Mikrobiologiczny beztlenowy proces redukcji siarczanów do przygotowania sorbentu

The presence of metals in waters represents today typical anthropogenic pollution. Their increased content, originating in various industry sectors and previous mining activity, is undesired. High concentrations of metals are hazardous for all living organisms. They may accumulate to toxic levels, cause many disorders and diseases and ecological damage under certain environmental conditions. Sulphate-reducing microbial process utilization is one of the options to prepare applicable sorbent which removes metal ions from solutions. This sorbent is created as a consequence of sulphate-reducing bacteria metabolism in anaerobic environment. It is considered to be able to remove many metals from solutions, such as Zn, Cd, Pb, Cu, Ni, As.Obecność metali w wodach stanowi obecnie typowe zanieczyszczenie antropogeniczne. Ich podwyższona zawartość, pochodząca z różnych sektorów przemysłu i wcześniejszej działalności górniczej są niepożądane. Wysokie stężenia metali są niebezpieczne dla wszystkich żywych organizmów. Zawartość metali przekraczająca poziom toksyczności powoduje wiele zaburzeń i chorób oraz szkód ekologicznych. Wdrożenie procesów mikrobiologicznych jest jedną z opcji przygotowania sorbentu do usuwania jonów metali z roztworów. Sorbent powstaje w wyniku metabolizmu bakterii redukujących siarczany w środowisku beztlenowym. Sorbent taki jest w stanie usunąć z roztworów takie metale jak Zn, Cd, Pb, Cu, Ni, As

Zastosowanie biosorbentów do usuwania jonów metali

The aim of this work was to study the sorption ability of biogenic iron sulphides created by sulphate-reducing bacteria (SRB). They were isolated using growth media Postgate C, at 30°C, under anaerobic conditions from mineral spring Gajdovka (Košice). Biogenic sorbent precipitates were synthesized in sulphides form in reagent bottles with SRB culture and modified nutrient medium during 10 months in semicontinuous cultivation mode. The mode consisted of several phases, when fresh medium was added to the bottles in order to support the bacterial growth and precipitates creation. Abiotic controls of samples were performed in same conditions, but without bacteria. At the end of cultivation, the generated samples were separated from suspensions by centrifugation, dried, analysed (EDX, SEM, XRD) and used for sorption experiments. EDX results confirmed the presence of iron and sulphur as a major part of biogenic precipitates. Abiotic (non-biogenic) samples consisted of iron phosphate. SEM analysis revealed non-smooth particles and aggregates up to tens of micrometers. XRD showed mainly amorphous or poorly crystalline precipitates. Non-biogenic precipitates were identified as mineral vivianit. Sorption of zinc and cadmium from model solutions was realized by prepared sorbent samples in 100 ml Erlenmeyer flasks, with sorbent dose 1g/l, during 24 hours. The concentrations of metal ions were determined by AAS. Sorption process was most remarkable during initial 30 minutes. The metals cations from model solutions with low initial concentration (10 and 20 mg/l) were adsorbed well and the equilibrium was attained very quickly. Sorbent showed better affinity for cadmium than for zinc.Celem pracy było zbadanie zdolności sorpcyjnej biogennych siarczków żelaza tworzonych przez bakterie redukujące siarczany (SRB). Bakterie zostały wyizolowane ze źródła wody mineralnej Gajdovka (Košice) na pożywce Postgate C, w temperaturze 30°C, w warunkach beztlenowych. Biogenne osady sorbentu zostały zsyntetyzowane do siarczków w butelkach odczynników z pożywką SRB w ciągu 10 miesięcy w trybie uprawy półciągłej. Metoda składa się z kilku etapów, w których dodaje się świeżą pożywkę, aby wspomagać wzrost bakterii i wytrącanie osadu. Abiotyczną kontrolę próbek przeprowadzono w tych samych warunkach, lecz bez bakterii. Pod koniec hodowli, powstałe osady oddzielono od zawiesiny przez odwirowanie, następnie wysuszono i przeprowadzono analizowano (EDX, SEM, XRD) a także wykonano eksperymenty sorpcyjne. Wyniki EDX potwierdziły obecność żelaza i siarki, w większej części osadów biogennych. Abiotyczne (nie biogenne) próbki składają się z fosforanu żelaza. Analiza SEM wykazała występowanie cząsteczek o niegładkiej powierzchni i wielkości poniżej kilkudziesięciu mikrometrów. Analiza XRD wykazała głównie występowanie osadów bezpostaciowych. Nie biogenne osady zidentyfikowany jako minerał vivianit. Sorpcja cynku i kadmu z modelowych roztworów była analizowana w przygotowanych próbkach sorbenta w kolbkach Erlenmeyera o pojemności 100 ml, z dawką sorbentu 1 g/l, w ciągu 24 godzin. Stężenie jonów metalu oznaczono metodą AAS. Proces sorpcji był najszybszy podczas początkowych 30 minut. Do kationów metali z roztworów wzorcowych o niskim stężeniu początkowym (10 i 20 mg/l) równowaga była osiągana bardzo szybko. Sorbent wykazał lepsze powinowactwo do kadmu niż cynku

