0 引言

我国煤炭资源非常丰富，煤炭储量位列世界前列，预计在未来20年内，煤炭消费在我国经济发展过程中仍将扮演重要角色［1，2］。在煤炭燃烧利用过程中，会产生 H2S、SO2、NOX等气体，导致严重的空气污染，形成酸雨、雾霾等环境问题［3-4］。我国作为全世界SO2排放量最高的国家，每年排放的SO2气体高达1800～2100万t，据报道大气中70%的SO2是由煤炭燃烧产生，因此，煤炭脱硫势在必行［5-6］。

煤炭中的硫以无机硫和有机硫2种形式赋存，其中无机硫可以通过物理、化学及生物法进行脱出，而有机硫的去除研究主要集中在生物法脱硫。现在应用于煤炭生物有机硫脱除的菌种主要有假单胞菌属、芽孢杆菌属、红球菌属以及埃希氏菌属等［7-9］。以二苯并噻吩（DBT）作为煤炭中有机硫模式化合物开展研究，发现有机硫降解有Kodama途径和4S途径2种方式［10-11］。其中，Kodama途径是微生物利用代谢作用切割DBT（二苯并噻吩）中的碳碳键使其转化为溶于水的有机物，从而达到脱硫的目的；而4S途径则是对DBT中的碳硫键进行专一性切割，不会破坏碳骨架，硫以硫酸根的形式进行脱除，DBT 转化为二羟基联苯（2-HBP）［12］。

本文选用具备4S脱硫途径的红平红球菌Rhodococcus erythropolis SX-12［13］和Kodama脱硫途径的施氏假单胞菌Pseudomonas stutzeri LH-42［14］2 种不同有机硫代谢途径菌株为实验对象，开展高硫煤柱浸脱硫对比实验，先利用上述2株菌开展为期15d的脱除煤炭中有机硫的淋滤对比研究，再利用Acidithiobacillus ferrooxidans GF进行了为期15d的后续无机硫脱除试验，对比分析生物脱硫前后煤炭的硫含量及发热量，旨在评估上述2种有机硫脱除菌在高硫煤柱浸脱硫中的效率高低及生物脱硫对煤质的的影响。

1 材料与方法

（1）材料。实验样品：煤样来自贵州六盘水煤矿，经硫分物相分析，煤样全硫含量为4.973%，其中有机硫的含量为1.999%，占全硫的39.795%。

实验试剂：2g/L 的甲基橙溶液，10g/L 的 AgNO3溶液，1∶1（v/v）的盐酸溶液，10g/L的BaCl2溶液，艾氏卡试剂 （轻质MgO∶Na2CO3=2∶1），以上试剂均为分析纯试剂配制，购自国药集团化学试剂有限公司；超纯水；甲醇，为色谱纯，购自国药集团化学试剂有限公司；DBT、2-HBP均为色谱纯，购自Fluka试剂公司。

实验器材：本实验所使用的主要仪器如表1所示。

 

表1 摇主要仪器

  

5415D超级恒温水槽 上海精宏实验设备有限公司，DKB－501A电子天平 梅特勒－托利多仪器（上海）有限公司，PL303普通 PCR 仪 Applied Biosystems，2720隔水式恒温培养箱 上海一恒科学仪器有限公司，GHP－9050恒温摇床 上海天呈实验仪器制造有限公司，TS－2102CS生物光学显微镜 OLYMPUS，CX41陶瓷纤维马弗炉 武汉元素有限公司，MC12810168 OHAUS pH计 奥豪斯仪器有限公司，STARTER3C SKG豆芽机 佛山艾诗凯奇有限公司，仪器名称 出产厂家及型号高速离心机 Eppendorf AG，5804R，DY3001

（2）菌株及培养基。实验采用的3个菌种均为本实验室自主分离得到。施氏假单胞菌（Pseudomonas stutzeri LH-42）分离自辽河油田油污土壤［15］，红平红球菌（Rhodococcus erythropolis SX-12）分离自大庆油田油泥土壤。2菌株用BSM培养基进行培养， 配方如下：KH2PO42.44g/L，Na2HPO4·12H2O 12.03g/L，MgCl2·6H2O 0.36g/L，NH4Cl 2.00g/L，MnCl2·4H2O 0.004g/L，FeCl3·6H2O 0.001g/L，CaCl20.001g/L，甘油 1.62g/L。

嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus?ferrooxidans GF）分离自广西高峰矿区酸性矿坑水［16］，用9K培养基进行培养，配方如下：3.0g/L（NH4）2SO4，0.01g/L Ca（NO3）2，0.5g/L MgSO4·7H2O，0.5g/L K2HPO4，0.1g/L KCl。

中期制度改革方略：在已经实施的共有产权、租赁房、集体土地建租赁房等新住房政策基础上，笔者建议，优化新时代上海市住房金融结构及其相应制度，缩小按揭贷款占比，新增住房租赁贷款并且扩大占比，从住房金融结构优化和制度完善上有效降低新时代上海市住房金融杠杆率。

