АГРОИНФормация

Агропортал - все для специалистов агропромышленного комплекса

Окисление неорганических соединений серы

Активными окислителями восстановленных соединений серы являются следующие группы микроорганизмов:

Тионовые бактерии, представленные четырьмя родами: Thiobacillus, Thiomicrospira, Thiodendron и Sulfolobus;

Одноклеточные и многоклеточные (нитчатые) формы, образующие трихомы и относящиеся к родам Achromatium, Thiobacterium, Thiospira, Beggiatoa, Thiothrix, Thioploca и др.;

Фотосинтезирующие пурпурные и зеленые серобактерии, а также некоторые цианобактерии;

Хемоорганогетеротрофные организмы из родов Bacillus, Pseudo - monas, актиномицеты и грибы (Penicillium, Aspergillus).

Первая группа микробов обитает в почве. Нитчатые формы встречаются главным образом в грязевых водоемах. Возможно их развитие в затопленных почвах, содержащих восстановленные формы серных соединений. Фотосинтезирующие бактерии свойственны водной среде (пруды, морские лагуны, озера и т. д.).

Наиболее широко распространены Тионовые бактерии рода Thiobacillus, впервые выделенные из морского ила в 1902 г. Натансоном, а в 1904 г.— М. Бейеринком. Эти бактерии способны окислять тиосульфат, сероводород, сульфиды, тетратионаты и тиоцианаты. Бейеринк отнес эти микроорганизмы к особой группе с родовым названием Thiobacillus. Род Thiobacillus представлен многими видами (Th. thiooxidans, Th. thioparus, Th. novellus, Th. denitrificans, Th. ferrooxidans и др.).

Бактерии рода Thiobacillus представляют собой неспорообразующие грамотрицательные палочки длиной от 1 до 4 мкм и диаметром около 0,5 мкм. Большинство видов этого рода подвижны и передвигаются посредством полярного жгутика. В качестве источника углерода для синтеза углеводов и других органических соединений бактерии используют СО2 и бикарбонаты.

За исключением Th. novellus и некоторых других видов, относящихся к факультативным хемолитоавтотрофам и хемолитогетеротрофам, представители рода Thiobacillus—.облигатные хемолитоавтотрофы, то есть живут за счет энергии, выделяющейся в процессе окисления неорганических соединений серы. Ход окислительных процессов, вызываемых серобактериями, может быть представлен следующими уравнениями:

Тетратионаты могут подвергаться дальнейшему окислению до серной кислоты:

Na2S4O6+SO2+6H+→ Na2SO4+3H2SO4

По современным представлениям, сера из среды поступает в клеточную вакуоль (наполненную волютином) тиобактерии путем диффузии и накапливается в ней в виде запасного материала. Эта сера может окисляться по мере надобности. Скорость ее окисления зависит от площади соприкосновения серы с бактериальными клетками. Это позволило предположить, что на клеточной поверхности бактерий действуют ферменты, способствующие поступлению серы внутрь клетки, и под их воздействием сера восстанавливается до сульфидного иона, окисление которого происходит в дальнейшем внутриклеточно.

Тионовые бактерии — облигатные аэробы, за исключением Th. denitrificans, который в присутствии нитрата растет как анаэроб.

Одноклеточные бесцветные серобактерии представлены родами Achromatium, Thiobacterium, Macromonas, Thiospira и др. Эти организмы имеют сферическую, овальную, палочковидную или извитую форму, подвижные и неподвижные, грамотрицательные. К Многоклеточным бесцветным (нитчатым) серобактериям относятся микроорганизмы родов Beggiatoa, Thioploca, Thiothrix и др. Эти организмы окисляют сероводород до элементарной серы, которая временно откладывается внутри клеток. Установлена способность бактерий указанных родов окислять серу и использовать органические вещества. Способность автотрофного усвоения СО2 в снабжении клеток углеродом пока не доказана. Окисление сульфида и серы происходит по следующим уравнениям:

H2S+1/2O2→S+H2O

S+11/2O2+H2O→H2SO4

В последнее время обнаружены сероокисляющие бактерии, способные расти при pH 2—3 и температуре 70—75°С. Эти ацидотермофилы представляют собой хемолитоавтотрофы и отнесены к роду Sulfolobus. Распространены они в термальных кислых источниках, кислых почвах, имеющих высокую температуру, и др.

Окисляют соединения серы также Фотолитоавтотрофные пурпурные И зеленые серобактерии. Они обычно обитают в среде, где имеется H2S. Большой роли в почвах не играют.

Серу могут окислять многие Хемоорганогетеротрофные микроорганизмы. Например, некоторые виды бактерий родов Bacillus,

Pseudomonas, актиномицетов и грибов окисляют порошковидную серу. Хемоорганогетеротрофные микробы окисляют серу в присутствии органических веществ. Окисление серы — экзотермический процесс, но хемоорганогетеротрофные микроорганизмы не используют эту энергию. Такое превращение является для них побочным процессом в главном метаболизме. Окисление серы хемоорганогетеротрофными микроорганизмами идет довольно медленно и слабо.

Бактерии, окисляющие неорганические соединения серы, применяются при разработке месторождений полезных ископаемых. Так, в Институте микробиологии СНГ С. И. Кузнецовым проведены исследования, которые позволили начать применение окисляющих серу бактерий из рода Thiobacillus (Th. ferrooxidans) для выщелачивания бедных сульфидных руд. Наиболее разработаны методы микробиологического выщелачивания меди из минералов, в которых медь соединена с серой. Обработке подвергают отвалы бедных руд на поверхности или руды под землей. Аналогичным образом бактерии из рода Thiobacillus можно использовать для получения различных металлов и редких элементов из минералов, содержащих серу.

Использование микробов в качестве «металлургов» экономически выгодно. Так, стоимость меди, полученной микробиологическим выщелачиванием, обходится в 2,5 раза дешевле, чем гидрометаллургическим способом. Сейчас микробиологический способ разработки полезных ископаемых применяется во многих странах мира.

You are here