5.Биодеградация на минерали.Скисление на сулфиди от хемолитотрофни
бактерии.Биологично
излугваненаокиси,карбонати,алумосиликати.
Биодеградацията (излугване)
представлява п-с на разтваряне на някаква минерална субстанция с
разтвор, съдържащ м.о или техни секретирани метаболити.Ако разтвора съдържа само хим.
компоненти имаме хим. разтваряне.Често то е комбинирано.Резултатът е мигриране на мин. или
част от тях в разтвора.Разтварянето се дължи както на окислителни,така и на редукционни п-си.
Протича и в аеробни,и в анаеробни условия.М.о. участват пряко и непряко в п-сите на разграждане
на мин.При преките механизми м.о. разграждат мин.,за да използват хим. енергия,която се отделя
(хемолитотрофен метаболизъм).При непреките м.о. разграждат мин. чрез секретирани метаболити
(орг. и неорг. к-ни),но не използват отделената хим. енергия.
1.Окисление на сулфиди от хемолитотрофни бактерии.
Бактериално окисление (излугване)
-
процес,при който сулфидните минерали се атакуват от разтвор,съдържащ ХЛБ,в резултат на което от
неразтворима форма във вода(сулфиди) преминават в разтворима(сулфати).ХЛБ окисляват разл.
неорг. субстрати(йони,разл.разтворими водни с-я,минерали-донор на еˉ) и използват отделената хим.
енергия за удовлетворяване на жизнените им нужди,т.е. синтез на АТФ(биол.използваема форма на
енергия).Използват неорг. източник на С.Изискват задължително присъствие на О
2
(акцептор на еˉ).
Основни механизми на бактериално Ох на сулфидните минерали:
•
Пряк механизъм
: МS+O
2
+2Н
2
SO
4
→2МSO
4
+2Н
2
O+2S°;
Сu
2
S+O
2
+Н
2
SO
4
→2СuS+2СuSO
4
+2Н
2
0
;
4FеS
2
+15O
2
+2Н
2
0→2Fе
2
(SO
4
)з+2Н
2
SO
4
; МоS
2
+2O
2
+6Н
2
O→2Н
2
МоO
4
+4Н
2
SO
4;
При този механизъм
се изисква физически контакт между бак. и минералната повърхност.Прикрепването на бак. към мин.
се осъществява чрез произвежданите от тях фосфолипиди(повърхностно активни вещества),които
намаляват повърхностното напрежение.Механизмът представлява отнемане на еˉ от сулфидната S и
от металните атоми в низша валентност и транспортирането им до крайният акцептор молекулен
O
2
,т.е. биоелектрохимична с-ма,обхващаща самия минерал и бак. към него и транспортираща еˉ от
анодната област на разтваряне на мин. към компонент от дихателната верига на бак.,служещ като
катод.Бак. приемат еˉ от катода и ги прехвърлят към мол.O
2
.Чрез отнемането на еˉ бак. ускоряват
сулфидното разтваряне.Бак. действат като катодни поляризатори.
Поляризация
-понижаване на
потенциала на анодната и катодна реакция. МS↔М²
+
+Sº+2еˉ- главна анодна реакция;
1
/
2
O
2
+2еˉ+2Н
+
→Н
2
O-главна катодна р-я; Бак. използват отделената хим. енергия за генериране на АТФ.
Прекият механизъм се осъществява от ХЛБ окисляващи Fе²
+
и S²ˉ: •Acidithiobacillus ferrooxidans
-
ацидофил,мезoфил,облигатен аероб,Ох
Fе²
+
и S²ˉ; •Leptospirillum ferrooxidans
-aцидофил,
мезофил,облигатен аероб,Ох само Fе
2+
,не може да Ох
S²ˉ
. •Sulfobacillus thermosulfidooxidans-
умерен термофил,факултативен ХЛБ,ацидофил,Ох
Fе²
+
и S²ˉ
. •p.Acidianus,p.Sulfolobus
-
архебактерии,екстремални термофили,факултативни ХЛБ,ацидофили,Ох Fе²
+
и S²ˉ.;
•
Непряк
механизъ
м
:
МS+Fе2(SO4)3→МSO4+2FеSO4+2S°-хим.Ох.;
4FеSO4+O2+2Н2SO4→2Fе2(SO4)3+2Н2O–биол.Ох; Представлява Ох на сулфиди до регенерация
на ферийони.Fе
3+
са силен Ох-тел и хим. Ох МS.Регенерираните Fе
2+
се Ох биол. до Fе
3+
от ХЛБ,
получава се кръговрат.Изключително важни са м.о. за Ох на Fе
2+
,тъй-като в кисела среда е много
устойчиво на хим.Ох.Получената S° се отлага върху мин. повърхност и я пасивира,затова е от голямо
значение способността на ХЛБ да я Ох до Н
2
SO
4
.: 2Fе
2
(SO
4
}
3
+12Н
2
O→4Fе(ОН)
3
+6Н
2
SO
4
-
хидролиза на Fе
3+
; ЗFе
2
(SO
4
)
3
+2Х
+
+SO
4
2
ˉ+12Н
2
O→2ХFе
3
(SO
4
)
2
(ОН)
6
+6Н
2
SO
4
-хидролиза на Fе
3+
;
Fе(ОН)
3
е колоидна субстанция,която се отлага в/у мин.повърхност и я пасивира.Ярозитът
2ХFе
3
(SO
4
)
2
(ОН)
б
е порьозна утайка,която позволява контакт м/у реагентите и мин. повърхност.
•
Окислителна-сярнокиселинна деструкция
:S°+1,5O
2
+Н
2
O→Н
2
SO
4
;
Този механизъм е х-н само за
сулфиди с висока разтворимост-ZnS,CdS,NiS;Бак.,осъществяващи този механизъм Ох S,но не и
Fе
2+
: »Acidithiobacillus thiooxidans
(най-важен за п-са)-ацидофил,мезофил,облигатен аероб.
»Acidithiobacillus acidophillus-ацидофил,мезофил,облигатен аероб. »Acidithiobacillus thioparus-
неутрофили,аероби; »Acidithiobacillus neopolitanus-неутрофили,аероби; Оби
кновено
паралелно действат и трите механизма.При халкопирита най-важен е прекия механизъм,за ZnS и PbS
се Ох добре и чрез прекия,и чрез непрекия механизъм.Разтварянето на МS е най-широко
разпространеният начин за постъпване на тежки метали във водите.Особено опасни са киселите
дренажни води-повечето йони на тежките метали са добре разтворими в кисела среда(единствено
РbSO
4
и RaSO
4
са неразтворими в кисела среда),т.е. са добре преносими и могат да упражняват своето
токсично действие на големи разстояния.Самата Н
2
SO
4
генерирана при Ох поддържа кисело рН и
благоприятства развитието на ХЛБ и окислителните п-си.Всички желязосъдържащи сулфиди
продуцират Н
2
SO
4
,но FеS
2
е минерала при чието Ох се генерира най-много Н
2
SO
4
. Ох на МS се