View
219
Download
3
Category
Preview:
Citation preview
TEHNIČKO REŠENJE
Novi tehnološki postupak za dobijanje fosfatnog đubriva iz apatita dejstvom Acidithiobacillus sp. u prisustvu
pirita
2
Vrsta tehničkog rešenja M 83 Novi tehnološki postupak Autori tehničkog rešenja dr Jelena Avdalović, dr Vladimir Beškoski, dr
Gordana Gojgić‐Cvijović, dr Mila Ilić, dr Dragica Jakovljević, dr Nikoleta Lugonja, Marijana Marković, dr Srđan Miletić, dr Jelena Milić,
Branislav Potkonjak, dr Snežana Spasić, Jovana Stefanović Kojić, dr Mirjana Stojanović, Snežana Zildžović i dr Miroslav M. Vrvić.
Naziv tehničkog rešenja
Novi tehnološki postupak za dobijanje fosfatnog đubriva iz apatita dejstvom Acidithiobacillus sp. u prisustvu pirita
Za koga je tehničko rešenje urađeno
U okviru projekta III 43004 za ponudu slobodnom tržištu u Srbiji
i inostranstvu
Korisnik tehničkog rešenja IHTM
BREM group doo Godina izrade tehničkog rešenja 2015.
Verifikacija rezultata Recezenti: Prof. dr Miodrag Lazić, Tehnološki fakultet u
Leskovcu, Univerzitet u Nišu Prof. dr Milan Dabović, naučni savetnik
Ko je prihvatio tehničko rešenje? Naučno veće IHTM
3
Sadržaj
1. Oblast na koju se tehničko rešenje odnosi .................................................................................. 4
2. Problem koji se tehničkim rešenjem rešava ................................................................................ 4
3. Stanje u svetu ............................................................................................................................... 5
4. Opis tehničkog rešenja ................................................................................................................. 6
4.1. Izolovanje i karakterizacija imikroorganizma Acidithiobacillus sp. B2 .................................. 7
4.1.1. Izolovanje mikroorganizma ............................................................................................. 7
4.1.2. Analiza 16S rRNA genske sekvence ................................................................................. 7
4.1.3. Osnovne karakteristike izolovanog Acidithiobacillus sp. B2 ........................................... 8
4.2. Karakteristike fosfatne ruda ležišta Lisina ............................................................................ 8
4.3. Koncentrat pirita .................................................................................................................. 10
4.4. Ispitivanje rastvaranja fosfora iz mešavine fosfatne rude i pirita dejstvom sumporne kiseline generisane pomoću bakterijske kulture Acidithiobacillus sp. B2 .................................. 10
5. Zaključak ..................................................................................................................................... 14
6. Literatura .................................................................................................................................... 15
4
1. Oblast na koju se tehničko rešenje odnosi Oblast primene tehničkog rešenja je biotehnologija i održivo upravljanje zemljištem.
2. Problem koji se tehničkim rešenjem rešava Fosfor je jedan od esencijalnih hranljivih sastojaka koji ima značajne uloge u
metabolizmu, rastu i razvoju biljaka. Fosfor ima gradivnu ulogu u makromolekulima kao što su
nukleinske kiseline. Takođe učestvuje i u transferu energije u metaboličkim putevima biosinteze
i biodegradacije (Corbridge, 2013). Zbog svega navedenog, zemljište se đubri različitim tipovima
komercijalnih fosfatnih đubriva da bi se poboljšala njegova plodnost.
Za proizvodnju fosfatnih djubriva uglavnom se upotrebljava prirodna fosfatna ruda koja
je složen sirovi materijal (Rodríguez i Fraga, 1999). Skoro 80% fosfatne rude nadjene širom sveta
nije odgovarajućeg kvaliteta i nije pogodna za direktnu primenu kao fosfatno djubrivo na
zemljištu pre svega zbog niskog sadržaja fosfora i slabe rastvorljivosti (Rajan et al, 1996).
Uobičajen postupak obrade fosfatne stene podrazumeva upotrebu sumporne ili fosforne
kiseline. Ovaj proces poskupljuje cenu tako dobijenog fosfatnog djubriva i doprinosi zagadjenju
životne sredine (Vassilev et al., 2006). Shodno tome neophodno je otkriti, potvrditi i primeniti
efikasniji process za rastvaranje fosfata iz matične stene.
