱硫仍处于初始研究阶段，硫回收率较低，工业化程度不高，究其原因，主要是没有理想的高效脱硫菌。此外，无色硫细菌硫代谢途径的控制也影响到功能菌的工业化应用。

因此，筛选鉴定高效脱硫菌并应用于硫化物的去除，进一步提高脱硫效率和单质硫产率、降低生产成本就变得非常重要。

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，提供一株高效脱除硫化物的脱硫菌用于生物脱硫的应用。

本发明的技术方案：一株硫氧化细菌，那不勒斯硫杆菌（Thiobacillus>）CYJN-1，己于2014年4月13日保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为：CCTCC NO：M 2014129。

所述菌株CCTCC NO：M 2014129的应用，该菌株无法利用各种有机物，但可利用硫化钠、单质硫和硫代硫酸盐，将还原态硫化物高效氧化生成单质硫和硫酸盐，分批培养显示，该菌株在24h内实现了99%的硫代硫酸盐转化，最适盐度为2%-5%、最适pH为7.0、最适温度为30℃。该菌株用于生物脱硫。

所述那不勒斯硫杆菌（Thiobacillus>）CYJN-1的筛选方法，采用硫代硫酸盐培养基富集培养4天，重复3-4次，采用Na₂S₂O₃·5H₂O培养基进行平板分离，3天之后菌落生成，挑取单菌落入硫代硫酸盐培养基培养，重复4次获得纯菌。

本发明提供了一株那不勒斯硫杆菌，是从上海外高桥某发电厂冷却水池中筛选并经过人工选育得到的，命名为CYJN-1，为短杆状、革兰氏阴性以及较厚荚膜。该菌最适生长pH为7.0，最适生长温度为30℃。产生单质硫的中性pH和较低温度有利于简化反应器的设计和便于操作。

本发明提供了所述菌的生理生化鉴定方法，其特点是，该菌的最适生长温度范围为25-35℃，最适pH范围是6-8，最适盐度范围在2%-5%。在最优的温度与pH条件下，不能利用有机物且有机物对菌体生长和单质硫的生成有不同程度的抑制作用，可以高效利用还原态的硫元素。在透射电镜下，细胞为杆状，且被一层较厚的荚膜包裹。经过16S rRNA鉴定，CYJN-1与嗜盐硫杆菌属的亲缘关系超过了99%。

本发明的有益效果：本发明提供了一种以硫代硫酸盐（硫化物在空气中的主要氧化产物）为能源底物的高效脱硫菌进行硫化物分批去除方法。其特点是，采用CYJN-1纯菌和硫代硫酸盐溶液进行硫化物去除，在最适pH和温度下，24h内实现了99%的硫代硫酸盐转化率，有较高的脱硫效率。

本发明提供的菌株与其它生物脱硫常见的菌种相比，所述菌可以耐受更高的盐度，条件温和，高效的脱除还原态的硫化物，可更好的适应生物脱硫的自然体系。

生物材料样品保藏：那不勒斯硫杆菌（Thiobacillus>）CYJN-1；已保藏在中国典型培养物保藏中心，简称CCTCC，地址：中国武汉武汉大学，保藏日期2014年4月13日，保藏偏号为：CCTCC NO： M 2014129。

附图说明

图1是采用本发明的那不勒斯硫杆菌在透射电镜下的细胞形态。

图2是本发明采用的那不勒斯硫杆菌CYJN-1分批培养过程中各种因素的变化情况。

具体实施方式

实施例1 菌株筛选

在本实施例中取上海某发电厂冷却水池中取适量的污泥，倒入无菌水中，震荡使土样充分打散，然后将其接入富集培养基中，按5%的接种量加入含有100mL硫代硫酸盐培养基的250mL三角瓶中，pH=7、30℃、170r/min，进行富集培养4天，重复3-4次，采用硫代硫酸钠培养基进行平板分离，3天之后菌落生成，挑取单菌落接入硫代硫酸钠培养基培养，重复平板分离4次获得纯菌。

实施例2 菌株鉴定

采用细菌全基因组快速抽提试剂盒，提取纯培养物的全基因组，并通过16S rDNA通用引物进行PCR，鉴定菌株为那不勒斯硫杆菌，命名为CYJN-1。

实施例3 菌株生理生化及抗性研究

将菌株CYJN-1按相同接种量接种于不同温度的摇床中(10、20、30、40、50℃)液体培养基中，确定最适生长温度为30℃；采取初始pH3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0与9.0在最适温度下进行培养，确定最适生长pH为7.0。通过下列底物组分中之一种，确定菌种CYJN-1的最佳能源底物（g/L）：底物分别为：酵母提取物 1.0；蛋白胨 1.0；葡萄糖 1.0；果糖 1.0；蔗糖 1.0；乳糖 1.0；半乳糖 1.0；麦芽糖 1.0；甘氨酸 1.0；赖氨酸1.0；甲硫氨酸 1.0；Na₂S₂O₃·5H₂O>2S>0>2S₂O₃·5H₂O>2S₂O₃·5H₂O>2S₂O₃·5H₂O>

实施例4 生物脱硫

在确定上述的最佳生长的起始pH、温度及底物浓度下，研究该菌株对硫代硫酸盐溶液的降解性能。取100 mL用硫代硫酸钠配置的培养基置于250 mL锥形瓶中，接种5 mL菌液，170 r/min下培养，其生长曲线和化学指标如图2所示。可以看出，刚培养12 h内细胞处于适应环境的延滞期，菌株的生长缓慢，生长曲线呈平线状；而在随后的30 h内，细胞进入指数增长期，生长旺盛，生长速度极快，细胞数量呈倍数增长，生长曲线徒然上升；之后因培养基营养物质有限，而细胞数量过多，相互竞争，所以死亡的细胞数和新生的细胞数持平，进入平稳期。在培养过程中，硫代硫酸盐浓度的下降伴随着硫酸盐浓度的上升，这表明菌株CYJN-1以单质硫为中间代谢产物将硫代硫酸盐内-2价的硫氧化成硫酸盐。分批培养结果显示:菌株CYJN-1在最适生长条件下，24小时之内对硫代硫酸钠的脱除率可达99％。

综上所述，本发明的嗜盐硫杆菌脱硫能力较高，有望应用于盐度较高，条件温和的自然脱硫体系中。

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。