چگونه گوگرد موجود در زغال سنگ را حذف کنیم؟

Telegram-logo
Instagram-logo
فرآوری منیزیت
فرآوری منیزیت

فرآوری منیزیت منیزیم هشتمین عنصر فراوان پوسته زمین است که همراه با عناصر برلیوم، کلسیم، استرانسیوم، باریوم و رادیوم در گروه فلزات قلیایی خاکی قرار

روش های تغلیظ و فرآوری مس - بیولیچینگ - لیچینگ
روش های تغلیظ و فرآوری مس

روش های تغلیظ و فرآوری مس روش‌های تولید مس از سنگ معدن در صنعت، شامل دو روش عمده پیرومتالورژی [Pyrometallurgy] و هیدرومتالورژی [Hydrometallurgy] می‌باشد. روش

Baner-MineJobs
Baner-dictionary
چگونه گوگرد موجود در زغال سنگ را حذف کنیم؟
5/5 - (1 امتیاز)

https://www.mining-eng.ir/?p=13287

فهرست مطالب

چگونه گوگرد موجود در زغال سنگ را حذف کنیم؟

زغال‌سنگ‌‌ها معمولا دارای‌ ناخالصی‌‌هایی از جمله‌ گوگرد و خاکستر هستند. وقتی‌ زغال‌سنگ‌ می‌سوزد، گوگرد موجود در آن با اکسیژن ترکیب‌ شده و دی‌ اکسید گوگرد تشکیل‌ می‌شود که‌ هم‌ سبب‌ آلودگی‌ هوا و هم‌ باران‌های اسیدی‌ می‌شود. البته‌ این‌ موضوع در نیروگاه‌های برق نیز مشکل‌‌ساز است‌. به‌ دلیل‌ اینکه‌ زغال‌سنگ‌ به‌ عنوان سوخت‌ در نیروگاه‌ها استفاده می‌شود و دی‌ اکسید گوگرد تولید شده سبب‌ خوردگی‌ تجهیزات می‌شود.

انتشار گوگرد را می‌توان به‌ روش‌های فیزیکی‌، شیمیایی‌ و بیولوژیکی‌ قبل‌ از احتراق و یا تزریق‌ مواد جاذب در حین‌ احتراق و یا استفاده از یک‌ جریان گاز بعد از احتراق، کنترل نمود. تاثیر نامطلوب گوگرد در زغال از جمله‌ آلوده‌سازی‌ محیط‌ زیست‌، کاهش‌ کیفیت‌ فولاد و کاهش‌ ارزش حرارتی‌ زغال باعث‌ گردیده است‌ تا در دهه‌‌های اخیر روش‌های جدایش‌ گوگرد از زغال مورد توجه‌ قرار گیرد.

با روش‌هایی از جمله‌ میز، جیگ‌، واسطه‌ سنگین‌، فلوتاسیون و آگلومراسیون تنها می‌توان تا 70 درصد گوگرد معدنی‌ (به خصوص نوع پیریتی‌) را کاهش‌ داد و این‌ در حالی‌ است‌ که‌ گوگرد آلی‌ همچنان در زغال باقی‌ می‌ماند. در این‌ تحقیق‌ روش‌های تعیین‌ کمی‌ و کیفی‌ انواع گوگرد در زغال‌سنگ‌ و روش‌های مختلف‌ حذف آن از جمله‌ شیمیائی‌ و بیولوژیکی‌ مورد بررسی‌ قرار گرفته‌ است‌.

مطالعات نشان می‌دهد که‌ با روش تجزیه‌ حرارتی‌ می‌توان 25 تا 33 درصد از گوگرد آلی‌ را از زغال‌سنگ‌ جدا نمود و این‌ در حالی‌ است‌ که‌ با احیاء توسط‌ هیدروژن درصد بالاتری‌ از گوگرد حذف شده است‌. اکسیداسیون توسط‌ گازها و نمک‌‌های فلزی‌، همچنین‌ به‌ روش انتقال الکترونی‌، عموما در دما و فشار بالا صورت گرفته‌ و قادر است‌ تا درصد بالائی‌ از انواع گوگرد را از زغال‌سنگ‌ جذب نماید. استفاده از حلال‌های آلی‌ از جمله‌ تولوئن‌، دی‌‌متیل‌‌فورمامید، تتراهیدروفوران و اتانول، نتایج‌ رضایت‌ بخشی‌ را به‌ همراه نداشته‌ است‌.

 

چگونه گوگرد موجود در زغال سنگ را حذف کنیم؟

 

» این‌ حلال‌ها در بهترین‌ شرایط‌ قادرند تا 28.8 درصد از گوگرد آلی‌ را از زغال جدا کنند و این‌ در حالی‌ است‌ که‌ 27 درصد از زغال نیز وارد حلال می‌شود. امواج میکروویو، گاما و ماوراء صوت به‌ صورت تلفیقی‌ با سایر روش‌های شیمیایی‌ به‌ کار رفته‌ و تاثیر این‌ روش‌ها را افزایش‌ می‌دهند. روش‌های بیولیچینگ‌ و فلوتاسیون میکروبی‌ نیز به‌ جهت‌ مصرف پایین‌ انرژی‌ و عدم اتلاف زغال به‌ عنوان روش‌هایی موفق‌ مورد بررسی‌ قرار گرفته‌ است‌.

برخی‌ از محققان معتقدند که‌ یکی‌ از روش‌های کاهش‌ دی‌ اکسید گوگرد که‌ در هوا منتشر می‌شود، کاهش‌ گوگرد موجود در زغال‌سنگ‌ قبل‌ از احتراق است‌. تکنیک‌‌های موجود شامل‌ روش‌های فیزیکی‌، شیمیایی‌ و بیولوژیکی‌ است‌. در روش فیزیکی‌ زغال‌سنگ‌ باید آن قدر خرد شود تا ذرات پیریتی‌ آن جدا شوند. این‌ روش به‌ دلیل‌ اینکه‌ روی‌ گوگرد آلی‌ زغال‌سنگ‌ تاثیر ندارد، برای‌ زغال‌سنگ‌‌های حاوی‌ گوگرد آلی‌ با درصد بالا مورد استفاده قرار نمی‌گیرند. در روش‌های شیمیایی‌ به‌ دلیل‌ تولید محصولات جانبی‌ خطرناک و سمی‌ و عدم تاثیر روی‌ گوگرد آلی‌ و همچنین‌ به‌ دلیل‌ اینکه‌ اکثر روش‌های شیمیایی‌ در دما و فشار بالا صورت می‌گیرد، خیلی‌ مقرون به‌ صرفه‌ نیستند و این‌ روش نیز خیلی‌ مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.

روش‌های بیولوژیکی‌ به‌ دلیل‌ تاثیر روی‌ هر دو نوع گوگرد معدنی‌ و آلی‌ مورد توجه‌ قرار گرفته‌ است‌ و همچنین‌ مواد سمی‌ نیز تولید نمی‌کند. مزیت‌ اکسیداسیون بیولوژیکی‌ مواد در این‌ است‌ که‌ گوگرد به صورت محلول می‌باشد و می‌تواند با رسوب دهی‌ و یا جذب، حذف گردد که‌ در این‌ صورت هیچگونه‌ کربنی‌ از دست‌ نمی‌رود.

 

میزان تولید زغال سنگ‌ در جهان

کشور چین‌ با تولید سالیانه‌ حدود سه‌ میلیارد و نهصد شصت و نه میلیون تن‌ در رتبه‌ اول و پس‌ از آن کشور‌های هند و استرالیا قرار دارند. ایران جزو کشورهای‌ غنی‌ در میزان ذخایر زغال‌سنگ‌ جهان نیست‌ و تنها 0.13 درصد از کل‌ این‌ ذخایر را در اختیار دارد. بر اساس آخرین‌ آمار، حجم‌ ذخایر قطعی‌ زغالسنگ‌ ایران 2.3 میلیارد تن‌ می‌باشد.

 

شکل آمار جهانی‌ میزان تولید زغال سنگ‌
شکل آمار جهانی‌ میزان تولید زغال‌سنگ‌ (منبع جهت مشاهده آمار به روز می‌توانید به این آدرس مراجعه نمایید)
شکل آمار جهانی‌ میزان تولید زغال سنگ‌
شکل آمار جهانی‌ میزان تولید زغال سنگ‌
شکل آمار جهانی‌ میزان تولید زغال سنگ‌
شکل آمار جهانی‌ میزان تولید زغال سنگ‌

 

استفاده از زغال‌سنگ‌ در نیروگاه‌های برق به‌ عنوان سوخت‌، نقش‌ زیادی‌ را در دنیا دارد، به‌ نحوی‌ که‌ حدود 30 درصد از زغال‌سنگ‌ و 32 درصد از گاز طبیعی‌ برای‌ تولید برق در دنیا استفاده می‌شود. اما استفاده از نفت‌ حدود 0.5 درصد می‌باشد.

