微生物-浮选脱硫的影响因素研究.pdf

第3 2 卷第6 期 2 0 0 3 年1 1 月 中国矿业大学学报 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y V 0 1 ．3 2N o ．6 N O V ．2 0 0 3 文章编号{ 1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 3 0 60 7 0 9 0 4 微生物一浮选脱硫的影响因素研究 周长春，刘炯天，张兴，袁立永，李伟 中国矿业大学化工学院．江苏徐州2 2 1 0 0 8 摘要采用氧化亚铁硫杆菌，通过微生物预处理浮选联合工艺流程，对高硫煤进行了脱硫试验， 重点考察了茵种的诱导驯化、预处理时间、矿浆浓度，p H 值等因素对浮选脱硫效果的影响．研究 结果表明，微生物浮选脱硫是一种高效的脱硫方法，茵种的诱导驯化、体系的p H 值、矿浆浓度、 预处理时间等因紊对脱硫效果有着显著的影响． 关键词氧化亚铁硫杆菌；浮选；脱硫 中图分类号T D9 2 5 ．5文献标识码A 硫是煤中最常见的有害元素，煤炭作为一次能 源直接燃烧时，其中的硫有9 0 ％转化为S O 。排人 大气，由此造成的酸雨不仅危害农作物和树木生 长，而且会腐蚀建筑设施，直接危害人类健康和生 态环境o ] ．利用微生物的选择性吸附作为一种表面 调整剂，改变煤系黄铁矿的表面疏水性，可以克服 常规浮选脱硫效果不高的缺点．因此，借助微生物 表面改性强化细粒煤的浮选脱硫越来越受到人们 的重视，微生物脱硫技术有着极大的发展空 间． 1 试验材料与方法 1 ．1 试验煤样 试验所用高硫煤取自枣庄矿务局某矿，全硫质 量分数为3 ．3 8 ％．取煤样粗碎缩分后，进一步破碎 至0 ．5m m 以下，然后置于充满氮气的容器中备 用． 1 ．2 试验用微生物 本试验采用的微生物是氧化亚铁硫杆菌 t h i o b a c i l l u sf e r r o x i d a n t ，从中国矿业大学选矿试 验室地下水中分离纯化，并通过富集培养得到．氧 化亚铁硫杆菌主要性质如下‘2 ’3 ] 严格自养菌，好氧．短杆状，0 ．5 ～1 ．0 ／x m ，末 端半圆状．单个或成对出现，很少成链状，菌体自然 浓度】．5 】0 1 0 个／L ，革兰氏阴性，以二等分裂方式 繁殖，代时5 ～1 2h ．接触角为2 3 ．5 。0 ．7 。，最适生 长温度为3 0 ℃，p H 值范围为2 ．5 ～2 ．8 ．培养基采 用9 K 培养基n ] ，成分见表1 ． 表1氲化亚铁硫杆菌的培养基 T 丑b l e1T h ec u l t u r em e d i u mo ft h i o b a c i l I l I sf e r r o x i d a n t 1 ．3 试验方法 本文各试验的基本条件煤样3g ，如无特殊说 明，一律采用1 0 ％的人料浓度．捕收剂煤油用量每 吨煤1 ．2 1k g ，起泡剂G F 用量每吨煤1 ．3 7k g ，试 验流程见图1 ． 试验中所用浮选柱是中国矿业大学欧泽深教 授研制的颍型浮选柱，浮选药剂包括捕收剂和起泡 剂．具体浮选操作首先将原煤按照要求破碎筛分 后加入少量蒸馏水，制成煤浆，然后按照一定的人 料浓度加入已知浓度的细菌培养液，预处理一段时 问，加水使整个煤浆体积达到8 0m I ，，搅拌使混合 均匀，加入捕收剂搅拌2m i n ，再加入起泡剂进行浮 选操作，直至没有物料浮起为止．最后将所得精煤 和尾矿分别过滤后烘干、称重，留作分析． 收穆日期2 0 0 3 0 4 2 2 基金项目江苏省优秀青年基金项目 B Q 2 0 0 0 0 1 3 作者简介；周长春 1 9 7 2 一 ，男，山东省枣庄市人，中国矿业大学讲师．从事煤炭生物技术方面的研究． 万方数据 中国矿业大学学报第3 2 卷 煤浆 细莆培养液一 微生物预处理 浮选药荆] 浮选矿浆 浮进柱 广] 精煤 尾矿 图l 微生物浮选联合工艺流程 F i g ．1 F l o wc h a r to fm i c r o o r g a n i s mf l o a t a t i o nt e c h n i q u e 2 试验结果与讨论 2 ．1诱导驯化对菌种脱硫效果的影响 微生物之所以对环境有很强的适应性能，关键 在于其具有变异能力．在通常情况下，微生物会以 一定的频率发生自发突变。但自发突变的频率很 低，因此人们经常利用某些物理或化学的因素作为 诱导剂，促进其突变率的提高．