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硫化氢(H2S)是一种无色、剧毒气体，极易对设备、管路、电子元件等造成腐蚀。H2S主要来源于天然气、沼气、填埋气、工业废水等。微生物脱硫法是一种新兴的脱硫技术。微生物可以高效地将H2S转化为单质硫。与传统的物理、化学方法相比，生物脱硫法具有能耗低、条件温和、无二次污染、设备简单等优点。 首先，本文研究了野生型的嗜盐嗜碱硫氧化菌多能硫碱弧菌D301（Thialkalivibrioversutus D301）菌株。研究了其代谢特性、测定了基因组序列，结果表明，D301基因组大小为2.96 M，G+C％达到66.03％，编码基因2，672个，RNA基因49个。基于得到的基因组信息，绘制了D301的基因组图谱。研究D301与Thialkalivibrio K90mix之间的共线性关系，并对近缘微生物进行了基因家族分类，基于单拷贝同源家族绘制了更精确的系统进化树，进一步，提出了D301的硫代谢途径。并对常规的代谢途径和重要的生理机制进行了基因层面的解释。16S rRNA系统进化分析揭示与D301亲缘关系最近的是T.versutus DSM13738;分析了D301的抗生素谱;通过酶活检测手段检测到酯酶等少量的几种酶的活性。碳源利用能力分析发现D301能利用L-阿拉伯糖、丙酮酸甲酯和α-羟丁酸。脂肪酸测定发现16∶0、summed feature8(C18∶1ω7c and/orC18∶1ω6c)的占比超过74％，发现与细胞膜相关的10种极性脂。D301的呼吸醌类型主要为泛醌Ubiquinone-10。 其次，通过紫外诱变获得高生长活性和脱硫活性的D301的突变型菌株SOB306。利用接合转移法建立了适合硫碱弧菌的高效的遗传转化系统，将广宿主带有链霉素抗性的质粒pKT230与pBBR-sm成功转化入SOB306细胞。基于pBBR-sm质粒筛选到高强度的tac和p3启动并使荧光蛋白基因在SOB306中得到高效的表达。利用该系统将细菌血红蛋白基因vgb导入SOB306，CO差光谱证明vgb高效表达，且提高了SOB306硫代谢的活性。基于在受体细胞中不能复制的自杀质粒pRE-hsdM和表达SceI酶的质粒pBBR-SceI，成功敲除了SOB306菌株的编码甲基化酶hsdM基因。 再次，利用硫碱弧菌SOB306在75 L的生物硫氧化系统中进行了的H2S吸收及脱除的实验，实现快速启动反应器的操作方法，通过控制ORP在在-395mV下，SO42-生成率低于9％，单质硫的生成速率达到2.82kg/m3·d。当反应器的负荷达到5.82 kgS/m3·d时，单质生成率达到4.78kg S/m3·d。对反应器不同深度下氧化还原电位的变化进行检测，发现反应器上下ORP相差约80 mV，在反应器进气口附近ORP维持-300mV左右。硫颗粒研究表明，大颗粒由许多小颗粒聚集而成。在此基础上，研发了10m3级的中试脱硫系统，中试装置的沼气负荷可以达到1000 m3/d以上，可使沼气中H2S的含量从14000ppm降低到20 ppm以下。硫磺产率超过6 kg/m3·d，而且大部分硫颗粒在2分钟内几乎可以完全沉降下来。 最后，将好氧硫氧化反应器与厌氧硫酸盐还原反应器偶联操作，在ORP-392 mV，水力停留时间(HRT)为4h的条件下，实现了硫酸盐还原反应器出水硫化物100％的移除，单质硫的生成率达到78％以上。此外，将硫酸盐还原反应器以葡萄糖作为电子供体，在进水SO42-浓度3000 mg/L时，最高SO42-移除率超过70％，没有发现S2-抑制现象，SO42-去除速率达到2.12 kg/m3·d，对反应器不同深度取样分析，反应器下部SO42-贡献了总移除率的约40％，通过Illumina Miseq16S rRNA测序技术揭示出SRB的丰度变化与SO42-移除的变化正相关，而且在反应器底部SRB的丰度最高。整个过程没有观察到硫酸盐还原废水中的有机物以及厌氧微生物对生物硫氧化的影响。