硫化物在微生物的作用下硫化物被氧化成單質(zhì)硫，單質(zhì)硫經(jīng)沉淀分離從而達(dá)到去除硫的目的。能夠氧化硫化物的微生物主要為：絲狀硫細(xì)菌、光合硫細(xì)菌和無(wú)色硫細(xì)菌，其中大部分屬于化能自養(yǎng)型。

3.1 絲狀硫細(xì)菌

絲狀硫細(xì)菌主要包括兩個(gè)屬，即貝氏硫菌屬（beggiatoa）和發(fā)硫菌屬（thiothrix）。生活在含硫化物的水中，能在有氧環(huán)境中把水中H₂S氧化為單質(zhì)硫，并從中獲得生長(zhǎng)和活動(dòng)所需的能量，生成的單質(zhì)硫則以硫粒的形式沉積在細(xì)胞體內(nèi)，單質(zhì)硫還可以被進(jìn)一步氧化為硫酸鹽。貝氏硫菌是一種可滑行的絲狀細(xì)菌，發(fā)硫菌則固著生長(zhǎng)。由于這類細(xì)菌將產(chǎn)生的單質(zhì)硫貯存在細(xì)胞體內(nèi)，給分離和提純帶來(lái)困難，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較少。

3.2 光合硫細(xì)菌

光合硫細(xì)菌是一類光能營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌，它以硫化物或硫代硫酸鹽作為電子供體，從光源中獲得能量，依靠體內(nèi)特殊光合色素，同化CO₂進(jìn)行光合作用。其反應(yīng)式如下：

　　CO₂ + 2H₂S --[CH₂O] + H₂O + 2S

　　光合硫細(xì)菌主要分為兩大類：（1）嚴(yán)格光能自養(yǎng)型，主要包括著色菌科（chromatiaceae）的著色菌屬和綠菌科（chlorobiaceae）的綠菌屬；（2）兼性光能自養(yǎng)型，它們能以有機(jī)物（簡(jiǎn)單的有機(jī)酸類或醇類）作為電子供體和碳源，主要包括紅螺菌科（rhodopirillaceae）的紅螺菌屬、紅假單胞菌屬、紅微菌屬以及綠菌科（chloroflexacae）。表1列出了幾種典型光合硫細(xì)菌的生理特性，可以看出大多數(shù)光合硫細(xì)菌是體外排硫的。

　　表1 光合硫細(xì)菌的分類及特征

　　盡管如此，目前光合硫細(xì)菌應(yīng)用生物脫硫工藝的例子卻不多，其主要原因如下：

（1）光合硫細(xì)菌生長(zhǎng)和活動(dòng)需要光照，給反應(yīng)器設(shè)計(jì)帶來(lái)困難，并增加了運(yùn)行費(fèi)；

（2）有些菌種也在體內(nèi)貯硫；

（3）光合硫細(xì)菌氧化硫化物的過(guò)程與CO₂的還原（即固定）和細(xì)胞物質(zhì)的生長(zhǎng)相耦聯(lián)，其氧化速率和能力受到細(xì)菌細(xì)胞物質(zhì)的生長(zhǎng)速率和總量的限制。此外，研究表明，光合硫細(xì)菌每產(chǎn)生1g細(xì)胞物質(zhì)僅可將1～2g硫化物氧化生成單質(zhì)硫，這個(gè)數(shù)值越低，去除同樣多硫化物，產(chǎn)生的生物污泥就越多。

