Презентация на тему "БИОТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛОВМЕТОДЫ ЭКОЛОГИИ МИКРООРГАНИЗМОВ"

Содержание

• 
  Слайд 1

  БИОТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛОВМЕТОДЫ ЭКОЛОГИИ МИКРООРГАНИЗМОВ

  Выполнили: Галабурда С. Иванов Н. Кострикина Д. Михайлова Д. Черноморченко М.

• 
  Слайд 2
  

  БИОТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛОВ

• 
  Слайд 3
  
• 
  Слайд 4

  История биотехнологии металлов

• 
  Слайд 5

  Открытие микроорганизмов, важных для биогеотехнологии металлов

• 
  Слайд 6
  
• 
  Слайд 7
  
• 
  Слайд 8

  Физико – химические основы выщелачивания металлов из руд

• 
  Слайд 9

  Бактериальное окисление субстратов включает следующие стадии

  взаимодействие поверхностных структур бактерий с окисляемым субстратом (сорбция, адгезия); изменение физико-химических свойств окисляемых субстратов и их транспорт в клеточную стенку; окисление субстратов в поверхностных структурах клеток; транспорт электронов и протонов; образование мембранного потенциала; синтез АТФ и образование воды.

• 
  Слайд 10

  Окисление Fe

  Окисление Fe 2+ грамотрицательным A. ferrooxidansсвязано с его транспортом в периплазматическое пространство клетки. При переносе электронов на ЦПМ возникает трансмембранный электрохимический градиент ионов водорода, который состоит из электрического и химического компонентов. Этот электрохимический потенциал обеспечивает синтез АТФ. Со второй половиной реакции окисления Fe2+ (2ё + 2Н+ + '/202 —>Н2О) связан также механизм регуляции внутриклеточного pH, равного 6,5.

• 
  Слайд 11

  Окисление серы и сульфидных минералов.

  Японскими исследователями были открыты ферменты серо- (сульфид)-Ре +-оксидоредуктаза (S° + 4Fe + + ЗН20 —» H2S03 + + 4Fe + + 4Н+) и сульфит-Fe +-оксидоредуктаза(H1SO3 + 2Fe+ + I 4Н20 1H2S04 I 2Fe | 2Н+).

• 
  Слайд 12

  Механизм первичных реакций окисления серы и сульфидных минералов

  Элементная сера растворяется в веществах липидной природы до коллоидного состояния и поступает в периплазматическое пространство, где и окисляется. В основе окисления сульфидных минералов лежит биоэлектрохимический процесс. Бактерии благодаря сорбции клеток и действию экзометаболитов на минералы изменяют их электродный потенциал, заряд, повышают электропроводность среды, создают высокий окислительно-восстановительный потенциал среды, создают определенную разность потенциалов между минералом и средой-электролитом

• 
  Слайд 13

  Размерычастиц и плотностьпульпы

  Размеры частиц руды или концентрата определяют площадь их поверхности, от которой зависит адгезия бактерий и ско­рость окислительных процессов.

• 
  Слайд 14

  Влияние химических элементов.

  Токсичность металлов для бактерий зависит от физиологического состояния бактерий, химичес­кого состояния металлов и степени их взаимодействия в среде. К наиболее токсичным катионам относят Cd, Ag, Hg и U. Анионы Se, As и Mo более токсичны, чем большинство катионов металлов.

• 
  Слайд 15

  Источники питания

  Важнейшими элементами для жизнедеятельности хемолитотрофных бактерий в биогидрометаллургии являются азот и фосфор. С солями азота и фосфора поступает и калий.

• 
  Слайд 16

  Влияние микробиологических факторов.

  Фенотипическая вариабельность бактерий является результатом 1) активности геномной регуляторной системы 2) адаптации их к новым условиям среды, а штаммовый полиморфизм выражается в разнообразии структуры хромосомной ДНК.

• 
  Слайд 17
  

  Влияние температуры При снижении температуры с 26 до 15 °С средняя удельная скорость роста различных штаммов A. ferrooxidansуменьшалась в 2,8—4 раза, а средняя скорость окисления Fe + — в 2,3 — 3 раза. При снижении температуры с 15 до 8 °С эти величины уменьшались в 6,1 — 13,3 и 4,5 —8,0 раз соотвественно. L.ferrooxidansрезко снижает окислительную активность при температуре ниже +14 °С.

• 
  Слайд 18

  Биогидрометаллургические технологии переработки руд и концентратов

• 
  Слайд 19
  

  A.ferrooxidans A.thiooxidans L.ferrooxidans F. acidiphilum

• 
  Слайд 20
  

  p. Sulfobacillus A.caldus p. Acidianus Metallosphaera

• 
  Слайд 21

  Кучное и подземное выщелачивание меди

  Бактериальнохимическое выщелачивание цветных металлов проводят из отвалов бедной руды (кучное) и из рудного тела в месте залегания (подземное). Орошение дробленой руды в отвале или в рудном теле осуществляется водными растворами H2S04, содержащими Fe3*, 02 и бактерии. Сульфидные минералы окисляются, а цветные металлы в кислой среде переходят в растворимое состояние. Металлы из растворов либо извлекают цементацией, либо концентрируют методом экстракции и затем извлекают электролизом. После извлечения ценных элементов растворы опять поступают на орошение руды (схема замкнутая) При нормальной и пониженной температуре катализируют хемолитотрофные бактерии A.ferrooxidans, A.thiooxidans, L.ferrooxidansи F. acidiphilum. В зонах разогрева руды при температуре 55 °С широко распространены умеренно-термофильные бактерии p. Sulfobacillusи A.caldus. При температуре выше 50 °С вплоть до 80 °С в окислительных процессах участвуют термофильные бактерии p. Acidianusи Metallosphaera.

