Содержание к диссертации
Введение
Обзор литературы 5
Химические свойства цианида и тиоционата 5
Использование цианидов и тиоцианатов в промышленности 9
Токсичность цианидов и тиоцианатов 9
Природные источники цианидов и тиоцианатов: отношение микроорганизмов к цианидам и тиоцианатам: продуценты, деструкторы, резистентность дыхания 10
Резистентность дыхания к цианиду у микроорганизмов 13
Механизмы деструкции цианидов 17
Деструкция GST грибами 19
Деструкция CN" бактериями 22
Механизмы деструкции тиоцианатов 34
Деструкция SCN" в автотрофных условиях 34
Деструкция SCN" в гетеротрофных условиях 39
Способы очистки промышленных стоков от цианидов и тиоцианатов . 41
Химические 42
Микробиологические 44
Комбинированные 51
Заключение 52
Экспериментальная часть 54
Материалы и методы исследований 54
Образцы для выделения микроорганизмов 54
Штаммы бактерий 55
Среды и условия культивирования 55
Определение резистентности к цианидам, тиоцианатам 58
Аналитические методы 58
Фенотипический анализ 61
Анализ ДНК 61
Сиквенс нуклеотидных последовательностей гена 16S рРНК 62
Анализ последовательностей гена 16S рРНК 62
Результаты и обсуждение 63
Скрининг и изучение микроорганизмов, деструктирующих цианиды и тиоцианаты Характеристика штаммов, входящих в состав ассоциации, деструктирующей цианиды и тиоцианаты 76
Штамм 21 81
Штамм 18 84
Кинетические параметры роста и деструкции CIST и SCN" ассоциацией гетеротрофных бактерий 91
Немикробиологическое удаление CN" (улетучивание из среды) 91
Деструкция CN" ассоциацией гетеротрофных бактерий 96
Деструкция SCN" ассоциацией гетеротрофных бактерий 101
Деструкция СК и SCN" при их совместном присутствии ассоциацией гетеротрофных бактерий ПО
Механизм деструкции CN" и SCN" штаммами ассоциации гетеротрофных бактерий 116
Разработка комбинированной технологии деструкции CN" и SCN" в промышленных стоках с использованием ассоциации гетеротрофных бактерий 129
Заключение 143
Выводы 145
Список литературы 146
Благодарности..., 159
- Природные источники цианидов и тиоцианатов: отношение микроорганизмов к цианидам и тиоцианатам: продуценты, деструкторы, резистентность дыхания
- Определение резистентности к цианидам, тиоцианатам
- Кинетические параметры роста и деструкции CIST и SCN" ассоциацией гетеротрофных бактерий
- Разработка комбинированной технологии деструкции CN" и SCN" в промышленных стоках с использованием ассоциации гетеротрофных бактерий
Введение к работе
Цианиды - это высоко токсичные соединения, которые встречаются в природе (цианогенные бактерии, грибы, растения), а также в зонах антропогенного загрязнения. Их применение в промышленности основано на способности растворять в присутствии кислорода золото и серебро. Ежегодно используется в промышленности до 3 млн.т. цианидов.
Тиоцианаты в основном образуются из цианидов при взаимодействии с различными формами серы (полисульфиды, тиосульфат), а также - с сульфидными минералами в золотоизвлекательных процессах.
Проблема обезвреживания цианид- и тиоцианат- содержащих стоков промышленных предприятий стоит очень остро. В настоящее время промышленные стоки обезвреживают несколькими способами, основным из них является химический. Наиболее распространенными являются - щелочное хлорирование и окисление сернистым ангидридом в присутствии медного катализатора. Оба эти способа имеют свои существенные недостатки, а именно щелочное хлорирование оставляет после себя высокие концентрации хлора (до 300 мг/л) и хлор органические соединения. Метод с применением сернистого ангидрида не обеспечивает снижения концентрации цианида до ПДК (0.05 мг/л) и совершенно не обезвреживает тиоцианат.
Перспективными, экономичными и экологически чистыми являются микробиологические способы детоксикации цианид- и тиоцианат- содержащих стоков.