استفاده از انرژی‌ در ایران کاملا متفاوت می‌باشد به طوری‌ که‌ حدود 70 درصد از گاز طبیعی‌ و 23 درصد از نفت‌ برای‌ تولید انرژی‌ الکتریسیته‌ استفاده می‌شود. از دیگر تفاوت‌ها در مصرف انرژی‌ میان ایران و سایر کشور‌های جهان می‌توان در استفاده از زغال‌سنگ‌ برای‌ تولید انرژی‌ الکتریسیته‌ نام برد که‌ در ایران کمتر از 1 درصد اما در دنیا حدود 30 درصد می‌باشد. این‌ آمار به‌ دلیل‌ میزان ذخایر اندک زغال‌سنگ‌ در ایران می‌باشد.

 

شکل مقایسه‌ نحوه مصرف زغال‌سنگ‌ و سایر سوخت‌‌های نفتی‌ در ایران و جهان
شکل مقایسه‌ نحوه مصرف زغال‌سنگ‌ و سایر سوخت‌‌های نفتی‌ در ایران و جهان
شکل مقایسه‌ نحوه مصرف زغال‌سنگ‌ و سایر سوخت‌‌های نفتی‌ در ایران و جهان
شکل مقایسه‌ نحوه مصرف زغال‌سنگ‌ و سایر سوخت‌‌های نفتی‌ در جهان (منبع جهت مشاهده آمار به روز می‌توانید به این آدرس مراجعه نمایید)
شکل مقایسه‌ نحوه مصرف زغال‌سنگ‌ و سایر سوخت‌‌های نفتی‌ در ایران و جهان
شکل مقایسه‌ نحوه مصرف زغال‌سنگ‌ و سایر سوخت‌‌های نفتی‌ در ایران (منبع جهت مشاهده آمار به روز می‌توانید به این آدرس مراجعه نمایید)

 

 

انواع زغال سنگ‌

  1. زغال سنگ‌ نارس(پیت‌): این‌ نوع زغال‌سنگ‌ جزو زغال‌سنگ‌ اولیه‌ محسوب می‌شود. دارای‌ رطوبت‌ بالایی‌ می‌باشد و تحت‌ تاثیر گرما و فشار بالا قرار نگرفته‌ است‌، بنابراین‌ انرژی‌ احتراق بسیار پایینی‌ دارد و کاربرد آن بسیار محدود است‌.
  2. زغال سنگ‌ لیگنایت‌ (قهوه‌ای): به‌ رنگ‌ قهوه‌ای‌ و نرم می‌باشد، در اثر گرما و فشار زیادی‌ که‌ به‌ زغال‌سنگ‌ نوع پیت‌ وارد می‌شود، بدست‌ می‌آید. این‌ نوع زغال‌سنگ‌ دارای‌ رطوبت‌ بالایی‌ می‌باشد، دارای‌ 25 تا 30 درصد کربن‌ می‌باشد. همچنین‌ گوگرد بالایی‌ نیز دارد، با این‌ حال در تولید انرژی‌ الکتریسیته‌ کاربرد دارد و بیشترین‌ مقدار زغال‌سنگ‌ جهان متعلق‌ به‌ این‌ نوع می‌باشد.
  3. زغال سنگ‌ بیتومیته‌ (قیردار): این‌ نوع زغال‌سنگ‌ دارای‌ رطوبت‌ کمتری‌ نسبت‌ به‌ زغال‌سنگ‌ نوع لیگنایت‌ می‌باشد. در اثر گرما و فشار بیشتری‌ تشکیل‌ شده است‌. میزان ناخالصی‌‌های آن، از جمله‌ گوگرد نسبت‌ به‌ انواع دیگر کمتر است‌. دارای‌ انرژی‌ احتراق بالایی‌ می‌باشد. این‌ نوع زغال‌سنگ‌ دارای‌ کربن‌ تا 85 درصد می‌باشد و در سراسر اروپا موجود می‌باشد.
  4. زغال سنگ‌ آنتراسیت‌ (نوع مرغوب): یک‌ سنگ‌ دگرگونی‌، دارای‌ بالاترین‌ انرژی‌ احتراق و کمترین‌ میزان گوگرد می‌باشد. رنگ‌ آن مشکی‌ و به‌ دلیل‌ میزان درصد آب کم‌، دارای‌ وزن پایین‌‌تری‌ نسبت‌ به‌ انواع دیگر زغال می‌باشد. حدود 95 درصد کربن‌ و مرغوب‌ترین‌ نوع زغال‌سنگ‌ در جهان است‌.

 

شکل‌ انواع زغال‌سنگ‌
شکل‌ انواع زغال‌سنگ‌

 

همان‌طور که‌ در شکل‌ مشاهده می‌کنید هر چه‌ دما و فشار وارده بر زغال‌سنگ‌ بیشتر باشد و زمان بیشتری‌ نیز بگذرد، زغال‌سنگ‌ به‌ سمت‌ مرغوبیت‌ و آنتراسیتی‌ شدن پیش‌ می‌رود. در تصویر، از چپ‌ به‌ راست‌، میزان آب موجود در زغال‌سنگ‌ کاهش‌ و به‌ همین‌ دلیل‌ وزن مخصوص نیز کاهش‌ می‌یابد. میزان درصد کربن‌ افزوده می‌شود و میزان درصد ناخالصی‌‌ها مثل‌ خاکستر و گوگرد زغال کاهش‌ می‌یابد و همچنین‌ میزان انرژی‌ حرارتی‌ زغال نیز کاسته‌ می‌شود.

 

 

انواع گوگرد در زغال سنگ‌

گوگرد در زغال سنگ‌ به‌ 4 شکل‌ موجود است‌:

  • گوگرد معدنی‌، شامل‌ سولفید‌های فلزی‌، که‌ غالب‌ آن سولفید‌های آهن‌ است‌ (گوگرد پیریتی‌)
  • گوگرد آلی‌، شامل‌ اتم‌‌هایی با پیوند کووالانسی‌ متصل‌ به‌ ترکیبات آلی‌ موجود در ساختار زغال سنگ‌
  • گوگرد سولفاتی‌، شامل‌ سولفات‌های فلزی‌ باریم‌، کلسیم‌ و آهن‌ و …
  • گوگرد عنصری‌

 

گوگرد معدنی‌ و نوع آلی‌ در زغال‌سنگ‌ به صورت غالب‌ هستند زیرا، گوگرد عنصری‌ از 0.2 % و سولفات‌ها از 0.1 % تجاوز نمی‌کنند. سولفات‌ها نیز در آب محلول بوده و می‌توانند به‌وسیله‌‌ی‌ شستشوی‌ زغال سنگ‌، حذف شوند. گوگرد معدنی‌ به صورت غالب‌ از پیریت‌ تشکیل‌ شده است‌. قطعات زغال‌سنگ‌ معمولا بصورت پراکنده و به‌ شکل‌ کریستالی‌ در کل‌ زغال پخش‌ شده‌اند و پیوندی‌ با ساختار زغال ندارند. بر خلاف گوگرد معدنی‌، حذف گوگرد آلی‌ به‌ روش فیزیکی‌ و فیزیکی شیمیایی‌ مشکل‌ می‌باشد. گوگرد آلی‌ به صورت پیوندهای کوالانسی‌ در ساختار زغال سنگ‌ وجود دارد که‌ این‌ پیوند قوی‌ میان کربن‌ و گوگرد، حذف گوگرد آلی‌ را دشوار می‌کند. همچنین‌ این‌ گوگرد آلی‌ معمولا به صورت حلقه‌‌های الیفاتیک‌ و آروماتیک‌ در زغال‌سنگ‌ وجود دارد.

 

 

روش های حذف گوگرد از زغال سنگ‌

فرایند‌های کاهش‌ انتشار گوگرد زغال‌سنگ‌ از لحاظ زمان انجام، به‌ سه‌ دسته‌‌ی‌ کلی‌ تقسیم‌ می‌شوند:

 

الف) فرآیندهای پیش‌ از احتراق

این‌ فرایند‌ها شامل‌ روش‌های مختلف‌ حذف محتوای‌ گوگردی‌ موجود در زغال سنگ‌ می‌باشد که‌ از لحاظ هزینه‌‌های انجام فرایند، امکان‌پذیری‌ اجرا و تاثیرگذاری‌ بر کاهش‌ انتشار گوگرد بر دو دسته‌‌ی‌ فرآیندی‌ دیگر برتری‌ داشته‌ و بیشترین‌ توجه‌ را به‌ خود معطوف داشته‌ است‌.