（1）有机硫脱除淋滤实验。将2种有机硫脱除菌株分别应用于“两步法”淋滤实验的第1步有机硫的脱出，图4表示淋滤有机硫脱除体系参数变化情况。其中，实验组pH值出现明显的下降趋势；Eh值较对照组有明显的上升趋势。对照组不添加细菌，但是它的pH值在第1天也有明显的下降，造成这一现象的原因是试验煤样本身含有少量的腐植酸，溶于培养基中，使体系的pH值下降；此后，对照组的pH值仍有小幅度的下降，这可能是由于淋滤周期较长，在实验过程中煤样所含的黄铁矿发生氧化反应，造成对照组pH值的持续下降。而导致两组试验组pH值降低的原因还有可能是细菌在代谢煤炭中硫份的过程中释放出大量的H+，使整个淋滤体系的pH值降低。与对照组相比，试验组的Eh值发生很大的变化，在24h内体系的Eh值迅速增加，这是因为细菌的生长体系中的Eh逐渐增高。

例如在语言《寻找失落的一角》时，教师提问“缺角的圆是否会遇到自己遗失的哪一角”，教师引导幼儿带着这个问题进行思考，说出缺角的圆是否会遇到遗失的角，并说明理由。在这个过程中，有的幼儿向老师借阅《失落的一角》绘本，通过阅读绘本查找答案；有的幼儿则根据课件内容进行讨论交流，进行故事的后续猜测。

DBT和2-HBP混合样品的色谱图如图2所示，结果表明DBT和2-HBP分离度良好，与样品中的其他成分不相互干扰。色谱峰面积为Y，有机物浓度X，进行线性拟合后得到DBT和2-HBP的色谱峰面积与浓度的线性关系，分别为Y=72.514X-1.4364（r=0.9935），Y=29.345X＋2.4783（r=0.9956）。

  

图1 淋滤试验示意图

通过为期30d的“两步法”生物脱硫淋滤试验（注：有机硫脱除时间15d，无机硫脱出时间15d），2组实验的总硫脱除率分别为65.23%和49.76%，而后期的无机硫脱除率分别为26.05%和17.53%。

2 结果与分析

2.1 2菌株DBT降解能力实验

所采用得淋滤设备是以每h淋滤1min，每次喷淋体积为2.5 L为基准。分别设置对照组和试验组，在不同时间段测定pH和Eh值的变化，在试验结束后，冲洗烘干煤样，利用艾氏卡法测定全硫含量。

（2）无机硫脱除淋滤实验。向有机硫脱除后的淋滤体系添加9K培养基和A.ferrooxidans GF菌，进行无机硫脱出实验，结果如图5所示。两步法淋滤体系的pH值较对照组出现明显的下降趋势；Eh值较对照组有明显的上升趋势。而受到Rhodococcus erythropolis产生表面活性剂的影响，加入A.ferrooxidans GF菌后，淋滤时间明显比对照组和另一实验组淋滤时间长。

  

图2 混合样品的HPLC图

 

（1号峰为2-HBP；2号峰为 DBT）

  

图3 HPLC测定红平红球菌（A）和施氏假单胞菌（B）降解DBT能力

2.2 “两步法”淋滤实验

（4）淋滤试验设计。以Pseudomonas stutzeri LH-42和Rhodococcus erythropolis SX-12为研究对象，以如图1的方式将煤炭平铺在淋滤装置中，试验煤样为1kg。将2株细菌扩大培养后，进行有机硫脱除，以15d为1个周期；将经过有机硫脱除的煤样进行淋滤无机硫脱除，加入A.ferrooxidans GF菌液及9K培养基，以15d为1个周期。

（3）2种菌株的有机硫（DBT）降解实验。①色谱条件：色谱柱：安捷伦 Hyper ODS2 C18（250mm×4.6mm）；流动相 MeOH/H2O（按照 9∶1 混合配制）；压力：8.0MPa；流速：1.0mL/min；柱温：28℃；进样量：20μL；紫外检测波长：254nm。 ②实验方法：分别用含有0.3mmol/L DBT的BSM培养基培养Pseudomonas stutzeri LH-42和 Rhodococcus erythropolis SX-12，每隔12 h取样，测定细菌的生长量及DBT降解率。取2mL的菌液，用HCl调pH至2.0，然后用等体积的甲醇萃取离心，用0.2 μm的滤膜过滤，取得滤液，在4℃下保存待测。

  

图4 淋滤有机硫脱除体系参数变化情况

从图4中还可以看出，实验组脱硫体系的沥浸时间从第2天开始增加，增加的速度比较快，添加LH-42的实验组淋滤时间到第8天时已经由原来的10min增加到74min，而添加SX-12的实验组在相同的时间内淋滤时间增加到78min；15d的脱硫周期结束后，添加LH-42和SX-12的淋滤时间分别为47min和63min。添加SX-12菌液组的沥浸时间长的原因是在脱硫过程中SX-12细菌产生了表面活性剂，对煤炭颗粒表面进行了改性，大量致密的膜结构，且菌体大量吸附在样品上［17，18］，不利于水分通过。

