Финансирующая организация: Российский
Фонд Фундаментальных Исследований (РФФИ) |
|
Руководитель проекта: Ольга
Викторовна Карначук
Добыча и переработка сульфидов
металлов сопровождается образованием большого количества различных отходов. Извлеченные
на поверхность сульфиды взаимодействуют с насыщенной кислородом водой и окисляются,
в результате чего образуют стоки с кислой реакцией среды, обогащенные
сульфатами, металлами и металлоидами.В результате выщелачивания Fe-содержащих
минералов, таких как пирит, марказит(FeS2), пирротит (Fe1-xS) и макинавит ((Fe,Ni)9S8), формируются так
называемые кислые шахтные дренажные воды, которые представляют собой одну из самых
серьезных проблем окружающей среды.
Микробные процессы играют
важнейшую роль, как в окислении сульфидных минералов, так и в противоположном
процессе вторичного осаждения сульфидов. Диссимиляционная сульфатредукция – важный
механизм образования сульфидов металлов и повышения рН среды в местах, подверженных
влиянию кислых дренажных вод.
- Сульфатредуцирующие прокариоты (СРП) используют
органические вещества (CH2O) или водород в качестве
донора электрона и сульфат в качестве акцептора электрона при получении
энергии.
- Конечный продукт сульфатредукции, сероводород,
реагирует с ионами металлов, осаждая их в виде практически нерастворимых
сульфидов.
- Эти реакции лежат в основе многих in-situ и ex-situ технологий для снижения уровня загрязнения сточных
вод и кислых шахтных дренажных вод ионами
металлов.
|
2CH2O + SO42- + 2H+ --> 2CO2 + H2S + 2H2O
Me2+ + H2S --> MeS + 2H+
(Me2+ = Fe2+; Cu2+; Ni2+; Co2+; Cd2+; Zn2+; Pb2+) |
- Микробная сульфатредукция традиционно рассматривалась,
как анаэробный процесс и ранние исследования активности и разнообразия сульфатредуцирующих
бактерий были сфокусированы на восстановленных, нижележащих слоях хвостохранилищ,
мест складирования отходов переработки руды.
- Наши представления о микробной сульфатредукции
существенно изменились в течение последних двух десятилетий. Стало известно, что
многие СРП толерантны к кислороду и растут в присутствии кислорода в концентрации,
близкой к атмосферной. Более того, некоторые СРП не только восстанавливают
сульфат, но и используют кислород в качестве конечного акцептора электрона.
- Целью настоящего проекта является изучение активности
и разнообразия СРП в окисленном поверхностном горизонте хвостохранилища добычи золота,
характеризующегося экстремально низким рН и высокими концентрациями
растворенных металлов.
|
|
Место исследования
Добыча золота из шахты в поселке Новый Берикуль (Мартайга, Кузбасс) осуществлялась
в короткие периоды с 1933 по 1941 и с 1949
по 1951 годы. Технологические процессы измельчения, флотации и цианирования
руды для добычи золота располагались на берегу реки Мокрый Берикуль. Здесь же
осуществлялась переработка руды из золотых шахт, расположенных в поселке Старый
Берикуль. Отходы собирались на берегу реки, в хвостохранилище, отгороженном
дамбой. Часть отходов была вывезена в конце 1990х годов, а остатки
хвостохранилища засыпаны пустой породой. Однако оставшиеся отходы в виде
мелкоизмельченных сульфидов металлов продолжают окисляться. На территории
бывшего хвостохранилища существуют многочисленные высачивания поровых
растворов, заметные по желто-оранжевому цвету воды. Вода в этих ветландах
характеризуется экстремально низким рН и высокой концентрацией растворенных
металлов. Существует постоянный сток из
высачиваний в реку Мокрый Берикуль. Окисленные осадки хвостохранилища мы
выбрали в качестве модельного объекта для изучения сульфатредукции и СРП.
|
|
Содержание ионов металлов (методами TCP-MS, TCP-AES) и сульфата (методом ионной хроматографии) (в
мг/л)в воде высачиваний на территории хвостохранилища в Новом Берикуле
(Кузбасс)
РЕЗУЛЬТАТЫ
- Скорость сульфатредукции, измеренная с
радиоактивным сульфатом 35SO4 достигала 60 нмоль/см3/сутки в
окисленных осадках;
- С помощью молекулярного клонирования установлено,
что единственными бактериями, способными к диссимиляционному восстановлению
сульфата в окисленных и кислых осадках, являются спорообразующие Firmicutes. Представители Deltaproteobacteria не были обнаружены
ни одним из примененных методов (молекулярное клонирование генов 16S рРНК и dsrAB, денатурирующий градиентный
гель-электрофорез фрагментов генов 16S рРНК и культивирование).
- Молекулярное клонирование гена dsrAB, функционального маркера на сульфатредукцию, и последующий
филогенетический анализ позволили выявить три различные группы клонов. Две из
них не имеют ближайших культивируемых родственников и не могут быть отнесены ни
к одному из известных таксонов, включающих микроорганизмы с известной
способностью к диссимиляционной сульфатредукции. Третья группа наиболее близка
к Грам-положительным Desulfosporosinus.
|
Филогенетическое дерево, построенное методом
ближайшего соседа (neighbor-joining) и
основанное на последовательностях 16S рРНК бактерий из баз
данных, и на DGGE
фрагментах (511-560 bp). Названия последовательностей, выделенные жирным шрифтом - последовательности,
полученные в ходе разделения методом DGGE.
|
ПУБЛИКАЦИИ
- Карначук О.В., Герасимчук А.Л., Бэнкс Д., Френгстад Б., Стыкон Г.А., Тихонова З.Л., Каксонен А.Х., Пухакка Я.А., Яненко А.С., Пименов Н.В. Бактерии цикла серы в осадках хвостохранилища добычи золота в Кузбассе // Микробиология. – 2009. – Т. 78,
№ 4. – С.
535-544.
-
Kaksonen, A. H., Dopson, M., Karnachuk,
O., Tuovinen, O. H., and Puhakka, J. A. 2008. Biological iron oxidation
and sulfate reduction in the treatment of acid mine drainage at low
temperatures. In: Psychrophiles: from Biodiversity to Biotechnology,
Eds. R. Margesin et al., pp. 429-454, Springer Verlag, Berlin. - Karnachuk, O.V., Pimenov, N. V., Yusupov, S. K., Frank, Y. A, Kaksonen, A. H., Puhakka, J. A., Ivanov, M.V., Lindström, E. B., and Tuovinen, O. H. 2005. Sulfate reduction potential in sediments in the Norilsk Mining area, Northern Siberia. Geomicrobiol. J. 22, 11-25.
|