ZESZY TY N A U K O W E PO LITE C H N IK I ŚLĄSKIEJ Seria: G Ó R N IC T W O z. 231
1996 N r kol. 1341
Jadwiga FARBISZEW SKA-BAJER, Mirosław BĄK, Andrzej GAWDZIK*, Teresa FA RBISZEW SKA
Institute o f Technology, University o f Opole
M ICROBIAL D EG RA DA TION O F SULFUR FRO M LIGNITE ON A LARGE LABORATO RY SCALE
Sum m ary. R em oval o f sulfur com pounds from brow n coal has becom e im portant due to em ission problem s associated w ith direct com bustion o f coal. W e have carried out researches into batch extraction o f sulfate sulfur from lignite by Thiobacillus bacteria. It was 78% total sulfide rem oved from the sam ple o f brow n coal.
M IKROBIOLOGICZNE ODSIARCZANIE LIGNITU W SKALI W IELKOLABORATORYJNEJ
Streszczenie. Podczas dośw iadczeń nad bioekstrakcją siarki siarczkowej z w ęgla brunatnego w skali laboratoryjnej, zbadano wpływ tem peratury, kw asow ości i składu płynu ługującego, rozdrobnienia w ęgla oraz rodzaju i kompozycji użytych szczepów bakteryjnych na przebieg procesu. U zyskano 78% spadek zaw artości siarki całkowitej w badanym w ęglu brunatnym .
Introduction
T here are several reports on the m ethods o f bacterial leaching o f lean ore and w aste materials to gain m etals (K aravaiko G.I. et al. 1972, D ugan P.R. et al. 1978, Luntgren D.G.
etal. 1983, K argi F. 1984).
In these m ethods there w ere Thiobacillus bacteria strains used because these strains have both a high oxidability o f ions Fe2+, sulfur and inorganic sulfur com pounds and adaptation capacity to high concentration o f metals.
’ To whom correspondence should be addressed
Thiobacillus ferrooxidans has been widely used organism for pyritic sulfur in brow n coal o p e n -c u t m ining in Turoszów Region (Poland). Sulfur bioextraction from this type o f coal is studied extensively in Pedagogical University o f O pole (G aw dzik A. et al. 1990, F arbiszew ska-B ajer J. e t al. 1991, Farbiszew ska T. et al. 1992).
T h e results o f these investigation confirm advantage o f biochem ical m ethods w hich used Thiobacillus bacteria strains over chemical and physical m ethods and open up a possibility o f desulfurization on a large laboratory scale.
M aterials an d m ethods
T h e bro w n coal w as obtained from T uroszów region mine. A fter pretreatm ent (neutralization o f basic w aste rocks) 15 kg o f brow n coal samples contained 0.45% sulfur.
T he av erag e diam eters o f coal grains w ere 30 mm. T he leaching m edium was com posed o f acidified ( H 2 S O 4 ) distilled w ater (pH 1.5) and the ore-adapted Thiobacillus ferrooxidans strain. T h e liquid m edium contained w as about 40% (i.e. 40 g coal/100 ml mixture). It w as o p erated in a stonew are column at room tem perature for 40 days. Simultaneously, the co n tro l (n o bacterial inoculation) system w as created. A fter every five days S 0 42' and Fe ions concentration, p H o f leaching m edium and batch activity w ere controlled. Finally, we use th e oxygen com bustion m ethod (Farbiszew ska-Bajer J. 1991) to m ake qualitative deter
m ination o f to tal sulfur content in leaching brow n coal.
R esu lts and discussion
A n a m o u n t o f sulfur w hich was rem oved from brow n coal w as evaluated by checking up S 0 42' and Fe ions concentration. T he contents o f Fe ions in th e culture m edium are show n in F igure 1. T h e shape o f the curves shows th at after 40 days o f the process 21.15 g o f iron w as leached.
By assum ing th a t th ere w as only sulfide iron bounded, it w as equivalent to removal 24 2 g o f sulfur (i.e. 0.16% th e initial mass o f coal sample). N o change o f these ions concentration w as o bserved in th e control medium (see Figure 2). The am ount o f leaching sulfur evaluated by qualitative determination o f Fe ions w as low er then the am ount o f sulfur
M icrobial degradation o f sulfur. 125
obtained in the same way by determ ination S 0 42'. This result indicates a strong adsorption o f iron com pounds into micropores o f coal grains, bioextaction o f metals sulfide from waste rocks and rem oving part o f organic sulfur process. The efficiency o f the process, connected w ith the activity o f the bacteria culture, raised betw een 10-th and 30-th day (see Figure 3).