 

ب) فرآیندهای هم‌ زمان با احتراق

این‌ فرایند‌ها شامل‌ افزودن موادی به‌ زغال سنگ‌ در حال احتراق و یا اعمال شرایط‌ خاصی‌ بر فرایند احتراق می‌باشد که‌ موجب‌ کاهش‌ انتشار گوگرد ناشی‌ از احتراق زغال سنگ‌ گردد، مانند اضافه‌ نمودن سنگ‌ آهک‌ به‌ زغال‌سنگ‌ در حال احتراق به‌ منظور تشکیل‌ سولفات کلسیم‌ که‌ به‌ صورت غبار جامد بوده و توسط‌ فیلتراسیون قابل‌ جداسازی است‌ و مانع‌ انتشار گوگرد می‌گردد. چنین‌ فرایند‌هایی علاوه بر مشکل‌ بودن به‌ لحاظ اجرا و همچنین‌ پایین‌ بودن تاثیرگذاری‌ می‌تواند موجب‌ آلودگی‌‌های دیگری‌، ناشی‌ از افزودن مواد شیمیایی‌ به‌ زغال‌سنگ‌ در حال احتراق، نیز گردد.

 

ج) فرآیندهای پس‌ از احتراق

این‌ فرایند‌ها شامل‌ پالایش‌ گازهای‌ ناشی‌ از احتراق است‌ که‌ به‌ دلیل‌ هزینه‌‌های بالا و همچنین‌ نیاز به‌ تعویض‌ مکرر فیلترها، مقرون به‌ صرفه‌ نیست‌. برای‌ مثال حذف گاز دی‌ اکسید گوگرد از گازهای‌ خروجی‌ نیروگاه‌های الکتریکی‌ که‌ از سوخت‌‌های فسیلی‌ استفاده می‌کنند در دهه‌ ی‌ 1990 در آمریکا بالغ‌ بر 2.8 میلیارد دلار در سال بوده است‌.

 

شکل ‌روش‌های حذف گوگرد از زغال‌سنگ‌
شکل ‌روش‌های حذف گوگرد از زغال‌سنگ‌

 

روش‌های پیش‌ از احتراق از جمله‌ مهم‌‌ترین‌ روش‌های حذف گوگرد از زغال می‌باشد که‌ شامل‌ روش‌های فیزیکی‌، روش‌های شیمیایی‌ و روش‌های بیولوژیکی‌ می‌باشد.

همان‌گونه‌ که‌ ذکر گردید، فرایند‌های پیش‌ از احتراق به‌ دلیل‌ هزینه‌‌های انجام فرایند، امکان‌پذیری‌ اجرا و تاثیرگذاری‌ بر کاهش‌ انتشار گوگرد، مورد توجه‌ بیشتری‌ می‌باشد و فرایند مورد نظر در این‌ پژوهش‌ نیز جزو این‌ دسته‌ از فرایند هاست‌. فرایند‌های کاهش‌ انتشار گوگرد پیش‌ از احتراق زغال‌سنگ‌، خود شامل‌ سه‌ روش عمده و اصلی‌ است‌:

  1. روش‌های فیزیکی‌
  2. روش‌های شیمیایی‌
  3. روش‌های بیولوژیکی‌

 

  • روش‌های فیزیکی‌

این‌ روش‌ها معمولا از خواص فیزیکی‌ مانند دانسیته‌ و خواص الکتروستاتیک‌ زغال‌سنگ‌ و سولفیدهای‌ فلزی‌ بهره می‌برند و زمانی‌ که‌ درجه‌‌ی‌ آزادی‌ سولفید‌ها به‌ نحوی‌ باشد که‌ خردایش‌ بتواند در محدوده‌ی‌ مناسب‌ عمل‌ کند، می‌توان حجم‌ زیادی‌ از گوگرد پیریتی‌ را حذف نمود. با این‌ حال باید اشاره نمود که‌ هنگامی‌ که‌ محتوای‌ گوگرد آلی‌ زغال‌سنگ‌ نسبت‌ به‌ پیریت‌ بالا باشد (مانند زغال‌سنگ‌‌های لیگنایت‌ و ساب بیتومیس‌ منطقه‌‌ی‌ سالیس‌ ایتالیا)، روش‌های فیزیکی‌ نمی‌تواند راه گشا باشد، زیرا گوگرد آلی‌ که‌ نمی‌توان با روش‌های فیزیکی‌ آن را حذف نمود، مقادیر بالایی‌ دارد. به‌ علاوه در مورد زغال‌سنگ‌‌هایی که‌ پیریت‌ در آنها دارای‌ پراکندگی‌ بالایی‌ است‌ و به‌ صورت ذرات‌ریزی‌ در زغال سنگ‌ موجود است‌، درجه‌ی‌ آزادی‌ از چند میکرومتر تا چند ده میکرومتر تجاوز نمی‌کند و بنابراین‌ جداسازی‌ پیریت‌ در این‌ گونه‌ زغال‌سنگ‌‌ها، با روش‌های فیزیکی‌ امکان پذیر نیست‌.

 

  • روش‌های شیمیایی‌

دارای‌ بازده خوبی‌ در جداسازی‌ گوگرد آلی‌ و همچنین‌ پیریت‌ هستند ولی‌بعضاٌ نیازمند شرایط‌ خاصی‌ (مانند دما و فشار بسیار بالا) هستند که‌ مستلزم صرف هزینه‌‌های زیادی‌ است‌ و بعضاٌ موجب‌ تولید مواد سمی‌ و آلاینده‌ای‌ می‌شوند که‌ بسیار خطر زاست‌.

 

  • روش‌های بیولوژیکی‌

روش‌های بیولوژیکی‌ که‌ در ادامه‌ به‌ آن پرداخته‌ خواهد شد، به‌ دلیل‌ هزینه‌‌های پایین‌ و فرایند‌های ساده‌تر، مورد توجه‌ بسیاری‌ از محققان قرار گرفته‌ است‌. گوگرد زدایی‌ بیولوژیکی‌ شامل‌ انجام واکنش‌ بیوشیمیایی‌ توسط‌ میکروارگانیسم‌‌های هوازی‌ در یک‌ محیط‌ آبی‌ و تبدیل‌ سولفید‌های فلزی‌ موجود به‌ سولفات قابل‌ حل‌ در آب و یون‌های فلزی‌ است‌.

 

 

میکروارگانیسم‌ها

باکتری‌‌ها، اولین‌ و مهمترین‌ دامنه‌ در پروکاریوت‌ها هستند که‌ کاربردهای‌ گستردهای‌ در فرآوری‌ زیستی‌ موادمعدنی‌ دارند. آنها در انحلال فلزات از فاز جامد کانی‌ به‌ فاز مایع‌ از طریق‌ اکسیداسیون- احیا و ایجاد کمپلکس‌‌های محلول، نقش‌ مهمی‌ ایفا کرده و باعث‌ تحرک و چرخش‌ یون‌های فلزی‌ در خاک و طبیعت‌ می‌شوند. همچنین‌، امروزه از باکتری‌‌ها جهت‌ تصفیه‌ پساب‌های صنعتی‌ و معدنی‌ و تولید برخی‌ مواد پیشرفته‌ از منابع‌ معدنی‌، نظیر نانوساختارها و نانوکامپوزیت‌‌ها استفاده می‌شود. البته‌ عملکرد باکتری‌‌ها همیشه‌ برای‌ بشر سودمند نیست‌ و برخی‌ از آنها باعث‌ ایجاد بیماری‌‌های مرگبار می‌شوند.

 

باکتری‌ها براساس رنگ‌ آمیزی‌ (گرم منفی‌ یا مثبت‌ بودن)، شکل‌ (کوکسی‌، باسیل‌، کوکوباسیل‌، ویبریو، اسپریل‌ و اسپیروکت‌)، متابولیسم‌ (بی‌هوازی‌، هوازی‌، بی‌هوازی‌ اختیاری‌ و… ) تقسیم‌بندی‌ می‌شوند.

باکتری‌ها جانداران بسیار ریزی‌ هستند و یکای‌ اندازه‌گیری‌ آنها میکرون است‌. اندازهی‌ طبیعی‌ و معمول باکتری‌هایی‌ که‌ دارای‌ دگرگشت‌ مستقلی‌ هستند، ٥٠-١ میکرون است‌؛ ولی‌ بازهی‌ اندازهی‌ آنها را می‌شود 1-15 میکرون دانست‌.