本试验中，尝试微波 和紫外线两种诱导因素对菌种脱硫效果的影响， 2 ．1 ．1 微波诱变 取培养后的菌种各1 0m L ，利用微波发生器， 分别处理1 ，2 ，3 ，4m i n ，然后迅速接入培养基中进 行培养，转接3 代后检测细菌浓度，符合要求即可 进行浮选操作．诱变后菌种的脱硫效果见表2 和 图2 ． 表2 微波对细菌脱硫效果的影响 T a b l e2T h ee f f e c to fm i c r o - w a v eo i ld e s u l f u r i z a t i o n f * ／ ／w S i ／ y t ／ n ， s t ／’H n ／ m i n ％％“蹦 ％ 对照组8 1 ．92 ．3 6 1 8179 04 2 ．5 I8 2 ．12 ．1 6 1 7 ．9 86 6 4 6 ．7 28 Z ．2l _ 8 51 781 0 ．5 0 5 5 ．1 37 7 ．61 ．7 2 2 24 99 66 2 ．5 47 871 ．8 82 13g ．] 7 5 6 ．9 应，导致了某种酶的失活，从而产生某种变异．也可 能是由于微波是一种电磁波，能引起水、核甘酸、蛋 白质以及其它碳水化合物等极性分子转动，引发r D N A 分子空间结构发生了变化，进而产生某种变 第“． 2 ．1 ．2 紫外线辐射诱变 取培养后的菌液各l Om L ，在2 5w 的红色灯 泡照射下 防止细菌的光复活作用[ 6 1 ．用3 0w 的 紫外灯进行照射诱变，处理时问分别定为1 ，2 ，3 ， 4m i n ，然后接人培养基，培养3 代后检查细菌浓 度，达到要求后进行浮选操作．诱变后菌种的脱硫 效果见表3 和图3 ． 表3 紫外线对细菌脱硫效果的影响 T a b l e3T h ee f f e c to fu l t r a y i o l e to nd e s u l f u r i z a t i o n ‘ ／7 】／ r a i n ％ 对照姐8 1 ．9 26 6l 4 8 3O H ／ ％ 1 8 ．1 2 06 7 №n ／ ％ 4 25 5 25 6 0 ．8 2 ．3 6 1 ．7 1 1 ．6 4 18 5 1 ．8 3 7 ．9 0 8 ．8 8 67 2 1 1 ．0 0 1 1 7 6 嚣 ≠7 5 毒嚣 0 ，6 ，0 器 4 0 012345 o * ／r a i n 图3紫外线对细菌脱硫效果的影响 F i g ．3T h ce f f e c to fu l t r a v i o l e to i ld e s u l f u r i z a t i o n 由图3 可以看出，菌种经紫外线照射2r a i n 后，精煤硫分降到最低，脱硫率达到最高，但精煤产 率最低，随着照射时间的进一步延长，精煤硫分又 开始升高，脱硫率降低．原因可能是在紫外线的照 射下，细菌的D N A 分子发生了变化，从而引发突 变，突变后的菌种具有更强的吸附黄铁矿的性能； 但是，随着照射剂量的进一步增大，细菌可能又产 生了负变，向不利于吸附的方向变异，从而影响了 菌种的脱硫效果． 2 ．2 不同入料浓度对脱硫效果的影响 矿浆的人料浓度是影响脱硫效果的重要因素 之一，试验中分别采用了5 ％，1 0 ％，1 5 ％，2 0 ％的 矿浆浓度，保持其它操作条件不变，进行浮选操作， 菌种的脱硫效果见表4 和图4 ． 由图4 可以看出，人料浓度对脱硫效果的影响 很大，在较低的矿浆浓度下，尽管精煤的硫分很低， 但产率也非常低，随着人料浓度的增加，精煤产率 增大，但精煤硫分也逐渐升高，脱硫率不断下降．原 万方数据 第6 期周长春等微牛物浮选脱硫的影响因素研究 因可能是由于细菌的总数大致不变，随着人料的增 多，细菌在单位质量的黄铁矿表面吸附量不断减 少，表面改性的效果就会逐渐变差，许多黄铁矿就 会夹杂在煤颗粒中上浮，使精煤的硫分增大． 表4 入料浓度对脱硫效果的影响 T a b l e4T h ee f f e c to fc o n c e n t r a t i o no fs o l v e n t - - i n r p u l p o nd e s u l f t t r i z a t i o n ％ “ 固体 7 ．w S OKt c ， s ’R n 54 651 ．8 05 3547 77 5 ．3 1 04 1020 05 9 ．045 07 63 i57 072 ．7 82 934 ．