Ўзбекистон республикаси олий ва ўрта махсус таълим вазирлиги ислом Каримов номидаги

Хемостат культура схемаси

Х – биомасса концентрацияси, S – субстрат концентрацияси, F – эритмани узатиш тезлиги
7 - расм.

Хемостат ўзини ўзи назорат қилувчи идеал аралаштиришли система бўлиб, юқори технологик хоссага эга, унинг принципи асосида биотехнологик жараёнлар аппаратураси шакллантирилади.

Хемостатда ўрнатилган тартибда бактериялар ўсиш тезлиги суюлтириш тезлигидан кам бўлмаслиги керак ва у қуйидагича аниқланади
D = F/ V, (9)
бу ерда: D- суюлтириш тезлиги, ч ^-1;
F- муҳит ёки пульпанинг оқими катталиги, л/соат;
V- аралаштирувчи аппарат ҳажми, л.
Шундай қилиб, оллий темир оксиди оксидланганда хужайралар концентрацияси D 0 дан 0,04 ч ^-1 гача кўпайганда 10³-10⁴ дан 10⁸ кл/мл гача кўпаяди ва D 0,08 ч ^-1 га тенг бўлгангача доимий бўлиб қолади. Суюқлантириш тезлиги кейинчалик кўпайтирилганда (0,08- 0,09 ч ^-1 дан юқори) хужайралар концентрацияси уларнинг ювилиши ҳисобига камаяди. Бунда темир оксидланиш тезлиги 0,6 г/лч бўлишига эришилади. Биомасса ўсишининг максимал солиштирма тезлиги _m бундай шароитда 0,15ч^-1 гача етади. Темирни оксидлашнинг анча юқори 0,6 г/лч дан анча ошувчи тезликларига эришиш бир босқичли хемостат культивация шароитида деярли иложи йўқ.
Олтинмаргимушли концентратларни бактериал танлаб эритиш D_крит 0,053-0,063 ни ташкил қилди. Бу миқдорлар ошганда хужайралар ювилади, суюқ фазада уларнинг миқдори туширилади, рН кўрсаткичи ошади, муҳит ОТП пасаяди, темир занги йиғиладива танлаб эритиш кекларида маргимуш таркиби ошиб кетади.
Бактериал оксидлаш ва танлаб эритиш кинетикасини ўрганиш бўйича кўп тадқиқотлар ферментлар билан катализланувчи оксидлаш жараёнлари тезлиги маълум чегарада биомасса концентрациясига тўғри пропорционаллиги тўғрисида хулоса қилишга имкон берди. Оддий темир оксидини оксидлаш учун бу чегара биомассанинг хом оғирлиги бўйича 0,05-2,5 г/л ни ташкил қилади. Шунинг учун, бактериал оксидлаш ва танлаб эритиш жараёнларини интенсификация йўлларидан бири концентрланган биомассани қўллашдир. Бу биринчидан жараённи кескин тезлиштириб, унинг умумий давомийлигини камайтиради, танлаб эритишда эритмага ўтган ионларнинг ингибирлаш харакати самарасини пасайтиради, бу айниқса таркиби бўйича мураккаб маҳсулотларни танлаб эритишда муҳим. Бактериал оксидлаш ва танлаб эритиш жараёнларини интенсивлаш йўлларидан бири бу концентрланган биомассани қўллашдир. Бу, биринчидан, жараённи тезлаштириб, унинг умумий давомийлигини камайтиради, танлаб эритишда эритмага ўтган ионларнинг ингибитор таъсири самарасини пасайтиради, бу таркиби бўйича мураккаб маҳсулотлар танлаб эритишда айниқса муҳим. Центрифугалаш, сепарациялаш, электрокимёвий ва хемостат культивация, иммобилизация ва айланма эритмаларни қўллаш усуллари культура зич популяциясини олиш учун қўлланилади.
Маълумки, бактериал танлаб эритилувчи фаол ва мослашган биомасса, барча қўлланилувчи усулларда ёки ер остида ва уюмда танлаб эритиш маҳсулот эритмалари билан, ёки чанла усулда пульпа билан қайтмайдиган бўлиб йўқолади.
