Wykład 5 Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Wykład 5 Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców"

Damian Kwiecień
8 lat temu
Przeglądów:

2 Mikrobiologiczne ługowanie metali z rud, odpadów przemysłowych i osadów ściekowych

3 Niektóre drobnoustroje wykorzystywane w przemysłowych procesach bioługowania Drobnoustrój Typ Metabolizm Optimum ph Zakres temperatury ( C) Utleniające żelazo Mezofilne Thiobacillus ferrooxidans Leptospirullum ferrooxidans Umiarkowanie termofilne Sulphobacillus acidophilus Lactobacillus thermoferrooxidans Ekstremalnie termofilne Acidianus brierleyi Sulfurococcus yellowstonii Bakterie Bakterie Bakterie Bakterie Bakterie Archeony beztlenowy/fe/kwas Fe Fe/kwas Fe Kwas Fe/kwas 2,4 2,5 3,0-2,5 3,0 1,5 3, Utleniajace siarkę Mezofilne T. thiooxidans Umiarkowanie termofilne T. caldus Ekstremalnie termofilne Sulfolobus solfataricus S. yellowstonii Bakterie Bakterie Archeony Archeony Kwas Kwas Fe/kwas Fe/kwas

4 Mikrobiologiczne ługowanie metali z rud Mechanizmy bioługowania metali z rud Porównanie efektywności ługowania miedzi z enargitu (Cu 3 AsS 4 ) ( ) w obecności bakterii, ph 1,6 ( ) ługowanie kwaśne

5 Mechanizmy mikrobiologicznego ługowania metali z rud Metale mogą być ługowane z rud zawierających siarczki tych metali w wyniku utlenienia jonami Fe(III) lub wymywania roztworem kwasu. Mechanizmy ługowania mikrobiologicznego obejmują oba zjawiska. 1. Brak bezpośredniego kontaktu drobnoustrojów z powierzchnią rudy Ługowanie zachodzi w wyniku aktywności bakterii chemolitotroficznych, zdolnych do utleniania jonów Fe(II) do Fe(III). 4Fe(II) + O 2 + 4H + = 4Fe(III) + 2H 2 O Jony Fe(III) są czynnikami utleniającymi, reagującymi z siarczkami metali 2CuS + 8Fe(III) + 3H 2 O = 2Cu(II) + 8Fe(II) + S 2 O H + S 2 O Fe(III) + 5H 2 O = 8Fe(II) + 2SO H + 2. Bezpośredni kontakt Zachodzi bezpośrednie utlenienie siarczku 2FeS 2 + 2H 2 O + 7O 2 = 2Fe(II) + 2SO H + Powyższe reakcje katalizowane są m.in. przez bakterie Thiobacillus ferrooxidans

6 Mikrobiologiczne ługowanie metali z rud Reakcje zachodzące podczas bioługowania

7 Mikrobiologiczne ługowanie metali z rud Techniki mikrobiologicznego ługowania metali z siarczków

8 Mikrobiologiczne ługowanie metali z rud Technologia ekstrakcji metali z siarczków in situ

9 Mikrobiologiczne ługowanie metali z rud Odzyskiwanie miedzi z hałd kopalnianych

10 Bioekstrakcja uranu Thiobacillus ferroxidans katalizuje w warunkach tlenowych reakcję: 2UO 2 + O 2 + 2H 2 SO 4 = 2UO 2 SO 4 + 2H 2 O W warunkach ograniczonego dostępu tlenu zachodzi proces pośredni. Bakterie utleniają siarczki zawarte w pirycie do siarczanów (zwykle towarzyszy rudom uranowym) i Fe(II) do Fe(III). Powstający siarczan żelaza reaguje z tlenkami uranu: UO 2 + Fe 2 (SO 4 ) 3 = UO 2 SO 4 + 2FeSO 4 UO 3 + H 2 SO 4 = UO 2 SO 4 + H 2 O Przykład praktycznego zastosowania: kopalnia Dennison (Kanada). Produkcja: 300 ton uranu/rok

11 Schemat odzysku złota z rud złotonośnych CN O H 2 O 2 HCO NH 3 2 NH O 2 2 NO H H 2 O 2 NO 3 Reakcje bioutlenienia cyjanków + 6 H Drobnoustroje utleniające cyjanki: + Actinomyces, Alcaligenes, Artrobacter, Bacillus, Micrococcus, Neisseria, Paracoccus, Thiobacillus, Pseudomonas

12 Zastosowanie drobnoustrojów do odzysku metali z wód kopalnianych i ścieków przemysłowych Sposoby wiązania jonów metali przez komórki drobnoustrojów

