عوامل موثر بر فعالیت باکتری
عوامل مختلفی بر فعالیت باکتری­ ها در فرایند فروشویی میکروبی موثرند. این عوامل شامل موارد زیر می­باشد:
اسیدیته یا pH محلول:
در مکانیسم تأمین انرژی باکتری­ ها، یون هیدروژن نقش مهمی را ایفا می­ کند. همچنین اکسیداسیون میکروبی یون فرو و مواد سولفیدی، شامل انتقال الکترون و جابجایی یون هیدروژن می­باشد. در محدوده pH مورد استفاده در فرآیندهای اکسیداسیون باکتریایی به نوع کشت باکتری، مواد سولفیدی و مکانیسم فرایند اکسیداسیون بستگی دارد. pH بهینه برای رشد باکتری­ های میانه­دوست بین ۱ تا نهایتا ۵ می­باشد که pH مناسب برای اکسیداسیون ترکیبات سولفوری ۲ تا ۳/۲ می­باشد و در pH های پایین تر از ۵/۱ این فرایند برای جلوگیری از تشکیل رسوب جاروسیت(K2Fe OHSO4) انجام می­گیرد (Daoud, 2006).

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

اکسیژن
باکتری­ های مورد استفاده در فرایند فروشویی میکروبی هوازی هستند (Pradhan, 2008)و تمام فرآیندهای اکسیداسیون به کمک نقش کاتالیزوری این باکتری­ ها در حضور اکسیژن انجام می­گیرد. اکسیژن از دو مسیر در دسترس فرایند فروشویی قرار می­گیرد

    • نفوذ از میان حفره­ها
    • انحلال در محلول شستشو

مطالعات انجام شده بر روی اکسیداسیون گوگرد عنصری توسط باکتری A. thiooxidans نشان می­دهد که افزایش غلظت اکسیژن در محیط کشت مایع، افزایش قابل توجهی در سرعت اکسیدکنندگی گوگرد و جمعیت باکتری A.thiooxidans ایجاد می­ کند. به­ دلیل نفوذ بهتر اکسیژن، روش­های مختلفی شامل محلول­دهی چرخشی، ایجاد حفره­هایی در هیپ و افزودن هوا به وسیله فن، جایگزینی پریود خشک به جای پریود متوالی محلول دهی و عبور هوای فشرده از میان سنگ­ها استفاده می­ شود (Liu Hsuan-liang, 2004).
مواد مغذی
محیط کشت مناسب و اختصاصی برای رشد باکتری­ های اکسیدکننده آهن محیط کشت ۹K می­باشد. این محیط شامل نمک­های آمونیوم، پتاسیم، منیزیم و یون فرو می­باشد. هیچ یک از این نمک­ها در لیچینگ صنعتی نیاز نمی ­باشد، زیرا عناصر اساسی در آب مصرفی و ساختمان سنگ وجود دارد (Yoshishige kawabe, 2003).
دما
هر یک از میکروارگانیسم­های مورد استفاده در فرایند فروشویی زیستی محدوده دمایی مشخصی برای زنده ماندن و فعالیت دارند. دمای بهینه تابع نوع سنگ معدن است از طرف دیگر سرعت و مقدار انحلال ماده معدنی به نوع باکتری مورد استفاده نیز بستگی دارد. قانون کلی به این صورت است که به ازای کاهش هر ۷ درجه سانتی ­گراد دما، فعالیت باکتری نصف می­ شود. هر باکتری برای رشد و اکسیداسیون دمای معینی دارد.
در این مورد یکسری تحقیقات بر روی فعالیت باکتری A. ferrooxidans با دمای مختلف انجام شده که مشخص کرد که با افزایش دما فعالیت این باکتری برای اکسیداسیون پیریت بیشتر شده و در مقایسه با نوع وحشی آن بهتر عمل می­ کند (Franzmann, 2005).
