научная статья по теме ОСАЖДЕНИЕ МЕДИ СУЛЬФИДОГЕННОЙ БАКТЕРИЕЙ DESULFOSPOROSINUS SP. DB, ВЫДЕЛЕННОЙ ИЗ ОТХОДОВ ДОБЫЧИ ЗОЛОТА В КУЗБАССЕ Биология

Текст научной статьи на тему «ОСАЖДЕНИЕ МЕДИ СУЛЬФИДОГЕННОЙ БАКТЕРИЕЙ DESULFOSPOROSINUS SP. DB, ВЫДЕЛЕННОЙ ИЗ ОТХОДОВ ДОБЫЧИ ЗОЛОТА В КУЗБАССЕ»

Библиографический список

1. Свириденко Д. Г., Ратников А. Н., Алексахин Р. М., Жигарева Т. Л., Попова Г. И., Егорова Е. В. Влияние Супродита на накопление тяжелых металлов (С^ Ей, Си) и 137Сэ в растениях пшеницы и биологическую активность дерново-подзолистой почвы. Тезисы научно-практической конференции, КНИПТИ, 2009 г.

2. Ратников А. Н., Петров К. В., Анисимов В. С., Свириденко Д. Г., Сюняев Н. К., Полонская Г. Н., Мазуров В. Н., Семешкина П. С., Дадаева Т. А. СУПРОДИТ-М — новое перспективное комплексное удобрение пролонгированного действия. Тезисы научно-практической конференции, КНИПТИ, 2009 г.

УДК 579.66, 550.47

_ _ _ _ _

ОСАЖДЕНИЕ МЕДИ СУЛЬФИДОГЕННОИ БАКТЕРИЕЙ DESULFOSPOROSINUS sp. РБ, ВЫДЕЛЕННОЙ ИЗ ОТХОДОВ ДОБЫЧИ ЗОЛОТА В КУЗБАССЕ

О. П. Иккерт,

младший научный сотрудник, Ьи1310@mail.com, А. Л. Герасимчук,

старший научный сотрудник, к. б. н., gerasimchuk_ann@mail.ru,

Ю. А. Франк,

доцент, к. б. н., yulia.frank@rambler.ru, Биологический институт Томского государственного университета

Введение. Процесс образования биогенных сульфидов металлов, прежде всего железа, детально изучен в природных экосистемах, содержащих большое количество сульфата, таких, как осадки морей [1]. Образование сульфидов металлов в ходе жизнедеятельности микроорганизмов возможно благодаря существованию у прокариот метаболизма, основанного на сульфатном дыхании. Сероводород, образующийся в результате редукции сульфата суль-фидогенными бактериями (СГБ), является основным агентом, связывающим ионы металлов в виде сульфидов.

Актуальность проблемы получения сульфидов двухвалентных металлов, включая Си(11), обусловлена как необходимостью более глубокого понимания биогеохимических процессов, так и развитием и совершенствованием биотехнологий. Хотя первое свидетельство микробной сульфатредукции датируется 1895 г. [2], попытки использования микробного сульфидогенеза в технологических процессах появились относительно недавно. Современные схемы связаны с получением сульфидов металлов из загрязненных металлами сточных вод (извлечение металлов в виде сульфидов предполагает рециклирование металлов с одновременной очисткой стоков, что позволяет существенно увеличить эффективность производства и улучшить его экологические показатели) [3, 4] и др.

Основным источником растворенных металлов в биотехнологических схемах служат сточные воды предприятий горнодобывающей и обрабатывающей промышленности. Распространенные в сточных водах металлы и металлоиды включают медь, цинк, кадмий, мышьяк,

Исследовано образование сульфидов меди чистой культурой ацидотолерантной сульфидогенной бактерии Desulfosporosinus sp. DB, выделенной из окисленных осадков хвостохранилища добычи золота в Кузбассе. Для характеристики кристаллической фазы осадков, полученных при культивировании микроорганизма в присутствии ионов Cu(II), применялись сканирующая электронная микроскопия и рентгенофазовый анализ. Показана возможность селективного образования сульфидов при различной длительности культивирования. Образование единственной фазы халькопирита при культивировании в течение 54 суток делает сульфи-догенную бактерию Desulfosporosinus sp. DB перспективной для использования в технологических схемах селективного получения меди с попутной очисткой стоков.

Copper sulfides formation by the acidotolerant sulfidogenic bacteria Desulfosporosinus sp. DB isolated from oxidized sediments of gold mine tailings in Kuznetsk Basin (Russia) has been studied. Scanning electron microscopy and XRD analysis were applied for characterization of the precipitates formed during cultivation in presence of Cu(II) ions. The possibility of selective sulfides formation depending on cultivation time has been shown. The only chalcopyrite phase was formed during 54 days cultivation. Thus the sulfidogenic bacteria Desulfosporosinus sp. DB is perspective for application in industrial processes of selective copper recovery supplemented with wastes decontamination.

Ключевые слова: биогенные сульфиды металлов, сульфиды меди, извлечение металлов, очистка стоков, сульфидогенные бактерии, суль-фатредукция, Desulfosporosinus.

Keywords: biogenic metal sulfides, copper sulfides, metal recovery, wastes decontamination, sulfi-dogenic bacteria, sulfate reduction, Desulfosporosinus.

марганец, алюминий, свинец, никель, серебро, ртуть, хром и железо [5]. Концентрация их

_6 о

ионов может составлять от 10 6 до 102 г/л. Извлечение меди в виде сульфидов представляет наибольший экономический интерес, в том числе в связи с ее широким применением.