 

نام‌گذاری‌ باکتری‌‌ها معمولا از سیستم‌ دوتایی‌ (جنس‌/گونه‌) استفاده می‌شود. یک‌ سیستم‌ بین‌المللی‌ نامگذاری‌ باکتری‌های‌ گروه‌های‌ مشابه‌ است‌ که‌ بر حسب‌ قواعد و کدهای‌ بین‌المللی‌ علامت‌گذاری‌ می‌شود. نام اول که‌ همیشه‌ با حرف بزرگ شروع می‌شود، نشانگر جنس‌ و نام دوم نشانگر گونه‌ است‌. هر دو نام همواره با حروف ایتالیک‌ نوشته‌ می‌شوند. جنس‌ نشانگر مجموعه‌‌ی‌ گونه‌های‌ مشابه‌ است‌. گونه‌ نشانگر نسل‌‌هایی با درجه‌ بالایی‌ از مشابهت‌ است‌ که‌ متفاوت از نسل‌های‌ دیگر هستند. نامگذاری‌ دوتایی‌ می‌تواند نشان دهنده‌ی‌ شکل‌ باکتری‌، کاشف‌ آن، ویژگی‌ متابولیک‌ باکتری‌ یا نام بیماری‌ مربوط به‌ باکتری‌ باشد.

 

ژنوم باکتری‌ها عموماً از یک‌ DNA تشکیل‌ شده است‌. کروموزوم‌های‌ باکتری‌ از نوع DNA حلقوی‌ هستند. در باکتری‌ها واکوئل‌ دیده نمی‌شود. بیشتر آنها بدون کلروفیل‌ هستند و دگرگشت‌ خود را از راه شیمیوسنتز انجام می‌دهند. باکتری‌ها به‌ دلیل‌ اینکه‌ هسته‌ سازمان یافته‌ و مشخصی‌ ندارند میوز و میتوز و تولید مثل‌ جنسی‌ نمی‌کنند. تنها نوع تقسیم‌ سلولی‌ در آنها تقسیم‌ دوتایی‌ است‌ که‌ آن نیز پس‌ از همانندسازی‌ و مضاعف‌ شدن کروموزوم‌ها صورت می‌گیرد.

 

ریخت‌ شناسی‌ باکتری ها

ریخت‌ شناسی‌ باکتری‌‌ها شامل‌ شکل‌، اندازه، ساختار و فاصله‌ قرارگیری‌ آنها از یکدیگر می‌شود. باکتری‌‌ها سه‌ شکل‌ عمده دارند که‌ عبارتست‌ از کروی‌، لوله‌‌ای‌، فنری‌. این‌ سه‌ دسته‌ عمده را به‌ همراه برخی‌ اشکال خاص از هرکدام، نشان می‌دهد. همچنین‌، تصاویر میکروسکوپ الکترونی‌ از انواع اشکال گفته‌ شده، دیده می‌شوند.

 

شکل‌‌ ریخت‌ شناسی‌ باکتری‌ها
شکل‌‌ ریخت‌ شناسی‌ باکتری‌ها

 

شکل ‌تصاویر میکروسکوپ الکترونی‌ از اشکال متعارف باکتری‌ها
شکل ‌تصاویر میکروسکوپ الکترونی‌ از اشکال متعارف باکتری‌ها

 

 

طبقه‌‍بندی میکروارگانیسم‌‌ها بر اساس دمای محیط‌ رشد

 

جدول طبقه‌‌بندی میکروارگانیسم‌‌ها بر اساس دمای محیط‌ رشد

میکروارگانیسم

دما

سایکروفیل‌ (Psychrophile)

رشد در صفر درجه‌ و رشد بهینه‌ در ١٥ درجه‌ سانتیگراد

سایکروتروف (Psychrotroph)

رشد در صفر تا ٧ درجه‌ و رشد بهینه ‌٢٠ تا ٣٠ درجه‌ سانتیگراد

مزوفیل‌ (Mesophile)

رشد بهینه‌ در دمای‌ ٢٠ تا ٤٥ درجه‌ سانتیگراد

تروفیل‌ معتدل (Thermophile)

رشد در ٥٥ درجه‌ و رشد بهینه‌ در ٥٥ تا ٦٥ درجه‌ سانتیگراد

تروفیل‌ مطلق‌ (Hyperthermophile)

رشد بهینه‌ در ٨٠ تا ١١٣ درجه‌ سانتیگراد

 

 

 طبقه‌ بندی میکروارگانیسم‌‌ها براساس دمای محیط‌ رشد
طبقه‌‌بندی میکروارگانیسم‌‌ها براساس دمای محیط‌ رشد

 

 رشد میکروبی‌ و منحنی‌ رشد در محیط‌ بسته‌

هنگامی‌ که‌ یک‌ میکروب در محیط‌ مایع‌، کشت‌ می‌شود، این‌ کشت‌ معمولا ناپیوسته‌ و در یک‌ سیستم‌ بسته‌ است‌. در نتیجه‌ هیچ‌ محیط‌ کشت‌ تازهای‌ در دسترس آنها قرار داده نمی‌شود و غلظت‌ مواد غذایی‌ به‌ تدریج‌ کاهش‌ یافته‌ و غلظت‌ پسماندها افزایش‌ می‌یابد. رشد میکروارگانیسم‌ها را می‌توان به‌ صورت یک‌ نمودار که‌ وزن یا لگاریتم‌ تعداد سلول زنده را در مقابل‌ زمان نشان می‌دهد، رسم‌ نمود. این‌ منحنی‌ که‌ در شکل‌ نشان داده شده، دارای‌ چهار فاز مشخص‌ است‌.

  1. فاز تاخیر: عدم تقسیم‌ سلولی‌ پس‌ از تلقیح‌ باکتری‌ به‌ محیط‌ کشت‌
  2. فاز نمایی‌: شرایط‌ مناسب‌ رشد باکتری‌ و دوبرابر شدن در فواصل‌ زمانی‌
  3. فاز ثابت‌: برابری‌ نرخ رشد باکتری‌ و مرگ بدلیل‌ عدم دسترسی‌ به‌ مواد مغذی‌
  4. فاز مرگ: ویژگی‌ فاز مرگ این‌ است‌ با تمام شـدن مواد غذایی‌ و یا تجمع‌ بیش‌ از حد پسماند‌های سمی‌ باعث‌ کاهش‌ تعداد سلول زنده می‌شود. فاز مرگ نیز همانند فاز رشد، نمایی‌ است‌. در این‌ فاز، نرخ مرگ سلولی‌ از نرخ تولید پیشی‌ می‌گیرد.

 

شکل ‌منحنی‌ رشد میکروبی‌ در یک‌ محیط‌ بسته‌ (کشت‌ ناپیوسته‌)
شکل ‌منحنی‌ رشد میکروبی‌ در یک‌ محیط‌ بسته‌ (کشت‌ ناپیوسته‌)

 

 

گوگرد زدایی‌ بیولوژیکی‌ زغال سنگ‌

گوگرد زدایی‌ بیولوژیکی‌ در فرآوری زغال سنگ‌

تیوباسیلوس فرواکسیدانس‌ و تیوباسیلوس تیواکسیدانس‌ معروف‌ترین‌ گونه‌‌های باکتریایی‌ مزوفیل‌ برای‌ حذف گوگرد هستند. در روش گوگردزدایی‌ میکربی‌ میکروارگانیزم‌های کمو لیتوتروف گوگردی‌ تیوباسیلوس تیواکسیدانس‌ تیوباسیلوس فرواکسیدانس‌، ترکیبات مختلف‌ گوگرد را اکسیده کرده آنها را به‌ فرم‌های محلول در می‌آورند که‌ به‌ راحتی‌ شسته‌ می‌شوند یعنی‌ اینکه‌ گوگرد پیریتی‌ در زغال سنگ‌ در حضور O2 اکسید زیستی‌ می‌شود، آفرواکسیدان‌ها به‌ شرح زیر می‌باشد.

How to remove sulfur in coal 14

معادله‌ 1 و 3 نشان می‌دهد که‌ غلظت‌ اکسیداسیون Fe3+ و پیریت‌ با افزایش‌ میزان اکسیداسیون Fe2+ توسط‌ آفرواکسیدان افزایش‌ می‌یابد.

 

اکسیداسیون میکروبی‌ سولفیدها یک‌ روند چند مرحله‌‌ای‌ است‌ که‌ با سرعتی‌ در حدود 1000 برابر نسبت‌ به‌ روند شیمیایی‌ انجام می‌شود. یون فریک‌ تولید شده در این‌ فرایند به‌ منزله‌‌ی‌ اکسیدان قوی‌ عمل‌ کرده استخراج فلزات از سولفیدها را امکان‌پذیر می‌کند. گوگردزدایی‌ بیشتر با تشکیل‌ اسید سولفوریک‌ انجام می‌شود. این‌ باکتری‌‌ها سولفیدها را به‌ سولفور عنصری‌ تبدیل‌ کرده که‌ در آن اکسیژن به‌ عنوان پذیرنده الکترون عمل‌ می‌کند. در مراحل‌ بعد سولفور عنصری‌ به‌ سولفات تبدیل‌ می‌شود. (معادله‌ 4)

How to remove sulfur in coal 15

 

 

 جایگاه گوگرد زدایی‌ بیولوژیکی‌ در فرآوری زغال سنگ‌

 

استفاده از روش‌های ترکیبی‌ موجب‌ افزایش‌ گوگرد زدایی‌ زغال سنگ‌ می‌شود. به طوری‌ که‌، می‌توان برای‌ افزایش‌ بازیابی‌ در عملیات فلوتاسیون، قبل‌ از آن، به‌ عنوان یک‌ روش pre-flotation، با استفاده از میکروارگانیسم‌‌ها، سطح‌ ماده معدنی‌ را برای‌ شناورسازی‌ در مرحله‌ بعد آماده کنیم‌.