Możliwość redukcji siarczanów za pomocą bakterii z kwaśnych odcieków kopalnianych

The objectives of the present work are to give some view on some biological-chemical methods used for the mine drainage water treatment. These waters are often characterized by typical high concentrations of sulphates and metals as a consequence of the mining industry of the sulphide minerals. The principles of the biological-chemical methods of the metals and sulphates elimination from mine drainage waters include sulphate reduction, bioprecipitation by the application of sulphate-reducing bacteria (SRB) and sorption by the biogenic sulphides. The culture of sulphate-reducing bacteria was isolated from the mineral spring Gajdovka (Košice, Slovakia) in Postgate medium C. Mine drainage water samples were collected in Slovak localities Banská Štiavnica and Smolník.Celem niniejszej pracy jest zasugerowanie pewnego punktu widzenia na charakterystykę metod biologiczno-chemicznych zastosowanych w drenażowych oczyszczalniach ścieków. Ścieki te charakteryzują się często wysokim stężeniem siarczanów i metali będących efektem przemysłu górniczego minerałów siarczkowych. Do zasad biologiczno-chemicznych metod usuwania metali i siarczanów ze ścieków można zaliczyć redukcję siarczanów, biologiczne wytrącanie przez zastosowanie bakterii redukującej siarczany (SRB) oraz sorpcję przez siarczki biogeniczne. Kultury bakterii redukującej siarczany zostały wydzielone ze źródła mineralnego Gajdovka (Koszyce, Słowacja). Ścieki pobrano ze słowackich okolic Banská Štiavnica i Smolník

Badanie składu siarczków powstałych na wskutek biosedymentacji

The objective of this work was to examine the structure and characteristics of biogenic iron sulphides, created by sulphate-reducing bacteria (SRB) cultivation under various conditions. SRB are anaerobic microorganisms characterized by the ability to perform dissimilatory sulphate reduction with the simultaneous oxidation of the organic substrates. By oxidizing low molecular weight organic compounds (e.g. lactate, acetate) they obtain energy and nutrients. Bacteria reduce sulphate to hydrogen sulphide and this reacts with certain metals dissolved forming insoluble precipitates in process which is called bioprecipitation. The initial sulphide phase is very often amorphous with poor crystallinity. According to the conditions, solution composition and with longer time more stable and crystalline sulphides can be formed. The precipitates studied in this paper were synthesized in reagent bottles with SRB culture and modified growth medium at 30°C, in 2 modes, under anaerobic conditions during 10 months. The modification consisted of iron ions addition in form of sulphates and double organic substrate dose. During batch and semi-continuous modes were created 4 biogenic iron sulphides samples. They were examined by EDX, SEM and XRD. The analyses revealed how variety in bacteria cultivation (nutrient medium compound, cultivation process) reflects in crystallinity, structure, particle size and composition. EDX results confirmed the presence of iron and sulphur as a major part in all samples. XRD showed mainly amorphous or poorly crystalline precipitates (with partial mackinawite and gregite occurrence).Celem niniejszej pracy było przebadanie struktury i właściwości biogennych siarczków żelaza, pochodzących z hodowli bakterii redukującej siarczany (ang. skrót SRB), w różnych warunkach. SRB to beztlenowe mikroorganizmy charakteryzujące się zdolnością do dysymilacyjnej redukcji siarczanów z jednoczesną oksydacją organicznych substratów. Dzięki utlenianiu organicznych związków o niskiej masie cząsteczkowej (np. mleczany, octany) otrzymują energię i wartości odżywcze. Bakterie redukują siarczan do siarczku wodoru, który reaguje z niektórymi rozpuszczonymi metalami tworząc nierozpuszczalny osad w procesie zwanym biosedymentacją. W początkowej fazie siarczek jest często amorficzny i o niskiej krystaliczności. W zależności od warunków, właściwości roztworu i dłuższego czasu można formować stabilniejsze i bardziej krystaliczne siarczki. Osad badany w niniejszej pracy został syntetyzowany w butlach z odczynnikiem i z kulturą bakterii SRB i zmodyfikowanym środkiem wzrostu w temperaturze 30°C, w dwóch trybach, w warunkach beztlenowych przez okres 10 miesięcy. Modyfikacja polegała na dodaniu jonów żelaza w formie siarczanów oraz podwójnej dawce subtratów organicznych. Podczas trybów półciągłego utworzono 4 biogenne próbki siarczków. Zostały poddane badaniom w EDX, SEM oraz XRD. Analizy wykazały w jaki sposób hodowla bakterii (związek wartości odżywczych, proces hodowli) odzwierciedla się w procesie krystalizacji, strukturze, wielkości cząsteczki i właściwościach. Badanie EDX potwierdziło obecność żelaza i siarki, jako głównych związków we wszystkich próbkach. Wyniki XRD pokazały głownie amorficzne lub nisko skrystalizowane osady (częściowo z makinawitem i greigitem)