[days]
Fig. 1. C ontents o fF e 2+ ions in the liquid medium. B - bacterial system, C - control system R ys.l. Z aw artość Fe2* jonów w cieczy: B - system bakteryjny, C - system kontrolny
[days]
Fig. 2. C ontents o f S O / ' in liquid medium, B - bacterial system, C - control system Rys.2. Z aw artość S 0 42' jonów w cieczy: B - system bakteryjny, C - system kontrolny
[days]
Fig. 3. B iological bacteria activity in the leaching process o f lignite, B - bacterial system, C - control system
Rys.3. A ktyw ność bakterii w procesie ługow ania lignitu: B - system bakteryjny, C - system kontrolny
[days]
Fig. 4. C hanges o f acidity during the batch leaching process, B - bacterial system, C - control system
Rys.4. Zm iany kw asow ości podczas ługow ania próbek: B - system bakteryjny C - system kontrolny
Similarly, low er activity o f the bacteria culture after 30-th day causes the decreasing o f the process. T he results obtained in this investigation indicate that th e bacteria culture rem oved 78% total sulfur from the sam ple o f brow n coal. This value w as verified by coal analysis. It contains 0.11% o f sulfur. From these results it is concluded th at this technique has great potential to be effectively used to rem ove sulfur from brow n coal.
Microbial degradation o f sulfur. 127
REFERENCES
1. D ugan P R ., Apel W .A., w: M urr L.E., T o rm a A .E., Brierley J.A. (eds): M etallurgical Applications o f Bacterial Leaching and Related M icrobiological Phenom ena.
A cad.Press, N ew Y ork 1978, 223-250.
2. Farbiszew ska-B ajer J., Farbiszew ska T.: B ioekstrakcja siarki z w ęgla brunatnego.
W pływ ziarnistości w ęgla i tem peratury na w ydajność procesu, Fizykochemiczne Problem y M ineralurgii, 24, 1991, 83-93.
3. Farbiszew ska-Bajer J.:, Zastosow anie bakteryjnego ługow ania do w stępnego odsiarcza
nia węgla, praca doktorska W SP, O pole 1991.
4. Farbiszew ska T., Cwalina B., N ow ak A.: Izolow anie bakterii siarkowych z w ód gruntow ych i nadkładu Okręgu Turoszow skiego, R udy M etale, 33, 11, 1988, 422-424.
5. Farbiszew ska T., Farbiszew ska-Bajer J.: B ioekstrakcja siarki z węgla brunatnego:
w pływ pH płynu ługującego, Fizykochem iczne Problem y Mineralurgii, 25, 1992, 77-81.
6. G aw dzik A., Farbiszew ska-Bajer J : Z astosow anie m etody bakteryjnego ługow ania do w stępnego odsiarczania węgla, Przem ysł Chemiczny, 1990, 5, 1 214-216.
7. K aravaiko G .I., K uznecov S.J. G olom zik A.I.: R oi m ikroorganizm ov w vyshhelachivanii m etalov iz rud, Izdatelstvo N auka, M oskw a 1972.
8. K aravaiko G.I.: Microbiological Processes fo r the Leaching o f Metals from Ores, T orm a A.E. (eds): U NEP, M oscow 1985.
9. K argi F. w: M izrahi A., van W ezel A .L., (eds): A dvances in Biotechnological P ro cesses 3. Alan R. Liss, Inc., N ew Y ork 1984, 241-272.
10.Lundgren D .G ., M alouf E .E., w: M izrahi A ., van W ezel A .L., (eds) Advances in B iotechnological Processes 1. Alan R. Liss, Inc., N ew Y ork 1983, 223-249.
Recenzent: M gr mż. Ew a Kisielowska
W płynęło do Redakcji 27.09. 1996 r.
Streszczenie
Podczas dośw iadczeń nad bioekstrakcją siarki siarczkowej z w ęgla brunatnego w skali laboratoryjnej zbadano w pływ tem peratury, kw asowości i składu płynu ługującego, rozdrobnienia w ęgla oraz rodzaju i kom pozycji użytych szczepów bakteryjnych na przebieg procesu. W yniki tych prac potw ierdziły m ożliw ość prow adzenia procesu bioekstrakcji siarki siarczkow ej z w ęgla b runatnego przy w spółudziale bakterii rodzaju Thiobacillus.
P rzeprow adzono próbę bakteryjnego odsiarczania w ęgla brunatnego zaw ierającego 0,45 % siarki całkow itej, w dużej skali laboratoryjnej. Proces prow adzono w reaktorze kam ionkow ym . Ł ugow aniu p oddano 15 kg w ęgla brunatnego, o uziarnieniu około 30 mm.
Stosow anym płynem ługującym była w oda destylow ana zakw aszona kw asem siarkow ym do pH 1,5 i zaszczepiona h o d o w lą autochtonicznych bakterii Thiobacillus ferrooxidans.
Stosunek fazy stałej do ciekłej w ynosił 2:3. Proces prow adzono w tem peraturze pokojow ej przez 40 dni. Ilość usuw anej siarki z badanego w ęgla oceniano, kontrolując w zrost zaw artości jo n ó w żelaza i jo n ó w siarczanow ych w płynie ługującym. U zyskano 78%
spadek zaw artości siarki całkow itej w badanym w ęglu brunatnym.