Известен целый ряд микроорганизмов, способных к деструкции цианидов - это отдельные представители родов бактерий: Pseudomonas, Escherichia, Alcaligenes, At-throbacter, Acinetobacter, Klebsiella, Bacillus, Nocardia; а таюке грибов: Stemphylium, Gliocladium, Trichoderma, Fusarium, Aspergillus, Gloeocercospora, Neurospora, Lep-tosphaeria.
Микроорганизмов, способных к деструкции тиоцианата в настоящее время известно значительно меньше - это представители p.p.; Thiobacillus, Paracoccus Thioalkalivibrio, Halomonas, Pseudomonas, Neisseria.
Первая промышленная установка по биодеградации цианидов, тиоцианатов была создана в США (завод в Хоумстейк). Стоки, обезвреживали используя штамм P. paucimobilis и нитрифицирующие бактерии в составе активного ила, содержали до 11.5 мг/л цианидов и до 110 мг/л тиоцианатов. При попытке использовать данный консорциум бактерий для обезвреживания высоких концентраций СЩ100 мг/л) оказалось, что степень обезвреживания цианида была низкой - около 43 %. Основным ограничительным фактором для микробиологических способов является концентрация цианида в среде и рН. В диапазоне рН, наиболее благоприятном для роста большинства известных в настоящее время микроорганизмов-деструкторов CN" (рН 7-8), цианид присутствует в форме HCN и возможны его потери в ходе деструкции (переход в воздушную фазу). Поэтому возникла потребность комбинировать химические и микробиологические способы при деструкции стоков, содержащих цианид. Однако, недостатки известных в настоящее время способов, а именно высокая энергоемкость и токсичность химической обработки и низкая эффективность микробиологической, ставит под сомнение их дальнейшее использование.
Существенным ограничительным фактором детоксикации цианидов и тиоцианатов при их совместном присутствии, является узкий список микроорганизмов, известный в настоящее время, способный к деструкции обоих соединений (p. Pseudomonas). Поэтому, с нашей точки зрения актуальным было выделить микроорганизмы, способные решить эти проблемы.
Целью работы было исследовать возможность деструкции цианидов и тиоцианатов при их высоких концентрациях и совместном присутствии в различных средах (растворах и плотных пульпах) с применением микроорганизмов.
Задачи исследования включали:
выделить и изучить ассоциацию микроорганизмов, способную к деструкции как цианидов, так и тиоцианатов при высоких концентрациях и их совместном присутствии;
определить параметры деструкции цианидов и тиоцианатов выделенной ассоциацией микроорганизмов;
исследовать механизмы деструкции цианида и тиоцианата выделенными микроорганизмами;
разработать способ деструкции цианидов и тиоцианатов при различных их концентрациях с использованием выделенной ассоциацией мико организмов.
Природные источники цианидов и тиоцианатов: отношение микроорганизмов к цианидам и тиоцианатам: продуценты, деструкторы, резистентность дыхания
Ионы цианидов являются мощными ингибиторами роста и клеточного метаболизма, включая дыхание и метаболизм азота и фосфатов (Knowles а. Bunch, 1986). Они ингибируют митохондриальную цитохромоксидазу, и клеточные каталазу, пероксидазу, тирозиназу, оксидазу аскорбиновой кислоты и фосфатазу. Цианиды ингибируют ферментативную активность путем связывания кофакторов, содержащих металлы, в металлоферментах. CN" реагиру ет с Fe , присутствующим в митохондриальных цитохромоксидазе и в крови, предотвращая окислительно-восстановительные реакции. В результате организмы погибают. Предельно допустимые концентрации CN" и их комплексов в России составляют 0,05 мг/л.
Тиоцианат является токсичным ионом, который имеет природные и промышленные источники. Тиоцианат менее токсичен, чем цианид. В большинстве растений и животных он присутствует, как продукт детоксикации цианида или как естественный агент, противостоящий микробной инфекции (Westley, 1981). Тиоцианат- содержащие стоки производятся в огромных количествах (Stratford et al., 1994). Он также мешает обезвреживанию других токсичных веществ в стоках, что наносит ущерб водной флоре и фауне. Предельно допустимые его концентрации составляют 0.05 мг/л.
Природные источники цианидов и тиоцианатов: отношение микроорганизмов к цианидам и тиоцианатам: продуценты, деструкторы, резистентность дыхания.
В 1913 году впервые встал вопрос о возможности образования микроорганизмами цианида (цианогенез). В криминальной практике столкнулись с выделением цианида при разложении белка, в результате были обнаружены бактерии, которые вели этот процесс. Таксономическое исследование циано-генных бактерий провели впервые в 1913 г. Клаусон и Янг, они выделили Bacillus pyocyaneus {Pseudomonas aeruginosa);, Basillus violaceus (Chromobacerium violaseum), Bacillus jluorescens (Pseudomonas fluoresens). Большинство цианогенных бактерий было отнесено к группе флуоресцирующих псевдомонад. Среди отдельных видов цианогенез прослеживался не у всех штаммов, так например, среди выделенных штаммов Pseudomonas aeruginosa 70 % обладали данной способностью, остальные были негативные по этому признаку (Castric Р.А., 1981).
В настоящее время известны цианогенные организмы различных таксонов (Dubey and Holmes, 1995): бактерии: Ch. violaceum, P. aeruginosa, P. chloraphis, P. jluorescens; водоросли: Chlorella vulgaris, Nostok muscorum, Plectonema boryanum, Anacysis nidulans; грибы: Marasmius oreades, Stemphyllium loti, Gloeocercospora sorghii, Snow-moulds; высшие растения: Almonds, Cassava, Apple, Loquat, Lima Beans.
Метаболические пути образования цианида микроорганизмами различны. В 1948 году Лорк открыл глицин - зависимое образование цианида у Р. aeruginosa, а позднее в 1965 году Михаелс и Корпе проследили аналогичную закономерность у Ch. violaceum. Колинс с соавторами ВІ980 году отметили стимуляцию образования HCN, когда Ch. violaceum рос на глютаматной синтетической среде с добавлением L-треонина. Впоследствии на экстрактах было показано, что L-треонин переводится в глицин, который в свою очередь является предшественником HCN. L - фенилаланин в работах Кастрикса (1977) стимулировал цианогенез у P. aeruginosa, была показана его регуляторная роль и роль метаболита - предшественника глицина (Castric Р.А., 1981).
Физиологические функции цианогенеза у микроорганизмов до конца не выяснены, возможно они имеют регуляторное или экологического значение. В экологическом аспекте это:
- увеличение шансов выживания среди других микроорганизмов,
- уменьшение вероятности поедания другими организмами,
- укрепление шансов паразита в борьбе за выживание.
В качестве примера стратегии выживания можно привести образование Р. aeruginosa синего пигмента пиоциана, в образовании которого участвует цианид. В работах Хасана и Фридович (1980) было показано, что он обладает противомикробным действием. Регуляторная функция цианида, по мнению Кастрикса (Castric Р.А., 1981), может быть связана с вторичным метаболизмом, когда избыток глицина «выводится» из организма через цианогенез, чтобы избежать метаболического стресса. Глицин является центральной мо лекулой в метаболизме цианогенных бактерий, как предшественник других аминокислот, белков, пуринов. Высокая концентрация глицина нарушает биосинтез клеточной стенки, оказывает негативное влияние на глютаминсин-тазу (P. fluorescens). Для Ch, violaceum было показано, что цианогенез позволяет включать освобождающийся азот в формы, отличные от аммония (CasricP.A., 1981).
К микрооганизмам, способным к деструкции CN" в настоящее время относят представителей различных родов бактерий, включающий в том числе и цианогенные микроорганизмы (таблица 3).
Определение резистентности к цианидам, тиоцианатам
Резистентность к цианидам и тиоцианатам чистых культур микроорганизмов определяли методом реплик при культивировании на агаризованных синтетических средах и МПА, а накопительных культур - при культивировании на жидких синтетических средах с концентрацией CN" 10 - 70 мг/л, a SCN" - 1 г/л. Контролем служили те же среды без CN" и SCN" с добавлением NH}C1 (0.5 г/л).
