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 metali Pierwiastek 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 thiooxidans Thiobacillus ferrooxifans Chemolitoautotrofy wykorzystują CO2 jako źródło węgla wykorzystują S0, S2-, S2O32-, 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) 2 FeS2 + 7 O2 + 2 H2O 2 FeSO4 + 2 H2SO4 4 FeSO4 + O2 + 2 H2SO4 2 Fe2(SO4)3 + 2 H2O FeS2 + 2 Fe2(SO4)3 2 FeSO4 + 2 S 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