4. Wykład 5 – Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców
Przedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna
TECHNOLOGIA CHEMICZNA
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
5. Wykład 5 – Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców
Przedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna
TECHNOLOGIA CHEMICZNA
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
6. Wykład 5 – Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców
Przedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna
TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Mikrobiologiczne ługowanie metali z rud
Reakcje zachodzące podczas bioługowania
7. Wykład 5 – Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców
Przedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna
TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Mikrobiologiczne ługowanie metali z rud
Techniki mikrobiologicznego ługowania metali z siarczków
8. Wykład 5 – Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców
Przedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna
TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Mikrobiologiczne ługowanie metali z rud
Technologia ekstrakcji metali z siarczków in situ
9. Wykład 5 – Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców
Przedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna
TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Mikrobiologiczne ługowanie metali z rud
Odzyskiwanie miedzi z hałd kopalnianych
10. Wykład 5 – Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców
Przedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna
TECHNOLOGIA CHEMICZNA
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
12. Wykład 5 – Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców
Przedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna
TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Zastosowanie drobnoustrojów do odzysku metali z wód kopalnianych
i ścieków przemysłowych
Sposoby wiązania jonów metali przez komórki drobnoustrojów
13. Wykład 5 – Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców
Przedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna
TECHNOLOGIA CHEMICZNA
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.
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
14. Wykład 5 – Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców
Przedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna
TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Zastosowanie drobnoustrojów do odzysku metali z wód kopalnianych
i ścieków przemysłowych
15. Wykład 5 – Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców
Przedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna
TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Zastosowanie drobnoustrojów do odzysku metali z wód kopalnianych
i ścieków przemysłowych
Schemat układu technologicznego do mikrobiologicznego ługowania
i unieszkodliwiania osadów ściekowych
16. Wykład 5 – Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców
Przedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna
TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Wydobywanie ropy naftowej
Odsiarczanie ropy naftowej i węgla
17. Wykład 5 – Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców
Przedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna
TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Zastosowanie drobnoustrojów do zwiększenia efektywności wydobycia ropy
naftowej
Klasyczne metody pozwalają na wydobycie do 80% ropy ze złoża
18. Wykład 5 – Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców
Przedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna
TECHNOLOGIA CHEMICZNA
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 (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.
19. Wykład 5 – Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców
Przedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna
TECHNOLOGIA CHEMICZNA
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. Wykład 5 – Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców
Przedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna
TECHNOLOGIA CHEMICZNA
Odsiarczanie ropy naftowej
Związki siarkoorganiczne mogące występować w ropie naftowej
21. Wykład 5 – Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców
Przedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna
TECHNOLOGIA CHEMICZNA
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
22. Wykład 5 – Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców
Przedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna
TECHNOLOGIA CHEMICZNA
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. Wykład 5 – Biotechnologiczne metody pozyskiwania i ulepszania surowców
Przedmiot: Podstawy Biotechnologii Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna
TECHNOLOGIA CHEMICZNA
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.