 

شکل گوگردزدایی‌ بیولوژیکی‌ در فرآوری زغال سنگ‌
شکل گوگردزدایی‌ بیولوژیکی‌ در فرآوری زغال سنگ‌

 

عوامل‌ مؤثر بر گوگرد زدایی‌ بیولوژیکی‌ زغال سنگ‌

اکسیداسیون میکروبی‌ کانی‌‌های معدنی‌، تحت‌ تاثیر عوامل‌ مختلفی‌ می‌باشد که‌ به‌ اختصار توضیح‌ داده شده است‌.

 

– دما

دما، هم‌ بر فعالیت‌های‌ میکروبی‌ و هم‌ بر فعالیت‌‌های شیمیایی‌ تأثیرگذار است‌. در مورد فعالیت‌‌های شیمیایی‌، با افزایش‌ دما، عملکردهای‌ متابولیکی‌ افزایش‌ یافته‌ و در صورت ادامه‌ی‌ افزایش‌ دما، فعالیت‌ سلولی‌ پایان یافته‌ و میکروارگانیسم‌ مورد نظر نابود خواهد شد. همچنین‌ اگر دما، پایین‌‌تر از محدوده‌ی‌ دمایی‌ مناسب‌ برای‌ فعالیت‌ میکروارگانیسم‌ باشد، میکروب مورد نظر در این‌ شرایط‌ غیر فعال خواهد بود. در مورد فعالیت‌‌های شیمیایی‌، افزایش‌ دما باعث‌ کاهش‌ انحلال گازهای‌ اکسیژن و دی‌ اکسید کربن‌ که‌ جزو ترکیبات مهم‌ برای‌ رشد و فعالیت‌ میکروارگانیسم‌‌ها می‌باشد، خواهد شد. از سوی‌ دیگر افزایش‌ دما باعث‌ افزایش‌ انحلال شیمیایی‌ سولفیدهای‌ فلزی‌ خواهد شد.

 

– مواد غذایی‌ محیط‌

میکروارگانیسم‌‌ها نیازمند مواد مغذی‌ برای‌ فعالیت‌‌های متابولیکی‌ و بیوسنتز خود هستند. مهمترین‌ عناصر مورد نیاز برای‌ رشد و فعالیت‌ میکروارگانسیم‌‌ها شامل‌ کربن‌، اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن، فسفر و گوگرد می‌باشد. میکروارگانیسم‌‌های خودکفا، می‌توانند اکسیژن و کربن‌ مورد نیاز خود را از طریق‌ هوا جذب نمایند.

 

– pH

اغلب‌ میکروارگانیسم‌‌های مورد استفاده در بیولیچینگ‌ اسید دوست‌ بوده و در محدوده pH 1 تا 2.5 رشد می‌کنند. pH در یک‌ سیستم‌ بیولیچینگ‌ بر رشد و فعالیت‌ میکروارگانیسم‌‌ها، رسوب جاروسیت‌ و نرخ انحلال کانی‌‌های‌های‌ قابل‌ حل‌ در اسید تأثیرگذار است‌. هیدروکسیدهای‌ قابل‌ حل‌ در آب و همچنین‌ جاروسیت‌ می‌توانند اثر منفی‌ بر فرایند اکسایش‌ و در نتیجه‌ انحلال سولفیدهای‌ فلزی‌، به‌ خصوص پیریت‌، بگذارند. در حقیقت‌، این‌ هیدروکسیدها تشکیل‌ یک‌ فیلم‌ مانع‌ را روی‌ سطوح کریستال‌ها می‌دهند و ممکن‌ است‌ حفره‌ها را مسدود نمایند، که‌ این‌ امر موجب‌ ممانعت‌ تماس محلول لیچینگ‌ و یا میکروارگانیسم‌‌ها با سولفیدهای‌ فلزی‌ خواهد شد.

به‌ همین‌ دلیل‌ در اکسایش‌ بیولوژیکی‌ پیریت‌، pH، باید به‌ دقت‌ کنترل شود تا محیط‌ مستعد تشکیل‌ رسوب نشود. همچنین‌ باید محدوده‌ی‌ pH مناسب‌ برای‌ رشد و فعالیت‌ میکروارگانیسم‌‌ها بررسی‌ شود.

 

– تخلخل‌ زغال‌سنگ‌

شرط اساسی‌ برای‌ وقوع واکنش‌‌های اکسایش‌ آن است‌ که‌ سطوح کریستال‌های پیریت‌ برای‌ میکروب‌ها کاملاً در دسترس باشد. سطوح در معرض، می‌تواند سطوح بیرونی‌ و یا سطوح حفره‌های درونی‌ ذرات زغال‌سنگ‌ باشد. براساس اشاره‌ی‌ هون، هر دو مرحله‌‌ی‌ اکسایش‌ می‌توانند در سطوح داخلی‌ حفره‌ها نیز به‌ وقوع بپیوندد. اگر این‌ حفره‌ها به‌ اندازه‌ی‌ کافی‌ بزرگ باشند (3 تا 5 میکرون) که‌ میکروارگانیسم‌‌ها بتوانند به‌ داخل‌ آنها نفوذ کنند، هر دو واکنش‌ اکسایش‌ در آنها انجام خواهد شد در غیر این صورت تنها واکنش‌ اکسایش‌ شیمیایی‌ اتفاق خواهد افتاد. بنابراین‌ تخلخل‌ زغال‌سنگ‌ نقش‌ مهمی‌ در حذف بیولوژیکی‌ پیریت‌ خواهد داشت‌.

 

شکل تخلخل‌ زغال سنگ‌
شکل تخلخل‌ زغال سنگ‌

 

 ساختار زغال سنگ‌

در برخی‌ از موارد، فعالیت‌ میکروبی‌ تحت‌ تأثیرات منفی‌ ساختار زغال‌سنگ‌ قرار می‌گیرد. اهمیت‌ ساختار زغال‌سنگ‌ توسط‌ سیلورمن‌ و همکاران نشان داده شد. آنها نشان دادند در حالی که‌ 70% محتوای‌ گوگرد پیریتی‌ زغال‌سنگ‌‌های بیتومینوس را می‌توان در مدت حدود یک‌ هفته‌ حذف نمود، در شرایط‌ یکسان از برخی‌ از زغال‌سنگ‌‌های ساب بیتومینوس و لیگنایت‌، هیچ‌ گوگرد پیریتی‌ توسط‌ بیولیچینگ‌ حذف نگردید.

روسی‌ و همکاران تلاش‌هایی را به‌ منظور تعیین‌ نمودن اثرات محیطی‌ ترکیب‌‌بندی‌ ساختار زغال‌سنگ‌ بر روی‌ اکسایش‌ بیولوژیکی‌ انجام دادند، که‌ منجر به‌ ارائه‌‌ی‌ توجیه‌ قابل‌ توجهی‌ نشد. آنها در نهایت‌ چنین‌ نتیجه‌ گرفتند که‌ در برخی‌ موارد، ساختار زغال‌سنگ‌ ترکیباتی‌ را آزاد می‌کند که‌ برای‌ میکروارگانیسم‌‌ها سمی‌ است‌. آنها همچنین‌ ملاحظه‌ کردند که‌ تخریب‌ بیولوژیکی‌ پیریت‌ موجود در زغال‌سنگ‌، با نرخ متفاوت و بعضاً کمتری‌ نسبت‌ به‌ تخریب‌ بیولوژیکی‌ پیریت‌ خالص‌ اتفاق می‌افتد.

 

– غلظت‌ آهن‌

یون‌های آهن‌ سه‌ ظرفیتی‌ در محلول‌های اسیدی‌، یک‌ ترکیب‌ حل‌ کننده برای‌ بسیاری‌ از موادمعدنی‌ می‌باشد. آهن‌ سه‌ ظرفیتی‌ با دریافت‌ الکترون از سولفورهای‌ معدنی‌، آنها را اکسید کرده و خود احیا شده و به‌ آهن‌ دو ظرفیتی‌ تبدیل‌ می‌گردد. سپس‌ آهن‌ دو ظرفیتی‌ توسط‌ باکتری‌‌های اکسید کننده‌ی‌ آهن‌، مجدداً اکسایش‌ یافته‌ و به‌ آهن‌ سه‌ ظرفیتی‌ تبدیل‌ می‌گردد و این‌ چرخه‌ ادامه‌ می‌یابد.