CN-резистентность дыхания отобранных устойчивых к CN-иону культур оценивали манометрическим методом в аппарате Варбурга. Использовали клетки в экспоненциальной фазе роста, которые ресуспендировали в среде №1 с сахарозой (1г/л) и CN" 66 мг/л, рН 9.2 до оптической плотности (ОП)= 1.5.
Аналитические методы.
О росте бактерий судили по величине оптической плотности, которую измеряли на фотометре КФК-3 (Россия) при 540 нм (кювета № 3), также методом прямого подсчета под микроскопом. При прямом подсчете брали суспензию клеток (2 мкл), наносили на предметное стекло, накрывали покровным стеклом (1x1 см), заливали края парафином. Клетки подсчитывали в 20 полях зрения под микроскопом ЛЮМАМИ-1 с увеличением (х90х2.5х 10). Количество клеток в 1 мл суспензии рассчитывали по формуле: Х= 1.22 а 10 , где а - среднее количество клеток в 20 полях зрения.
Содержание микробного белка в культуральной жидкости определяли по методу Лоури (Lowry, 1951).
Концентрацию цианид-иона в пульпе определяли титрованием с азотнокислым серебром (Гамильтон, 1932), а в растворах - с помощью кристаллического ионселективного электрода КРИТУР (Чехословакия), тип 06-27, на ионо-мере И -130 (Россия) с использованием калибровочного графика зависимости ЭДС в мВ от концентрации CN". Электрод чувствителен в диапазоне концентраций CN" от 260 до 0.13 мг/л (10 2-5 х Ю 6 моль/л). SCN" определяли титрованиєм с КМпС 4 (5N) (Гамильтон, 1932) или анализировали колориметрически как ферроцианат (Sorbo, 1957).
Содержание NH4 определяли фенол-гипохлоридным колориметрическим методом (Weatherbum, 1967) или с помощью пленочного ионоселективного электрода Эком-NH/ на приборе Анион-41 ОД. Чувствительность электрода находится в диапазоне концентраций NH/ от 1800 до 0.3 мг/л (10" -5 х 10 "5 моль/л). Величину рН определяли на иономере И-130.2М.1.
Сульфит анализировали колориметрически как сульфит-фуксин комплекс (Denger at al., 2001). Тритионат, тетратионат, тиосульфат определяли методом цианолиза (Kelly, 1969). Сульфат определяли на жидкостном хроматографе Biotronik LC 500. Сульфид определяли после осаждения как ZnS (Truper & Schlegel, 1964). Этанол определяли на газожидкостном хромото-графе М -3700.
Цианазную активность определяли в бесклеточном экстракте. Экстракт получали при обработке клеток лизоцимом (в 0,07 молярном фосфатном буфере (рН 7,0) 30 мин при 37 С) с последующим разрушением на ультразвуковом дезинтеграторе УЗДН в течение 1 мин с охлаждением (при 22 кГц в 0,07 молярном фосфатном буфере (рН 8.1)) и центрифугированием при 8 000 g в течение 10 мин. Инкубацию начинали после добавления раствора экстракта к 2мМ раствору цианата калия (в присутствии 2мМ раствора КаНСОз), образование NH3 (NH4+) определяли с интервалом 15-30 мин на фотометре КФК-3 при 623 нм. Для определения цианазной активности использовали клетки в экспоненциальной фазе роста, выращенные на среде с SCN или NH . Циа-нат-ион определяли как NKj+ после подкисления раствора до рН 2-3 6 N НС1 и выдерживания 1 мин. на кипящей водяной бане.
Для определения активности ферментов серного метаболизма использовали бактерии конца экспоненциальной фазы роста. Клетки отделяли от среды центрифугированием в течение 10 мин при 10 000g дважды отмывали свежей средой, не содержащей источника энергии, затем отмывали 0.05 М трис-НС1 буфером, рН 7.4. Разрушали клетки с помощью ультразвука при 22 кГц в бу фере в течение 3 мин, по 1 мин с перерывами для охлаждения. Гомогенат центрифугировали 25 мин при 40 000 g и супернатант использовали для определения ферментов спектрофотометрическим или колориметрическим методами на спектрофотометре "Hitachi 200-20" (Япония).
