硫酸盐还原菌杀灭方法
微生物防治硫酸盐还原菌SRB方法
防治SRB腐蚀的微生物方法有很多种,现介绍如下几种:
(1)生物竞争排斥法
很多微生物在SRB生存的环境中能生长或者能更好的生长,具有相同的生活习性,并且对钢铁无腐蚀作用;由此与SRB争夺生活空间和食物营养,从而抑制了SRB的生长繁殖[16,17]。如表2中的异养反硝化菌[12-17]、脱氮硫杆菌[18]等。
(2)代谢产物抑制法
有些微生物通过产生可抑制SRB生长的代谢产物如短芽胞杆菌分泌的抗生素, 尤其对包在生物膜中的SRB起到很好的效果,由此抑制或杀死SRB。
表2 防治SRB腐蚀的几种微生物
名称
防腐机制
特征
短芽胞杆菌
(Bacillus brevis, 简称B.brevis)
分泌抗生素
严格好氧和兼性厌氧菌,菌细胞杆状,菌体大小(0.7~0.9)×(3~5)μm,革兰氏阳性或可变,以周生鞭毛运动,有芽孢。
假单胞菌
( Pseudomonas fragiK, 简称P.fragiK)
机制不明
(对软钢防腐效果较好)
好氧,直或微弯的杆菌,不呈螺旋状,菌体大小(0.5~1.0)×(1.5~5.0)μm,革兰氏阴性,无芽孢,具单根极生鞭毛,运动活泼。
硫化细菌
(Sulphide-Oxidizing Bacteria简称SOB)
氧化硫化氢、硫代硫酸钠
好氧自养菌
异养反硝化菌
(dinitrobenzene
简称DNB)
竞争生存空间和营养
严格厌氧和兼性好氧菌,菌细胞杆状,革兰氏阴性
脱氮硫杆菌
(Thiobacillus denitrificans,
简称T.denitrificans)
竞争生存空间和营养,氧化硫化氢、硫代硫酸钠
严格自养和兼性厌氧菌,菌细胞球杆状,菌体大小(0.3~0.5)×(1.0~1.5)μm ,单个、成对或短链状排列,具单根极生鞭毛,运动活泼,无芽孢,革兰氏染色阴性。
(3)反代谢产物法
SRB产生的硫化物与Fe2 形成FeS,是铁的腐蚀的一个重要中间产物,而有些微生物如硫化细菌却能将硫化物氧化成没有腐蚀效应的硫酸盐[15]。
(4)生物膜保护法
一些微生物在钢铁表面产生聚合物,形成一层生物膜,从而阻止腐蚀微生物的入侵。
(5)生物阴极保护法
很多钢铁构件通过阴极保护法或牺牲阳极法来防止不受腐蚀,其原理也就是向铁供给电子以阻止Fe变成铁离子;一些微生物却能够产生电子,以此进行生物阴极保护。目前本实验室正从微生物电池着手这一研究。
硫酸盐呼吸是一种同化性硫酸盐还原作用
硫化作用
还原态无机硫化物如H2S、S或FeS2等在微生物作用下进行氧化,最后生成硫酸及其盐类的过程,称为硫化作用,进行硫化作用的微生物主要是硫细菌,可分为无色硫细菌和有色硫细菌两大类。
1.无色硫细菌 其中包括化能自养菌和化能异养菌。下面介绍几个不同类型的代表。
(1)硫杆菌 土壤与水中最重要的化能自养硫化细菌是硫杆菌属(Thiobacillus)的许多种,它们能够氧化硫化氢、黄铁矿、元素硫等形成硫酸,从氧化过程中获取能量。
2H2S+O2→2H2O+2S+能量
2FeS2+7O2+2H2O→2FeSO4+2H2SO4+能量
2S+3O2+2H2O→2H2SO4+能量
除脱氮硫杆菌(T.denitrificans)是一种兼性厌氧菌外,其余都是需氧微生物。生长最适温度为28℃~30℃。有的硫杆菌能忍耐很酸的环境,甚至嗜酸。常见的有氧化硫硫杆菌(T.thiooxidans)和氧化亚铁硫杆菌(T.ferrooxidans),排硫硫杆菌(T.thioparus)等。
(2)丝状硫磺细菌 它们属化能自养菌,有的也能营腐生生活。生存于含硫的水中,能将H2S氧化为元素硫。主要有两个属,即贝氏硫菌属(Beggiatoa)和发硫菌属(Thiothrix),前者丝状体游离,后者丝状体通常固着于固体基质上。
