Mikrobiologiczne ługowanie metali z rud, odpadów przemysłowych i osadów ściekowych
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 3,0-28 35 30 50 40 50 45 75 60 75 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 - - - - 25 40 40 60 55 85 55-85
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
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 2-3 + 6H + S 2 O 2 + 3 8Fe(III) + 5H 2 O = 8Fe(II) + 2SO 2-4 + 10H + 2. Bezpośredni kontakt Zachodzi bezpośrednie utlenienie siarczku 2FeS 2 + 2H 2 O + 7O 2 = 2Fe(II) + 2SO 4 2- + 4H + Powyższe reakcje katalizowane są m.in. przez bakterie Thiobacillus ferrooxidans
Mikrobiologiczne ługowanie metali z rud Reakcje zachodzące podczas bioługowania
Mikrobiologiczne ługowanie metali z rud Techniki mikrobiologicznego ługowania metali z siarczków
Mikrobiologiczne ługowanie metali z rud Technologia ekstrakcji metali z siarczków in situ
Mikrobiologiczne ługowanie metali z rud Odzyskiwanie miedzi z hałd kopalnianych
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
Schemat odzysku złota z rud złotonośnych CN - - 2 + O 2 + 4 H 2 O 2 HCO 3 + 2 NH 3 2 NH + - 3 3 O 2 2 NO 2 + 2 H + + - 2 H 2 O 2 NO 3 Reakcje bioutlenienia cyjanków + 6 H Drobnoustroje utleniające cyjanki: + Actinomyces, Alcaligenes, Artrobacter, Bacillus, Micrococcus, Neisseria, Paracoccus, Thiobacillus, Pseudomonas
Zastosowanie drobnoustrojów do odzysku metali z wód kopalnianych i ścieków przemysłowych Sposoby wiązania jonów metali przez komórki drobnoustrojów
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 4 2- + 2 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
Zastosowanie drobnoustrojów do odzysku metali z wód kopalnianych i ścieków przemysłowych
Zastosowanie drobnoustrojów do odzysku metali z wód kopalnianych i ścieków przemysłowych Schemat układu technologicznego do mikrobiologicznego ługowania i unieszkodliwiania osadów ściekowych
Wydobywanie ropy naftowej Odsiarczanie ropy naftowej i węgla
Zastosowanie drobnoustrojów do zwiększenia efektywności wydobycia ropy naftowej Klasyczne metody pozwalają na wydobycie do 80% ropy ze złoża
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. 40 90 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.
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
Odsiarczanie ropy naftowej Związki siarkoorganiczne mogące występować w ropie naftowej
Metody odsiarczania ropy naftowej 1. Metody fizykochemiczne: działanie H 2 (wysokie ciśnienie, 230 455 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
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
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.