Upload
kat
View
77
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Mikrobiologia przemysłowa w ochronie środowiska. Mikrobiologiczne ługowanie metali. Ługowanie – proces ekstrakcji chemicznej związków lub pierwiastków przy zastosowaniu odpowiednich rozpuszczalników (roztworów ługujących) o działaniu selektywnym - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Mikrobiologia przemysłowa w ochronie środowiska
Mikrobiologiczne ługowanie metali
• Ługowanie – proces ekstrakcji chemicznej związków lub pierwiastków przy zastosowaniu odpowiednich rozpuszczalników (roztworów ługujących) o działaniu selektywnym
• Mikrobiologiczne ługowanie metali (procesy biohydrometalurgiczne) – wykorzystanie zdolności mikroorganizmów utleniających siarkę i/lub żelazo do przeprowadzania nierozpuszczalnych siarczków metali w rozpuszczalne siarczany
Mikrobiologiczne ługowanie metaliPierwiastek Minerał Wzór chemiczny
Antymon Błyszcz antymonowy Sb2S3
Arsen Arsenopiryt
Aurypigment
Realgar
FeAsS
As2S3
As4S4
Cynk Sfaleryt ZnS
Miedź Chalkozyn
Chalkopiryt
Kowelin
Cu2S
CuFeS2
CuS
Molibden Molibdenid MoS2
Nikiel Milleryt NiS
Ołów Galena PbS
Uran Uraninit UO2
Mikrobiologiczne ługowanie metali
Mikroorganizmy wykorzystywane w procesach biohydrometalurgicznych
Thiobacillus sp. Thiobacillus ferrooxidans Thiobacillus thiooxidans Leptospirillum ferrooxidans Sulfolobus sp. Sulfobacillus sp. Acidianus sp. Chromatium sp. Ferribacterium sp.
W procesach biohydrometalurgicznych wykorzystuje się konsorcja mikroorganizmów
Mikrobiologiczne ługowanie metali
Thiobacillus thiooxidansThiobacillus ferrooxifans
Chemolitoautotrofy• wykorzystują CO2 jako źródło
węgla• wykorzystują S0, S2-, S2O3
2-, Fe2+ jako źródło energii
Bezwzględne tlenowce Acidofile – zdolne do wzrostu
w pH 1,5-2,8 Wykazują dużą tolerancję na
wysokie stężenie metali w środowisku
Thiobacillus thiooxidans
Mikrobiologiczne ługowanie metali
Utlenianie pirytu do siarczanu żelaza (III)
1) 2 FeS2 + 7 O2 + 2 H2O 2 FeSO4 + 2 H2SO4
2) 4 FeSO4 + O2 + 2 H2SO4 2 Fe2(SO4)3 + 2 H2O
3) FeS2 + 2 Fe2(SO4)3 2 FeSO4 + 2 S
4) 2 S + 3 O2 + 2 H2O 2 H2SO4
1 – reakcja chemiczna; 2 – T. ferrooxidans; 3 – reakcja chemiczna; 4 - T. thiooxidans
Mikrobiologiczne ługowanie metali
Ługowanie metali z rud siarczkowych zawierających piryt
Fe(III) MeS
T. ferrooxidans
Fe(II) Me(II)
CuS CuSO4
ZnS + Fe2(SO4)3 ZnSO4 + 2 FeSO4 + S
CdS CdSO4
Opłacalne, nawet gdy ruda zawiera 0,4% Cu
Mikrobiologiczne ługowanie metali
Ługowanie metali z rud siarczkowych Ługowanie w stosach – ubogie rudy i odpady z
kopalni odkrywkowych (poniżej 0,4% metalu) Stosy zawierające do 109 t rudy Formowanie stosów na nieprzepuszczalnym podłożu lub na
uszczelnieniu asfaltowym Pompowanie roztworu ługującego• zakwaszona woda (pH 1,5-3) – rudy zawierające piryt
• roztwór FeSO4 i pożywka mineralna (źródło azotu, fosforu, magnezu)
Metody zwiększenia efektywności – kruszenie rudy, dodatkowe natlenianie
Zatężanie i wytrącanie metali z roztworu ługującego (ok. 2g/dm3)
Ługowanie metali ze skał usypanych w stosy
Ługowanie metali ze skał usypanych w stosy
Problemy technologiczne Niedostateczne natlenienie złoża (ograniczenie
wzrostu bakterii) Optymalna ilość biomasy 7% Mało skuteczny system zraszania Optymalne pH 2,3 Przegrzanie złoża Optymalna temperatura 35 °C Zbyt małe rozdrobnienie złoża Zbyt długi czas procesu (do 20 lat)
Mikrobiologiczne ługowanie metali
Ługowanie metali ze skał usypanych w zwały Masa rudy 1000x mniejsza Większe rozdrobnienie (ø 20-25 mm) Większa efektywność natleniania Większa efektywność zraszania Mniejsze niebezpieczeństwo przegrzania Czas ługowania – kilka miesięcy
Ługowanie metali w bioreaktorach przepływowych Kolumny z pokruszonej rudy Ciągły przepływ roztworu ługującego Czas reakcji ok. 60 h
Ługowanie metali z rud in situ Zatapianie nieczynnych kopalni Metoda odwiertu w skale