Kvalitet mineralnih đubriva je bitan faktor u proizvodnji zdravo‐ bezbedne hrane, kao i u
zaštiti zemljišnog resursa. Novi Pravilnik o uslovima za razvrstavanje i utvrđivanje kvaliteta
sredstava za ishranu bilja (Sl.Glasnik RS, br.64/09) je sveobuhvatan akt čime se propisuju: bliži
uslovi za razvrstavanje sredstava za ishranu bilja (đubriva, oplemenjivači zemljišta i supstrati) u
određenu vrstu i tip, uslovi za utvrđivanje njihovog kvaliteta, minimalni sadržaj aktivne
supstance kao i odstupanja od sadržaja deklarisanih hranjivih supstanci. Akt je usaglašen, sa
važećim dokumentom Evropske Unije (Regulation EC, No. 2003/2003).
5
Organizacija za hranu i poljoprivredu Ujedinjenih nacija (Food and Agriculture
Organization of the United Nations) procenjuje da će u 2015. godini potrošnja fosfatnih đubriva
iznositi 45 015 000 tona. Upotreba fosfatnih ruda kao đubriva, ekološki i ekonomski je
podobnija od primene industrijskih fosfornih đubriva, zbog najboljeg balansa koji se postiže
između primene fosfora potrebnog za maksimum prinosa sa ekonomske tačke gledišta i
smanjenja ispiranja fosfora sa poljoprivrednog zemljišta, što posredno može da dovode do
eutrofikacije (Noll et al., 2009). Fosfatne rude stoga dobijaju prednost u odnosu na lako
rasvorljiva industrijska fosforna đubriva pošto se sporije rastvaraju u zemljištu.
Upotreba sirovih fosfata kao mineralnih đubriva u praksi je poznata već dugo vremena.
Nažalost, njihova primena je ograničena samo na kisele tipove zemljišta. Da bi se proširila
mogućnost njihovog korišćenja na različitim tipovima zemljišta, dizajniran je postupak za
dobijanje fosfatnog đubriva iz apatita dejstvom Acidithiobacillus sp. u prisustvu pirita, koji
doprinosi većoj fosfomobilizaciji u zemljištu u širokom opsegu pH vrednosti.
Tretman zemljišta fosfatnim mineralima u kombinaciji sa široko dostupnim piritom i
acidofilnim bakterijama koje oksiduju gvožđe i sumpor ima potencijal da postane atraktivni i
alternativni način za poboljšanje kvaliteta alkalnih zemljišta posebno zbog niske cene, lake
dostupnosti supstrata i principa i prihvatljivosti koji su u skladu sa zaštitom životne sredine i
upotrebe prirodnih (zelenih) tehnologija.
3. Stanje u svetu Proučavanje rastvaranja fosfata iz matične rude pomoću acidofilnih i acidogenih
autotrofnih i heterotrofnih mikroorganizama ima veliki značaj u oblasti poljoprivrede usled
potencijalne primene ovako dobijenog fosfata kao biodjubriva (Bhatti i Yawar, 2010). Odavno je
poznato da se kao alternative direktnoj upotrebi sumporne ili fosforne kiseline mogu upotrebiti
mikroorganizmi za rastvaranje fosfatnih minerala (Sperber, 1957). Veliki broj acidofilnih i
acidogenih autotrofnih i heterotrofnih mikroorganizama je sposoban da u laboratorijskim
uslovima rastvori nerastvorne fosfate svojim metabolitima ‐ organskim i neorganskim
kiselinama (Alam et al., 2002; Bojinova et al., 2008; Delvasto et al., 2008). Mikroorganizmi koji
mogu imati ovakvu primenu su bakterije, kvasci i gljive (Antoun i Babana, 2006; Hamdali et al.,
6
2008; Xiao et al., 2009). Upotrebom mikroorganizama za industrijsko dobijanje djubriva
smanjuju se troškovi proizvodnje pošto je mikrobiološko luženje fosfatne stene alternativni
atraktivni proces skupom proizvodnom procesu dobijanja fosfata u postojećoj industriji djubriva.
Aktivnost mikroorganizama se može iskoristiti i kada se nerastvorni fosfatni minerali direktno
primenjuju na zemljište (Chen et al., 2006; Zhu et al., 2012).
Hemolitautotrofne gvoždje i sumpor oksidujuće acidofilne bakterije se uobičajeno
upotrebljavaju u procesima bakterijskog luženja i imaju značajnu ulogu u biohidrometalurgiji i
dobijanju metala mikrobiološkim putem. Najznačajnije vrste su Acidithiobacillus ferrooxidans i
Acidithiobacillus thiooxidans. Ove bakterijske vrste oksiduju elementarni sumpor, redukovana
sumporna jedinjenja i sulfidne minerale i pri čemu nastaju sumporna kiselina i sulfati metala a
Acidithiobacillus ferrooxidans oksiduje i jone gvoždja(II) do gvožđa(III) koji je snažan oksidans u
kiseloj sredini. Tokom uobičajenog procesa bakterijske oksidacije pirita nastala sumporna
kiselina se tako može upotrebiti za rastvaranje fosfata iz fosfatne stene. Niska cena upotrebe
ovih mikroorganizama, lakoća rada sa njima kao i kontrole njihovog uticaja na životnu sredinu
otvara mogućnost i povećava interesovanje za njihovu primenu u procesima rastvaranja fosfata.
(Ehrlich, 2001). Nekoliko studija je realizovano uz upotrebu Acidithiobacillus ferrooxidans i
Acidithiobacillus thiooxidans za rastvaranje fosfata (Chi et al., 2006; Stamford et al., 2007;
Bhatti i Yawar, 2010; Xiao et al., 2013). Eksperimenti su realizovani na laboratorijskom nivou i
iako je rastvaranje fosfatne stene bilo moguće pomoću ovih mikroorganizama, niska
koncentracija rastvornog fosfata je bila najveći izazov. Povećanje oslobadjanja rastvornog
fosfata iz fosfatne stene bi učinio mogućim komercijalnu upotrebu ovog materijala efikasnijom i
ekonomičnijom. Upotrebom hemolitautotrofnih gvoždje i sumpor oksidujućih acidofilnih
bakterija za dobijanje fosfatnog đubriva iz apatita u prisustvu pirita otvara mogućnost
biofertilizacije i ujedno prirodne neutralizacije pH alkalnih zemljišta.
4. Opis tehničkog rešenja Pregledom dostupne literature nije utvrdjeno da u svetu postoje patenti vezani za
primenu fosfatnih ruda u kombinaciji sa acidofilnim mikroorganizmima i elementarnim
sumporom ili sulfidnim supstratima. Upotrebom hemolitautotrofnih gvoždje i sumpor
7
oksidujućih acidofilnih bakterija za dobijanje fosfatnog đubriva iz apatita u prisustvu pirita
otvara mogućnost biofertilizacije i ujedno prirodne neutralizacije pH alkalnih zemljišta.
U cilju rada sa autohtonim mikroorganizmom koji je prirodno optimizovan na klimatske
uslove i rast na piritu, izolovan je i okarakterisan hemolitoautotrofni mikrorganizam
Acidithiobacillus sp. B2 iz jezera Robule (Bor, Srbija). U testovima je upotrebljen koncentrat
pirita sa lokacije Bor. Upotrebljena fosfatna ruda je sa ležišta Lisina. Deo ležišta ispunjava
potrebne zahteve za primenu kao prirodnog mineralnog đubriva, pre svega zbog visokog
sadržaja P2O5, zatim zbog prisustva hranljivih mikroelemenata ( Zn, Co, Cu, Se, Mn), i što je
veoma značajno zbog niskog sadržaja toksičnih elemenata (Pb, Cd, Cr, Ni, U).
4.1. Izolovanje i karakterizacija mikroorganizma Acidithiobacillus sp.
4.1.1. Izolovanje mikroorganizma
Hemolitautotrofna gvoždje i sumpor oksidujuća acidofilna bakterija roda
Acidithiobacillus je izolovana iz tečnog uzorka uzorkovanog iz jezera Robule (Bor, Srbija) (44°
3.858’ N; 22° 8.221’E). Tečni uzorci sakupljeni u staklenim teglama su transportovani do
laboratorije na 4°C. Acidithiobacillus sp. B2 je izolovan iz tečnog uzorka metodom serijskog
razblaženja na tečnoj podlozi 9K (Silverman i Lundgren 1959).