Қайтарилувчи биомассани қўллаш пульпада фаол хужайралар концентрациясини, бактериал эритмалар оксидлаш фаоллиги ва қурилмалар ишлаб чиқариш қувватини анча оширишга имкон беради.
Электрокимёвий культивация усули барча маълум усуллардан энг кўп ишлаб чиқарилаш кучига эгадир, аммо электрокимёвий культиваторда адаптацияланган культурани ўстиришда 72-96 соат давомида культуранинг мослашувчанлик хоссалари ўзгармайди. Шунинг учун бундай культура жараённинг бошланғич босқичида адаптацияланганининг ўрнига чанда бактериал танлаб эритиш технологиясида оптимал режимга кириш вақтини сезиларли даражада қисқартириб қўлланилиши мумкин. Кейинчалик биомассани концентрлашни айланма эритмаларни ёки бу эритмалардан сепарация ёки центрафугалаш билан ажратиб олинган биомассани қўллаб амалга ошириш яхшироқ. Олтинмаргимушли концентратларни танлаб эритишда арсенопирит танлаб эритиш тезлиги тўғридан-тўғри биомасса концентрациясига боғлиқ. Агар биомасса зичлиги қуруқ вазнда 0,025 г/л бўлса 0,5г/л маргимуш 30 соатда танлаб эритилса, 2,5г/л зичликда эритмага маргимуш 9 марта кўп ўтади. Биомасса концентрацияси, оддий темир оксиди концентрацияси ва бошланғич пульпада қаттиқлик миқдорининг оптимал нисбати олтин маргимушли концентратлар танлаб эритишда 1:4:100. Бундай нисбатда 65 соат танлаб эритишда сульфидли маргимуш таркиби 3,5 марта камаяди, бунга концентраланмаган культура иштирокида 120 соатда эришилади, яъни деярли 2 марта секинроқ.
Технологик танлаб эритиш жараёнларда биомассани аниқлаш учун центрифугалашга асосланган экспресс усул қўланилади, унга кўра хужайралар миқдори қуйидаги формула билан қайта ҳисобланади:
x= m  3,8  10⁹ (10)
бу ерда х – хужайралар миқдори, мл;
m – бактериялар массаси, хом вазни бўйича г/л.
Хужайралар концентрлашда қўлланиладиган усуллар уларнинг концентрациясини 3-5 г/л гача ва ундан кўп ёки 10¹⁰- 10¹¹кл/мл га оширишга имкон беради.
Темир зангини бактериал оксидлашда иммобилизацияланган биомассани қаттиқ ташувчида қўллаш оксидлаш вақтини 2-3 баравар камайишига олиб келади.
Технологик параметрлар. Чанли усулда бактериал танлаб эритиш самарадорлигини аниқловчи параметрлар орасида ушбу жараён учун хос параметрлар танлаб эритилувчи пульпа зичлиги, маҳсулот йириклиги ва танлаб эритишга тайёрлаш усули, аралаштириш ва аэрация услуби, танлаб эритиш схемаси, айланма эритмаларни қайта ишлаш усули, танлаб эритиш маҳсулотларига бўлган талаблар ва ҳоказолар алоҳида аҳамият касб этади. Бу параметрлар биричи навбатда технологик схемани, жараён тартибини ва унинг аппаратурасини шакллантиради.
Концентрат ва маҳсулотларни танлаб эритишда нафақат мураккаб модда таркибига эга, балки турли характер ва танлаб эритилувчи минералларнинг йириклиги, маҳсулотларни гранулометрик таркиби асосий параметрлардан бири бўлиб, танлаб эритиш жараёнини кинетикасини ва тўлиқлигини аниқлайди.
Одатда чанда танлаб эритишда турли йирикликка эга гравитацион ва флотацион бойитиш маҳсулотлари қайта ишланади. Йириклиги 1-2 мм бўлган гравитацион олтинтаркибли концентратлар бактериал танлаб эритишдан олдин -0,074 мм синфи 80-90% йирикликкача, яъни флотацион концентратлар йириклигигача янчилади. Бунда ҳар бир конкрет маҳсулот учун минераллар очилиш тўлиқлигини ва бактериал танлаб эритувчи эритмалар ўтиб бориши мумкинлигини аниқлаш керак.