Сульфитдегидрогеназу (сульфит: цитохром с оксидоредуктаза, КФ 1.8.2.1) и тиосульфатдегидрогеназу (КФ 1.8.2.2) измеряли по восстановлению фер-рицианида при 420 нм или цитохрома с при 550 нм в присутствии сульфита или тиосульфата (Key J.O., Suzuki I., 1977). Аденилсульфатредуктазу (АФС-редуктазу, КФ 1.8.99.2) определяли по восстановлению феррцианида в присутствии сульфита и АМФ (Lyric R.M., Suzuki 1.,1970). Роданазу (тиосульфат: цианидсульфо-трансфераза, КФ 1.8.1.1.) измеряли по скорости образования тиоцианата из тиосульфата и цианида (Key J.O., Suzuki I., 1977). Серооксиге-назу (сероокисляющий фермент или сера: диоксигеназа, КФ 1.13.11.18) определяли по образованию тиосульфата из серы в присутствии восстановленного глутатиона и 2,2- дипиридина (Suzuki I., Silver М., 1966). Активность тио-сульфатредуктазы измеряли по образованию сероводорода из тиосульфата в присутствии восстановленного глутатиона и дитиотриэтола (Петушкова Ю.П., Ивановский Р.Н., 1976). Сероводород улавливали фильтровальной бумагой, смоченной 60%-ным раствором КОН, и определяли с диметил-пара-фенилендиамином.
Структуру хромосомной ДНК выделенных и типовых штаммов изучали методом пульс-электрофореза (ПФ) фрагментов, полученных при расщеплении нативной ДНК эндонуклеазой рестрикции Хва I. Методы выделения натив-ной ДНК, ее расщепления, а также условия ПФ были аналогичны описанным для грамотрицательной ацидофильной хемолитоавтотрофной бактерии Acidihiobacillus ferroxidans, содержащей в ДНК, как и у Pseudomonas более 50 мол. % G + С (Kondratyeva et al., 1995).
Опыты по электрофорезу в денатуирующем геле (SDS-PAGE) препаратов полипептидов из целых клеток были выполнены с использованием 10% геля (Laemmli, 1970). Фенотипический анализ.
Морфологию и ультраструктуру клеток при росте на МПА и синтетической среде №1 изучали методами световой фазово-контрастной (микроскоп ЛЮМАМ И-1) и электронной (JEOL JEM-100 СХ П) микроскопии. Тотальные препараты клеток для электронной микроскопии контрастировали 1%-ной фосфорно-вольфрамовой кислотой (рН 1.7). Для получения ультратонких срезов фиксацию клеток проводили 1%-ной осьмиевой кислотой на фосфатном буфере (66 мМ, рН 6.2) в течение 18 час при 5-7 С. Клетки обезвоживали спиртом с возрастающей концентрацией и заключали в эпон-812. Срезы получали на ультрамикротоме LKB-4800. Контастирование срезов проводили 3%-ным водным раствором уранилацетата в течение 20 мин с последующей доокра-ской цитратом свинца по методу Рейнольдса в течение 10 мин (Reynolds, 1963). Препараты просматривали под электронном микроскопом JEOL JEM-100 СХ П (Япония).
Кинетические параметры роста и деструкции CIST и SCN" ассоциацией гетеротрофных бактерий
Из данных, приведенных в литературном обзоре, трудно понять вклад микроорганизмов в деструкцию CN" из-за отсутствия достоверных контролей, т.е. оценки улетучивания CN" в его протонированной форме HCN при рН 9.0 Основной сложностью в работе с цианидами являются их высокая летучесть в диапазоне рН, наиболее благоприятном для роста большинства микроорганизмов-деструкторов CN" (рН 7.0-8.0). Тем более что различные авторы в своей работе использовали аэрацию среды и/или ее перемешивание. Кроме этого, цианиды способны к взаимодействию с редуцирующими сахарами, часто используемыми как источник углерода (глюкоза). Можно утверждать, что большинство авторов имело дело не с исходной концентрацией CN" в среде, а с более низкой, различной в зависимости от условий культивирования. Очевидно, эта концентрация не могла превышать 10 мг/л в растворе при рН 7-8 даже в статических условиях. Различные же авторы сообщали об использовании 100 и даже более мг/л CN" (Babu et. al.,1993; White et.all.,1988). Все это артефакты. Поэтому мы выяснили поведение CN" в реальных условиях проведения опытов при изучении роли ассоциации гетеротрофных бактерий в деструкции CN".
С целью определения величин возможных потерь CN", опыты проводили в колбах Эрленмейера объемом 100 мл, содержащих 50 мл раствора, в статических условиях или при перемешивании на магнитной мешалке (800 об/мин), или при продувании воздухом (300 мл/мин) при комнатной температуре. О степени улетучивания цианида судили, анализируя щелочные вытяжки. Результаты анализов представлены в таблице 24. Из таблицы видно, что наиболее активно улетучивание цианида протекало при продувании среды воздухом, затем при перемешивании на магнитной мешалке и с наименьшей интенсивностью - в статических условиях. Различия в исходном содержании CN" в растворах связаны с различными начальными значениями рН среды. Оно максимально при рН 10.6, а минимально при рН 8.7. Таким образом, мы выяснили, что проводить бактериальную деструкцию CN" при аэрации среды недопустимо, независимо от начальной концентрации его в среде и ее рН. Потери цианида при механическом перемешивании и статических условиях эксперимента были сопоставимы при низких его концентрациях. Однако при концентрации 74.3 мг/л и выше улетучивание цианида возрастало при механическом перемешивании обратно пропорцианаль-норН.
Опыты по определению возможных потерь CN" в условиях, которые в дальнейшем предполагалось использовать для испытания бактериальной деструкции цианидов, проводили в реакторе с механическим перемешиванием в отсутствии бактерий. Результаты представлены в таблице 25.
Как видно из таблицы 25, в зависимости от скорости перемешивания и аэрации среды, количество CN удаляемого из среды в отсутствии бактерий, может изменяться от 0 до 90%, а остаточный CN" в опыте, может составлять в зависимости от рН среды от 5 до 34 мг/л. Основная часть CN" при этом про-тонируется и улетучивается в соответствии с известными реакциями: CN" + H = HCN T
Следующие контрольные опыты без бактерий были поставлены в реакторе с механическим перемешиванием при искусственном снижении рН среды до значений, которые получали в ходе экспериментов с бактериальной деструкцией CN\
Опыты проводили в реакторе объемом 3.0 л, в который вносили 2 л среды и перемешивали со скоростью 200 об/мин при температуре 28-30 С. Исходное значение рН было 9.2, содержание CN" - 34 мг/л (рис. 15).
Разработка комбинированной технологии деструкции CN" и SCN" в промышленных стоках с использованием ассоциации гетеротрофных бактерий
Большинство золотоизвлекательных фабрик РФ (Олимпиадинская, Куба-кинская, Кочкарская и др.) работают с использованием цианистой технологии извлечения золота, как из продуктов бактериального окисления сульфидных минералов (кек), так и из окисленных руд. Применение высокотоксичного реагента, каким является цианид, требует очистки промышленных стоков -хвостов цианирования.
Обширный круг научных разработок (Castaldi, 1988; Ишмухамедов Р.Н, 1988; Ingvorsen, 1990; Whitlock, 1992; Розвага и др., 1995; Akcil a. Mudder, 2003) в области детоксикации цианистых расстворов свидетельствует о неослабевающем интересе к этой проблеме. На отечественных золотоизвлекательных фабриках, перерабатывающих различные типы руд по цианистой схеме, очистка промышленных стоков в основном проводится с использованием гипохлорита (табл. 29). Гипохло-ритный способ обезвреживания применяется на Олимпиадинской, Самар-тинской, Кочкарской и др. фабриках. Процесс «Инко» используется только на руднике «Кубака».
