Использование
железоокисляющих микроорганизмов в процессах бактериального выщелачивания
1 |
1 |
Преобразование энергии в животной клетке
•Неспособные к фотосинтезу клетки получают энергию из пищи, которой служит или биомасса растений, созданная в результате фотосинтеза, или биомасса других живых существ, питающихся растениями, или останки любых живых организмов.
•Питательные вещества преобразуются животной клеткой в ограниченный набор низкомолекулярных соединений – органических кислот, построенных из атомов углерода, которые с помощью специальных молекулярных механизмов окисляются до углекислоты и воды.
•При этом освобождается энергия, она аккумулируется в форме электрохимической разности потенциалов на мембранах и используется для синтеза АТФ или напрямую для совершения определенных видов работы.
•Трансформация энергии окисления осуществляется ферментами, расположенными в строгом порядке во внутренних мембранах митохондрий. Эти ферменты составляют так называемую дыхательную цепь и работают как генераторы, создавая разность электрохимических потенциалов на мембране, за счет которой синтезируется АТФ, подобно тому, как это происходит при фотосинтезе.
Хемосинтез
•Хемосинтез —
способ автотрофного питания, при котором
источником энергии для синтеза органических веществ из CO2 служат реакции окисления неорганических соединений.
•Подобный вариант получения энергии используется толькобактериями или археями.
•Явление хемосинтеза было открыто в 1887 г. русским учёным С. Н. Виноградским.
Хемолитоавтотрофные
организмы
•Большинство хемолитотрофов облюбовали на редкость неуютные среды обитания, которые очень трудно исследовать — лишенные кислорода, слишком кислые или слишком горячие.
•Многие из таких организмов не удается вырастить в чистой культуре.
•До недавнего времени хемолитотрофов было принято расценивать как интересные с биохимической точки зрения организмы, но мало значимые для энергетического бюджета планеты.
•Однако, такая позиция может оказаться ошибочной по двум причинам.
•Во-первых, бактерии все чаще обнаруживаются в местах, прежде считавшихся стерильными: в исключительно глубоких и раскаленных скальных породах земной коры.
•В наше время выявлено такое количество мест обитания организмов, способных извлекать энергию из геохимических процессов, что их население, возможно, составляет существенную долю общей биомассы планеты.
•Во-вторых, есть основания полагать, что самые первые живые существа зависели от неорганических источников энергии.
•Если эти предположения оправдаются, наши взгляды как на глобальный поток энергии, так и на его связь с происхождением жизни могут существенно измениться.
Биогеотехнология
БИОГЕОТЕХНОЛОГИЯ подразумевает использование хемолитотрофных микроорганизмов, источником энергии для которых служат неорганические соединения (в том числе, сульфидные минералы).
Применение биогеотехнологий позволяют:
•Увеличить нефтеотдачу пластов на 10-20%.
•Осуществлять добычу меди , золота из бедных и отработанных руд.
•Увеличить извлечение золота на 30-40% из упорных пиритных и арсенопиритных руд.
•Проводить десульфирование каменного угля.
2 |
6 |
ЦЕЛИ
-превращение (или окисление) нерастворимых сульфидов металлов в растворимые сульфаты
-создание условий для лучшего взаимодействия химических веществ с поверхностью минерала и растворения необходимого металла.
ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ – перевод металла в растворимое состояние. ОКИСЛЕНИЕ – метал остается в руде, удаляются примеси.
3 |
7 |
Хемолитоавтотрофные организмы
•Железобактерии (Geobacter, Gallionella) окисляют двухвалентное железо до трёхвалентного.
•Серобактерии (Desulfuromonas, Desulfobacter
, Beggiatoa) окисляют сероводород до молекулярной серы или до солей серной кислоты.
•Нитрифицирующие бактерии (Nitrobacteraceae, Nitrosomonas, Nitrosococcus) окисляют аммиак, образующийся в процессе гниения органических веществ, до азотистой и азотной кислот, которые, взаимодействуя с почвенными минералами, образуют нитриты и нитраты.
Хемолитоавтотрофные
организмы
•Тионовые бактерии (Thiobacillus, Acidithiobacillus) способны окислять тиосульфаты, сульфиты, сульфиды и молекулярную серу до серной кислоты (часто с существенным понижением pH раствора), процесс окисления отличается от такового у серобактерий (в частности тем, что тионовые бактерии не откладывают внутриклеточной серы).
•Некоторые представители тионовых бактерий являются экстремальными ацидофилами (способны выживать и размножаться при понижении pHраствора вплоть до 2, способны выдерживать высокие концентрации тяжёлых металлов , окислять металлическое и двухвалентное железо (Acidithiobacillus ferrooxidans) и выщелачивать тяжёлые металлы из руд.
•Водородные бактерии (Hydrogenophilus) способны окислять молекулярный водород, являются
умеренными термофилами (растут при температуре 50 °C)
Стратегии
биовыщелачивания
Трибутч предположил, что существует 3 «стратегии» биовыщелачивания:
1)непрямое биовыщелачивание: микроорганизмы не прикрепляются к поверхности минерала, и их действие ограничено возобновлением выщелачивающего агента – Fe3+;
2)контактное биовыщелачивание: микроорганизмы прикрепляются к поверхности минерала, способствуя его электрохимическому растворению с помощью Fe3+, содержащегося в ВПС ; экзополимеры производятся клеткой для прикрепления ее к твердой поверхности минерала;
3)кооперативное биовыщелачивание: микроорганизмы, прикрепленные к минеральной поверхности, кооперируют со свободными клетками из раствора; прикрепленные бактерии
высвобождаютTributsch H. Directокисляемыеvs indirect металлы,bioleachingкоторые// Hydrometallurgyслужат . источником2001. V. 59. Pэнергии. 177-185для. микроорганизмов в растворе (Tributsch,
2001).
Rodriguez Y., Ballester A., Blazquez M.L. et al. New information on the pyrite bioleaching mechanism at low and high temperature // Hydrometallurgy. 2003. V. 71. P. 37-46.
10