摘要：氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus fcrrooxidans简称T.f菌)广泛应用于烟气生物脱硫和煤炭脱硫。本文综述了氧化亚铁硫杆菌生长动力学和氧化动力学的研究现状，对生长动力学和氧化动力学的研究有助于揭示细菌的氧化机制，加快生长速率，提高细菌氧化速率，为工程实践提供指导。
关键词：氧化亚铁硫杆菌 生长动力学 氧化动力学
氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus fcrrooxidans简称T.f菌)是一种化能自养、专性好氧的嗜酸菌，广泛存在于酸性硫化矿矿坑水、硫磺泉、煤矿水中，是湿法冶金中生物浸出的主要菌种，已经得到广泛应用。近年来在烟气生物脱硫、煤炭脱硫、污泥生物浸出、含铁矿坑水处理等方面的应用也正在兴起。但是该菌生长、代谢速率缓慢，限制了其在工程中的应用效果与范围。影响细菌生长的因素有很多，除了自身的遗传特性之外，环境条件如pH、温度、主要营养物的浓度、氧化产物的浓度以及溶液中的其他物质都可能对T.f菌生长产生不同程度的影响。
1.影响T.f菌生长的物化因子
(1)pH值的影响
一般认为当环境pH值在1.0～6.0时，T.f菌都可以通过氧化亚铁离子获得能量生长。但是Tuovien[1]发现，在pH值低于1.2时，细胞生长要经历长达几个月的迟缓期。张传福[2]等研究了pH对T.f菌生长的影响，当pH值为0.5～1.0时，可认为其迟缓期为无限长，当pH值为2.0和2.5时，迟缓期分别为14h和17h。偏离最佳pH时，会引起细菌原生质膜正负电荷的改变，这种改变会影响细菌对营养物质的吸收、酶的形成以及代谢途径，从而延长迟缓期，甚至抑制细菌的生长。
(2)温度的影响
绝大多数T.f菌都是中温菌，最佳温度在30～40℃。张传福[36]等在研究中发现，在最适宜的温度范围内(30～35℃)，迟缓期短，超过或低于最适宜温度，都会不同程度延长迟缓期。
(3)Fe2+的影响
T.f菌的生长很大程度受到Fe2+浓度的影响。谢海云[3]等研究了初始Fe2+浓度对T.f菌生长的影响，当培养基中初始Fe2+由10g/L增大到110g/L培养10d后，溶液中细菌数量分别为18.4&×107个/ml和0.8&×107个/m1，细菌活性明显降低。
(4)Fe3+及其他物质的影响
G.Curutchet和C.Pogliani[4]等研究发现，初始Fe3+高于2kg&·m-3时，对T.f菌生长有抑制作用，当增加到15.6kg&·m-3时，Fe2+几乎没有被氧化。R.K.Shihari[5]等研究表明，反应液中Fe3+会明显延长T.f的迟缓期，当初始Fe3+浓度增大到20kg&·m-3时，完全抑制了Fe2+的氧化。反应液中其他物质如砷、铜、汞、镍、铀等都可能对细菌的生长及氧化产生影响。
2.T.f菌生长动力学研究进展
(1)基于Monod方程的动力学方程
对于T.f菌的生长动力学模型的研究大多是基于Monod方程建立的，在Monod方程基础上考虑Fe2+、Fe3+或其他离子对生长的抑制作用建立起各种模型。
M.M.Mesa等[6]研究了固定在聚氨酯泡沫上的T.f菌的生长动力学方程：
?滋f、?滋分别为固定在BSP上和液相中的T.f菌的比生长速率，KSi、和KSif分别为悬浮细胞和固定化细胞的Fe2+抑制常数，KS和Ksf分别悬浮细胞和固定化细胞的Monod饱和常数，Kp和Kpf、分别为悬浮细胞和固定化细胞的Fe3+抑制常数。
式中?籽b0为细菌细胞浓度(g&·L-1)，?籽0和?籽分别为初始亚铁离子浓度和某时刻亚铁离子浓度(g&·L-1)，Y为得率系数，通过计算机拟和算出细菌生长的最大比生长速率及Fe2+动力学常数K等值。
(2)Monod方程结合Pirt方程的动力学方程
Boon和C.Ras[10]等用Pirt方程建立了比生长速率和氧气比消耗速率的关系，再利用Monod Fe3+抑制模型得到细菌生长动力学模型。
(3)从T.f菌氧化亚铁的机理建立方程
Nagpal[11]等建立了以Fe2+为培养基的T.f菌生长的结构模型，考虑了Fe2+，O2，CO2，Fe3+，As，H+和温度对细菌比生长速率的影响。将细菌细胞质分成3个部分：呼吸的酶组分，卡尔文循环活动的酶组分，存储能量的静态化合物组分。设X是细胞上述3种组分的矢量，&∩是包含化学计量系数和细菌反应速度矢量?自的二维矩阵，m是细菌的浓度，并对3种组分变化都建立了速率方程式：
dX/dt=&∩&·?酌-X&·dm/(dt&·m)=&∩&·?酌-X&·?滋
(1.18)
该动力学方程是从细菌结构的生物角度来考虑细菌的生长情况。模型从细菌新陈代谢的酶氧化Fe2+的动力学机理建立方程。模型中把CO2的浓度对细菌的比生长速率的影响和细菌生长所需要消耗的能量也考虑进去。对两组在不同介质亚铁离子溶液和黄铁矿矿浆中T.f菌生长实验数据与模型拟合数据比较，结果令人满意。
参考文献
[1]Tuovien O H.Acid leaching of uranium ore materials with microbial catalysts.Biotechnol Bioeng SyMP16，Wiley，New york，1986:65-72
[2]张传福，闵小波.氧化亚铁硫杆菌生长迟缓期的影响因素.中南工业大学学报，1999，30(5):489-492
[3]谢海云，刘中华.高铁离子浓度下氧化亚铁硫杆菌的生长行为.过程工程学报，2004，4(1):43-46
作者简介：司晶星(1988-) ，女，山西忻州人，中国矿业大学化工学院生物工程专业06级本科在读。