4.1.2. Analiza 16S rRNA genske sekvence
Genomska DNA Acidithiobacillus sp. B2 je ekstrahovana upotrebom komercijalnog kita
DNeasy Blood & Tissue Kit (Qiagen, USA). Gen 16S rRNA je amplifikovan PCR upotrebom
prajmera 27F (5’‐AGAGTTTGATCMTGGCTCAG‐3’; (Lane 1991) i 1492R (5’‐
TACGGYTACCTTGTTACGACTT‐3’; [Liu et al., 2007). Amplifikovani fragmenti su prečišćeni
komercijalnim kitom QIAquick PCR Purification Kit (Qiagen, USA) i sekvencirani u servisu
MACROGEN (Holandija). Izolovana vrsta je identifikovana sekvencionom analizom na osnovu
sekvence 16S rRNA gena upotrebom server EzTaxon‐e [http://eztaxon‐e.ezbiocloud.net/; Kim et
al., 2012). Molekulska karakterizacija ukazuje da izolovana vrsta pripada rodu Acidithiobacillus
sa 99.28 % sličnosti sa Acidithiobacillus ferrivorans NO‐37(T) (AF376020, (Hallberg et al., 2010),
98.54 % with Acidithiobacillus ferridurans ATCC 33020(T) (AJ278719, (Hedrich i Johnson 2013) i
98.21 % sličnosti sa Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 23270(T) (CP001219). Acidithiobacillus
8
ferrivorans i Acidithiobacillus ferridurans su skoro okarakterisane kao nove vrste roda
Acidithiobacillus (Hallberg et al., 2010; Liljeqvist et al., 2011; Hedrich i Johnson 2013). Sekvenca
gena 16S rRNK uzorka Acidithiobacillus sp. B2 je deponovana u genskoj banci NCBI, GenBank,
Holandija (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/) pod brojema KC691309.
4.1.3. Osnovne karakteristike izolovanog Acidithiobacillus sp. B2
Hemolitautotrofna gvoždje i sumpor oksidujuća acidofilna bakterije Acidithiobacillus sp.
B2 pokazuje sledeće karakteristike: pokretljivost, veličina ćelije 1.5 x 0.5µm, rast na
elementarnom sumporu, tiosulfatu, gvožđe(II) i piritu kao izvoru elektrona. Rad sa izolatima
hemolitautotrofnih gvoždje i sumpor oksidujućih acidofilnih bakterije sa istim
biohemijsko/mikrobiološkim karakteristikama daje iste rezultate a u ovom tehničkom rešenju je
priložena karakterizacija jednog tipičnog predstavnika mikroorganizama koji se mogu upotrebiti
za dobijanje fosfatnog đubriva iz apatita dejstvom u prisustvu pirita.
4.2. Karakteristike fosfatne ruda ležišta Lisina Na osnovu ispitivanja iz 2008.godine, procenjeno je da se na lokaciji Lisina (ležište Lisina,
Bosilegrad) nalazi oko 95 miliona tona fosfatnih mineralnih ruda (Torbica i Lapčević 2012).
Rendgensko‐difrakciona analiza je pokazala da se ruda sastoji od apatita (A), kvarca (Q), liskuna
(L), feldspata (F), i kalcita (K). Difraktogram praha uzorka rude je prikazan na Slici 1.
Slika 1. Rendgensko‐difrakciona analiza fosfatne rude ležišta Lisina
9
Rezultati silikatne analize fosfatne rude sa ležišta Lisina dati su u Tabeli 1.
Tabela 1. Silikatna analiza fosfatne rude sa ležišta Lisina
Element ili jedinjenje Sadržaj [%] P2O5 14,4 Fe2O3 4,0 Al2O3 8,5 CaO 21,5 MgO 1,0 SiO2 44,9 K2O 2,9 Na2O 0,2
gubitak žarenja 2,6
Rezultati silikatne analize pokazuju da se ruda može koristiti kao prirodno fosfatno
đubriva zbog visokog sadržaj P2O5 (14,4 %).
Proširene hemijske analize fosfatne rude su potvrdile nizak sadržaj štetnih elemenata,
što je pozitivno sa gledišta potencijalne upotrebe kao prirodnog đubriva i u skladu sa
Pravilnikom o uslovima za razvrstavanje i utvrđivanje kvaliteta sredstava za ishranu bilja
(Sl.Glasnik RS, br.64/09). Fosfatna ruda sadrži i hranljive elemente što joj dodatno daje na
kvalitetu. Sadržaj toksičnih i hranljivih mikroelemenata je prikazan u Tabeli 2.
Tabela 2. Sadržaj toksičnih i biogenih elemenata u fosfatnoj rudi
Toksični elementi [ppm] Hranljivih elementi F 0. 266 ‐ 0.282 Mo 20Pb < 20 Co 20Cd < 20 Cu 17 – 28Sn < 20 Zn 87 – 91Ni 26 – 35 Mn 465–476 As 10 Se 2 – 3
10
4.3. Koncentrat pirita Pirit za eksperimente luženja pripreman je iz komercijalnog borskog koncentrata pirita,
tretiranjem rastvorom sumporne kiseline (odnos čvrste i tečne faze 1:5 m/V), koncentracije 0,5
mol/L (pH ≈ 0), uz mešanje mehaničkom mešalicom na sobnoj temperaturi preko noći. Rastvor
je zatim dekantovan, ispran demineralizovanom vodom i sušen na 80˚C, do konstantne mase.
Obradjeni koncentrat pirita je sadržao 41% gvožđa i 44,6% sulfidnog sumpora.
4.4. Ispitivanje rastvaranja fosfora iz mešavine fosfatne rude i pirita dejstvom sumporne kiseline generisane pomoću bakterijske kulture Acidithiobacillus sp. B2
Praćenje postupka dobijanje fosfatnog đubriva iz apatita dejstvom Acidithiobacillus sp.
B2 u prisustvu pirita trajalo je 28 dana. Svakih sedam dana je analiziran pH, stepen oksidacije
pirita, broj mikroorganizama i koncentracija P2O5. Mešavina rude sa kojom je izveden
eksperiment sastojala se iz 70 % fosfatne rude i 30 % koncentrata pirita. Mešavina rude je
suspendovana u tečnoj mineralnoj podlozi sastava: 3,0 g/L (NH4)2SO4, 0,5 g/L K2HPO4, 0,5 g/L
MgSO4∙7H2O, 0,1 g/L KCl, 0,01 g/L Ca(NO3)∙4H2O, 0,5 g/L H2SO4. Gustina pulpe je iznosila 10%, a
početni broj kulture Acidithiobacillus sp. B2 1,7x106 CFU/mL. Kao kontrola upotrebljena je
suspenzija istovetnog sastava u kojoj su mikroorganizmi inaktivirani sterilizacijom.
Proces rastvaranja fosfora iz mešavine fosfatne rude i pirita dejstvom Acidithiobacillus
sp. B2 može se opisati na sledeći način. Bakterijska kultura Acidithiobacillus sp. B2 u prisustvu
vode i kiseonika oksiduje pirit produkujući sumpornu kiselinu i FeSO4, koji se dalje mikrobiološki
oksiduje do Fe2(SO4)3. Fe2(SO4)3, izuzetno jak oksidans u kiseloj sredini, nastavlja oksidaciju
pirita. Takođe, Fe3+ joni mogu oksidovati pirit do sumpora, koji se dalje transformiše do
sumporne kiseline, ključnog elementa u rastvaranju fosfata iz fosforne rude.
Reakcije koje opisuju postupak rastvaranja fosfora su prikazane:
2FeS2 + 7O2 + 2H2O → 2H2SO4 + 2FeSO4 (1)
2H2SO4 + 4FeSO4+ O2 → 2Fe2(SO4)3 + 2H2O (2)
FeS2 + Fe2(SO4)3 → 3FeSO4 + 2S↓ (3)
11
2S + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4 (4)
Fe2(SO4)3 +6 H2O → 3H2SO4 + 2Fe(OH)3↓ (5)
Rastvaranje fosfora u bakterijski generisanoj sumpornoj kiselini je kompleksan
ravnotežni proces koji se može prikazati sledećim jednačinama:
Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 → Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4 (6)
Ca3(PO4)2 + H2SO4 → 2CaHPO4 + CaSO4 (7)
Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 → 2H3PO4 + 3CaSO4 (8)
Kalcijum dihidrogen fosfat je najrastvorljiviji fosfat kalcijuma, tako da ima veoma bitnu
ulogu u biodostupnosti fosfora za biljku. Međutim, generisanje fosforne kiseline je veoma važno
za mobilizaciju drugih elemenata u zemljištu pre svega kalijuma, kao i za regulisanje pH
vrednosti.
Tokom proces rastvaranja fosfora iz mešavine fosfatne rude i pirita dejstvom
Acidithiobacillus sp. B2 sa vremenom se broj mikroorganizama povećavao sa početnih 1,7x106
CFU/mL tako da je sedmog dana iznosio 4x106 CFU/mL, četrnaestog 107 CFU/mL, dvadesetprvog
4x107 CFU/mL, a dvadesetosmog 108 CFU/mL, što potvrdjuje na to da je ispitivana mešavina
ruda pogodan supstrat za rast mikroorganizama.