• 
  Слайд 22
  

  1 — аэрация рециркулирующего раствора; 2 — насосная станция; 3 -- распреде­лительный трубопровод для подачи растворов; 4 — клапан; 5 — коллектор; 6 — гибкий полиэтиленовый шланг; 7 — нагнетательные скважины; 8 — рудное тело; 9 — дренажные желоба; 10 — насос для подачи продуктивны* раствором; II — лимниграфная установка; 12 — отстойник; 13 — желоб для осаждения мели; 14 — бункеры для меди; 15 — компрессорная установка

• 
  Слайд 23
  

  / — куча; 2 — поверхность почвы; 3 — прулок для сбора продуктивных растпо ров; 4— насос; 5 — желоба для цементации; 6 - прудок тля отработанного раствора; 7 — насос; 8 — система орошения отпала; 9 — металл

• 
  Слайд 24

  Подземное и кучное выщелачивание урана

  Уран в рудах присутствует в основном в четырехвалентном состоянии в виде таких минералов, как ураноторит, уранинит. Эти соединения урана не растворимы в серной кислоте.БактерииA. fcrrooxidansи другие участвуют в растворении урана, обеспечивая образование окислителя Fe3+. Из растворов уран извлекается классическим способом с использованием ионнообменных смол. Уранинит

• 
  Слайд 25
  

  Переработка сложных руд и концентратов в реакторах (чановое выщелачивание)

  Процесс извлечения металлов из концентратов с использованием бактерий и осуществляемый в специальных аппаратах называется чановым. Концентрат измельчают до размеров частиц 40— 70 мкм, помещают в контактный чан и создают плотность пульпы от 20 до 40 % твердого вещества и перемешивают при разной температуре в зависимости от вида добавленных бактерий. Растворы после частичной или полной регенерации используют для выщелачивания или сбрасываются в хвостохранилише.

• 
  Слайд 26

  Переработка золотомышьяковых концентратов

  Золото и серебро встречаются в природе как в свободном состоянии, так и в кристаллических решетках сульфидных минералов, главным образом в арсенопирите (FeAsS) и пирите (FeS2). Наиболее простой, эффективной и экологически чистой является комбинированная технология, включающая бактериальное окисление. Сначала из руды получают концентрат, при этом содержание золота увеличивается до 50— 120 г/т. Концентрат измельчают до размеров частиц 95%-го класса — 0,044 мм. Затем готовят пульпу раствору 1:5. И вносят сообщество бактерий A. ferrooxidansи представителей родов Sulfobacillus,Leptospirillumи Ferropiasma. Это мезофильные бактерии (t= 30’С) Для извлечения золота используется способ ионообменной смолы. Арсенопирит Пирит

• 
  Слайд 27

  Обессеривание углей

  Сера в углях присутствует как в виде пирита, так и в виде сложных ароматических соединений. Удаление серы с помощью A.ferrooxidansиз углей за 5 —8 суток извлекается до 97 % пиритной серы. Для извлечения серы, содержащейся в органических соединениях, делаются попытки использовать гетеротрофные бактерии. Сера

• 
  Слайд 28

  Микроорганизмы как биосорбенты металлов

  Сорбенты (от лат. sorbens — поглощающий) — твердые тела или жидкости, избирательно поглощающие (сорбирующие) из окружающей среды газы, пары или растворённые вещества.

• 
  Слайд 29

  Сорбация и осаждение металлов микроорганизмами

• 
  Слайд 30

  Экологические аспекты

  Все технологические схемы этого способа добычи металлов - замкнутые, поэтому в значительной мере исключают выброс растворов в биосферу; подземное выщелачивание исключает необходимость отвода больших участков земли под горные предприятия, при этом сохраняется ландшафт; общим для всех гидрометаллургических предприятий отходом являются растворы, содержащие тяжелые металлы; проблема обезвреживания твердых отходов биогидрометаллургических производств, например соединений мышьяка (арсенат железа или кальция), цианидов, роданидов и т.д.; микроорганизмы, применяемые в биогеотехнологии для получения металлов, не патогенны и поэтому не представляют опасности для окружающей среды.

• 
  Слайд 31
  

  МЕТОДЫ ЭКОЛОГИИ МИКРООРГАНИЗМОВ

• 
  Слайд 32
  

  Выделение микроорганизмов из экониш ипроблемы, связанные с некультивируемыми формами

  Большинство микроорганизмов, растущих в природных образцах, еще ждут своей очереди быть выделенными в чистые культуры. По некоторым оценкам, мы можем культивировать меньше 0,1 % всего микробного разнообразия.

• 
  Слайд 33

  «Некультивируемые» микроорганизмы

  Методы идентификации: прямые микроскопические наблюдения; различные приемы на основе молекулярной диагностики.