کانی­شناسی سنگ
ترکیب کانی­ها جزو عوامل اصلی موثر بر فعالیت باکتری هستند. برای هر نوع سنگ معدن باید آزمایش­های جداگانه­ ای انجام شود تا مناسب بودن آن برای فروشویی میکروبی مشخص شود.
اندازه ذرات
در فرایند فروشویی میکروبی از نوع تانک، دانسیته مواد تغلیظ شده، عامل تعیین کننده سرعت است و در شرایط عملیاتی جمعیت باکتری به دانسیته مواد معدنی و توزیع اندازه ذرات آن بستگی دارد و از طرفی دانسیته بهینه به توزیع اندازه ذرات بستگی دارد (Styriakova, 2010).
یون­های فلزی
باکتری­ ها دارای یک حد قابلیت تحمل مشخص از یون­های فلزی با حفظ فعالیت اکسیداسیون هستند. که این محدودیت بر اساس باکتری مورد استفاده در فرایند تغییر می­ کند. تحقیقات نشان داده که باکتری­ های گرمادوست نسبی مقاومت بیشتری به غلظت فلزات دارند. آرسنیک در غلظت­های ۵۰ تا ۱۰۰ppm برای باکتری سمی است. حضور کاتیون­های جیوه، نقره، کادمیم و سرب در غلظت­های ۱۰ mg/l اکسیداسیون میکروبی یون فرو را متوقف می­ کنند. با افزایش مداوم یک ماده سمی در طول فرایند سازگاری باکتری، باکتری به آن ماده مقاوم شده و می ­تواند مورد استفاده قرار گیرد.
غلظت یون آهن
مطالعات زیادی برای بررسی آهن مورد نیاز به منظور لیچینگ موثر صورت گرفته ولی محاسبه مقدار واقعی آهن مورد نیاز مشکل است. با بررسی­های انجام شده در رآکتورهای لیچینگ در غلظت­های ۵ تا ۱۰ گرم بر لیتر از یون فرو بیشترین سرعت اکسیداسیون یون فرو وجود داشته و در غلظت­های بالاتر، سرعت اکسیداسیون کاهش می­یابد (Koichi, 2003).
تلقیح باکتری
در برخی از واحدهای لیچینگ تلقیح باکتری به درون هیپ برای کمک به شروع فرایند یا تقویت جمعیت باکتری استفاده شده و در بعضی از واحدها محیط طبیعی برای رشد باکتری وجود داشته و تلقیح صورت نمی­گیرد. اگر هدف بررسی کنترل فرایند باشد باید شرایطی ایجاد شود که باکتری تلقیح شده به محیط با سرعتی خیلی بیشتر از گونه­ های بومی موجود رشد کرده و غالب می­ شود. برای دست­یابی به این هدف، کنترل مواد غذایی، دما، اسیدیته و توانایی باکتری برای سازگار شدن به غلظت فلزات آزاد شده در فرایند مورد نیاز است (Pina, 2005).
کشت­های میکروبی مخلوط در فرایند فروشویی میکروبی:
در فرایند فروشویی میکروبی هیچگاه نمی­ توان از یک کشت خالص برای استحصال فلز استفاده کرد، زیرا به دلیل شرایط معدن هیچگاه نمی­ توان یک کشت خالص و منفرد از میکروارگانیسم را برای این منظور استفاده کرد، همچنین کشت مخلوط توانایی بیشتری را نسبت به کشت­های خالص در این فرایند دارد، تأثیر مثبت، منفی و یا خنثی یک گونه از باکتری بر گونه دیگر ممکن است موجب افزایش، کاهش و یاعدم تأثیر جمعیت دوم گردد. که این تأثیر گونه­ ها بر یکدیگر ممکن است در نتیجه تغییر تدریجی شرایط، مثلا کاهش مواد غذایی و یا اکسیژن و یا تحریک­های خارجی از یک نوع به نوع دیگر تغییر کند (Santos, 2006).