Ługowanie metali ze skał w nieczynnej kopalni
Ługowanie metali metodą odwiertu w skale
Mikrobiologiczne odsiarczanie węgla
Kwaśne deszcze powstają na skutek emisji SO2
podczas spalania węgla Stężenie siarki w węglu wynosi
0,05-7% Odsiarczanie gazów odlotowych
jest bardzo kosztowne Mikrobiologiczne odsiarczanie
węgla z wykorzystaniem Thiobacillus sp. umożliwia równoczesne usunięcie innych metali (nikiel, kobalt, beryl, wanad)
Mikrobiologiczne odsiarczanie węgla
Kwaśne deszcze powstają na skutek emisji SO2
podczas spalania węgla Stopień usunięcia siarki wynosi 70-
80% (siarka nieorganiczna w postaci pirytu)
Warunki procesu• rozdrobnienie (kilka-kilkadziesiąt
μm)• mieszanie 200-250 obr./min• temperatura 25-35 °C• pH 2,0• zawartość suchej masy w pulpie
10-25%• czas ługowania 15 dni
Mikrobiologiczne oczyszczanie gruntów z produktów naftowych
Źródła zanieczyszczenia gleby produktami naftowymi
(ropa naftowa, paliwa, smary, oleje silnikowe, asfalty) procesy wydobywcze przerób rafineryjny transport magazynowanie
Tereny najbardziej narażone na skażenie okolice rafinerii okolice stacji paliw okolice warsztatów naprawczych okolice rurociągów przesyłowych paliwa lotniska
Mikrobiologiczne oczyszczanie gruntów z produktów naftowych
Mikroorganizmy zdolne do rozkładu węglowodorów Bakterie• Pseudomonas• Micrococcus• Alcaligenes• Aeromonas• Flavobacterium• Vibrio• Acinetobacter• Mycobacterium• Bacillus• Arthrobacter
Mikrobiologiczne oczyszczanie gruntów z produktów naftowych
Mikroorganizmy zdolne do rozkładu węglowodorów Grzyby• Candida• Saacharomyces• Fusarium• Penicillium• Aspergillus• Rhizopus• Geotrichum
Mikrobiologiczne oczyszczanie gruntów z produktów naftowych
Mikroorganizmy zdolne do rozkładu węglowodorów Promieniowce• Actinomycetes• Nocardia• Streptomyces Cyjanobakterie i glony• Oscillatoria• Anabaena• Nostoc• Chlorella• Chlamydomonas• Scenedesmus• Phormidium
Mikrobiologiczne oczyszczanie gruntów z produktów naftowych
Sposoby pobierania węglowodorów przez drobnoustroje
W postaci mikrokropli W postaci makrokropli W postaci rozpuszczonej w wodzie
Pobieranie węglowodorów w postaci mikrokropli Wytwarzanie substancji powierzchniowo czynnych, które emulgują
węglowodory i ułatwiają przenikanie przez błonę komórkową kompleksy polisacharydów, kwasów tłuszczowych i białek glikolipidy lipopeptydy fosfolipidy
Metody biologiczne oczyszczania gruntów z produktów ropopochodnych
• in situ – w miejscu (bez wybierania zanieczyszczonego gruntu)
• ex situ – po usunięciu gruntu z miejsca skażenia i ułożeniu w wytypowanym punkcie do remediacji
Stymulacja rozwoju mikroorganizmów autochtonicznych (0,01-1% mikroorganizmów glebowych)
Wprowadzanie mikroorganizmów zdolnych do rozkładu produktów ropopochodnych
Czynniki wpływające na szybkość biodegradacji węglowodorów
• Budowa chemiczna i właściwości węglowodorów• Stężenie węglowodorów → toksyczność dla mikroorganizmów (do 5%)• Zawartość tlenu (4 mg/mg paliwa)• Wilgotność (powyżej 15%)• pH (6-8)• Temperatura (20-30 °C)• Zawartość związków biogennych (dodatkowe źródła N i P)• Liczebność i rodzaj drobnoustrojów (powyżej 105/g s.m. gruntu)• Obecność innych niż węglowodory źródeł węgla i energii • Procesy sorpcji
Regulacja liczebności i rodzaju drobnoustrojów
Stymulacja wzrostu mikroorganizmów autochtonicznych• napowietrzanie• dodatek soli biogennych• nawilżanie
Izolacja mikroorganizmów ze skażonego gruntu, namnażanie i ponowne wprowadzanie do gruntu
Wprowadzanie biopreparatów
Kontrola przebiegu procesu bioremediacji
Badania fizyko-chemiczne• ilość węglowodorów• wilgotność• ilość biogenów• pH
Badania mikrobiologiczne• oznaczenia ilościowe• oznaczenia jakościowe
90-99% gatunków biorących udział w biodegradacji węglowodorów nie rośnie na podłożach hodowlanych