3.3 無(wú)色硫細(xì)菌

“無(wú)色硫細(xì)菌”（Colourless sulfur bacteria）只是一個(gè)生理學(xué)慣用詞，而不是分類學(xué)名詞。實(shí)際上，有些無(wú)色硫細(xì)菌的純培養(yǎng)菌苔呈粉紅或棕色，說(shuō)明其體內(nèi)含有細(xì)胞色素。無(wú)色硫細(xì)菌種類繁多，且各自具有不同的生理學(xué)、形態(tài)學(xué)和生態(tài)學(xué)特征，對(duì)環(huán)境條件的要求也有差異，如表2所示。其中硫桿菌屬（thiobacillus）是土壤和自然水體中最常見(jiàn)的一種無(wú)色硫細(xì)菌，一般是無(wú)芽孢的短桿菌，革蘭氏陰性，端生鞭毛，能將硫化物氧化成單質(zhì)硫或硫酸鹽，或?qū)⒘虼蛩猁}氧化為硫酸鹽。大多數(shù)無(wú)色硫細(xì)菌都在pH中性、中溫條件下生活。但也有研究表明，無(wú)色硫細(xì)菌可生活的環(huán)境范圍很廣，在pH1.0～9.0、溫度4～95℃的條件下都有無(wú)色硫細(xì)菌生長(zhǎng)和活動(dòng)；對(duì)DO的要求很寬松，在高至飽和濃度低至完全無(wú)氧狀態(tài)下，都有無(wú)色硫細(xì)菌生存。研究還發(fā)現(xiàn)，環(huán)境條件的改變會(huì)引起某些無(wú)色硫細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)方式的改變，如：acidianus在好氧條件下，氧化硫化物生成單質(zhì)硫；而在厭氧條件下，則以H₂作為電子供體，將單質(zhì)硫還原為硫化物，即這種細(xì)菌隨著環(huán)境條件的改變，會(huì)由硫氧化菌轉(zhuǎn)變?yōu)榱蜻�原菌。

表2 幾種無(wú)色硫細(xì)菌的培養(yǎng)條件

注：T代表Thiobacillus屬；T ms代表Thiomicrospira屬；T sa代表ThiospHaera屬無(wú)色硫細(xì)菌的共同特點(diǎn)是能氧化還原態(tài)硫化物并從中獲取生長(zhǎng)和活動(dòng)所需的能量，其主要反應(yīng)如下所示：

　　H₂S + 2O₂ --H₂SO₄

　　2H₂S + O₂ -- 2S⁰ + 2H₂O

　　2S⁰ + O₂ + 2H₂O -- 2H₂SO₄

　　Na₂S₂O₃ + 2O₂ + H₂O -- Na₂SO₄ + H₂SO₄

　　4Na₂S₂O₃ + O₂ + 2H₂O--2Na₂S₄O₆ + 4NaOH

　　2Na₂S₄O₆ + 7O₂ + 6H₂O -- 2Na₂SO₄ + 6H₂SO₄

　　2KSCN + 4O₂ + 4H₂O-- (NH₄)SO₄ + K₂SO₄ + 2CO₂

　　5H₂S + 8KNO₃ --4K₂SO₄ + H₂SO₄ + 4N₂ + 4H₂O

　　5S⁰ + 6KNO₃ + 2H₂O --3K₂SO₄ + 2H₂SO₄ + 3N₂

研究表明，無(wú)色硫細(xì)菌對(duì)碳的代謝較為單一，即通過(guò)Calvin循環(huán)固定CO₂。但不同種類的無(wú)色硫細(xì)菌對(duì)硫的代謝途徑卻差異很大，不僅代謝所涉及的酶和電子傳遞系統(tǒng)大不一樣，而且反應(yīng)所發(fā)生的部位也不相同。多數(shù)無(wú)色硫細(xì)菌是好氧菌，以O₂作為電子受體。但某些無(wú)色硫細(xì)菌可在厭氧條件下以NO₃^-或NO₂^-作為電子受體，將其還原為N₂，如T·denitrificans。研究還表明，即使是嚴(yán)格的好氧無(wú)色硫細(xì)菌，也可在厭氧狀態(tài)中存活或生長(zhǎng)。由表2可見(jiàn)，多數(shù)無(wú)色硫細(xì)菌以Ｏ₂ （或NO₃^-）作為電子受體，且體外排硫，所以氧化速率和能力不像光合硫細(xì)菌那樣受細(xì)胞生長(zhǎng)的限制。Kuenen等人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)色硫細(xì)菌在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)受限制而有足夠硫化物時(shí)，可在幾乎無(wú)明顯生長(zhǎng)的情況下，高效地將硫化物甚至胞外的單質(zhì)硫氧化。與光合硫細(xì)菌每增長(zhǎng)1g細(xì)菌細(xì)胞能產(chǎn)生1～2g單質(zhì)硫相比，無(wú)色硫細(xì)菌的氧化能力很高，每增長(zhǎng)1g細(xì)菌細(xì)胞至少可產(chǎn)生20g單質(zhì)硫�？梢�(jiàn)，無(wú)色硫細(xì)菌適合于生物脫硫工藝。

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