Известно, что медь может образовывать различные сульфиды вследствие комплексной стехиометрии. Общая формула сульфидов меди CuxSy. Наряду с природными минералами также существуют синтетические сульфиды меди и сульфиды, относящиеся к нестехиомет-рическим соединениям. Например, халькоцит, CuoS, может быть получен путем нагревания меди в парах HoS [6].

Сульфиды меди, образуемые СГБ, до сих пор остаются малоизученными. Одной из причин этого являются ограничения возможности культивирования чистых культур СГБ при высоких концентрациях Cu(II), ингибирующих рост. Например, рост Desulfovibrio desulfuri-cans G20, модельного сульфатредуктора для изучения трансформаций серы и железа на поверхности гематита [7], ингибировался 0,4 мг Cu(II) л_г [8]. Научной группой под руководством О. В. Карначук впервые была выделена дельтапротеобактерия Desulfovibrio sp. R2 устойчивая к высоким концентрациям ионов меди [9]. Штамм выдерживал начальную концентрацию меди до 800 мг Cu(II) л_г. Исследования О. В. Карначук с соавторами показали, что Desulfovibrio sp. R2 и другие устойчивые штаммы СГБ, представляют удобную модель, с помощью которой могут быть изучены механизмы образования биогенных сульфидов меди [10].

В настоящем исследовании проведено изучение особенностей осаждения меди спорооб-разующей СГБ, Desulfosporosinus sp. DB, устойчивой к ионам Cu(II).

Материалы и методы. В исследовании использовали чистую культуру спорообразую-щей бактерии Desulfosporosinus sp. DB, относящейся к филуму Firmicutes. Микроорганизм является умеренным ацидофилом и высокоустойчив к меди. Desulfosporosinus sp. DB был выделен из кислых осадков вод, дренирующих бывшее хвостохранилище отходов добычи золота месторождения Новый Берикуль в Кузбассе [11]. Сайт отбора проб представлял собой

ветланд с водой оранжевого цвета и небольшим количеством осадка.

рН и ОВП определяли в полевых условиях при отборе проб с помощью портативного прибора HANNA HI8314F с соответствующими электродами. Содержание металлов в осадке измеряли в лаборатории Норвежской геологической службы методом оптической эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-OES). Концентрацию сульфата определяли там же с применением ионной хроматографии (хроматограф Dionex 120 DX).

Штамм Desulfosporosinus sp. DB выращивали в анаэробных условиях на среде Видделя как описано ранее [12] с добавлением необходимых растворов (витамины, микроэлементы и др.) и ионов меди в концентрации 200 мг Cu/л. В качестве источника углерода и электрона в среду добавляли 7,7 мМ лактат. Начальный рН среды составлял 3,5. Культивирование проводили в двух режимах времени (41 и 54 суток) при температуре 28 °С.

Исходный осадок и полученные сульфиды металлов были исследованы на базе Материа-ловедческого центра коллективного пользования при Томском государственном университете. Изучение элементного состава полученного осадка проводили посредством энергодисперсионного анализа с помощью микроанализатора EDAX на сканирующем электронном микроскопе Philips SEM 515. Съемка производилась при ускоряющем напряжении 30 kV, фокусное расстояние составило 12 мм, размер зонда 50—100 нм. Дифракционные картины строили с помощью дифрактометра Shimadzu XRD 6000 с рентгенофазовым анализом.

Результаты и обсуждение. Осадок, использованный для выделения Desulfosporosinus sp. DB, характеризовался низким рН (2,43) и высоким окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП), значение которого составило +389 мВ. Установлено, что в исходном осадке содержался сульфат в концентрации 4018 мг/л, что может обеспечивать благоприятные условия для сульфатредукции, несмотря на окисленные условия. Ранее высокие скорости сульфатредукции обнаруживали в осадках Норильской промышленной зоны, также характеризующихся положительными значениями ОВП [13].

Содержание металлов и металлоидов в пробе осадка, мг/л

Таблица 1

Fe Al Zn Li Sr As Pb Cd Mn Co Cr Cu Ni

793,0 114,0 31,3 0,2 0,6 3,2 <0,2 0,5 13,1 0,7 0,1 3,9 1,6

Рис. 1. Дифракционная картина осадка хвостохранилища Берикуль

Определено содержание металлов и металлоидов в исходном осадке (табл. 1). Концентрации металлов были значительно ниже, чем

обнаруженные ранее для других сайтов в пределах месторождения Новый Берикуль [11]. Несмотря на сравнительно невысокую концентрацию Си (3,9 мг/л) в осадке, использованном для выделения Оеви/овроговтив ер. БВ, этот микроорганизм в культуре проявляет исключительную устойчивость к ионам Си(11) и выдерживает концентрацию до 5 г Си(11) л-1.

При проведении рентгенофазового анализа исходного осадка сульфидов металлов выявлено не было. Основными фазами, обнаруженными в образце осадка, были кварц, кремний, оксиды железа и оксид кремния тридимит (рис. 1).

Был проведен анализ осадка с помощью сканирующей электронной микроскопии (рис. 2).

Рис. 2. Микрофотографии осадка хвостохранилища Берикуль и соответствующий им

энергодисперсионный спектр (ЭДС)

Рис. 3. Микрофотографии осадка, образованного Лвзи^озрогозтиз вр. ЛБ при культивировании в присутствии ионов меди (200 мгСи/л) в течение 41 суток, и соответствующий им ЭДС

Рис. 4. Микрофотографии осадка, образованного Лвзи^озрогозтиз вр. ЛБ при культивировании в присутствии ионов меди (200 мгСи/л) в течение 54 суток, и соответствующий им ЭДС

Энергодисперсионный анализ показал, что основными элементами, содержащимися в осадке, были Si, O, Fe, S, что в целом согласуется с данными рентгенофазового анализа, который, однако, не позволил выявить соединения серы в кристаллическом состоянии.

В

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком