Islom karimov nomidagi toshkent davlat texnika univyersiteti

5-Ma’ruza

Mavzu: Tion mikroorganizmlarning faolligi va rivojlanishiga tasir etuvchi omillar
Reja

1. 
   Tion mikroorganizmlarning faolligi.
   
2. 
   Tion mikroorganizmlarning faolligi va rivojlanishi
   
3. 
   Tion mikroorganizmlarning faolligi va rivojlanishiga tasir etuvchi omillar
   

Ko’plab ilmiy izlanishlar natijalari shuni kursatdiki bakterial oksidlanish va ishqorlanish jarayonlarini intensivlash uchun, bakteriyalarning yaxshi rivojlanishi uchun bulgan qulay yashash muhitlari yaratilganda. Bunday muhitlarni yaratish uchun o’lchov parametrlarining uchta katta guruhi inobatga olinishi shart. (jadval 4.).

4-jadval

Sulfid minerallari va konsentratlarning bakterial oksidlanishi va ishqorlanishining asosiy ulchamlari

Fizik-kimyoviy parametrlar	Biologik parametrlar	Texnologik parametrlar
Muhitning kislotaligi Muhitning oksidlanish-tiklanish potensiali Minerallarning elektrod potensiali Mahsulotning mineral tarkibi Sulfid minerallarining mutanosibligi Sulfid minerallarining biri-biriga jipslik hususiyatlari Muhit temperaturasi Muhitning gaz tarkibi	Muhitning mineral tarkibi Kulturaning adaptatsion hususiyatlari Biomassa konsentratsiyasi Biomassы faolligi Aralash kulturalar qo’llanilishi	Ishlanadigan moddaning yirikligi Pulpa zichligi Qorishtirish va aeratsiya usullari Uskuna tipi Ishqorlash loyixasi Aylanma Eritmalarning qo’llanilishi Ishqorlanish mahsulotlariga bo’lgan talablar

Bakteriyalarning davriy sharoitlardagi rivojlanishidagi usish fazalari ( rasm 4.).

Rasm 4. Acidithiobacillus ferrooxidans ning davriy kulturasidagi usish fazalari

I - lag-faza, IV- sekinlashish fazasi,

II- usish tezlanishi fazasi, V- statsionar faza,

III- eksponensial usish fazasi, VI- emirilish fazasi.

Lag-faza–bakteriyalar rivojlanishining boshlang‘ich fazasida ularning atrof muhitga nisbatdan moslashish (adaptatsiya) hususiyatlarini belgilaydi. Eksponen-sial faza-o’sishning sekinligi, tezligi va maksimal tezligini belgilaydi, ya’ni jarayonning maksimal faolligini. Statsionar fazada xujayralar usish tezligi sustlashadi va oxiri to’xtaydi va emirilish (o’lish) fazasi boshlanadi. Ushbu fazalarni faqatgina kulturaning davriy sharoitda rivojlantirishda kuzatish mumkin, Uzluksiz etishtirish sharoitida biomassani qaytarib, uning faolligi va rivojlanishining yuqori darajasini ta’minlashdan iborat. Bunday holatni Uzluksiz xemostat sharoitida bakteriyalarni rivojlantirish bilan ta’minlash mumkin va bunda kulturaning xajmi pulpa tarkibida bir xil bo’lib, rivojlanish fazasi asosan eksponensial bo’lib qoladi.

Xemostat etishtirish jarayonini qullash pulpadagi xujayralar miqdorini keskin ko’paytirib, ularning faolligini yuqori darajada Uzoq vaqt saqlash imkonini yaratadi. Mikroorganizmlarning biologik faol holatini yuqori darajada saqlash imkonini, muhim ulchovlardan biri-vodorod ionlarining miqdori belgilaydi. Sababi, xujayralarning plazmatik membranalarining H⁺ va OH^- ionlari uchun qiyin utkazuvchanligidir, bunga asosan, muhitdagi va xujayra ichidagi pH muvozanatga kelmaydi. Bu o’z navbatida vodorod ionlari miqdorining transmembran gradientiga olib keladi va membrananing elektrik potensiali bilan membrananing reaksiyalarini boshqaruvchi “proton siljituvchi kuchni” belgilaydi.

Muhitdagi pH ning boshlang‘ich kursatkichi, birinchidan, lag-fazaning Uzayish davriga katta ta’sir ko’rsatadi va bu bilan xujayralarning usish tezligini belgilaydi. Ikkinchidan, xar xil moddalarning ajralishiga ta’sir kursatishi bilan, pH ularning ingibirlash (bostirish) xususiyatlariga xam ta’sir qiladi. Oksidlanish jarayonida ishtirok etuvchi fermentlarning miqdori va faolligiga pH kursatkichi xam ta’sir utkazadi, ular tomonidan metallarning ishqorlanib xelatlashuviga (metallorganik birikma), metabolizm maxsulotlari tarkibiga va h. Muhitning kislotaligi mineralning elektrod potensiali va yuzasining holatiga ta’sir etib, bakteriyalarning maxsuli sifatida paydo bulgan yangi kimyoviy moddalarning holatiga (temir, mishyak, oltingugurt va h.), ular eritma yoki chukma holatda bo’lib, o’z navbatida xujayralar faolligiga xar xil ta’sir utkazadi.