معمولا هدف مطالعات بر روی کشت­های مخلوط، بررسی عملکرد تک­تک گونه­ های موجود در محیط کشت، تأثیر نوع گونه، نحوه برهمکنش یک گونه با دیگر گونه­ ها، میزان اتصال به سطح کانی، تشریح و بررسی عوامل محیطی و نوع کشت ونوع فرایند است.
در محیط­هایی که باکتری­ های مزوفیل مانند A.ferrooxidans و L. ferrooxidans می­توانند با اتوتروف­های اکسیدکننده گوگرد و یا میکسوتروف­ها، یا اسیددوست­های هتروتروف و میکروارگانیسم­های یوکاریوت همزمان زندگی کنند (Santos, 2006). در مقیاس­های صنعتی امکان استریل کردن محیط­های لیچینگ وجود ندارد و میکروارگانیسم­های تلقیح شده باید بتوانند با سایر میکروارگانیسم­های بومی موجود در معدن رقابت کنند. یک مثال خوب از همکاری متقابل، برهم کنش L.ferrooxidans,A.organoparus,A.thiooxidans,A.acidophillus است که هر کدام به تنهایی قادر به لیچینگ پیریت نبوده اما کشت­های مخلوط آنها باسرعتی معادل با سرعت اکسیداسیون پیریت توسطA.ferrooxidans قادر به لیچینگ کردن پیریت می­باشند (Rawling, 1997).
تجمع میکروارگانیسم­ها در فروشویی میکروبی
عواملی مانند تغییرات فصلی، میزان رطوبت توده­های معدنی، خصوصیات و نوع میکروارگانیسم­ها می ­تواند بر جایگاه میکروارگانیسم­ها در توده معدنی تأثیرگذار باشد.
جمعیت­های اولیه محیط را از نظر عواملی مانند اسیدی بودن، دما و دردسترس بودن مواد غذایی بهبود می­بخشد و راه را برای سازگاری گونه­ های دیگر هموار می­ کند. به­عنوان مثال جمعیت­های میکروبی که در ابتدا در توده­ها به ­وجود می­آیند، گونه ­هایی هستند که می­توانند بخش گوگردی کانی­ها را به­عنوان منبع انرژی مصرف کنند و یون­های هیدروژن و یا یون­های فلزی محلول تولید کنند (Tekin, 2012).
در قسمت­ های بالایی توده­های معدنی که میزان اکسیژن بیشتر است A.ferrooxidans و دیگر اتوتروف­ها به خوبی در شرایط اسیدی رشد می­ کنند. در نواحی بدون اکسیژن مثلا در سطح سفره ­های آبی درون توده­ها باکتری­ های احیاء کننده سولفات و هتروتروف­های اسیددوست جداسازی شده ­اند. در قسمت­ های عمیق تعداد باکتری­ های مزوفیل بدلیل افزایش درجه حرارت و متابولیسم کاهش می­یابد.
تغییرات غلظت یون­های فرو و فریک و نسبت آنها باعث باعث تغییر در پتانسیل اکسیداسیون و احیاء (Eh) می­گردد. زمانیکه جمعیت L. ferrooxidans به جمعیت A.ferrooxidans غالب گردد میزان Eh بالا می­رود. بنابراین با تغییر میزان غلظت یون­های آهن و یا pH می­توان یکی از این دو را غالب کرد.
توزیع جمعیت میکروبی را می­توان با کنترل pH محلول فروشویی، اصلاح ترکیب محلول فروشویی و پرورش سویه­های میکروبی در آزمایشگاه با بهره گرفتن از فنون مهندسی ژنتیک برای بهبود قابلیت ­های لیچینگ میکروارگانیسم­ها و سازگاری آنها به تدریج تغییر داد که در نهایت جابجایی تدریجی سویه­های موجود در این فرایند را نتیجه می­دهد (Blight, 2004).
روش­های انجام فرایند فروشویی میکروبی
تکنولوژی استخراج میکروبی فلزات با روش­های معمول شیمیایی در رقابت می­باشند، به­کار گیری فرآیندهای بیوهیدرومتالورژی نیاز به دانستن اطلاعات کافی از ویژگی­های میکروبهای مربوط به این فرایند، مشخصه­های شیمیایی و کانی شناسی سنگ و انجام آزمایش­های متفاوت می­باشد.
