БІОТЕХНОЛОГІЯ - Іншина Н.М. - 2009
РОЗДІЛ 5. ПРОМИСЛОВА БІОТЕХНОЛОГІЯ
Біогеотехнологія
Біогеотехнологія — це галузь біотехнології, спрямована на використання геохімічної діяльності мікроорганізмів у гірничодобувній промисловості (екстракція металів під час біологічного очищення стічних во/, гірничодобувних підприємств, окиснення піритів і десульфування кам’яного вугілля, вилуговування бідних і відпрацьованих руд, боротьба з метаном у вугільних шахтах тощо).
Біогеотехнологія зародилася у XVI ст. в Угорщині, де вперше для одержання міді застосували бактеріальне вилуговування металів. Офіційною датою народження біогеотехнології вважається 1922 р., коли німецькі вчені Рудольф і Хедьброннер установили, що метод одержання міді є мікробіологічним процесом. У 80-х роках XX ст. сформувалися основні розділи біогеотехнології:
— біогеотехнологія вилуговування металів;
— десульфування кам’яного вугілля;
— підвищення видобутку нафти.
Біогеотехнологія екстракції металів
Біогеотехнологія екстракції металів грунтується на використанні тіонових бактерій для вилучення металів із гірських порід. Під час переробки бідних руд тонни металів втрачаються у вигляді відходів, шлаків. У 1947 р. Колмер і Кінкель відкрили вид тіонових бактерій Thiobacillus ferrooxidans, які отримують енергію за рахунок окиснення відновлених сполук Сульфуру та іонів Fe2+ у присутності кисню:
За участі іонів Fe3+ здійснюється окиснення халькоциніта:
або ураніта:
Тіонові бактерії окиснюють усі відомі сульфіди металів, при цьому метали із нерозчинних сулофідів переходять у розчинні сульфати. Із сульфатних розчинів метали вилучають шляхом осадження, екстракції, сорбції.
За участі тіонових бактерій у світі добувають сотні тисяч тонн міді, що становить приблизно 5% від загального видобутку металу. У деяких країнах розроблено технології видобування урану за таким методом.
Десульфуваня кам’яного вугілля
Відомо, що вміст Сульфуру у кам’яному вугіллі може досягати 10 — 12%. Під час спалювання вугілля Сульфур окиснюється до оксидів SО2 і SО3, які потрапляють в атмосферу, де утворюється H2SO4. З атмосфери сульфатна кислота потрапляє на поверхню землі у вигляді кислотних дощів.
Перші досліди з видалення Сульфуру із кам’яного вугілля за участі мікроорганізмів були проведені у 1959 р. радянськими вченими 3. Зарубіжно, Н. Ляліковою та Е. Шмук. У результаті експерименту за 30 днів за участі тіонових бактерій Thiobacillus ferrooxidans із вугілля було видалено 23 - 30% Сульфуру.
Американським ученим удалося за 4 дні знизити вміст Сульфуру у вугіллі на 50%. Установлено, що в лабораторних умовах вміст Сульфуру у кам’яному вугіллі за 5 діб можна знизити практично на 100%.
Таким чином, використання тіонових бактерій є ефективним методом видалення сульфурвмісних сполук із кам’яного вугілля.
Боротьба з метаном у вугільних шахтах
Віт кам’яного вугілля містяться сотні метрів кубічних метану. Чим глибше залягає вугілля, тим більше метану воно містить. Під час видобутку вугілля метан надходить в атмосферу шахт, що становить загрозу для життя шахтарів. Традиційні методи боротьби з метаном у вугільних шахтах (вентиляція, вакуумна дегазація, зволоження пластів водою) неефективні.
Ідея використання мікроорганізмів для боротьби з метаном у вугільних шахтах належить радянським ученим. У 1939 р. А. Юровський, Г. Капілаш, Б. Магнубі для зниження концентрації метану запропонували застосувати бактерії, що окиснюють метан. Бактерії разом з поживним середовищем (мінеральні сполуки Нітрогену і Фосфору) у вигляді суспензії подають у шахти: 1 т вугілля може поглинути 20 - 40 л суспензії. У вугіллі бактерії розподіляються по тріщинах і порах. Для життєдіяльності бактерій необхідний кисень, який подають у шахти.
Завдяки застосуванню бактерій надходження метану з вугільних пластів знижується вдвічі, а видобуток кам’яног вугілля зростає у 1,5 рази.
Підвищення видобутку нафти
Нафта є основною енергетичною і хімічною сировиною. Її запаси з кожним роком зменшуються. Існуючі технології дозволяють видобувати половину нафти, що знаходиться у пластах. Нафта міцно зв’язана з породами. Для підвищення вторинного видобування нафти використовують мікроорганізми. У результаті діяльності бактерій, що окиснюють вуглеводні, нафта розкладається, накопичуються гази (СО2, Н2) і низькомолекулярні органічні кислоти, які перетворюються на метан. Це сприяє розрідженню нафти і підвищенню газового тиску в нафтоносному пласті, що супроводжується зростанням видобутку нафти.