داس و همکاران بیان نمودند که‌ غلظت‌ پایین‌ آهن‌ فریک‌، باعث‌ افزایش‌ دریافت‌ اکسیژن توسط‌ میکروارگانیسم‌‌های اسید دوست‌ می‌شود، اما در غلظت‌‌های بالاتر آهن‌ فریک‌ از اکسایش‌ آهن‌ فروس ممانعت‌ به‌ عمل‌ می‌آورد. به‌ علاوه افزایش‌ آهن‌ فروس تا حد خاصی‌ (3 گرم در لیتر) موجب‌ افزایش‌ نرخ اکسایش‌ می‌شود. درحالیکه‌ غلظت‌‌های بالای‌ آهن‌ فروس دارای‌ تأثیر محدود کننده بر این‌ عمل‌ است‌.

 

دانسیته‌ پالپ‌

دانسیته‌ی‌ پالپ‌ با نسبت‌ فاز جامد به‌ فاز مایع‌ بر حسب‌ درصد وزنی‌ یا حجمی‌ تعریف‌ می‌گردد. در حالت‌ کلی‌ افزایش‌ دانسیته‌ی‌ پالپ‌ موجب‌ افزایش‌ زمان فاز تأخیر (زمان مورد نیاز برای‌ سازگاری‌ باکتری‌ با محیط‌)، کاهش‌ نرخ اکسیداسیون بیولوژیکی‌ و کاهش‌ مقدار کلی‌ اکسیداسیون می‌گردد. کاهش‌ دسترسی‌ به‌ اکسیژن و دی‌ اکسید کربن‌، پایین‌ بودن نسبت‌ باکتری‌ به‌ جامد، آسیب‌ به‌ سلول‌های زنده، ممانعت‌ از اتصال باکتری‌ و بالا رفتن‌ تولید مواد سمی‌ حاصل‌ از لیچینگ‌، جزو مهمترین‌ مشکلات عملیات بیولیچینگ‌ در محتوای‌ جامد بالاست‌.

از سوی‌ دیگر، دانسیته‌ی‌ پالپ‌ یک‌ پارامتر مهم‌ در ارزیابی‌ اقتصادی‌ فرایند لیچینگ‌ محسوب می‌شود که‌ هرچه‌ این‌ پارامتر بالاتر باشد، فرایند لیچینگ‌ دارای‌ توجیه‌ اقتصادی‌ بهتری‌ است‌.

 

– اندازه ذرات

اندازه‌ی‌ ذرات یک‌ پارامتر تأثیرگذار بر بازده‌ی‌ فرآیند لیچینگ‌ و همچنین‌ هزینه‌‌های ناشی‌ از کاهش‌ اندازه‌ی‌ ذرات می‌باشد. با کاهش‌ اندازه ی‌ ذرات، سطوح در دسترس برای‌ میکروارگانیسم‌‌ها افزایش‌ یافته‌ و موجب‌ افزایش‌ حذف پیریت‌ از زغال‌سنگ‌ می‌گردد. اقبالی‌ و همکاران گزارش کردند که‌ با کاهش‌ اندازه‌ی‌ ذرات از محدوده 0.5 تا 1 میلیمتر به‌ زیر 0.5 میلیمتر، میزان حذف گوگرد پیریتی‌ از 35.6 % به‌ 43.3 % رسید. با این‌ وجود، کاهش‌ اندازه‌ی‌ ذرات مستلزم صرف هزینه‌ برای‌ خردایش‌ ذرات می‌باشد که‌ از لحاظ اقتصادی‌، یک‌ پارامتر محدود کننده به‌ حساب می‌آید.

 

– باکتری‌های گوگردزدا

میکروارگانیسم‌‌های گوناگونی‌ برای‌ فرآیند گوگردزدایی‌ از زغال‌سنگ‌ پیشنهاد شده‌اند. باکتری‌‌های کاهنده سولفات جهت‌ تبدیل‌ ترکیبات گوگردی‌ موجود در زغال‌سنگ‌ به‌ سولفید هیدروژن گزارش شده‌اند. در حالی‌ که‌ در هیچ‌ یک‌ از کارهای‌ انجام شده کاهش‌ قابل‌ ملاحظه‌‌ای‌ در میزان گوگرد در زغال‌سنگ‌ مشاهده نشده است‌.

میکروارگانیسم‌‌های به کار رفته‌ در حذف بیولوژیکی‌ گوگرد از پیریت‌ (بعضا گوگرد نوع آلی‌) عموما شامل‌ میکروارگانیسم‌‌های زیر به‌ ترتیب‌ اهمیت‌ می‌باشند.

 

استفاده از باکتری‌‌های مزوفیل‌ و ترموفیل‌ برای‌ حذف گوگرد معدنی‌ (نوع خود کفا)

  • TF (Acidithiobacilus ferrooxidans)
  • TT (Acidithiobacillus thiooxidans)
  • LP (leptospirillum ferrooxidans)

 

استفاده از باکتری‌‌های غیر خود کفا برای‌ حذف گوگرد آلی‌

  • Rhodococcus erythropolis
  • Rhodococcus rhodochrous
  • Pseudomonas delafieldii
  • Myco bacterium goodii

 

باکتری‌‌های مزوفیل‌ به‌ عنوان مهم‌‌ترین‌ میکروارگانیسم‌‌ها جهت‌ گوگردزدایی‌ از زغال‌سنگ‌ مدنظر قرار گرفته‌‌اند. به طوری‌ که‌ توانایی‌ حذف گوگرد پیریتی‌ تا 97 درصد را نیز دارا می‌باشند. Acidithiobacilus ferrooxidans (اکسیدکننده گوگرد و آهن‌)، وقتی‌ در یک‌ محیط‌ خالص‌ رشد کنند، توانایی‌ اکسیداسیون پیریت‌ را دارند، در حالی‌ که‌ Acidithiobacillus thiooxidans (اکسیدکننده گوگرد) به‌ تنهایی‌ توانایی‌ اکسیداسیون پیریت‌ را ندارند زیرا این‌ باکتری‌‌ها توانایی‌ اکسیداسیون آهن‌ را ندارند ولی‌ روی‌ گوگرد حاصله‌ از اکسیداسیون آهن‌ رشد می‌کنند.

 

اگرچه‌ باکتری‌‌های مزوفیل‌، مهم‌‌ترین‌ باکتری‌‌ها برای‌ بازیافت‌ گوگرد معدنی‌ می‌باشند، ولی‌ عملکرد خوبی‌ در بازیافت‌ گوگرد آلی‌ ندارند. بسیاری‌ از باکتری‌‌ها از جمله‌ Pseudomonud و Sulfolobus تمایل‌ زیادی‌ به‌ بازیافت‌ گوگرد آلی‌ دارند.

 

البته‌ برخی‌ از باکتری‌‌ها به‌ دلیل‌ این‌ که‌ فقط‌ کاهنده پیوند C-C در ترکیبات آلی‌ گوگرد هستند و بر پیوند C-S این‌ ترکیبات تاثیری‌ ندارند، در تحقیقات مورد استفاده قرار نگرفته‌‌اند. در حقیقت‌، توانایی‌ بازیافت‌ گوگرد آلی‌ و معدنی‌ در گونه‌ Rhodococcus مشاهده شده است‌ که‌ این‌ باکتری‌ در زمینه‌ فرایند‌های گوگردزدایی‌ بیولوژیک‌ مورد استفاده قرار گرفته‌ است‌. در بین‌ گونه‌‌های Rhodococcus، گونه‌ R .erythropolis IGTS 8 به طور وسیع‌‌تری‌ مورد بررسی‌ قرار گرفته‌ است‌.

 

مروری بر نتایج‌ حاصل‌ از حقیقات قبلی‌

فکو و همکارانش‌ تاثیر Thiobacillus ferrooxidans را بر روی‌ سه‌ نوع زغال‌سنگ‌ متفاوت که‌ از معادن چک‌ و اسلواکی‌، تهیه‌ شده بود را در یک‌ بیو راکتور مورد بررسی‌ قرار دادند. در این‌ تحقیق‌ آنها توانستند گوگرد موجود در زغال‌سنگ‌ را تا 65 درصد کاهش‌ دهند. نتایج‌ حاکی‌ از تاثیر خوب این‌ باکتری‌ بر گوگرد پیریتی‌ و سولفاتی‌ بود، حال آنکه‌ این‌ باکتری‌‌ها تاثیر خوبی‌ بر روی‌ گوگردهای‌ آلی‌ نداشت‌. همچنین‌ آنها دریافتند که‌ کاهش‌ پیریت‌ برای‌ ذرات کوچک‌تر از 40 میکرون به‌ راحتی‌ صورت می‌گیرد ولی‌ اکسیداسیون ذرات درشت‌‌تر (بزرگتر از 200 میکرون) مشکل‌‌تر بوده و باکتری‌‌ها به‌ زمان بیشتری‌ برای‌ نفوذ و تشکیل‌ لایه‌‌های لیمونیتیک‌ بر روی‌ سطح‌ ذرات، نیاز دارند.