Бошланғич маҳсулот йириклиги камайиши билан танлаб эритиш тезлиги ва микроорганизмлар фаоллиги кўпаяди.
Бактериялар фаоллигини ошириши билан танлаб эритилувчи маҳсулот йириклигини камайиши янчишда албатта микроорганизмлар учун энергетик манба ҳисобланувчи сульфидли минерал – минерал субстратининг юзаси сезиларли ортиши билан боғлиқ.
Турли минерал таркибли олтинмаргимушли концентратлар учун танлаб эритишдан олдин йириклик -0,074 мм синфи 90-95% дан кам бўлмаслиги (80-85%га яқин - 0,044 мм синф), баъзи ҳолатларда, масалан, арсенопирит жуда майда зарра шаклида бўлганда, унинг йириклиги 90-98% - 0,044 мм гача олиб борилиши керак.
Олтин ажратиб олишнинг энг юқори кўрсаткичларига танлаб эритилувчи концентратнинг 88% йириклиги - 0,044 мм ташкил қилганда эришилган. Майск кони концентратлари учун йириклик ўртача 90-95% - 0,075 мм (86%-0,044 мм) ташкил қилган. Концентратларнинг бундай йириклигида арсенопиритни танлаб эритиш тезлиги сезиларли ошади, маргимушни эритмага ажратиб олиш кўпаяди ва олтинни цианлаб ажратиш ортади.
Танлаб эритилувчи концентратлар гранулометрик таркибининг ўзгариши характерлидир. Бунда агар бошланғич концентрат таркибида йириклиги -0,044 мм материал 57% бўлса, танлаб эритишнинг биринчи босқичидан кейин бундай йирикликдаги материал чиқиши 84% га етади, йириклиги 20 мкм дан кам бўлган материал миқдори эса икки бараварга кўпаяди.
Танлаб эритиш маҳсулотларини гранулометрик таркибининг ўзгартириш вақти келиб майда заррали олтинни оптимал очиш учун зарур бўлган вақтни аниқлаш, ҳамда танлаб эритишнинг тўлиқ технологик схемасини аниқлашга ёрдам бериши мумкин. Одатдагича, сульфидларнинг асосий қисми биринчи 24-48 соатда оксидланади, бунда уларнинг оксидланиш даражаси 60-70% ташкил қилади. Шунинг учун танлаб эритилувчи пульпадан парчаланиб кетган йириклиги 0,044 мм бўлган, цианлашга юборилаган сульфидли минералларни ажратиб олиш мақсадга мувофиқдир. Бундай йирикликдаги материал чиқиши бошланғичга нисбатан одатда 40-60% ташкил қилади, ундан олтини ажратиб олиш эса 90 ва ундан ортиқ фоизни ташкил қилади. Майск кони концентратларини бактериал танлаб эритишда сульфидларнинг оксидланиш даражаси 67% бўлганда олтин ажратиб олиш 96% га етади.
Кок-Патасск кон концентратларини бактериал танлаб эритганда -0,044 мм йирикликдаги материалдан танлаб эритишнинг биринчи босқичидан сўнг олтин 90-92%га цианидланади, қумли қисмида эса уни ажратиб олиш 81% дан ошмайди. Пульпадан танлаб эритилган материални чиқариб юбориш танлаб эритиш умумий давомийлигини 2 баравар, яъни 42 соатга камайтиришга имкон берди.
Танлаб эритилувчи пульпа зичлиги чанда танлаб эритиш технологиясида алоҳида аҳамиятга эга, чунки у жараённинг қаттиқлик бўйича ишлаб чиқариш қувватини ва охир оқибатда жараённинг асосий техник-иктисодий кўрсаткичларини аниқлайди.