Temir va sulfid minerallarining bakterial oksidlanish jarayoni muhitning pH 1,5-3,5 eng faol kechadi. Arsenopirit uchun pH muhitining optimal kursatkichi 1,7-2,1 bulsa, xalkopirit uchun 2,2-2,5 tashkil etadi. Lekin ushbu pH ning optimal kursatkichlari alohida olingan sulfid minerallari uchun belgilangan bo’lib, bunda tarkibida sulfidlar bor mahsulotlarning selektiv ishqorlanish va ularning ishqorlanish kinetikasi hisobga olinmagan. Lekin xujayralar usish faolligini va sulfid minerallarini ishqorlash darajasini belgilaydigan pH kursatkichlarini ajratish zarur. Masalan, xujayralarning usish va yuqori darajada faol holatini saqlash uchun pH ning optimal kursatkichi 2,2-2,5 tashkil qiladi. Xuddi shunday pH chegaralariga (pH 2-2,5) arsenopiritning bakterial oksidlanishi kiradi, ammo mishyakning ishqorlanish miqdori pH 2 da 1,2 barobar yuqori, pH 2,5 esa 1,4 barobarni tashkil etadi. Sulfid minerallarining oksidlanish jarayonida Eritmalarda kuzatiladigan pH miqdori hamisha bir xil bo’lib qolavermaydi, masalan, bakteriyalar lag-faza dan utgandan keyin mineralni faol ravishda oksidlay boshlaydi, va muhitdagi pH xam Uzgara boshlaydi. Arsenopiritning 24 soat ishqorlanishi davrida Eritmaning pH muhiti 0,1-0,15 ga O’zgaradi, 72 soat ishqorlanishdan keyin pH 0,5-0,6 ga o’zgaradi. Bunda arsenopirit bakteriyalar tomonidan faol ravishda oksidlanadi va pulpadagi faol temir gidrolizlanib sulfat kislotasi paydo bo’ladi. Xuddi shu vaqt ichida elementar oltingugurtning bakterial oksidlanib sulfat-ion holatiga kirishi kuzatiladi. Bakteriyalarning maksimal tezlikda ko’payish davri xam oksidlanmagan temirning oksidlanishi vaqtiga va muhit pH ning 2,2-2,5 ga yetganiga to’g‘ri keladi.

Kukpatas oltin-mishyakli konsentratlardagi mishyakning tuliq va tez ishqorlanishini muhitning faol kislotalik holati shuni kursatdiki, mishyakning tuliq 72 dan 97% foizgacha Eritmadan olinishi pH 1,6-2,25 tug‘ri keldi. Mishyakning pH 3,0 da Eritmadan olinishi aksincha 97 dan 72% foizga tushdi, va pH 1,5 da 56% gacha kamaydi.

Idishdagi bakterial ishqorlanishdagi eng muhim masalalardan biri jarayon davom etadigan vaqtda pH ko’rsatgichini boshqarib borishda, uning boshqarilishi sulfidlarning miqdoriga bog‘liq bo’lib 2,0-2,5 dan 1,5 va 1,1 gacha kamayib ketishi kuzatildi.

Nejdanin (oltin ajratuvchi fabrikaning) konining oltin-mishyakli konsentrat-larining pH kurastkichi boshqarilmaganda, bakterial ishqorlanishda pH ko’rsatki-chi 2,2 dan 1,2 gacha kamaydi, lekin pulpadagi biomassaning faolligi baland bo’lib, mishyakning ham ishqorlangan miqdori jarayon oxirida 8,1 g/l kamayib, bakteriyalarning faollik sur’ati 2,5 barobarga usdi, kislorod iste’mol qilinish tezligi 1,5-2 barobar usdi.

Mayskiy konidagi konsentratning ishqorlanishida pH kursatkichi jarayon boshida 1,6 dan boshlanib, jarayon oxirida 1,3 ni tashkil qildi. Xuddi shunday pH kursatkichidagi O’zgarishlar Olimpiadin, Baqirchiq va b. konlarning konsentratlari o’rganilganda kuzatildi. Konsentratlar tarkibida pirrotin minerali kup bulsa, pH kursatkichining sezilarli pasayishiga olib keldi, va bunda oltingugurtning ko’p miqdorining oksidlanishi natijasida sulfat-ion xolatiga aylanadi.

Olingan ma’lumotlar muhim xulosaga olib keldi va pH kursatkichini haqiqatdan xam optimal miqdorda jarayon boshlanishida saqlab turilishi xujayralar ko’payishini ta’minlaydi va faol biomassaning usishiga sabab bo’ladi.

Ishqorlanishning keyingi xodisalarida bakteriyalarning muhitning yuqori kislotali holatiga chidamli shtammlari tanlanib bulgach va sulfidlarning miqdori kamayganda, mikroorganizm-larning energiya manbasi kamayish xodisalari ruy berganda, pH kursatkichi tabiiy holatida saqlanib turishi maqsadga muvofiq.