Badanie biogennych i nie-biogennych wytrąceń żelaznych z siarkowodoru

Metabolism of sulphate-reducing bacteria (SRB) generally consists of organic substrates or molecular H2 oxidation and sulphates reduction under anaerobic conditions. By oxidizing low molecular weight organic compounds (e.g. lactate, acetate) they obtain energy and nutrients. Biological-chemical process based on the ability and activity of these bacteria to reduce sulphates results in hydrogen sulphide creation which binds with metal cations in solutions to insoluble precipitate forms. In anoxic sedimentary environment with iron redundancy the amorphous iron sulphide is often the initial sulphide phase to be formed and exhibits poor crystallinity in the form of small crystal sizes and short-range crystal order. Although many studies have focused on the mineralogy and surface chemistry of the more crystalline and more thermodynamically stable sulphides such as pyrite and pyrrhotite, an understanding of the crystal habit and surface chemistry of the more poorly crystalline Fe sulphides is critical in assessing their reactivity and the potential for transformation to more stable phases. The aim of this work was to study the properties and composition of biogenic precipitated materials synthesized in reagent bottles with SRB culture under specific laboratory conditions and modified growth media. The modification consists of iron ions addition in form of sulphates and organic substrate dose. In two cultivation modes were by bacterially produced hydrogen sulphide precipitated 4 biogenic samples. The realisation of abiotic control experiments without SRB results in 4 non-biogenic samples production. All created materials were examined by EDX, SEM and XRD. The composition of samples varies according to cultivation and growth media composition. The biogenic precipitates contain greigite, mackinawite and sulphur, non-biogenic samples consist of vivianite.Metabolizm bakterii redukujących siarczany (SRB) składa się generalnie z utleniania organicznych substratów lub molekularnego H2 oraz redukcji siarczanów w warunkach beztlenowych. Poprzez utlenianie molekularnych składników organicznych (np. mleczan, octan) zyskują one energię oraz pożywki. Proces biologiczno-chemiczny oparty na zdolności i aktywności tych bakterii do redukcji siarczanów daje efekt w postaci utworzenia siarczku wodoru, który wiąże się z kationami metalu w roztworach do nierozpuszczalnych form wytrąceniowych. W sedymentacyjnym środowisku beztlenowym z redukcją żelaza, amorficzny siarczek żelaza często wstępną fazą siarczkową, która zostaje utworzona i wykazuje słabą krystaliczność o małych rozmiarach cząstek i słabym uporządkowaniu. Chociaż wiele badań było poświęconych mineralogii i chemii powierzchni bardziej ukrystalizowanych i bardziej stabilnych termodynamicznie siarczkom, takim jak piryt czy pirotyn, zrozumienie zachowań kryształu i chemii powierzchni słabiej ukrystalizowanych siarczków żelaza jest bardzo małe, zwłaszcza w kwestii oceny ich reaktywności i potencjału do transformacji w bardziej stabilne fazy. Celem tej pracy było zbadanie właściwości i składu biogenicznego wytrącanych materiałów wiązanych następnie w butelkach reakcyjnych z kulturą SRB w specyficznych warunkach laboratoryjnych i przy modyfikowanych warunkach rozwoju. Modyfikacja polegała na dodawaniu jonów żelaza w formie siarczków oraz dawki substratu organicznego. W dwóch trybach kultywacji 4 próbki biogeniczne były wytrącane dla siarczku wodoru utworzonego przy udziale bakterii. Realizacja kontroli abiotycznej eksperymentów bez udziału SRB dało efekt w postaci czterech nie-biogenicznych próbek. Cały utworzony materiał był następnie badany przy użyciu metod EDX, SEM oraz XRD. Skład próbek różnił się w zależności od kultywacji i składu ośrodka rozwoju. Wytrącenia biogeniczne zawierały greigit, makinawit oraz siarkę, nie-biogeniczne próbki zawierały wiwianit

Preparation of magnetic iron minerals using sulphate-reducing bacteria

Zastosowanie metabolizmu bakterii redukujących siarczany jest jedną z metod przygotowania siarczków. Jest to metoda biologiczno-chemiczna bazująca na zdolności bakterii do redukcji siarczanów do siarkowodoru, który łączy się z kationami żelaza (II) tworząc nierozpuszczalne osady - siarczki żelaza. W pewnych warunkach wzrostu bakteryjnego biogeniczne siarczki żelaza mogą posiadać cechy magnetyczne. Celem pracy jest zbadanie właściwości magnetycznych i składu biogenicznych siarczków żelaza zsyntezowanych w kulturach bakterii redukujących siarczany w warunkach laboratoryjnych.Using the sulphate-reducing bacteria metabolism is one of the methods of iron sulphides preparation. It is a biologicchemical method based on the ability of these bacteria to reduce sulphates to hydrogen sulphide, which binds with ferrous cations to form insoluble precipitates - iron sulphides. Under certain bacterial growth conditions biogenic iron sulphides can be magnetic. The target of this work was to study the magnetic properties and composition of biogenic iron sulphides synthesized in cultures of sulphatereducing bacteria under specific laboratory conditions and modified growth media