9 14 23 2 07 8127 62 1 ．97 ．9 04 45 4 681 0 1 21 4 1 61 82 0 2 2 w I 固体 ／％ 图4 不同人料浓度对脱硫效果的影响 F i g ．4T h ee f f e c to fc o n c e n t r a t i o no fs o l v e n t i np u t po n d e s u l f u r i z a t i o n 2 ．3 不同预处理时间对脱硫效果的影响 试验中考察了细菌预处理时间对脱硫效果的 影响，取相同数量的菌液和矿浆，置于浮选柱中混 合均匀，按照不同的预处理时间进行预处理，然后 进行浮选操作，菌种的脱硫效果见表5 和图5 ． 表5 不同预处理时间对细菌脱硫效果的影响 T a b l e5T h ee f f e c to fd i f f e r e n tp r e t r e a t m e n tt i m eo n d e s u I f u r i z a t i o n ‘女“ ／乃／础 S ／“／坤 s t ，／7 椎m ／ m m ％％％％％ 28 l028 01 8156 23 0 ．3 58 2 ．3Z7 21 7753 0 3 33 1 06 4 ．525 03 5 ．55 ．4 05 4 ．3 1 58 402 ．4 61 6 ．08 ．0 93 8 ．S 2 07 0 ．925 62 9 ．15 ．0 0 4 45 图5 不同预处理时间对细菌脱硫效果的影响 F i g ．5 T h ee f f e c to fd i f f e r e n tp r e t r e a t t r t e n tt i m e o nd e s u l f u r i z a t i o n 由图5 可咀看出，随着预处理时间的延长，精 煤的硫分逐渐降低，在预处理1 0m i n 时，精煤硫分 相对较低，但产率也最低，脱硫率最高，随着时问的 推移，精煤硫分又开始回升，脱硫率反而下降．原因 可能是细菌在黄铁矿表面的吸附是一个吸附和脱 附的动态过程，在初期由于黄铁矿表面细菌吸附量 少，所以吸附占优势，吸附1 0 ～1 5m i n 时，黄铁矿 表面基本饱和，随着时间的延长，有些在黄铁矿表 面吸附的细菌反而脱离黄铁矿表面，使部分表面又 暴露出来，失去了亲水性。跟随精煤一起上浮，从而 造成脱硫率的下降． 2 ．4p H 对脱硫效果的影响 p H 值也是影响氧化亚铁硫杆菌脱硫效果的重 要因素之，本次试验选取不同的p H 值，分别进 行浮选操作．由于菌液中含有大量铁离子，加碱调 节p H 值时会产生沉淀，从而影响浮选操作．为此 必须在浮选前去掉铁离子．具体操作步骤先用菌 液对煤样预处理1 0m i n ，然后过滤，并用蒸馏水冲 洗，将滤过的煤再进行浮选操作，试验结果见表6 和图6 ． 表6p H 值对细菌脱硫效果的影响 T a b l e6T h ee f f e c to fp Hf i nd e s u l f u r i z a t i o n p H 值 彰”‘嚣V 训 s ／ 蹦 7 32 7 43 8 7 ．9 7 7 ．5 8 80 7 86 8 1 ．5 22 9 2 ．Z g 2 ．7 1 2 ．6 0 2 ．7 7 27 3 27 6 62 5 6 ．f ；5 76 5 57 l 6 】5 5j 6 9 0 8 0 芝7 0 墓6 0 o5 0 4 0 3 0 p H 值 圈6p H 值对细菌脱硫效果的影响 F i g 6T h ee f f e c to fp Ho nd e s u l f u r i z a t i o a 由图6 可以看出，对于氧化亚铁硫杆菌，随着 p H 值的增大，精煤硫分增大，脱硫率降低，当p H 值处于1 ～2 之间时，精煤产率较高，硫分最低，脱 硫效果最好．原因可能是，氧化亚铁硫杆菌在p H 值l ～2 时，其活性最高，细菌在黄铁矿表面的吸附 情况最好，所以表面改性的效果最理想． 3 结论 1 氧化亚铁硫杆菌是一种选择性很好的脱硫 菌种，对黄铁矿具有定向吸附的性能，能显著提高 一『s 如孙拍∞湘 舯“如_。∞珀如∞帅 i jn，一孙弱他匏“n鸺 趔 万方数据 7 1 2 中国矿业大学学报第3 2 卷 煤系黄铁矿的亲水性． 2 经一定剂量的微波或紫外线诱导驯化后， 氧化亚铁硫杆菌的脱硫活性可以明显提高，并且所 用设备简单，操作方便． 