یک‌ گروه تحقیقاتی‌ تاثیر pyrococcus furiosus را در کاهش‌ گوگرد موجود در زغال‌سنگ‌ مورد بررسی‌ قرار دادند. بر طبق‌ نتایج‌ حاصله‌ از این‌ باکتری‌ تاثیر نسبتا خوبی‌ بر روی‌ گوگرد پیریتی‌ و تاثیر نسبتا کمی‌ بر روی‌ گوگرد نوع آلی‌ داشت‌. همچنین‌ بر اساس نتایج‌ از این‌ گروه، این‌ باکتری‌ گوگرد موجود در زغال‌سنگ‌ را راحتتر کاهش‌ می‌دهد.

آتیا امکان سنجی‌ انتخابی‌ سطح‌ پیریت‌ را برای‌ افزایش‌ شناورسازی‌ پیریت‌ در گوگردزدایی‌ زغال سنگ‌ از طریق‌ شناورسازی‌ توسط‌ کف‌ مورد مطالعه‌ قرار داد. در این‌ مطالعه‌، استفاده از کشت‌ باکتریایی‌ قبل‌ از شناور کردن کف‌ برای‌ افزایش‌ شناورسازی‌ پیریت‌ از زغال‌سنگ‌ توصیف‌ شده است‌. پس‌ از 6 هفته‌ گوگردزدایی‌ بیولوژیکی‌ پیش‌ از فلوتاسیون، تقریباً 95% از گوگرد پیریت‌ حذف شد.

 

در مطالعه‌ استیونز و همکاران، در مقیاس بزرگ‌تر از مقیاس آزمایشگاهی‌، حذف گوگرد پیریتی‌ از زغال‌سنگ‌ با باکتری‌‌های ترکیبی‌ A.ferrooxidans و Leptospirillum ferrooxidans و روش‌های‌ فیزیکی‌ انجام شد. با توجه‌ به‌ نتایج‌، گوگرد پیریت‌ 87% کاهش‌ یافته‌، در حالی‌ که‌ کاهش‌ خاکستر 36%، با 90% بازیابی‌ حرارتی‌ زغال‌سنگ‌ در شرایط‌ زمان اقامت‌ راکتور 5 روزه و غلظت‌ دوغاب 20% است‌.

استفاده از ترکیب‌ باکتری‌‌ها و همچنین‌ روش فیزیکی‌ نه‌ تنها باعث‌ از بین‌ بردن حدود 90% گوگرد نوع پیریتی‌ شد، بلکه‌ بیش‌ از 30% از کانی‌‌های معدنی‌ را نیز حذف کرد.

در یک‌ مطالعه‌ دیگر، مکانیسم‌ شناورسازی‌ میکروبی‌ با استفاده از A.ferrooxidans برای‌ بازداشت‌ پیریت‌ توصیه‌ می‌کند که‌ فلوتاسیون ستونی‌ میکروبی‌ نه‌ تنها برای‌ گوگردزدایی‌ از زغال‌سنگ‌‌های ریز دانه‌، بلکه‌ برای‌ برای‌ رسیدن به‌ بازیابی‌ بالا استفاده می‌شود.

 

یک‌ مثال از گوگرد زدایی‌ زغال‌سنگ‌ با فرآیند‌های بیولوژیکی‌ و فلوتاسیون مورد بررسی‌ قرار گرفت‌. فرآیندها شامل‌ اصلاح زیستی‌ (بیوکسیداسیون) و بیوفلوتاسیون (فلوتاسیون ستونی‌) هستند. باکتری‌ نوع Pseudoclavibacter sp، و محصولات متابولیکی‌ آن مانند مواد پلیمری‌ خارج سلولی‌ (EPS)، می‌توانند گوگرد آلی‌ را از زغال سنگ‌ تندونگکورا از اندونزی‌ حذف کنند.

مطالعه‌‌ای‌ به‌ طور عمده با آزمایش‌‌های متعامد به‌ منظور بررسی‌ منظم‌ اثرات اندازه ذرات، مقدار تلقیح‌، مقدار pH محیط‌ بر روی‌ گوگردزدایی‌ بیولوژیکی‌ زغال‌سنگ‌ با میزان گوگرد بالا از شانشی‌ چین‌ با استفاده از Thiobacillus ferrooxidans، Escherichia coli و Pseudomonas putida  انجام شد. نتایج‌ نشان داد که‌ سویه‌ غالب‌، باکتری‌ نوع سودوموناس پوتیدا (Pseudomonas putida) است‌ که‌ در طول 10 روز در اندازه ذرات 75+ تا 125_ میکرومتر، pH برابر 0.6، مقدار تلقیح‌ 25 میلی‌‌لیتر، توانست‌ تا 80 درصد از کل‌ گوگرد موجود در زغال‌سنگ‌ را حذف کند.

 

– تاثیر اندازه ذرات

تاثیر اندازه ذرات زغال‌سنگ‌ نشان داد، بهترین‌ نتیجه‌ در حذف گوگرد کل‌ از زغال سنگ‌ به‌ روش بیولوژیکی‌ در اندازه ذرات 75+ تا 125- میکرون صورت گرفت‌. همچنین‌ اندازه ذرات زیر 75 میکرون موجب‌ ایجاد ذرات آگلومره گردید که‌ به‌ همین‌ خاطر، آزمایش‌‌ها در چنین‌ ابعادی‌ مورد بررسی‌ قرار نمی‌گردد.

 

شکل تاثیر اندازه ذرات زغال‌سنگ‌ بر روی گوگردزدایی‌ بیولوژیکی‌
شکل تاثیر اندازه ذرات زغال‌سنگ‌ بر روی گوگردزدایی‌ بیولوژیکی‌

 

 

 

– تاثیر مقدار محیط‌ کشت‌ باکتری

سه‌ نوع از مهم‌ ترین‌ و پرکاربرترین‌ باکتری‌‌های مورد استفاده در فرآیند‌های حذف بیولوزیگی‌ گوگرد از زغال‌سنگ‌ مورد بررسی‌ قرار گرفتند.

 

باکتری‌ نوع T.ferrooxidansیک نوع باکتری‌ مزوفیل‌ می‌باشد که‌ معمولا در حذف گوگرد نوع پیریتی‌ مورد بررسی‌ قرار می‌گیرد. این‌ نوع باکتری‌ خودکفا می‌باشد و نیاز به‌ افزودن مواد مغذی‌ به‌ محیط‌ ندارد، بنابراین‌ همانطور که‌ در شکل‌ مشاهده می‌کنید، در غلظت‌ بالای‌ 20 میلی‌‌لیتر نیز همچنان حذف گوگرد در بالاترین‌ حد خود ادامه‌ دارد.

باکتری‌ نوع E.coli و P.putio از دسته‌ باکتری‌‌های غیر خودکفا می‌باشند و معمولا برای‌ حذف گوگرد آلی‌ مورد استفاده قرار می‌گیرند. همانطور که‌ در شکل‌ مشاهده می‌کنید استفاده از این‌ نوع باکتری‌ موجب‌ حذف بالاترین‌ میزان گوگرد در غلظت‌ 20 میلی‌‌لیتر می‌باشند. اما در غلظت‌ باکتریایی‌ 25 میلی‌‌لیتر مشاهده می‌کنید که‌ کاهش‌ حذف گوگرد صورت گرفته‌ است‌ که‌ ناشی‌ از کاهش‌ مواد مغذی‌ در محیط‌ پالپ‌ حاوی‌ زغال می‌باشد. از این‌ رو که‌ این‌ نوع باکتری‌‌ها غیر خودکفا می‌باشند، کاهش‌ میزان حذف گوگرد در غلظت‌ بیش‌ از 20 میلی‌متر، مورد پیش‌‌بینی‌ می‌باشد.

