Биогеохимични кръговрати на урана, мангана, цинка, живака, въглерода, алуминия и силиция


Категория на документа: Химия



Минно-Геоложки Университет
"Св. Иван Рилски"
Геологопроучвателен факултет

катедра: "Инженерна геоекология"

КУРСОВ ПРОЕКТ

Тема: " Биогеохимични кръговрати на урана, мангана, цинка, живака, въглерода, алуминия и силиция "

Изготвил: Проверил:
/ Д.Кайтазова-Иванова/ /гл.ас. д-р Браткова/
спец. ЕООС
фак. № 104102
IV- курс; зад. обучение

Биогеохимичните кръговрати са трансформации, които протичат основно в литосферата и се извършват от микроорганизми . Основно знамение за изграждането на различните микроорганизми имат - C, H, O, N, S, Fe, P. Те са наречени биогенни елементи и участват в 96% от живата биомаса. Само P и Mg не поддържат хемолитотрофния метаболизъм. Хемолитотрофните бактерии използват енергията, отделена при трансформирането на основните шест елемента - C, H, N, S, Fe и U. Те са с променлива валентност елементи, които отдават електрони от най-външната си орбитала и чрез ензимни системи , по електронно транспортни вериги ги превръщат в биологично усвоима енергия - аденозин три фосфат / АТФ /.

Хемолитотрофните микроорганизми по индиректен път играят роля за трансформиране и на други елементи.
Биогеохимичен кръговрат на урана / U /

Уранът е радиоактивен елемент, който излъчва радиация. В природата се среща в две валентни форми - U4+ и U6+ , като U6+ се разтваря в кисела среда до уранилсулфат / UO2SO4 /, а в алкална среда се свързва до уранилкарбонат / UO2CO3 /. Уранът от четвърта валентност е много слабо разтворим в сярна киселина. За да премине в мобилна форма трябва да се окисли от ацидофилни хемолитотрофни микроорганизми до U6+. Уранът има два изотопа - U235 и U238 и поддържа хемолитотрофния метаболизъм, като източник на енергия от неорганичен произход, но не е биогенен елемент. Тъй като урановите минерали са в асоциация със сулфатни / най-често това е пирит / съвместното окисляване води до получаване на сярна киселина, която пък при окислението на урана дава сулфатна група:
4FeS2 + 15O2 + 2H2O → 2Fe2( SO4)3 + 2H2SO4
при Fe2+ → Fe3+ от хемолитотрофи Acidobacillus ferooxidans.

Когато урановото находище е в асоциация с карбонатно-окислители са хетеротрофни микроорганизми с прекисен механизъм ( H2O2 ), които окисляват урана до уранил карбонат ( UO2CO3). За да могат да редуцират SO4 до SO2+ от H2S в средата трябва да има източник на органика / енергия/, С и донор на електрони за СРБ, които редуцират U6+ до U4+ в анаеробна среда и се получава уранит ( UO2 ). Когато средата е аеробна , хемолитотрофни бактерии извършват окислението по следния начин:
H2S → H2SO4 → UO2SO4
като сярната киселина свързва U6+ в един комплексен продукт - уранил сулфат, който е много разтворим и подходящ за добив на уран от кисели руднични води.

Механизмите за бактериално окисление на уран U4+ са два:
- пряк механизъм - когато хемолитотрофните микроорганизми отнемат директно електрони от най-външната орбитала, чрез ензимни системи

2UO2 + O2 + 2H2SO4 → 2UO2SO4 + 2H2O

- косвен механизъм - осъществява се при наличие на ферийони в средата с които по химичен път се окислява урана:
UO2 + Fe2( SO4)3 → UO2SO4 + 2FeSO4
4FeSo4 + O2 + 2H2SO4 → 2Fe2(SO4)3 + H2SO4 + 2H2O

Уранът се добива чрез бактериално излугване " in situ" през инжекционни сондажи се впръскват в рудните пластови H2SO4, Fe3+ и хемолитотрофни микроорганизми, а през продукционен сондаж се добива UO2SO4.

Друг начин за добиване на уран е хладно излугване върху водонепроницаеми площадки.

Биогеохимичен кръговрат на манган ( Mn )
Представлява тежък метал, срещащ се както в различни руди, включително месинговите, така и в почвите. Не влиза в списъка на токсичните елементи. Опасен, разтворим е при широки граници на pH. На 2-ро място е по разтворимост, причинява различни заболявания - отслабване на зрението, слуха, треперене на крайниците, смърт. Манганът е тежкият метал, който най-трудно се премахва, утаява в замърсени води. Утаява се при химична неутрализация. Има микроорганизми, хемолитотрофни бактерии, които при pH около неутралното, окисляват Mg3+ до Mg4+, чрез прекисен механизъм - генерират токсичните съединения. Настъпването на химично окисление е рядък процес.

При микробно дисимилативната сулфат редукция част от мангана се утаява като магнезиев сулфид, чрез сярна киселина. При високи концентрации на сярна киселина манганът се утаява най-трудно. Сорбцията е ефикасният механизъм за задържане на манган. При зимни условия растежът на микроорганизми е инхибирен, сорбцията чрез първата биомаса е ефикасен механизъм за отстраняване на разтворен манган от замърсени руди. Манганът е основна хранителна среда.

Редукцията на мангана става по три механизма:
- химична редукция - посредством различни метаболити се отделят различни продукти с ограничен произход, които редуцират по химичен път Mn4+ до Mn2+ и Fe3+ до Fe2+
- ензимна редукция от хетеротрофни микроорганизми в анаеробна среда



Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Биогеохимични кръговрати на урана, мангана, цинка, живака, въглерода, алуминия и силиция 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.