Procenat luženja pirita, promena pH vrednosti i izluženja P2O5 u suspenziji sa kulturom
tionskih bakterija kao i u kontrolnoj suspenziji, određivana su na početku, nakon 7, 14, 21 i 28
dana eksperimenta. Svi testovi su radjeni u pet nezavisnih ponavljanja. Dobijene vrednosti su
prikazane na Slikama 2‐ 4.
12
0 5 10 15 20 25 305.5
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0 Broj Acidithiobacillus sp. B2 Inokulisan rastvor Sterilna kontrola
Vreme (dan)
Bro
j Aci
dith
ioba
cillu
s sp
. B2
(log
[cel
l/mL]
)
0
10
20
30
40
50
60
70
Izluženje pirita (%)
Slika 2. Broj Acidithiobacillus sp. B2 i procenat izluženog pirita (sračunato na osnovu količine
sulfidnog sumpora) u funkciji vremena
Tokom ispitivanja procesa, sadržaj sulfidnog sumpora u suspenziji sa gvožđe oksidujućim
Acidithiobacillus sp. B2 je smanjen sa 13.4 % na 6.0 %, dok je u kontrolnoj suspenziji sadržaj
sulfidnog sumpora smanjen sa 13.4% na 13.1%. Nakon 28 dana, ukupno razlaganje pirita u
testiranoj suspenziji sa Acidithiobacillus sp. B2 je bilo u opsegu od 52.3‐57.7% (Slika 2).
13
0 5 10 15 20 25 30
2
3
4
5
6
7
8
pH
Vreme (dan)
Inokulisan rastvor Sterilna kontrola
Slika 3. Promena pH uzorka sa mikroorganizmima i kontrolnog uzorka tokom ispitivanog perioda
Usled generisanja sumporne kiseline pH vrednost inokulisane suspenzije se smanjuje.
Početna pH vrednost je opala sa pH 2,5 na pH 2 tokom perioda ispitivanja (28 dana). Abiotička
oksidacija pirita je zanemarljiva u poređenju sa Acidithiobacillus sp. B2‐inokulisanim sistemom, a
kako ne dolazi do generisanja sumporne kiseline, primećen je porast pH vrednosti u kontrolnoj
suspenziji (Slika 3).
0 5 10 15 20 25 30-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
P2O
5 (%
)
Vreme (dan)
Inokulisan rastvor Sterilna kontrola
Slika 4. Procenat izluženja P2O5 tokom ispitivanog perioda
14
Ispitivanja pokazuju da je rastvaranje fosfora povezano sa smanjenjem pH vrednosti, tj.
povećanjem koncentracije bakterijski generisane sumporne kiseline i Fe2(SO4)3, što je posledica
mikrobiološke oksidacije pirita u reakcionoj suspenziji. Dobijeni rezultati pokazuju da je u
suspenziji sa gvožđe‐oksidujućim Acidithiobacillus sp. B2 rastvoreno 34.5 % neorganskog P2O5,
dok je za isto vreme u kontrolnoj suspenziji procenat rastvaranja P2O5 bio 3.8 % (Slika 4).
Procenat izluženja P2O5 koji se može pripisati dejstvu Acidithiobacillus sp. B2 (tj. efektivno
izluženje) se dobija oduzimanjem procenta izluženja P2O5 iz kontrolne suspenzije od procenta
izluženja P2O5 iz inokulisane suspenzije i iznosi 30,7 %.
U Tabeli 3. je prikazana brzina razlaganja pirita, kao i brzina rastvaranja P2O5 iz fosfatne
rude tokom ispitivanja.
Tabela 3. Brzina razlaganja pirita, kao i brzina rastvaranja P2O5 iz fosfatne rude tokom prve, druge, treće i četrvrte nedelje ispitivanja
Period ispitivanja [d] Brzina razlaganja pirita
[mg L‐1 d‐1] Brzina rastvaranja P2O5
[mg L‐1 d‐1]
0‐7 163 101
7‐14 277 141
14‐21 421 108
21‐28 149 92
0‐28 252 111
Najintenzivnije rastvaranje fosfora je primećeno u drugoj i trećoj nedelji, kada se
najintenzivnije dešavalo i razlaganje pirita.
