Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
Итак рассмотрены общие основы влияния деятельности микроорганизмов на химический состав подземных вод. Теперь рассмотрим конкретные процессы, вызываемые деятельностью микроорганизмов и, которые являются важными для формирования химического состава подземных вод. Главными среди них являются процессы окисления сульфидных руд, а также сульфатредукции, нитрификации, нитратредукции и денитри-фикации.
6.4.2. Влияние деятельности микроорганизмов на окисление сульфидных минералов
Известно, что в зонах окисления сульфидных месторождений происходят реакции окисления сульфидных минералов. Например, реакция окисления пирита FeS2+ Н20+3,502 = FeSO4+ +H2SO4 и далее 4FeS04+2H2S04+02=2Fe2 (SO4)3+2Н20.
В результате таких окислительных реакций в подземных водах увеличиваются концентрации окисленных форм элементов (Fe3+, SO42-, H+ и др.)» соответственно растет окислительно-восстановительный потенциал (до +860 мВ) и снижается pH (до значений менее 2).
Окисление сульфидных минералов может происходить как обычным химическим путем с помощью кислорода, содержащегося в подземных водах, так и вследствие микробиологических процессов. Очень важно, что в случае микробиологического окисления сульфидов (сравнительно с его химическим окислением) скорость процесса окисления увеличивается в несколько десятков раз, а концентрации окисленных форм элементов — в несколько раз. Типичным и важнейшим микроорганизмом, который осуществляет окисление сульфидных минералов является Thiobacillus ferrooxidans. Этот микроорганизм относится к хемиавтотрофам, т. е. организмам способным строить свое тело из CO2, используя химическую энергию, выделяющуюся при окислении неорганических веществ. В данном случае энергия получается от окисления закисного железа.
Содержание Thiobacillus ferrooxidans в подземных водах зоны окисления сульфидных месторождений достигает 105—10* клеток в 1 мл воды. Eh—pH условия наиболее активной деятельности этого микроорганизма имеют поле, ограниченное
188
значениями pH менее 4 и Eh более 500 мВ, поэтому в пределах рудных месторождений первая стадия окисления часто является химической. Но при достижении указанных значении pH и Eh запускается микробиологический механизм процесса окисления и этот процесс резко активизируется. С этого момента процесс микробиологического окисления сульфидных минералов в пределах рудного месторождения становится основным. Известно, что из каждых 5 т серной кислоты, образующейся в пределах сульфидного месторождения, 4 т образуются микробиологическим путем и только 1 т—в результате химического окисления. Именно на микробиологической стадии окисления сульфидных минералов в подземных водах сульфидных месторождений достигаются минимальные (менее 2) зна чения pH и максимальные (до +860 мВ) значения окисли тельно-восстановительного потенциала. Указанным микроор ганизмом конечно не ограничены те микроорганизмы, которые окисляют сульфидные минералы в пределах рудных и угольных месторождений. Состав этих микроорганизмов достаточно широкий и результаты их деятельности приведены в специальной литературе.
Процесс микробиологического окисления сульфидных минералов на рудных месторождениях происходит не только в естественных условиях. В настоящее время на этих месторождениях он искусственно вызывается с помощью различных инженерных мероприятий для извлечения железа, меди, цинка, свинца и других элементов из бедных сульфидных руд, эксплуатация которых обычными традиционными методами нерентабельна.
6.4.3. Влияние деятельности микроорганизмов на процессы сульфатредукции
Такие процессы протекают с помощью сульфатредуцирующих бактерий, отбирающих кислород у сульфатов и использующих при этом в качестве энергетического материала газообразный водород или органическое вещество. В зависимости от используемого энергетического материала выделяют автотрофмую [S042-+4H2=S2-+4H20] и гетеротрофную [S04s~+2C„pi * = S2~+2C02] сульфатредукции. При гетеротрофной сульфат-редукции могут быть использованы разнообразные органические вещества: глюкоза, ацетат, лактат, формиат, этанол. Эти вещества в настоящее время широко распространяются н загрязненных подземных водах и поэтому такие воды предоставляют широкие возможности для протекания процессов сульфатредукции. Возможность использования сульфатредуцпрую-щей микрофлорой широко распространенных в подземных йодах фульво- и гуминовых кислот ограничена. Они достаточно
189
•сложны для сульфатредуцирующих микроорганизмов. Для использования этих веществ в процессах сульфатредукции необходимы предварительная их деструкция и перевод их в формы, более доступные для сульфатредуцирующих микроорганизмов. Эта работа выполняется другими видами микроорганизмов. При гетеротрофной сульфатредукции бактерии используют органическое вещество не только подземных вод, но и водовмещающих осадочных пород. Поэтому подземные воды с максимальными концентрациями сероводорода всегда формируются в осадочных (особенно карбонатных и гипсовых) породах. Содержание H2S в подземных водах, формирующихся в таких породах, достигают 3,5 г/л.