此外,菌体螺旋状的硫螺菌属(Thiospira)、球形细胞带有裂片的硫化叶菌属(Sul-folobus)、细胞圆形到卵圆形的卵硫菌属(Thiovulum)等胞内都含硫粒,也都能代谢硫磺。
2.有色硫细菌 有色硫细菌主要指含有光合色素的利用光能营养的硫细菌,它们从光中获得能量,依靠体内含有特殊的光合色素,进行光合作用同化CO2。主要分为两大类:
(1)光能自养型 这类光合细菌在进行光合作用时,能以元素硫和硫化物作为同化CO2的电子供体,主要反应式为
CO2+2H2S[CH2O]+2S+H2O
2CO2+H2S+2H2O2[CH2O]+H2SO4
常见的如着色菌科(Chromatiaceae)和绿菌科(Chlorobiaceae)中的有关种(俗称紫硫菌和绿硫菌)。
(2)光能异养型 该类光合细菌主要以简单的脂肪酸、醇等作为碳源或电子供体,也可以硫化物或硫代硫酸盐(但不能以元素硫)作为电子供体。能进行光照厌氧或黑暗微好氧呼吸。目前,多用于高浓度有机废水的处理。常见种类大多为红螺菌科(Rhodospirillaceae),如球形红杆菌(Rhodobacter spheroides),沼泽红杆菌(R.palustris)等。
(四)反硫化作用
在厌氧条件下微生物将硫酸盐还原为H2S的过程称为反硫化作用。参与这一过程的微生物称为硫酸盐还原菌。反硫化作用具有高度特异性,主要是由脱硫弧菌属(Desulfovibrio)来完成。如脱硫脱硫弧菌(D.desulfuricans)是一典型反硫化作用的代表菌,其反应式为:
C6H12O6+3H2SO4→6CO2+6H2O+3H2S+能量
产生的H2S与铁化学氧化产生的Fe2+形成FeS和Fe(OH)2,这是造成铁锈蚀的主要原因。
1、成分:牛肉膏0.5g,蛋白胨1.0g,氯化钠0.5g,蒸馏水100mL,pH7.2~7.5。
2、制法:加热溶解,调pH值,分装于三角瓶中121℃,20min高压灭菌。硫酸盐还原菌是一种厌氧微生物,生存在土壤、海水、油气井等缺氧并富含水分的环境中,会把硫酸盐还原成硫化氢。
硫酸盐还原菌 (Sulfate-Reducing Bacteria,简称SRB) 是一种厌氧的微生物。广泛存在于土壤、海水、河水、地下管道以及油气井等缺氧环境中。
据不完全统计,S R B 目前已有1 2 个属4 0 多个种 ,S R B 的分类学研究进展比较缓慢。目前已知的S R B 从生理学上分为两大亚类
Ⅰ类
如脱硫弧菌属、脱硫单胞菌属、脱硫叶菌属和脱硫肠状菌属,其特点是可利用乳酸、丙酮酸、乙醇或某些脂肪酸为碳源及能源,将硫酸盐还原为硫化氢;
Ⅱ类
如脱硫菌属、脱硫球菌属、脱硫八叠球菌属和脱硫线菌属,它们的特别之处是可以氧化脂肪酸,并将硫酸盐还原为硫。现在,随着研究的进展,陆续又有一些新的种属被命名。
一般好氧细菌的新陈代谢能够分为合成代谢和分解代谢,SRB的代谢过程可以简单地分为3个阶段:分解阶段、电子传递阶段和氧化阶段。
在分解的第1阶段,有机物碳源的降解是在厌氧状态下进行的,同时通过“机质水平磷酸化”产生少量ATP;第2阶段中,前一阶段释放的高能电子通过SRB中特有的电子传递链(如黄素蛋白、细胞色素C等)逐级传递产生大量的ATP;在最后阶段中,电子被传递给氧化态的硫元素,并将其还原为硫离子,此时需要消耗ATP提供能量。
从这一过程可以看出,有机物不仅是SRB的碳源,也是其能源,硫酸盐(或氧化态的硫元素)仅作为最终电子受体起作用,即SRB利用硫酸根离子作为最终电子受体,将有机物作为细胞合成的碳源和电子供体,同时将硫酸根离子还原为硫化物。