13 Zastosowanie drobnoustrojów do odzysku metali z wód kopalnianych i ścieków przemysłowych Problem remediacji wód zawierających metale i siarczany Beztlenowe bakterie z rodzajów Desulfovibrio i Desulfotomaculum posiadają zdolność redukcji siarczanów do siarkowodoru. Wytworzony siarkowodór reaguje z jonami metali ciężkich, dając w efekcie nierozpuszczalne siarczki. 3SO kwas mlekowy 3H 2 S + 6HCO 3 - H 2 S + Cu(II) CuS + 2H + Ewentualny nadmiar tworzącego się siarkowodoru może zostać przekształcony w siarkę elementarną przez bakterie siarkowe

14 Zastosowanie drobnoustrojów do odzysku metali z wód kopalnianych i ścieków przemysłowych

15 Zastosowanie drobnoustrojów do odzysku metali z wód kopalnianych i ścieków przemysłowych Schemat układu technologicznego do mikrobiologicznego ługowania i unieszkodliwiania osadów ściekowych

16 Wydobywanie ropy naftowej Odsiarczanie ropy naftowej i węgla

17 Zastosowanie drobnoustrojów do zwiększenia efektywności wydobycia ropy naftowej Klasyczne metody pozwalają na wydobycie do 80% ropy ze złoża

18 Zastosowanie drobnoustrojów do zwiększenia efektywności wydobycia ropy naftowej Uzyskanie większej efektywności technologie EOR i MEOR Cele: zwiększenie lepkości wody i zmniejszenie lepkości ropy Technologie EOR: dodawanie polimerów organicznych, detergentów, wpompowywanie pary wodnej, gazów (CO 2, N 2 ) Technologie MEOR: a) zastosowanie drobnoustrojów wytwarzających gaz oraz polimery pozakomórkowe. Problem warunki panujące w złożu: ciśnienie 6,5 21 MPa, temp C, brak tlenu, wysokie zasolenie Drobnoustroje mogące rosnąć w takich warunkach: Clostridium, Desulfovibrio, Methanobacterium (beztlenowe); Pseudomonas, Micrococcus, Acinetobacter, Archaea b) zastosowanie polimerów wytwarzanych przez drobnoustroje do EOR.

19 Zastosowanie drobnoustrojów do zwiększenia efektywności wydobycia ropy naftowej Bakteryjne polisacharydy pozakomórkowe Ksantan wytwarzany przez Xanthomonas campestris Kudrlan wytwarzany przez Agrobacterium, Rhisobium Skleroglukan wytwarzany przez Sclerotium glucanium

20 Odsiarczanie ropy naftowej Związki siarkoorganiczne mogące występować w ropie naftowej

21 Metody odsiarczania ropy naftowej 1. Metody fizykochemiczne: działanie H 2 (wysokie ciśnienie, C) oddzielenie związków siarkowych i termiczna dekompozycja 2. Metody mikrobiologiczne Rhodococcus erythropolis, Agrobacterium, Gordona, Klebsiella, Nocardia, globelula, Paenibacillus, Pseudomonas, Bacillus subtilis Efektywność bioodsiarczania: (25 60%) ropa naftowa; (40 90%) oleje silnikowe; (20 50 %) benzyny

22 Odsiarczanie ropy naftowej Alternatywne szlaki biodegradacji DBT Szlak 4 S jest realizowany w komórkach Rhodococcus. Komórki tych bakterii mają stosunkowo hydrofobową powierzchnię i dlatego dobrze wiążą się z kroplami ropy w układzie ropa-woda

23 Odsiarczanie węgla Siarka w węglu: związki nieorganiczne (piryt i siarczany) związki organiczne (głównie DBT) Powszechnie stosowane: eliminacja tlenków siarki z gazów spalinowych Odsiarczanie węgla jest możliwe tylko dla bardzo silnie rozdrobnionych wersji (najlepiej dla pyłu węglowego). Odsiarczanie węgla przed spalaniem Eliminacja nieorganicznych związków siarki Metoda fizyczna: przemycie wodą Metoda biologiczna: Thiobacillus ferrooxidans, Thiobacillus thiooxidans, Sulfolobus acidocaldarius (bakteria termofilna) 2FeS 2 + 7O 2 + 2H 2 O = 2FeSO 4 + 2H 2 SO 4 4FeSO 4 + O 2 + 2H 2 SO 4 = 2Fe 2 (SO 4 ) 3 + 2H 2 O Eliminacja organicznych związków siarki Wyłącznie metody mikrobiologiczne Rhodococcus spp.

Podobne dokumenty

Procesy biotransformacji

Procesy biotransformacji Biohydrometalurgia jest to dział techniki zajmujący się otrzymywaniem metali przy użyciu mikroorganizmów i wody. Ma ona charakter interdyscyplinarny obejmujący wiedzę z zakresu biochemii, geomikrobiologii,