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微生物在洁净煤领域中的研究与应用 张兴等 近年来，国内外对微生物的应用和理论研究非常活跃，涉及范围较广。其中对与煤炭有关的微生物的研究也日益增多，随着煤炭可持续发展战略的逐步实行，微生物在洁净煤领域中的作用愈来愈重要，使得对该领域内微生物的研究和应用得到进一步发展。 l．煤炭微生物脱硫 煤炭脱硫是目前国际上急待解决的课题。根据煤中硫的形态分布，约60％～70％为黄铁矿硫，30％～40％属于有机硫，硫酸盐硫含量极少且易洗脱。就黄铁矿硫而言，物理洗选只能除去其中一部份，而且伴有煤粉损失；对于煤中有机硫，物理方法则根本无法去除。而燃前微生物脱硫技术由于具有能耗少、投资省、不造成煤粉损失且可减少灰份等特点，使得该技术具有诱人的前景。 目前世界上许多国家都在积极研究煤炭微生物脱硫，研究的内容多数还属于基础工作，提出的脱硫工艺名目繁多，但大体有以下2种类型。 1．1 细菌浸出法 该类型是利用微生物的生化反应把煤中黄铁矿硫氧化成可溶的铁盐和硫酸，又分堆浸法和空气搅拌法两种。其主要缺点在于细菌繁殖速度慢、反应时间长，因而限制了其工业化应用。目前采用此法在进行有机硫脱除方面开展了大量研究，这是因为煤燃前脱硫技术中，有机硫脱除是最关键的一个环节。 1．2 表面改性法 此法是改善黄铁矿表面亲水性，有利于浮选工艺，从而提高黄铁矿的分离效率。在通常的浮选工艺中，由于黄铁矿的表面性质与煤粉十分接近，因此黄铁矿粘附于气泡的能力比煤中其它常见矿物要大，浮选脱硫往往不能达到理想的效率。鉴于细菌在短时间内就能明显改善黄铁矿表面性质，因此得到格外的重视，如某电力研究所在研究水煤浆表面改性脱硫过程中，采用lmin左右的细菌预处理，就能除去70％的黄铁矿硫和60％的灰份。 目前国内外在微生物表面改性法的研究过程中，仍以采用氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌等脱硫细菌为主。由于这类细菌的繁殖速度太慢，大量菌体的获得则成为一大难题。随着细菌表面改性的机理正逐渐从电化学理论中得到解释，即可能由于细菌表面电荷与黄铁矿表面电荷相反，使得菌体附着在黄铁矿表面；采用其它亲水性菌体或其细胞破碎产物的研究也逐步得到开展，因此有望得到工业化应用。 2．煤炭微生物降解 由于煤炭呈固体状态，所采用的各种脱硫和除灰工艺会受到界面的影响，不可能完全去除。若将煤液化或气化，使之降解到分子水平，会得到纯粹的燃料，其应用范围可进一步扩大。通常的化学液化工艺由于采用高温和高压，使得该工艺很不经济，所以煤和褐煤的微生物法液化正在发展成为另一种生产液体燃料的方法。 最初的研究是采用褐煤进行生物液化，其科学依据在于褐煤中保存了原始的生物结构和成份，且这类物质在成煤史中仅经受了低温和低压的作用。随着研究的深入，发现次生烟煤甚至高价煤也能应用于生物降解，这种生物溶解作用的实现与化学预处理有很大关系，因为化学预处理可为煤的生物降解提供较小的分子结构并可分离出对微生物有毒害的成份以及不利于生物降解的成份。 尽管这一技术具有巨大潜力，但还存在一些问题有待解决。首先这种水溶性溶出产物虽然具有较高能量，但还不能作为运输工具的燃料。再者进行液化的微生物需要较昂贵的培养基成份，且反应时间长达两星期。其次化学预处理的费用可能较高。为探求这类问题的解决，研究在不断深入，如美国亚肯色大学分离出一种可在便宜矿物盐培养基上生长的细菌，经几小时的反应就可把煤炭转化成液体。可见随着新菌种的不断发现，多菌种协同作用以及基因工程手段的运用，生物液化将愈来愈显示其经济的实力。 3．微生物法处理酸性矿井水 酸性矿井水是我国高硫煤地区的主要污染源。目前酸性矿井水常规处理方法包括投加石灰乳或石灰石中和。对于石灰乳中和法，废水pH将调至偏碱性，使亚铁离子氧化沉淀，但由于石灰乳投加量大，所以该方法的运转费用较为昂贵。若采用价廉的石灰石中和处理酸性矿井水，碳酸钙中和游离的硫酸生成的硫酸钙和硫酸亚铁，会使溶液本身呈微酸性，二价铁离子不会发生自发氧化，这样就无法去除亚铁离子。若采用氧化剂氧化亚铁离子，除价格昂贵、运输费用大外，还有可能产生有害气体，造成二次污染。 微生物法处理酸性矿井水是利用氧化亚铁硫杆菌将亚铁离子氧化为高铁，再进行中和处理的方法。目前国内外研究较为活跃，美国、日本等国家已逐渐进入中试阶段。我国也相继开展了此方面的研究工作，在诸如营养成份、pH、温度等条件对亚铁氧化率的影响方面进行了一些探讨。今后将进一步筛选氧化效率高的菌种，并在菌体对矿井水中有害元素适应性方面进行深入的研究。 目前在微生物洁净煤领域中还相继开展了塌陷地微生物复垦技术、煤系高岭土微生物除杂技术、粉煤灰微生物溶铝技术、微生物絮凝剂专性絮凝纯净煤技术等研究工作。 (责任编辑：admin) |