Temir va sulfid minerallarining bakterial oksidlanishining barcha kuzatilgan xolatlarida pH kursatkichining optimal darajada saqlanishi kuzatilgan, bu degani kislotali muhit ta’sirining qiyshiq chizig‘i qung‘iroqsimon holatga ega bo’lib, fermentativ jarayonlarga xos xodisa deyiladi. Buni shunday tushunish kerak, birinchidan, pH kursatkichi fermentativ reaksiyalarining tezligining haqiqiy almashinadigan xodisasi, ikkinchidan, fermentning substratga nisbatdan uxshashligi, va uchinchisi, fermentning stabil xolatda qolishi va uning pH ko’rsatkichi o’zgarganda infaolatsiya bulmasdan, uz holida saqlanib qolishi.

Temir (II) va sulfid minerallarining oksidlanish darajasi va mikroorganizm-larning faolligi va usishining tezligi bilan bog‘liqligini aniqlash muhim amaliy xulosalarga olib keldi. Jarayonning boshlanishida, biomassaning usishi tezlashib va maksimal xolatga etganda, pH kursatgichini (2,0-2,5) optimal nuqtada saqlash ko’rsatilgan. Keyinchalik jarayon davomida pH kursatkichi tabiiy ravishda uzgaraveradi va bunday sharoitda, mikroorganizmlar yuqori kislotali muhitga chidamlilik (adaptatsiya) hosil qilishadi, sulfid minerallarining muhitda kup miqdorda yig‘ilgan asosiy oksidlovchisi-oksidlangan temir sulfati bilan korrozion muomala uchun optimal sharoitlar tug‘iladi.

Bakterial oksidlanish va ishqorlanish jarayonining yana bir muhim ulchov kursatkichi–muhitda oksidlanish-tiklanish potensialining (OTP) optimal holda saqlanishi. Bu kursatkich pulpadagi oksidlanish-tiklanish reaksiyalarining kechishini kursatadi. Sulfid minerallarining ishqorlanishining maksimal tezligi OTP ning 0,5-0,7 Voltga etganda aniqlangan. OTP kursatkichining 0,4 V kursatkichida, sulfid minerallari tarkibidan asosan temir ishqorlanib chiqadi, OTP 0,7 V da esa – oltingugurt.

Zichligi yuqori pulpalarda bakterial ishqorlanish davrida, bakterial Eritmalarning ion tarkibi murakkablashadi, unda ionlarning ham oksidlangan ham tiklangan shakllari uchraydi. Bunday eritmalardagi OTP kursatkichi urtacha bo’lib, asosan eritmaning oksidlovchi hususiyatini belgilaydi. Bunday eritmalarda asosiy ionlar sifatida temirning oksidlangan (Fe³⁺) va tiklangan (Fe²⁺) shakllari bo’lib, OTP ko’rsatkichi ularning bir biriga bog‘liq bulgan miqdori bilan belgilanadi. Sulfid minerallarining bakterial ishqorlanishida Fe³⁺ miqdori 20-30, ayrim hollarda 40 g/l tashkil etadi, biomassaning faolligi yuqori bulganda, Eritmada Fe²⁺ umuman uchramaydi, va bunday eritmalardagi OTP kursatkichi 0,6-0,8 V ga teng bo’ladi. OTP kursatkichi pH kursatkichi va temperatura kursatkichi bilan birgalikda, ishqorlanish jarayonini nazorat qilish uchun qo’llaniladi.

Muhim ahamiyatga ega muhitning bakterial oksidlanishdagi OTP ko’rsatkichi va sulfid minerallarining elektrokimyoviy potensiali bilan bog‘likligi. Bu ko’rsatkichlar orasidagi farq 0,1-0,2 V dan kam bulmasligi kerak. Bundan past farq mineral oksidlanish darajasining pastligini, ularning bir biri bilan barobarligi – oksidlanish jarayoning yo’qligini kursatadi.

Sulfid minerallar aralashmasining elektrokimyoviy oksidlash mexanizmini mikrogalvanik yoki lokal elementlarning nazariyasi bilan tushunish mumkin. Bunda kam potensialli elektrodning erishi sekinlik bilan tezlashadi, yuqori potensiallining erishi sekinlashadi. Bunday holat bakterial ishqorlanishdagi selektiv ajratishni tushunishda muhim ahamiyatga ega (Rasm 1.3.2.).

Masalan, markazit sfalerit bilan birgalikda 4-6 barobar sekinroq oksidlanadi, sfaleritning monomineral suspenziyalarda 10-12 barobar tezlik bilan oksidlanishi kuzatilgan. Sulfid minerallarining bakterial oksidlanishiga kristallar tuzilishi ham ta’sir etadi, ularning o’tkazuvchanligi, elektrokimyoviy hususiyatlari, mineralda joylashishi, izomorf qushimchalari, usimtalar turi va h.

Sulfid minerallarining kimyoviy va bakterial oksidlanish potensiallarining O’zgarishi o’rganilganda, minerallarning potensial miqdoriga qarab, selektiv qatorlari tuzildi: