№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 Geochemistry18(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). Sustainability10(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. Chemosphere249, 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. Chemosphere239, 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 Geochemistry134, 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 production224, 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 Engineering33, 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. Chemosphere249, 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 Engineering141, 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 (11th ed.). Upper Saddle River, NJ: Prentice hall.

Інновації та технології

 

Дослідницька платформа НГУ

 

Відвідувачі

353922
Сьогодні
За місяць
Усього
27
5554
353922