نمودار بالا نشان­دهنده pH مناسب و بهینه اکسیداسیون آهن توسط باکتری می­باشد. همانطور که نشان داده شده است. در طی چهار روز اول اکسیداسیون آهن فرو و تبدیل آن به آهن فریک مشاهده می­ شود که دلیل آن رشد باکتری در این چهار روز است. البته این مقدار از اکسیداسیون در pH 5/1 تا ۲ به خوبی انجام گرفته با توجه به شکل pH بهینه برای انجام اکسیداسیون ۷۵/۱ می­باشد.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

۴-۵-دمای بهینه جهت اکسیداسیون آهن توسط جدایه UTMC2299
نمودار زیر نشان­دهنده میزان اکسیداسیون یون فرو و تبدیل آن به یون فریک در دماهای مختلف می­باشد.
شکل ۴-۸) نمودارمیزان اکسیداسیون یون فرو در دماهای مختلف
نمودار بالا نشان دهنده اکسیداسیون آهن در ۵ دمای،C⁰ ۲۸، C⁰32، C⁰37و C⁰40 می­باشد، بیشترین میزان اکسیداسیون آهن در دمایC⁰ ۴۰و بعد از گذشت چهار روز از زمان انکوباسیون انجام گرفته است. با توجه به سایر دماها می­توان گفت که باکتری قادر به اکسیداسیون آهن در همه دماهای مورد آزمایش می­باشد، اما کم ترین زمان طول کشیده چهار روز بود که در دمای C⁰40 انجام شد.
۴-۶-تعیین دانه بندی مناسب جهت اکسیداسیون آهن توسط جدایهUTMC2299
شکل ۴-۹) تغییرات غلظت آهن نسبت به زمان با ذرات کانسنگ با دانه بندی مختلف
بعد از زمان تلقیح باکتری به محیط کشت حاوی کانسنگ، میزان آهن سنجیده شده با Atomic absorbtion به صورت تصاعدی در حال افزایش می­باشد. آنچه که در مورد تغییرات این نمودار می­توان گفت این است که با افزایش ابعاد کانسنگ میزان انحلال ابتدایی عناصر درگیر کمتر است که این باعث رشد بهتر باکتری­ ها با نرخ بالا شده است.
که با کم شدن ابعاد عیار آهن با توجه به درجه آزادی آن بالا می­رود. مطالعات انجام شده نشان می­دهد که با افزایش ابعاد کانسنگ و درگیری باکتری­ ها با کانسنگ، باعث تخریب سلول، غیرفعال کردن و بازدارندگی تماس باکتری با سطح جامد از جمله عواملیست که باعث عدم انحلال می­ شود.
بهترین دانه بندی برای فعالیت باکتری، دانه بندی زیر ۱۰۰ میکرون می­باشد. اما در مقیاس­های صنعتی باید مقرون به صرفه بودن هزینه ها برای بهینه سازی پارامترها مورد توجه قرار گیرد.
۴-۷-بررسی اثر دانسیته پالپ بر اکسیداسیون آهن توسط جدایهUTMC2299 :
بیولیچینگ آهن با دانسیته پالپ های مختلف در شکل زیر نشان داده شده است، کاهش میزان آهن شسته شده با افزایش دانسیته پالپ مشاهده شد به طوریکه با ۵% دانسیته پالپ در این شکل مشخص می­باشد. که تقریبا بخش اعظم آهن استخراج می­ شود. دلیل اینکه در مورد دانسیته های بالاتر استخراج کمتری صورت می­گیرد این است که میزان O₂ موجود که یکی از اساسی ترین مواد مغذی برای رشد باکتری­ ها می­باشد در دانسیته های بالاتر کمتر می­ شود. افزایش دانسیته پالپ را می­توان با تعداد باکتری­ ها، کاهش میزان استخراج یون های فلزی در محلول، محدودیت دسترسی باکتری­ ها به O و تخریب سلول های باکتری ها با ذرات کانسنگ مرتبط دانست(زارع توکلی،۱۳۸۶).
شکل ۴-۱۰) درصد پالپ بهینه جهت اکسیداسیون آهن
۴-۸-درخت فیلوژنی برای جدایه UTMC2299
شکل ۴-۱۱) درخت فیلوژنی حاصل از جدایه UTMC2299 و سویه­های خویشاوند
درخت فیلوژنی حاصل نشان­ می­دهد که باکتری جدا شده در گروه Leptospirillum spp قرار می­گیرد، نزدیک ترین گونه­ ها به باکتری جدا شده، Leptospirillum ferriphylum و Leptospirillum ferrooxidans می­باشد، این درخت به روش Neigbour joining رسم شده است.
فصل ۵:
بحث و پیشنهادات
بحث
۵-۱- بحث
اکسیداسیون یون Fe⁺² به یون Fe⁺³ یک مرحله اساسی از فرایند بیولیچینگ می­باشد و توسط میکروارگانیسم­ها انجام می­گیرد. گرچه سالیان درازی است که از میکروبها برای بازیافت فلزات استفاده می­ شود، اما این روش تنها در سالهای اخیر است که به صورت صنعت رو به رشدی در آمده است. کاربرد صنعتی میکروارگانیسم­ها در حل کردن برخی از سنگهای معدنی در چند دهه اخیر آغاز شده است و این فرآیندها بخصوص مزیتهای اقتصادی آشکاری در بازیافت فلزات از رسوبات معدنی با عیار پایین داشته اند. عمل استخراج بیولوژیک را می­توان در اعماق زمین و بدون استخراج معدنی انجام داد. بازیابی فلزات از دور ریزها توسط میکروارگانیسم­ها روشی است که به تدریج به صورت متداول در صنعت مورد عمل قرار گرفته است. با کاربرد انواع میکروارگانیسم­ها می­توان پساب­ها را تصفیه و فلز موجود در آن را بازیابی کرد. به­علاوه باکتری می ­تواند مواد آلی پساب را که اکثرا برای سایر جانداران مضر می­باشد، اکسید و یا تجزیه کرده و بدین ترتیب پساب را برای سایر موجودات بی­خطر سازد.