5. Zaključak Gvožđe‐oksidujuća Acidithiobacillus sp. B2 bakterija može oksidovati jone gvožđa ali i
elementarni sumpor ili sulfide do sumporne kiseline, pri čemu se kreira kiselo okruženje koje
pomaže rastvaranje fosfora iz nerastvornih fosfatnih ruda. Zaključak je da je moguća primena
ovi mikroorganizama za dobijanje biodjubriva i da tionske bakterije u suspenziji sa piritom imaju
značajnu ulogu u rastvaranju fosfora iz prirodne fosfatne rude.
15
Postupci rastvaranja fosfora iz nerastvornih fosfata pomoću acidofilnih autotrofa i
heterotrofa su od velikog značaja u oblasti održivog upravljanja zemljištem i mogli bi u
budućnosti postati alternativa skupoj fabričkoj proizvodnji veštačkih đubriva.
Mogućnost primene se ogleda kroz dva pristupa u zavisnosti od pH vrednosti zemljišta
na koje će se rastvor bogat fosfat aplicirati:
‐ za alkalna zemljišta se preporučuje direktna upotreba dobijenog rastvornog fosfata uz
praćenje pH vrednosti;
‐ za zemljišta neutralne pH vrednosti, preporučuje se neutralizacija fosfatnog rastvora
dobijenog iz apatita dejstvom Acidithiobacillus sp. u prisustvu pirita i potom direktna
aplikacija na zemljište.
Tretman zemljišta sa fosfatnim rudama u kombinaciji sa piritom i acidofilnim gvožđe i
sumpor‐oksidujućim bakterijama mogao bi u skorijoj budućnosti da postane atraktivan,
alternativan način za poboljšanje kvaliteta zemljišta, jer utiče na podizanje sadržaja aktivnih
supstanci potrebnih za pravilan razvoj biljaka i korekciju parametara plodnosti (pH, dostupni
fosfor i kalijum). Ovaj pristup omogućava i revitalizaciju lokaliteta nastalih kao posledica
antropogene aktivnosti poput alkalnih pepelista termoelektrana. Nakon neutralizacije materijala
i povećanja koncentracije fosfata, kroz proces soilifikacije biće omogućena humifikacija zemljišta
koja će dodatno doprineti povećanju biodiverziteta mikroorganizama a time omogućiti razvoj i
održivost pionorskih biljnih vrsta.
Ukoliko težimo zdravoj i bezbednoj hrani, potrebno je odgovoriti na sve izazove koje nosi
današnje vreme. Ekonomski isplativo i ekološki podobno su kriterijumi koji se sve češće pominju,
a upotreba fosfatnih mineralni ruda upravo zadovoljava oba zahteva.
6. Literatura Alam S, Samina K, Najma A, Maliha R, In vitro solubilization of inorganic phosphate by phosphate solubilizing microorganisms (PMS) from maize rhizosphere, International Journal of Agriculture and Biology 4 (2002) 454−458.
16
Antoun H, Babana A H. Effect of Tilemsi phosphate rock‐solubilizing microorganisms on phosphorus uptake and yield of field‐grown wheat (Triticum aestivum L.) in Mali, Plant Soil 287 (2006) 51−58
Bhatti TM, Yawar W. Bacterial solubilization of phosphorus from phosphate rock containing sulfur‐mud, Hydrometallurgy, 103 (2010) 54−59
Bojinova D, Velkova R, Ivanova R, Solubilization of Morocco phosphorite by Aspergillus niger, Bioresource Technology 99 (2008) 7348−7353.
Chen YP, Rekha PD, Arun AB, Shen FT, Lai WA, Young CC. Phosphate solubilizing bacteria from subtropical soil and their tricalcium phosphate solubilizing abilities, Applied Soil Ecology, 34 (2006) 33−41.
Chi RA, Xiao CQ, Gao H. Bioleaching of phosphorus from rock phosphate containing pyrites by Acidithiobacillus ferrooxidans, Minerals Engineering, 19 (2006) 979−981.
Corbridge DEC, Phosphorus: Chemistry, Biochemistry and Technology, Sixth Edition, CRC Press Taylor & Francis Group, 2013, p. 1.
Delvasto P, Valverde A, Ballester A, Moňoz JA, Gonzáles F, Blázquez ML, Igual JM, Garcia‐Balboa C, Diversity and activity of phosphate bioleaching bacteria from a high‐phosphorus iron ore, Hydrometallurgy 92 (2008) 124−129.
Ehrlich HL. Past, present and future of biometallurgy, Hydrometallurgy, 59 (2001) 127−134.
