Микробиологическое извлечение металлов
Из растворов
Конечная стадия гидрометаллургических процессов — извлечение металлов из растворов. Однако пока удается получить только некоторые из них — прежде всего присутствующие в значительных концентрациях. Особые трудности возникают, если процесс происходит в разбавленных растворах. Важнейшая задача современности — очистка от металлов промышленных стоков. В последнее время наметилось новое направление в решении этих сложных проблем, основанное на использовании способности многих микроорганизмов сорбировать или осаждать ионы металлов. Известны следующие основные процессы их извлечения таким образом: биосорбция, осаждение металлов в виде сульфидов, восстановление шестивалентного хрома и некоторых других элементов.
Процесс бактериального осаждения сульфидов металлов известен
давно. Су ль фатреду пирующие бактерии при этом образуют сероводород, практически полностью осаждающий металлы из растворов (например, растворенные 8,5 г Си/л в форме цианида дают 98,5 % меди).
Практическое применение нашел процесс восстановления шестивалентного хрома в растворах. Известны микроорганизмы, которые в анаэробных условиях восстанавливают его до трехвалентного, последний затем осаждается в виде Сг(ОН)3. Процесс идет при рН 8 — 9, причем в качестве источника органических веществ для бактерий можно использовать хозяйственно-бытовые сточные воды.
Новым подходом к решению задачи извлечения металлов из разбавленных растворов является биосорбция. Исследования, проведенные как за рубежом, так и у нас в стране, показали, что с помощью бактерий, мицелиальных грибов, дрожжей и водорослей можно получить из них до 100 % свинца, ртути, цинка, меди, никеля, кобальта, марганца, хрома, урана и некоторых других элементов, до 96 — 98 % золота и серебра, до 84 % платины, 93 % селена. Показано также, что бактериальные полисахариды эффективны для извлечения из растворов радиоактивных элементов (урана и др.), меди и кадмия.
При сорбции из растворов металлы накапливаются в биомассе до определенной концентрации.
Механизм этого процесса во многих чертах ясен. В основном он связан с клеточной стенкой. Возможности грибов в сорбции металлов определяются наличием в первых хитина и получением из него хито-зана. Поэтому при извлечении целесообразно использовать эти вещества непосредственно. Их источником могут быть и сами грибы.
По данным канадских исследователей, более важную роль в биосорбции металлов играют фосфатные и уроновые кислые группы. Считается перспективным использование мертвой биомассы и приготовленных на ее основе сорбентов.
Способы применения биосорбентов могут быть различными. Это прежде всего создание биофильтров с живыми микроорганизмами, где в качестве носителя может применяться, например, уголь. Другой пример - так называемый биосорбент М, разработанный в Чехии. В его состав входит мицелий Penicillum chrysogenum и продукты реакции веществ, используемых в процессе его укрепления (мочевиноформаль-дегидный поликонденсат, продукты реакции формальдегида и мочевины с компонентами мицелия). Этот биофильтр изготавливается в виде зерен размером 0,3 — 0,8 мм. Его можно использовать в установках, работающих на ионообменных смолах.
К достоинствам биосорбентов, включающих микроорганизмы, следует отнести прежде всего широкие возможности их использования в природных условиях. При налаженном производстве биомассы или, например, полисахаридов микробного синтеза они могут стать новым источником селективных обменных материалов.
6.7. БИОТЕХНОЛОГИЯ И ЭКОЛОГИЯ
Отходы и побочные продукты деятельности в области сельского хозяйства, лесной и пищевой промышленности можно использовать в различных целях, в частности для получения энергии с одновременным увеличением биомассы и уменьшением загрязнения окружающей среды. Их также можно при помощи микроорганизмов разлагать до сбраживаемых соединений или превращать в белки тем же способом, что и насыщенные алифатические углеводороды, n-парафииы (побочные продукты очистки нефти), метан или метанол. Культивирование водорослей в сточных водах, хорошо развитое сейчас и совершенствующееся, не только способствует их очистке, но и получению биомассы, богатой белками и микроэлементами. Характер и масштаб процессов конверсии обусловлены как экономическими факторами, так и их соответствием социально-экономической ситуации.