میکروارگانیسم­های موثر در فرایند فروشویی در تمام جهان دیده می­شوند و در هر دو شکل آرکی باکترها و یوباکترها موجودند. تنها نیم قرن از کشف باکتریهای اکسیدکننده فلزات سولفیدی میگذرد. به علت شکل میله­ای و توانایی اکسیداسیون آهن و گوگرد، اولین باکتری جدا شده را تیوباسیلوس فرواکسیدانس نامیدند . که البته این نامگذاری زیاد به طول نینجامید و این گونه امروزه Acidithiobacillus Sp نامیده می­ شود.
یکی از خصوصیات عمده این باکتری­ ها توانایی آنها در اکسیداسیون گوگرد غیرآلی به اسیدسولفوریک و آهن دو ظرفیتی به آهن سه ظرفیتی می­باشد که در بعضی از انواع این باکتریها این توانایی به صورت توأم می­باشد. نکته قابل توجه در این باکتریها سمی بودن مواد ارگانیک و آلی برای آنهاست. تنها بعضی از این ترکیبات و آن هم درحد بسیار کم برای این باکتریها قابل استفاده می­باشد، به همین دلیل این باکتریها در گروه شیمیولیتوتروف­های اجباری قرار می­گیرند. مهمترین میکروارگانیسم­ها در بیواکسیداسیون فلزات، فعالیت خود را در دمای ۴۰ درجه سانتی ­گراد انجام می­ دهند و باکتری­ های گرم منفی می­باشند. این باکتری­ ها شامل: A. ferrooxidans, A. thiooxidans و Leptospirillum Sp می­باشند.
اکثر فرآیندهای بیواکسیداسیون مواد معدنی در۱٫۴ pH تا ۲ انجام می­گیرد. در pH پایین، آهن سه ظرفیتی به صورت محلول است و بسیاری از ارگانیسم­های اکسیدکننده سولفور قادر به استفاده از آهن سه ظرفیتی به جای اکسیژن به عنوان پذیرنده الکترون می­باشند.
مکانیسم اکسیداسیون آهن شامل اکسیداسیون آهن دو ظرفیتی خارج از غشاء سلول در pH اسیدی حدود ۲ و کاهش اکسیژن درون سلول در ۶٫۵pH است. الکترون­های آهن دو ظرفیتی در خارج از غشاء سلولی به سیتوکروم C از طریق یک پروتئین حاوی مس یعنی راستیسیانین که آنزیم کلیدی در زنجیره تنفسی می­باشد، جریان می­یابد. این پروتئین در pH های اسیدی پایدار است. الکترون از طریق احیاء سیتوکروم C به سیتوکروم a منتقل می­ شود. در پی آن سیتوکروم a1 احیاء شده الکترون خود را به اکسیژن مولکولی منتقل کرده و تولید آب می­نماید. تصور میشود که یک ترکیب آنزیمی نامشخص واسطه انتقال الکترون از آهن دو ظرفیتی به راستیسیانین می­باشد.
محیط­هایی نظیر زهابهای اسیدی معادن، خاک معادن، ذخایر ذغال سنگ حاوی پیریت، رسوبات گوگردی مناطق آتشفشانی و حتی سنگ­های معدنی که تحت آبشویه قرار گرفته­اند، اکوسیستم­های اصلی و مناسب باکتری­ های اکسیدکننده سولفور و آهن می­باشند.
با توجه به اینکه ایران جزو کشورهایی است که از نظر وجود معادن مختلف بسیار غنی می­باشد، جداسازی و به­کار گیری باکتری­ های موثر در فرایند استخراج فلزات بسیار مهم و قابل توجه می­باشد.
معدن سنگ آهن گل گهر به دلیل وجود مقدار زیادی آهن به صورت مگنتیت^[۶۹] و هماتیت^[۷۰]، (اکسیدهای آهن)، از محل­های مناسب جهت جداسازی باکتری­ های اکسیدکننده آهن می­باشد. در این پژوهش از این مناطق به منظور نمونه برداری و جداسازی باکتری اکسیدکننده آهن استفاده گردید. نمونه­ها پس از انتقال به آزمایشگاه به محیط کشت اختصاصی برده شد و پس از چند هفته باکتری در محیط کشت اختصاصی رشد کرد و طی چند مرحله به محیط کشت جدید ساب کالچر گردید.
به منظور شناسایی باکتری جدا شده از روش­ شناسایی مورفولوژی و روش شناسایی فیلوژنی استفاده گردید. همچنین pH و دمای بهینه رشد باکتری جدا شده نیز مورد بررسی و ارزیابی قرار داده شد. طبق نتایج به­دست آمده باکتری جدا شده توانایی اکسید کردن آهن فرو را به طور کامل ظرف مدت کوتاهی دارا می­باشد. مطالعات انجام گرفته نشان داد که باکتری جداشده Leptospirillum Sp می­باشد که به منظور استفاده صنعتی باکتری جداسازی شده در آینده، دسترسی به بهینه دما و pH رشد باکتری مورد بررسی قرار گرفت. باکتری شیمیولیتوتروف اجباری اسیدوفیل است که pH بهینه آن ۵/۱ دمای بهینه آنC⁰40 می­باشد.
در جدول ۵-۱ جدایه باکتری با سه جدایه از مناطق دیگر مقایسه شده است.
جدول ۵-۱) مقایسه جدایه پژوهش با جدایه های مختلف