Статик шароитларда металларни ажратиб олиш бўйича юқори кўрсаткичларга фақат жуда суюқлантирилган пульпаларда эришилади (Қ:С = 1:50). Масалан, Кок-Патасск кони олтинмаргимушли концентратини танлаб эритганда таркибида 10% маргимуш учун Қ:С нинг оптимал нисбати даврий режимда 1:30 дан 1:50 гачани ташкил қилиб, бунда маргимуш ажратиб олиш эритмала 100 соатда 88% гача етди. Пульпанинг зичлигини Қ:С = 1:10 оширганда маргимуш ажратиб олиш 30% ташкил қилиб, хужайралар миқдори миллилитрда 10⁶ дан 10² гача пасайиб кетди. Уларнинг фаоллиги ҳам сезиларли пасаяди. Хужайраларнинг бактериал фаоллигининг сўниб боришининг сабабларидан бири танлаб эритилувчи эритмаларда биринчи навбатда маргимуш ва арсенопирит оксидланиши маҳсулотларнинг йиғилиб қолишидир. Агар Қ:С = 1:50 бўлганда унинг эритмадаги миқдори 1,15 г/л ташкил қилса, Қ:С = 1:10 бўлганда унинг концентрацияси 2,5 г/л гача ошади.
Зич пульпада микроорганизмлар хаёт фаолияти учун оптимал шароитлар яратишда эритмани доимий алмаштириб туриш керак, яъни танлаб эритиш режими тўхтовсиз оқим технологиясида амалга оширилади. Чанда танлаб эритиш қурилмаларининг амалий саноат эксплуатацияси бактерияларнинг юқори фаоллиги ва танлаб эритишнинг юқори тезлиги Қ:С= 1:41:5 оптимал нисбатида кузатилишини кўрсатди. Пульпанинг бундай зичлигида суюқ фазада маргимуш концентрацияси 3 дан 8 г/л гача бўлиб, унинг бошланғич маҳсулот ва айланма эритмалардаги таркибига боғлиқ. Биомассанинг юқори зичлигида(210¹⁰ кл/мл) маргимуш концентрацияси 8г/л дан ошса бактериялар фаоллиги 2-2, 5 г/лч дан 0,6 г/лч гача пасаяди. Бунда одатда суюқ фазада Fe (III) таркибининг 40г/л гача кўпайиши кузатилиб, у ҳам бактериялар фаоллигини сўндиради.
Бундан жуда муҳим технологик хулоса келиб чиқади: юқори маргимуш (8-10% дан кўп) таркибли олтинмаргимушли концентратлар танлаб эритилганда биомассанинг юқори фаоллигини ушлаб туриш учун суюқ фазадан хужайралар хаёт фаолияти ингибиторлари маргимуш ва темир (III) эриган шаклини ажратиб олиш керак. 2-3% маргимуш таркибли концентратлар учун танлаб эритилувчи пульпа зичлиги Қ:С=1:3 гача оширилиши мумкин.
Зич пульпаларда танлаб эритишда пульпани кислород ва ис гази билан тўйинтириш учун ижобий шароит яратиб берувчи аралаштириш ва аэрация режими катта аҳамият касб этади. Аралаштириш ва аэрация режими эса ўз навбатида танлаб эритишда қўлланилувчи аппарат турига боғлиқ. Оптимал аралаштириш ва аэрация қилиш заруриятидан ташқари танлаб эритувчи аппаратлар берилган танлаб эритиш вақти билан танлаб эритиш циклини ўтказиш хусусиятини, кислород ва ис газига бўлган талабни, температура режимини яратишни таъминлаши керак
Бактериал танлаб эритиш жараёнининг биринчи йириклаштирилган изланишлари “пачук” типидаги пневматик аппаратларда амалга оширилган эди. Бундай изланишларда зич пульпани аралаштиришнинг етарли самара бермаслиги ва кислороднинг қолдиқ концентрацияси 1 мг/л дан ошмаганда аэрация даржасининг етарли эмаслиги кўрсатиб берилган эди. Шунинг учун ҳозирги вақтда танлаб эритувчи аппаратларнинг асосий турлари сифатида барча саноат қурилмаларида механик аралашмали ва мажбурий ҳаво узатмали реакторлар (чанлар) қабул қилинган. Бундай чанлар учун энг яхши конструкцион материаллар зангламайдиган пўлат ёки резина футеровкали углеродли пўлат бўлиб, улар хужайраларнинг фаоллигига таъсир қилмайди. Чанларнинг хажми талаб қилинувчи ишлаб чиқариш қуввати ва танлаб эритиш вақти билан аниқланади.
