№60-15

Лабораторне дослідження процесу біовилуговування важких металів як явища кислотного шахтного дренажу

О.С. Ковров¹, І.І. Клімкіна¹, А.В. Самарська², С.А. Красовський¹

¹Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна

²Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро, Україна

Coll.res.pap.nat.min.univ. 2020, 60:150-161

https://doi.org/10.33271/crpnmu/60.150

Full text (PDF)

АнотацІя

Мета. Дослідити в лабораторних умовах особливості процесів біовилуговування важких металів бактеріями виду Acidithiobacillus ferrooxidansяк явища кислотного шахтного дренажу.

Методика дослідження полягає у вивченні закономірностей хімічних процесів  кислотного шахтного дренажу в гірничих сірковмісних породах внаслідок активності ацидофільних бактерій виду A. ferrooxidans. Досліджено процес вилуговування сірки та міді з штучно підготовлених культуральних середовищ. Кількісне визначення вмісту іонів міді у пробах культурального середовища виконано колориметричним методом. Для детальної оцінки змін концентрацій заліза та міді у пробах та детального мікроелементного аналізу застосовано метод мас-спектрометрії з індуктивно зв’язаною плазмою (ІЗП-МС).

Результати дослідження. Виконана низка експериментів щодо біопоглинання та біовилуговування важких металів в культуральних середовищах з бактеріями  A. ferrooxidans. Встановлено, що внаслідок бактеріальної активності спостерігається поступове зниження pH в культуральних середовищах через ріст бактерій, внаслідок чого важкі метали вилуговуються в розчин.

Наукова новизна. Встановлено нові залежності щодо біовилуговування та біопоглинання важких металів в культуральних середовищах внаслідок росту ацидофільних бактерій. Так, за 12 днів експерименту в середовищі з елементарною сіркою концентрація сірчаної кислоти підвищилася в 2,5-3 рази, pH розчину знизився в середньому з 2,66 до 2,17, а об’ємні витрати NaOH для нейтралізації H₂SO₄ у розчині збільшилися з 0,73 до 1,83 мл. На середовищі з сульфідом міді Cu₂S концентрація заліза за рахунок його поглинання бактеріями зменшилась в середньому з 113,42 до 44,13 ммоль/л, концентрація міді збільшилась з 2,77 до 12,1 ммоль/л, pH розчину знизився в середньому з 2,63 до 2,12, одиниць.

Практичне значення. Результати досліджень дозволяють розробити дієві заходи щодо усунення кислотного шахтного дренажу з породних масивів, що містять сульфіди важких металів.

Ключові слова: кислотний шахтний дренаж, біовилуговування, важкі метали, культуральне середовище,Acidithiobacillus ferrooxidans, метод мас-спектрометрії з індуктивно зв’язаною плазмою (ІЗП-МС)

Перелік посилань:

1. Hammarstrom, J. M., Sibrell, P. L., & Belkin, H. E. (2003). Characterization of limestone reacted with acid-mine drainage in a pulsed limestone bed treatment system at the Friendship Hill National Historical Site, Pennsylvania, USA. Applied Geochemistry, 18(11), 1705-1721.
   https://doi.org/10.1016/S0883-2927(03)00105-7
    
2. Marquez, J. E., Pourret, O., Faucon, M. P., Weber, S., Hoàng, T. B. H., & Martinez, R. E. (2018). Effect of cadmium, copper and lead on the growth of rice in the coal mining region of Quang Ninh, Cam-Pha (Vietnam). Sustainability, 10(6), 1758.
   https://doi.org/10.3390/su10061758
    
3. Sharma, S., Lee, M., Reinmann, C. S., Pumneo, J., Cutright, T. J., & Senko, J. M. (2020). Impact of acid mine drainage chemistry and microbiology on the development of efficient Fe removal activities. Chemosphere, 249, 126117.
   https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.126117
    
4. Gomes, P., Valente, T., Geraldo, D., & Ribeiro, C. (2020). Photosynthetic pigments in acid mine drainage: Seasonal patterns and associations with stressful abiotic characteristics. Chemosphere, 239, 124774.
   https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.124774
    
5. Pei, H., Wang, C., Wang, Y., Yang, H., & Xie, S. (2019). Distribution of microbial lipids at an acid mine drainage site in China: Insights into microbial adaptation to extremely low pH conditions. Organic Geochemistry, 134, 77-91.
   https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2019.05.008
    
6. Liu, M., Iizuka, A., & Shibata, E. (2019). Acid mine drainage sludge as an alternative raw material for M-type hexaferrite preparation. Journal of cleaner production, 224, 284-291.
   https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.03.224
    
7. García-Valero, A., Martínez-Martínez, S., Faz, A., Rivera, J., & Acosta, J. A. (2020). Environmentally sustainable acid mine drainage remediation: Use of natural alkaline material. Journal of Water Process Engineering, 33, 101064.
   https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2019.101064
    
8. Sharma, S., Lee, M., Reinmann, C. S., Pumneo, J., Cutright, T. J., & Senko, J. M. (2020). Impact of acid mine drainage chemistry and microbiology on the development of efficient Fe removal activities. Chemosphere, 249, 126117.
   https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.126117
    
9. Giordani, A., Rodriguez, R. P., Sancinetti, G. P., Hayashi, E. A., Beli, E., & Brucha, G. (2019). Effect of low pH and metal content on microbial community structure in an anaerobic sequencing batch reactor treating acid mine drainage. Minerals Engineering, 141, 105860.
   https://doi.org/10.1016/j.mineng.2019.105860
    
10. Haigh, M. J. (2000). Erosion control: Principles and some technical options. Reclaimed land. Erosion control, soils and ecology, 75-110.
     
11. Madigan, M. T., & Martinko, J. M. (2010). Brock biology of microorganisms (11^th ed.). Upper Saddle River, NJ: Prentice hall.

• < Попередня
• Наступна >