Hallberg KB, González‐Toril E, Johnson DB, Acidithiobacillus ferrivorans, sp. nov.; facultatively anaerobic, psychrotolerant iron‐, and sulfur‐oxidizing acidophiles isolated from metal mine‐impacted environments. Extremophiles 14 (2010) 9−19.
Hamdali H, Hafidi M, Virolle MJ, Ouhdouch Y. Rock phosphate solubilizing actinomycetes: Screening for plant growth promoting activities, World Journal of Microbiology and Biotechnology, 24 (2008) 2565−2575.
Hedrich S, Johnson DB. Acidithiobacillus ferridurans, sp. nov.; an acidophilic iron‐ , sulfur‐ and hydrogen‐metabolizing chemolithotrophic Gammaproteobacterium, International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 63 (2013) 4018‐4025.
http://eztaxon‐e.ezbiocloud.net/
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/
Kim OS, Cho YJ, Lee K, Yoon SH, Kim M, Na H, Park SC, Jeon YS, Lee JH, Yi H, Won S, Chun J, Introducing EzTaxon‐e: a prokaryotic 16S rRNA gene sequence database with phylotypes that
17
represent uncultured species, International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 62 (2012) 716–721.
Lane DJ, 16S/23S rRNK sequencing, in Nucleic acid techniques in bacterial systematic, ed. by Stackebrandt E and Goodfellow M. Wiley, Chichester, pp. 115‐175 (1991).
Liljeqvist M, Valdes J, Holmes DS, Dopson M, Draft Genome of the Psychrotolerant Acidophile Acidithiobacillus ferrivorans SS3, Journal of Bacteriology, 193 (2011) 4304–4305.
Liu JS, Xie XH, Xiao SM, Wang XM, Zhao WJ, Tian ZL, Isolation of Leptospirillum ferriphilum by single‐layered solid medium, Journal of Central South University of Technology, 4 (2007) 467‐473.
Noll MR, Szatkowski AE, Magee EA, Phosphorus fractionation in soil and sediments along a continuum from agricultural fields to near shore lake sediments: Potential ecological impacts. Journal of Great Lakes Research, 35 (2009) 56‐63.
Pravilnik o uslovima za razvrstavanje i utvrđivanje kvaliteta sredstava za ishranu bilja, Sl.Glasnik RS, br.64/09
Rajan SSS, Watkinson JH, Sinclair AG. Phosphate rocks for direct application to soils, Advances in Agronomy, 57 (1996) 77−159.
REGULATION (EC) No 2003/2003 OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 13 October 2003 relating to fertilizers
Rodríguez H, Fraga R. Phosphate solubilizing bacteria and their role in plant growth promotion, Biotechnology Advances, 17 (1999) 319−359.
Silverman MP, Lundgren DG, Studies on the chemoautotrophic iron bacterium Ferrobacillus ferrooxidans. I. An improved medium and a harvesting procedure for securing high cell yields. Journal of Bacteriology, 77 (1959) 642–647.
Sperber JI. Solution of mineral phosphates by soil bacteria, Nature, 180 (1957) 994−995.
Stamford NP, Santos PR, Santos CES, Freitas ADS, Dias SHL, Lira MA Jr. Agronomic effectiveness of biofertilizers with phosphate rock, sulphur and Acidithiobacillus for yam bean grown on a Brazilian tableland acidic soil, Bioresource Technology, 98 (2007) 1311−1318.
Torbica S, Lapčević V, Concept of underground mining of phosphate deposits in Lisina near Bosilegrad, Underground Mining Engineering, 21 (2012) 105‐110.
18
Vassilev N, Medina A, Azcon R, Vassileva M. Microbial solubilization of rock phosphate on media containing agro‐industrial wastes and effect of the resulting products on plant growth and P uptake, Plant Soil, 287 (2006) 77−84.
Xiao CQ, Chi RA, He H, Qiu GZ, Wang DZ, Zhang XW. Isolation of phosphate‐solubilizing fungi from phosphate mines and their effect on wheat seedling growth, Applied Biochemistry and Biotechnology, 159 (2009) 330−342.
Xiao C, Chi R, Fang Y, Effects of Acidiphilium cryptum on biosolubilization of rock phosphate in the presence of Acidithiobacillus ferrooxidans, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 23 (2013) 2153−2159
Zhu HJ, Sun LF, Zhang YF, Zhang XL, Qiao JJ. Conversion of spent mushroom substrate to biofertilizer using a stress‐tolerant phosphate‐solubilizing Pichia farinose FL7, Bioresource Technology, 111 (2012) 410−416.
Recommended