Метод хлорирования заключается в окислении токсичных соединений хлор содержащим окислителем, в качестве которого используется, как правило, гипохлорит или хлорная известь. Разрушение цианистых соединений «активным хлором» протекает через реакцию образования активного хлорциана, который, гидролизуясь, переходит в нетоксичные цианаты, а затем в углекислоту и элементарный азот. Гидролиз хлорциана наиболее быстро протекает в щелочной среде, поэтому хлорирование проводится в известковой среде при рН=11-11.5. Метод хлорирования позволяет обезвредить промышленные стоки от комплекса токсичных цианистых соединений до значений ПДК (0.05 мг/л по CN"). Однако этот метод имеет ряд существенных недостатков и, прежде всего, отличается токсичностью хлора, главным образом его органических соединений. Некоторые соединения органо-хлоридов биологически не разрушаемы и токсичны. Остаточная концентрация активного хлора в стоках сама превышает ПДК ( 15 мг/л) и достигает 300 мг/л.
В настоящее время в зарубежной практике очистки сточных вод широко используется метод «Инко» (Akcil, 2002). В отечественной промышленности этот способ пока не получил широкого распространения. Процесс «Инко» технологически эффективен для окисления цианидов и металлцианидных комплексов. Метод заключается в детоксикации промышленных сточных вод с использованием сернистого газа или растворенного сульфита соли (например, метабисуль-фита натрия) в присутствии воздуха и катализатора (Си2+):
В этом случае цианиды, как свободные, так и связанные, окисляются до безопасного цианата, достигается высокая степень обезвреживания - 97-99%, однако, снизить остаточные содержания цианида до значений ПДК, в соответствии с российскими требованиями к охране окружающей среды, не удается. Процесс «Инко» также не обеспечивает деструкцию тиоцианатов, являясь слабым окислителем для данных соединений.
Разработанный комбинированный способ обезвреживания стоков включает стадию предварительной химической подготовки пульпы и стадию бактериальной деструкции остаточных цианидов и тиоцианатов.
Промышленные цианистые стоки содержат высокие концентрации CN" (сотни мг/л) и всвязи с этим для снижения концентраций цианидов до значений, приемлемых для микробиологической обработки, предусматривается химическая стадия предварительной обработки пульпы.
В качестве химической предобработки выбран процесс «Инко», где в роли окислителя используется метабисульфит натрия. Происходящее окисление цианидов до безопасных цианатов позволяет получить нужную концентрацию остаточного CN" в стоках.
Предварительно обезвреженные цианистые стоки поступают на микробиологическую обработку, где и происходит полная деструкция цианистых соединений до ПДК.
В качестве модели были взяты промышленные стоки (хвосты сорбционного цианирования продуктов бактериального окисления золото-мышьякового концентрата) Олимпиадинской ЗИФ (таблица 30).
Обезвреживание цианистых стоков Олимпиадинской ЗИФ с помощью метабисульфита натрия (Na2S20s) проводили в герметичном реакторе при механическом перемешивании (400 об/мин) и расходе воздуха 0.3-0.5 м3/м3 мин с постоянным контролем щелочности пульпы. Содержание твердой фазы в пульпе составляло 23-33 %.
Установлено, что увеличение расхода метабисульфита натрия (соотношение Na2S2C 5/CN") от 3 до 9 г/г CN" приводит к увеличению скорости обезвреживания. Остаточная концентрация CN" при увеличении расхода метабисульфита через 60 минут снижалась с 23.5 до 6.9 мг/л (таблица 31). При этом величина рН не снижалась ниже 10.0 (при исходном рН=10.7), что препятствовало нежелательному гидролизу цианида, и позволяло снизить потери CN".
Было установлено, что добавка Си в качестве катализатора повышает скорость окисления CN" и позволяет снизить расход метабисульфита с 9 до 5 г/г CN" (таблица 32). Так, при 30-ти минутной обработке цианистых стоков содержание CN" снижается с 13.8 мг/л до 5.8 мг/л при расходе с 0.2 и 0.7 Си г/г CN" соответственно. Щелочность пульпы после предварительной обработки находится на уровне значений 9.8 - 10.0.
