Wyklad 5

Wykład 5 – Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców
Przedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna
TECHNOLOGIA CHEMICZNA


Mikrobiologiczne ługowanie metali z rud,
odpadów przemysłowych i osadów ściekowych


Niektóre drobnoustroje wykorzystywane w przemysłowych procesach bioługowania
Drobnoustrój Typ Metabolizm Optimum Zakres
pH temperatury
(°C)
Utleniające żelazo
Mezofilne
Thiobacillus ferrooxidans Bakterie beztlenowy/Fe/kwas 2,4 28 – 35
Leptospirullum ferrooxidans Bakterie Fe 2,5 – 3,0 30
Umiarkowanie termofilne
Sulphobacillus acidophilus Bakterie Fe/kwas - 50
Lactobacillus thermoferrooxidans Bakterie Fe 2,5 – 3,0 40 – 50
Ekstremalnie termofilne
Acidianus brierleyi Bakterie Kwas 1,5 – 3,0 45 – 75
Sulfurococcus yellowstonii Archeony Fe/kwas - 60 – 75

Utleniajace siarkę
Mezofilne
T. thiooxidans Bakterie Kwas - 25 – 40
Umiarkowanie termofilne
T. caldus Bakterie Kwas - 40 – 60
Ekstremalnie termofilne
Sulfolobus solfataricus Archeony Fe/kwas - 55 – 85
S. yellowstonii Archeony Fe/kwas - 55 - 85


Mikrobiologiczne ługowanie metali z rud

Porównanie efektywności ługowania miedzi
z enargitu (Cu3AsS4)
( ) w obecności bakterii, pH 1,6
Mechanizmy bioługowania metali z rud ( ) 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) + O2 + 4H+ = 4Fe(III) + 2H2O
Jony Fe(III) są czynnikami utleniającymi, reagującymi z siarczkami metali
2CuS + 8Fe(III) + 3H2O = 2Cu(II) + 8Fe(II) + S2O32- + 6H+
S2O32 + 8Fe(III) + 5H2O = 8Fe(II) + 2SO42- + 10H+

2. Bezpośredni kontakt
Zachodzi bezpośrednie utlenienie siarczku
2FeS2 + 2H2O + 7O2 = 2Fe(II) + 2SO42- + 4H+

Powyższe reakcje katalizowane są m.in. przez bakterie
Thiobacillus ferrooxidans



Reakcje zachodzące podczas bioługowania



Techniki mikrobiologicznego ługowania metali z siarczków



Technologia ekstrakcji metali z siarczków in situ



Odzyskiwanie miedzi z hałd kopalnianych


Bioekstrakcja uranu

Thiobacillus ferroxidans katalizuje w warunkach tlenowych reakcję:

2UO2 + O2 + 2H2SO4 = 2UO2SO4 + 2H2O

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:

UO2 + Fe2(SO4)3 = UO2SO4 + 2FeSO4
UO3 + H2SO4 = UO2SO4 + H2O

Przykład praktycznego zastosowania: kopalnia Dennison (Kanada).
Produkcja: 300 ton uranu/rok


Schemat odzysku złota z rud złotonośnych

- -
2 CN + O2 + 4 H2O 2 HCO3 + 2 NH3

2 NH3 + 3 O2
- +
2 NO2 + 2 H + 2 H2O 2 NO3
-
+
+
6 H Drobnoustroje utleniające cyjanki:
Actinomyces, Alcaligenes, Artrobacter,
Bacillus, Micrococcus, Neisseria, Paracoccus,
Reakcje bioutlenienia cyjanków
Thiobacillus, Pseudomonas


Zastosowanie drobnoustrojów do odzysku metali z wód kopalnianych
i ścieków przemysłowych

Sposoby wiązania jonów metali przez komórki drobnoustrojów



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.

3SO42- + 2 kwas mlekowy → 3H2S + 6HCO3-

H2S + Cu(II) → CuS↓ + 2H+

Ewentualny nadmiar tworzącego się siarkowodoru może zostać przekształcony
w siarkę elementarną przez bakterie siarkowe



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


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 (CO2, N2)

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.


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 H2 (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)
2FeS2 + 7O2 + 2H2O = 2FeSO4 + 2H2SO4

4FeSO4 + O2 + 2H2SO4 = 2Fe2(SO4)3 + 2H2O

Eliminacja organicznych związków siarki
Wyłącznie metody mikrobiologiczne – Rhodococcus spp.

Wyklad 5

Recommended

Recommended

More Related Content

Viewers also liked

Viewers also liked (6)

More from marwron

More from marwron (20)

Wyklad 5