3 入料浓度、预处理时间、p H 值对脱硫效果 的影响非常显著，在实际操作中，要注意寻找适宜 的操作条件，可以明显提高脱硫效果． 参考文献 [ 2 ] 张明旭．中国煤的微生物表面调整浮选脱除黄铁矿 的研究[ D ] ．北京中国矿业大学化学与环境工程学 院，1 9 9 9 ． 张明旭，李庆，王勇，等．皖南高硫煤微生物一浮 选法脱硫的研究[ J ] ．煤炭学报，2 0 0 1 ，2 6 6 6 7 1 6 7 5 ． 张兴，肖雷，王永志．3 种微生物对煤中黄铁矿 抑制作用的研究口] ．中国矿业大学学报，2 0 0 1 ，3 0 6 6 0 4 6 0 7 ， 邱冠周柳建设王淀佐，等．氧化亚铁硫杆菌生长过 程铁的行为[ J ] ．中南工业大学学报，1 9 9 8 ，2 9 3 2 2 82 2 8 ． 李永泉，翁醒华，贺筱蓉．微波诱变结合化学诱变选 育酸性蛋白酶高产菌口] ．微生物学报，1 9 9 9 ，3 9 2 1 8 11 8 4 ． 周德庆．微生物学教程E M ] ．北京高等教育出版 社．1 9 9 3 ． E f l e e t so fM i c r o b i a l F l o a t a t i o nD e s u l f u e r i z a t i o n Z H O UC h a n g c h u n ，L I UJ i o n g t i a n ，Z H A N GX i n g ，Y U A NL i y o n g ，L IW e i S c h o o lo fC h e m i c a lE n g i n e e ra n dT e c h n o l o g y ，C U M T ，X u z h o u ，J i a n g s u2 2 1 0 0 8 。C h i n a A b s t r a c t D e s u l f u r i z a t i o ne x p e r i m e n t so fh i g h s u l f e rc o a lw e r ec a r r i e do u tb ya d o p t i n gt h i o b a c i n u s f e r r o x i d a n s ，c o m b i n i n gt h em i c r o o r g a n i s mp r e t r e a t m e n t f l o a t a t i o nf l o w ．T h ei n f l u e n c i n gf a c t o r st Ot h e d e s u l f u r i z a t i o nr e s u l t sm a i n l yi n v o l v et h ei n d u c t i v ea c c l i m a t i z a t i o nO nm i c r o o r g a n i s mb a c i l l u s ，p r e t r e a t m e n t t i m e ，c o n c e n t r a l i o no ft h es l u r r y ，p Hv a l u e sa n dS Oo n ．T h er e s u l t ss h o wt h a tm i c r o o r g a n i s m f l o a t a t i o ni sa h i g he f f e c t i v ed e s u l f u r i z a t i o nm e t h o d ．T h ei n d u c t i v ea c c l i m a t i z a t i o nO i lm i c r o o r g a n i s mb a c i l l u s ，p r e t r e a t m e u t t i n m ．c o n c e n t r a t i o na n dp Hv a l u e so ft h es l u r r yh a v et h er e m a r k a b l ee “e c t so nt h ed e s u l f e r i z a t i o nr e s u l t s ． K e yw o r d s t h i o b a c i U u sf e r r o x i d a n s ；I l o a t a t i o n ；d e s u l f u r i z a t i o n 责任编辑陈其泰 嘲 嘲 嘲 旧 万方数据