水处理微生物学：自然界中硫的循环及其在混凝土腐蚀中的影响

硫在地球生物圈中是一种相当丰富的元素，并且很少成为微生物生长的一种限制性营养物质。硫是生物体的一种基本成分，因为硫是巯基（SH）氨基酸和各种辅酶的重要成分，含硫有机物是植物和其他大生物硫的来源。

显然知道，H2S是一种含有硫的无机物。除上节所提到的含硫氨基酸在微生物作用下会产生H2S气体外，某些化学工业（如石油炼制厂）的生产过程中也会产生H2S气体。H2S是有毒物质，对人体有毒害作用，也极易使金属管道腐蚀。

图7.18　硫循环

关于H2S被氧化成硫磺和硫酸的过程（硫化作用）和硫酸盐被还原成H2S的过程（反硫化作用）已在上节内容中简单提到。元素硫可以以多种氧化态形式存在于有机物和无机物中，可以催化各种形式的硫进行氧化还原反应，从而组成一个硫循环。现将自然界中硫的循环示于图7.18中。在水体污染和废水处理的研究中，硫循环也具有重要的意义。

7.5.1.1　硫化作用

主要是由硫磺细菌和硫化细菌引起的。硫磺细菌能氧化H2S成硫磺颗粒贮存于细胞内。当环境中缺乏H2S时，则细胞内的硫磺颗粒继续被氧化而成硫酸。

1.硫磺细菌

根据其有无颜色一般可分为两群：一群是无色的，所谓无色硫磺细菌，如贝日阿托氏菌、发硫菌等；另一群具有菌紫色，称紫色硫磺细菌，如紫硫菌、八叠硫菌等。

无色硫磺菌大多是化能自养菌，从氧化硫化氢和元素硫过程中获得能量。

所产生的硫酸，排出菌体后可与环境中的盐或碱类作用，形成硫酸盐。

紫色硫磺细菌细胞内也含有硫磺粒，它们有两种方式进行有机碳化物的合成作用，光合作用和化学合成作用：

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2.硫化细菌

主要有排硫杆菌、氧化硫杆菌和脱氮硫杆菌。它们除脱氮硫杆菌外都是好氧性的。

排硫杆菌能氧化H2S或硫代硫酸盐为硫酸，同时形成硫，积累于细胞体外，这同硫磺细菌有显著的差别。

氧化硫杆菌氧化硫或硫代硫酸盐为硫酸。

脱氮硫杆菌在缺氧情况下能利用还原硝酸时获得的氧化硫或硫代硫酸盐成硫酸，如式（7.31）所示。

上述细菌氧化硫时都产生相当量的硫酸，但是氧化硫杆菌可以抵抗强酸，5%的硫酸对它们的生命活动没有什么影响，适宜的pH值约为2～4。

7.5.1.2　反硫化作用

主要是由于硫酸盐还原菌的存在，常见的有去硫弧菌。在氧气缺乏、有机物存在的情况下，它们能将硫酸盐转化成H2 S。

在混凝土及钢筋混凝土沟渠中，硫酸盐还原所形成的H2S，被硫磺细菌等氧化成硫酸后，容易使混凝土由于腐蚀而受到损坏。但是，废水中硫酸盐还原菌一般是不多的，并且它们比较容易集中在沟渠的沉淀物中。因此，为了减少沟渠中可能产生的H2S，要求沟渠设计和施工时应有适当的坡度，同时应加强渠道的维护管理工作。