Файрвью (ЖАР) даги биринчи саноат қурилмасида ишлаб чиқариш қуввати 55 т/сутка бўлганда танлаб эритиш учун зарар вақт (100 соат) умумий ҳажми 764 м³ бўлган 10 та реакторда таъминлаб берилади. Сан-Бенто (Бразилия) фабрикасида бактериал танлаб эритиш учун 580м³ ҳажмли битта реактор ўрнатилган, Ашанти (Гана) фабрикасида ҳар бири 896 м³ ҳажмга эга реакторлар ўрнатилган. Аэрация ва иссиқлик алмашинуви тизимлари билан таъминланган реакторларнинг умумий сони кўпчилик фабрикаларда 5-6 дан кам эмас. Чанларда пульпани совутиш одатда зангламайдиган пўлат змеевиклар билан амалга оширилади.
Чанларда пульпани аралаштириш 6-парракли турбиналар билан амалга оширилади, аммо охирги вақтда улар ўқли оқимли импеллерларга алмаштирилмоқда. Радиал оқимли турбиналар пульпани самарали аэрациялайди, аммо паст аралаштириш хусусиятига эга ва кўп миқдорда энергия истеъмол қилади, ўқли оқимли импеллерлар эса яхши аралаштириш билан бирга камроқ энергия истеъмол қилади, бундан ташқари айланишнинг юқори тезликларида улар биомассага ёмон таъсир қилмайди. Ўқли оқимли импеллер қурилмасининг ишлаб чиқариш қуввати турбинаникига қараганда деярли 2 марта юқори.
Қуюнга қарши тўсиқлари билан таъминланган импеллерли реакторларда эриган кислород концентрацияси 2,5 мг/л бўлганда кислородни утилизацияси ўртача 15% (максимум 25%) ташкил қилади. Кислород алмашиш самарадорлиги 0,55/КВтч.
“Конгресс” (Канада) фабрикасида ишлаб чиқариш қуввати 113 т/суткасига ва чанлар сони 10 (225 м³ ҳар бири) та бўлганда ҳавони аралаштириш ва узатиш учун электр энергиясининг солиштирма сарфи 1 тонна концентратга 104 квт^.ч ни ташкил қилди. Бактериал танлаб эритиш жараёни учун энергия сарфини камайтириш ҳаво сарфини, аэрация ва аралаштириш даражасини камайтириш, танлаб эритилувчи пульпанинг зичлигини ошириш ҳисобига амалга ошиши мумин.
Ўжар олтинмаргимушли концентратларни қайта ишлаш учун янги биореакторлар конструкцияси ишлаб чиқарилмоқда.
“Иргиредмет” институти ва Балейск тажриба фабрикасида бактериал танлаб эртиш жараёни учун куракчалар эгилиш бурчаги 20⁰ жалюзи туридаги учида учликка эга пульсация колонналарини қўллаш устида изланишлар олиб борилди. Колоннада 1 м³ ишчи хажмда ҳаво сарфи 1 м³/мин бўлганда энергия сарфининг 1,5-2 баравар камайиши рўй беради. Бутун бактериал танлаб эритиш циклини 6 пачукнинг ўрнига пачукникига нисбатан 2-3 баравар кўп солиштирма ишлаб чиқариш қувватига эга битта колоннада амалга оширса бўлади.
Бактериал танлаб эритиш жараёнини айланувчи қувурларда ўтказиш танлаб эритиш самарадорлигини сезиларли даражада оширишга, пульпанинг зичлиги ва бактериал танлаб эритиш тезлигини оширишга имкон беради.