Mikrobiologia przemysłowa w ochronie środowiska

1. Mikrobiologia przemysłowa w ochronie środowiska

2. 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

3. Mikrobiologiczne ługowanie metali

4. 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

5. 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

6. 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

7. 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

8. 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)

9. Ługowanie metali ze skał usypanych w stosy

10. 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)

11. 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

12. Ługowanie metali ze skał w nieczynnej kopalni

13. Ługowanie metali metodą odwiertu w skale

14. 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)

15. 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

16. 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

17. Mikrobiologiczne oczyszczanie gruntów z produktów naftowych Mikroorganizmy zdolne do rozkładu węglowodorów • Bakterie • Pseudomonas • Micrococcus • Alcaligenes • Aeromonas • Flavobacterium • Vibrio • Acinetobacter • Mycobacterium • Bacillus • Arthrobacter

18. Mikrobiologiczne oczyszczanie gruntów z produktów naftowych Mikroorganizmy zdolne do rozkładu węglowodorów • Grzyby • Candida • Saacharomyces • Fusarium • Penicillium • Aspergillus • Rhizopus • Geotrichum

19. 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

20. 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

21. 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

22. 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

23. 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

24. 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