روش­های فروشویی زیستی آزمایشگاهی
پرکولاتور[۵۲]
پرکولاتور در شکل ساده آن به صورت یک ستون شیشه ­ای می­باشد که در کف آن یک صفحه مشبک قرار دارد و با نمونه­های سنگ معدن پر می­ شود که از این ستون محیط کشت حاوی میکروارگانیسم­ها عبور داده می­ شود، که در انتهای ستون مایع شستشو خارج می­گردد که این مایع را دوباره به بالای ستون پمپ می­ کنند که حین عمل پمپ کردن جریان هوای لازم برای میکروارگانیسم­ها فراهم می­گردد (Zhu Wei, 2011).
فلاسک متحرک[۵۳]
بدلیل ناکافی بودن هوا برای انجام فروشویی در پرکولاتورها، معمولا بازدهی خوبی در روش پرکولاتور دیده نمی­ شود. بدین منظور از روش فلاسک متحرک می­توان استفاده کرد. در شیکرها محیط در حال همخوردن و هوادهی می­باشد. در این روش نسبت سطح فعال کانسنگ به مقدار کانسنگ چندین برابر است و سطح واکنش بزرگتری در دسترس می­باشد. همینطور سرعت هوادهی بیشتر بوده و همچنین امکان بررسی عوامل گوناگون و بررسی رشد و فعالیت باکتری راحت­تر و دقیق تر می­باشد (Thirdwatling, 2000).
ستون[۵۴]
در این روش ستونی با ارتفاع چندمتر که از جنس شیشه، پلاستیک، لوله­های سیمانی و استیل می­باشد مورد استفاده قرار می­گیرد که معمولا برای سنگ­های نسبتا درشت به­کار می­رود. محلول کشت باکتریایی از بالا وارد ستون شده و از انتهای ستون خارج و دوباره به بالای ستون برگردانده می­ شود، سپس مقدار فلز حل شده در فاز مایع اندازه ­گیری می­ شود. بیولیچینگ ستون مدت زمان زیادی طول می­کشد. در این روش امکان اندازه ­گیری pH و تغییرات آن در طول آزمایش وجود دارد (Thirdwatling, 2000).
راکتور همزن­دار
در این روش امکان هوادهی، استفاده از پالپ با دانسیته­های متفاوت، اندازه­گیریpH، Eh اندازه ­گیری درجه حرارت و بطور کلی امکان کنترل متغییرهای سینتیکی وجود خواهد داشت. از جمله معایب این روش آسیب دیدن دیواره سلولی باکتری­ ها به دلیل برخورد ذرات سنگ با آنها و خورندگی دستگاه و همچنین هزینه سرمایه ­گذاری بالا، و مزیت آن بازدهی زیاد در زمان کوتاه می­باشد (Xian XIa Le, 2012).
فروشویی زیستی نیمه صنعتی
برای استفاده از مقیاس­های بزرگ، استفاده از روش­های آزمایشگاهی مشکل می­باشد. با کاهش اندازه ذرات، سطح قابل دسترس مواد معدنی، دسترسی محلول و باکتری و در نتیجه انحلال فلز افزایش می­یابد. سایر عوامل مانند، میزان اکسیژن، توزیع دما و سایر تفاوت­ها در طول مسیر نیز در مقیاس­های صنعتی باید در نظر گرفته شود. در این مقیاس معمولا از ستون­های نیمه صنعتی استفاده می­ شود (Xian XIA Le, 2012).
روش­های صنعتی فرایند فروشویی
این روش­ها شامل روش بیولیچینگ توده­ای(هیپ[۵۵] و دامپ[۵۶])، بیولیچینگ درجا[۵۷]، تانک همزن­دار[۵۸] و روش ژئوکت[۵۹] می­باشد.

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...