 

شکل تاثیر محیط‌ کشت‌ میکروارگانیسم‌‌ها بر روی گوگردزدایی‌ بیولوژیکی‌
شکل تاثیر محیط‌ کشت‌ میکروارگانیسم‌‌ها بر روی گوگردزدایی‌ بیولوژیکی‌

 

– تاثیر pH

همانطور که‌ می‌دانید، باکتری‌ نوع T.ferrooxidans اسیدوفیل‌ بوده و در محیط‌ اسیدی‌ بهترین‌ فعالیت‌ و رشد را دارا می‌باشد از این‌ رو مشاهده می‌کنیم‌ که‌ در pH=4 بهترین‌ نتیجه‌ حذف گوگرد پیریتی‌ حاصل‌ شده است‌.

باکتری‌‌های P.putio و E.coli باکتری‌‌های اسیدوفیل‌ نیستند و بهترین‌ عملکرد را در pH 6 و 7 دارند. این‌ باکتری‌‌ها می‌توانند در محیط‌ اسیدی‌ حضور داشته‌ باشند اما بهترین‌ نتیجه‌ را در pH خنثی‌ نشان می‌دهند.

 

شکل ‌تاثیر pH بر روی گوگردزدایی‌ بیولوژیکی‌
شکل ‌تاثیر pH بر روی گوگردزدایی‌ بیولوژیکی‌

How to remove sulfur in coal 21

 

نتیجه‌ کلی‌

مشاهده می‌کنید زغال‌سنگ‌ حدود 5 درصد کربن‌ دارد و بهترین‌ عملکرد در حذف گوگرد کل‌، توسط‌ باکتری‌ P.putio حاصل‌ شده است‌. دلیل‌ آن عملکرد خوب این‌ نوع باکتری‌ در حذف هر دو نوع گوگرد می‌باشد. همچنین‌ این‌ باکتری‌ توانست‌ تا حدود 80 درصد از گوگرد نوع آلی‌ را حذف کند که‌ نتیجه‌ مطلوبی‌ می‌باشد.

باکتری‌ نوع T.ferrooxidans بهترین‌ عملکرد را در حذف گوگرد نوع پیریتی‌ داشت‌ اما در حذف گوگرد کل‌ از زغال‌سنگ‌، عملکرد مطلوبی‌ حاصل‌ نشد. همچنین‌ هر 3 نوع گونه‌ باکتری‌‌ها در حذف گوگرد نوع سولفاته‌ عملکرد یکسانی‌ را داشتند.

 

منبع

Nuhu, A.A., "Bio-catalytic desulfurization of fossil fuels: a mini review", Reviews in Environmental Science and Biotechnology, 2012
Ivanov, I.P., "Main Trends in the Biotechnological Processing of Coals: A Review", Solid Fuel Chemistry, No. 1, pp. 3-10, 2005
Malik, A., Dastidar, M.G., Roychoudhury, P.K., "Factors limiting bacterial iron oxidation in biodesulphurization system", International Journal of Mineral Processing Vol. 73, pp. 13-21, 2004
Ehrlich, H.L., Brierley, Microbial Mineral Recovery, McGraw Hill, New York, 1990
Rehm, H.J., Reed, G., (Eds.), Biotechnology Set, Second Edition, Wiley-VHC, Weinheim, 2001
Mishra, D., Kim, D.J., Ahn, J.G., Rhee, Y.H., "Bioleaching: A Microbial Process of Metal Recovery: A Reviwe", Metals and Materials International, Vol. 11, No.3, pp. 249-256, 2005
Rossi, G., Biohyrometallurgy, McGraw Hill, New York, 1990
He, H., Hong, F.F., Tao, X.X., Li, L., Ma, C.Y., Zhao, Y.D., "Biodesulfurization of coal with Acidithiobacillus caldus and analysis of interfacial interaction between cells and pyrite", Fuel Processing Technology, No. 101, pp. 73-77, 2012
Ehrlich, H.L., Brierley, Microbial Mineral Recovery, McGraw Hill, New York, 1990
Ahmadi, A., Reactor Design, Process Investigation and Kinetic Modeling of Copper ElectroBioleaching from Sulphide Minerals, Dept. Mining Engineering, Shahid Bahonar University of Kerman, Iran, Ph.D. Dissertation, 2010
Das, T., Ayyappan, S., Chaudhury, G.R., ''Factors affecting bioleaching kinetics of sulfide ores using acidophilic microorganisms'', BioMetals, No. 12, pp. 1-10, 1999
Eghbali, F., Ehsani, M.R., "Biodesulfurization of Tabas Coal in Pilot Plant Scale", Iranian Journal of Chemistry & Chemical Engineering, Vol. 29 No. 4, pp. 75-78, 2010
Coram, N.J., Rawlings, D.E., "Molecular Relationship between Two Groups of the Genus Leptospirillum and the Finding that Leptospirillum ferriphilum sp. nov. Dominates South African Commercial Biooxidation Tanks That Operate at 40°C", Applied and Environmental Microbiology, Vol. 68, No. 2, pp. 838-845, 2002
Das, T., Ayyappan, S., Chaudhury, G.R., ''Factors affecting bioleaching kinetics of sulfide ores using acidophilic microorganisms'', BioMetals, No. 12, pp. 1-10, 1999
Raclavska, H., Malysiak, v., “Desulphurization of coal from Northen brown coal basin by bacterial leaching “, Fuel, Vol.70, pp. 1187-1191, 1991
Peeples, T.c., hirosne, S., Olso, G.j., Kelly, R.M., “coal Sulphur transformation monitored by hyperthermophiliv archacbacteria; Fuel.Vol. 70, pp. 559-604, 1991
Etemadifar Z, Etemadzadeh SS, Emtiazi GJGJ (2018) A novel approach for bioleaching of sulfur, iron, and silica impurities from coal by growing and resting cells of Rhodococcus spp. Geomicrobiol J
Jie Xu, Xiangrong Liu, Changlei Song, Zhipeng Du, Fangxin Wang, Jingwen Luo, Xinjuan Chen & Anning Zhou (2019): Biodesulfurization of high sulfur coal from Shanxi: Optimization of the desulfurization parameters of three kinds of bacteria, Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects
Rossi G (2013) The microbial desulfurization of coal. In: Schippers A, Glombitza F, Sand W (eds) Geobiotechnology II. Advances in biochemical engineering/biotechnology, vol 142. Springer, Heidelberg, pp 147-167
پروفسور رنجبر_ عضو هیئت‌ علمی‌ دانشگاه شهید باهنر کرمان_ جزوه تدریسی‌ بیوفناوری‌_ بهار 1400

عاشق شروع کردن هستم، هنر من جنگیدن برای آرزوهام هست؛ دنبال این هستم که درک درستی از زندگی پیدا کنم و ازش لذت ببرم برای همین بیشترین سرمایه‌گذاری رو روی خودم می‌کنم.

جدیدترین مطالب رو در ایمیل خود دریافت کنید

این مطلب را با دوستان خود به اشتراک بگذارید

اشتراک در
اطلاع از
guest
0 نظرات
بازخورد (Feedback) های اینلاین
مشاهده همه دیدگاه ها
0
افکار شما را دوست داریم، لطفا نظر دهید.x

فرم گزارش

خواهشمند است، فرم را تکمیل و ارسال نمایید.

راهنمای دانلود

  • اگر نرم‌افزار مدیریت دانلود ندارید، قبل از دانلود هرگونه فایلی، یک نرم افزار مدیریت دانلود مانند IDM و یا FlashGet نصب کنید.
  • برای دانلود، به روی عبارت “دانلود” کلیک کنید و منتظر بمانید تا پنجره مربوطه ظاهر شود سپس محل ذخیره شدن فایل را انتخاب کنید و منتظر بمانید تا دانلود تمام شود.
  • در صورت بروز مشکل در دانلود فایل‌ها تنها کافی است در آخر لینک دانلود فایل یک علامت سوال ? قرار دهید تا فایل به راحتی دانلود شود.
  • فایل های قرار داده شده برای دانلود به منظور کاهش حجم و دریافت سریعتر فشرده شده‌اند، برای خارج سازی فایل‌ها از حالت فشرده از نرم‌افزار Winrar و یا مشابه آن استفاده کنید.
  • چنانچه در مقابل لینک دانلود عبارت بخش اول، دوم و … مشاهده کردید تمام بخش‌ها می‌بایستی حتماً دانلود شود تا فایل قابل استفاده باشد.
  • کلمه رمز جهت بازگشایی فایل فشرده عبارت www.mining-eng.ir می‌باشد. تمامی حروف را می بایستی به صورت کوچک تایپ کنید و در هنگام تایپ به وضعیت EN/FA کیبورد خود توجه داشته باشید همچنین بهتر است کلمه رمز را تایپ کنید و از Copy-Paste آن بپرهیزید.
  • چنانچه در هنگام خارج سازی فایل از حالت فشرده با پیغام CRC مواجه شدید، در صورتی که کلمه رمز را درست وارد کرده باشید. فایل به صورت خراب دانلود شده است و می‌بایستی مجدداً آن را دانلود کنید.