从脱硫率来说，通过15d的淋滤实验，SX-12组与LH-42组的总硫脱除率分别为38.78%和32.23%，而有机硫的脱出率则分别为81.45%和68.72%，前者的总脱硫率和有机硫脱除率都远高于后者，这表明Rhodococcus erythropolis SX-12脱硫效率要优于Pseudomonas stutzeri LH-42。导致这一结果的原因是SX-12能够产生的表面活性剂使得细菌和煤炭的接触更多，有利于细菌发挥其脱硫功能。

红平红球菌Rhodococcus erythropolis SX-12和施氏假单胞菌降解Pseudomonas stutzeri LH-42DBT的实验结果如图3所示，从图中可以看出，随着红平红球菌的生长，DBT浓度逐渐降低，2-HBP生成累积，进一步说明该菌以4S途径进行硫代谢，该菌能在48h内将DBT浓度从0.3mM降到0.06mM，经过96h后，DBT浓度为0.05mM，有机硫降解率为83.33%；而通过Kodama途径代谢有机硫的Pseudomonas stutzeri LH-42能在48h内将DBT浓度从0.3mM降到0.1mM，经过96h后，DBT浓度为0.08mM，降解率为73.33%，但该菌对DBT的降解不产生2-HBP。对比实验结果，Rhodococcus erythropolis SX-12的有机硫降解能力要优于Pseudomonas stutzeri LH-42。

（6）从各国研究热点出发，控制系统、导航系统均是各国研究的热点，但在具体的道路车辆的交通控制系统、电路或流体管路等技术分支方面，中国研究实力较强；在自动驾驶控制、导航技术分支方面，美国研究实力强于中国。■

  

图5 淋滤无机硫脱除体系参数变化情况

（5）“两步法”脱硫后煤炭品质鉴定。将经过有机硫脱除和无机硫脱除后的煤样送至湖南省煤炭科学研究院进行煤质分析，检测其高位发热量、低位发热量以及全水分的变化情况，以判别Pseudomonas stutzeri LH-42和Rhodococcus erythropolis SX-12的脱硫性能以及在工业应用中的前景。

综上所述，建筑工程的结构设计严重影响建筑工程的安全质量，指导建筑工程的施工建设，保证施工建设的顺利进行。因此设计人员需重视结构设计，并与实际情况相结合，设计出最优的设计方案，提高建筑工程的安全性、合理性和经济性，推动建筑行业的快速发展。

有轨电车交叉口通过能力计算需要综合考虑道路交通信号控制的影响，一般通过人工计算较为困难，但在目前尚无成熟的仿真软件模拟有轨电车的通行能力，因此在前期设计中，一般会结合轨道交通的模拟仿真软件和道路交通的仿真软件来估算有轨电车交叉口的通行能力。

2组无机硫脱硫率相差较大，说明前期的有机硫脱除对后期的影响较大。可能是由于在前期的有机硫脱除过程中改变了煤炭表面的特性，影响了后期无机硫脱除时细菌对煤炭的吸附作用，从而导致两个实验组的无机硫脱硫率有较大的差别。

（3）“两步法”生物脱硫后煤质检测。煤质检测结果如表2所示，其中Tp-a表示1号处理样品，先经Pseudomonas stutzeri有机硫脱除再嗜酸氧化亚铁硫杆菌无机硫脱除的煤样；而Te-a则表示2号处理样品，先经红球菌有机硫脱除再嗜酸氧化亚铁硫杆菌无机硫脱除的煤样。结果显示，对照组原煤的发热量较高，属于动力煤。Tp-a的发热量较原煤明显降低，全水分含量明显升高；而Te-a的发热量与原煤相差不大，全水分含量有所升高。

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表2 摇煤质检测结果

  

原煤Tp －a Te－a干燥基高位发热量／（MJ／kg）29．29 25．09 28．35收到基低位发热量／（MJ／kg） 27．59 22．79 26．50全水分／% 2．7 5．3 3．8

Tp-a的发热量明显降低的原因是Pseudomonas stutzeri通过Kodama途径代谢有机硫，切割C-C键，从而降低了煤炭的燃烧热；另一方面，全水分的增加使得煤炭中的相对有用的成分减少，水分在煤炭燃烧的过程中蒸发成水蒸气，该过程吸热，这就导致煤的发热量降低。Te-a的发热量与原煤相差不大的原因是Rhodococcus erythropolis通过4-S途径代谢有机硫，专一性的切割C-S键，而且全水分的增加并不大。

3 结论

本文首先通过高效液相色谱对Pseudomonas stutzeri LH-42和Rhodococcus erythropolis SX-12这2株细菌的对有机硫模式化合物（DBT）降解能力进行了测定，后续采用2种菌株开展煤炭淋滤实验，结果证明Rhodococcus erythropolis SX-12比Pseudomonas stutzeri LH-42脱硫效率更高，对煤炭的热值影响更小，是更为理想的生物脱硫菌株。煤炭生物脱硫尚未得到广泛的工业应用，但若进一步强化菌株脱硫能力，优化生物脱硫工艺，生物脱硫技术将在煤炭清洁化中得以应用及推广。

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