Comparación del potencial oxidativo de Acidithiobacillus ferrooxidans, en un proceso de biodesulfurización de carbón / Comparison of the oxidative potential of Acidithiobacillus ferrooxidans, in biodesulphurization process of coal

En este estudio se comparó la actividad oxidativa de dos cepas de Acidithiobacillus ferrooxidans en un proceso de desulfurización, empleando un carbón sub-bituminoso alto en azufre (2.30% de azufre total, con 1.06% pirítico, 1.10% orgánico y 0.14% de sulfatos), proveniente de la mina "La Guacamaya" ubicada en Puerto Libertador -Córdoba, Colombia. Se realizaron ensayos a nivel de erlenmeyer, la concentración de hierro total en la solución fue de 200 mg/L y 1200 mg/L respectivamente, empleando sulfato ferroso. El proceso fue monitoreado mediante mediciones periódicas de los principales factores físico-químicos implicados (pH, potencial de óxido-reducción (Eh), hierro en solución y concentración celular). Según los resultados obtenidos, la mayor eficiencia del proceso se logró, al trabajar con microorganismos compatibles con Acidithiobacillus ferrooxidans y una concentración de sulfato ferroso inicial de 1200 mg/L, el cual obtuvo la mayor tasa de oxidación de pirita (Py oxidada) (68%), así como, mejores condiciones en el medio lixiviante (pH: 1,47; Eh: 625 mV; 6.3×10(8) células/mL) en comparación con el cultivo axénico a las mismas condiciones (Py oxidada: 52%, pH: 1,63, Eh: 580 mV, 5.1×10(8) células/mL), después de 12 días de experimentación.

This study aimed comparing the oxidative activity of two strains of Acidithiobacillus ferrooxidans in a desulphurization process, using a sub-bituminous coal with a high sulfur content (2.30% total sulfur: 1.06% as pyritic, 1.10% as organic and 0.14% from sulfates) from "La Guacamaya" mine, located in Puerto Libertador - Cordoba, Colombia. Several assays were performed in Erlenmeyer flasks, the total iron concentration used in solution were 200 mg/L and 1200 mg/L respectively, using ferrous sulfate. The process was monitored by periodically measuring the main physicochemical factors involved (pH, Eh, cell population and iron in solution). According to the results obtained, the highest efficiency of the process was achieved by working with microorganisms compatible with Acidithiobacillus ferrooxidans and initial concentration of 1200 mg/l of ferrous sulfate, which had higher pyrite oxidation rates (Py oxidized) up to 68% and the best experimental conditions in the leaching medium (pH: 1,47; Eh: 625 mV; 6.3×108 cells/mL), in comparison with the axenic culture on the same conditions (Py oxidized: 52%; pH: 1,63; Eh: 580 mV; 5.1×108cells/mL), after 12 days of experimentation.

Modeling the kinetics of pyrite ash biodesulfurization by Saccharomyces cerevisiae and Acetobacter aceti in liquid state bioreactors

Background: Modeling the kinetics of the biodesulphurization bioprocess for the refining of pyrite ash by Saccharomyces cerevisiae and Acetobacter aceti have been studied in batch-type liquid- state bioreactors. Results: The biodesulphurization experiments were performed at varying temperatures of 25ºC, 30ºC and 35ºC for eight weeks. Glucose, acetic acid and ethyl alcohol were used in the incubation media as substrates and acid sources. pH and oxidation reduction potential (ORP) observations have been determined weekly and the dissolved sulphur was measured at the end of the eight weeks trials. An equation calculating pH was derived from the iron oxidation reaction containing the ferric to ferrous iron [Fe+3/Fe+2] ratio as a variable. The Michaelis-Menten predictive specific growth rates (qFe+2), which were estimated from pH and ORP observations, were compared by plotting [qFe+²]pH vs. [qFe+2]mV. The highest ratio of dissolved sulphur over total sulphur (Sd/St) was found to be 0.5 in the biodesulphurization processes. Conclusions: The model provides predictions of ferric to ferrous iron rates and specific growth rates [qFe+²]pH vs. [qFe+2]mV and can be used for the determination of oxidized and reduced ions. The ratios of dissolved sulphur to total sulphur (Sd/St) have shown some promising results for S. cerevisiae to be used as a biodesulphurization and refining microorganism for pyrite ash and the other sulphide minerals.

Atributos químicos relacionados ao processo de sulfurização em solos construídos após mineração de carvão / Chemical attributes of constructed soils after surface coal mining related to sulphurization process

A mineração de carvão a céu aberto envolve a remoção superficial do solo e de camadas geológicas, os quais devem ser repostos visando à reabilitação das áreas mineradas. Essa obra expõe o carvão às condições oxidativas do ar e altera as características originais do solo e da paisagem. Como consequência, o processo de sulfurização pode ser ativado nos solos construídos em razão da oxidação da pirita, condicionando alterações químicas e mineralógicas. Nesse contexto, o estudo objetivou avaliar a evolução temporal de solos construídos há 24 (SA-24) e dois (SA-2) anos, em duas áreas mineradas e reconstruídas no Município de Minas do Leão, Rio Grande do Sul (RS), tendo como base atributos químicos relacionados com o processo de sulfurização. Para tanto, foram determinados o pH, a condutividade elétrica (CE), os teores de bases (SB) e de alumínio (Al3+) trocáveis, a acidez potencial (H+Al), os teores totais de Al, Fe e Si e o teor de sulfato solúvel (S-SO4(2-)) e calculadas a capacidade de troca de cátions (CTC), a saturação por bases (V) e a saturação por alumínio (m). Os resultados indicaram a atuação do processo de sulfurização nos solos construídos de ambas as áreas reabilitadas. A CE e os teores de S-SO4(2-) foram maiores na SA-2, indicando um estádio de sulfurização mais ativo nos solos dessa área. Na SA-24, a menor CE e os menores teores de S-SO4(2-), de SB e V, bem como a maior saturação por Al e teores de H+Al, sugerem a proximidade do estádio de pós-sulfurização. Elementos como Al e P concentraram-se relativamente nos solos construídos mais antigos. Os solos em ambas as áreas apresentam limitações químicas para o desenvolvimento de vegetação, influindo negativamente para a recuperação das áreas.

Coal stripmining involves the removal of upper soil and geological layers, which must be relocated in a similar way that in the original profile when reconstructing the landscape. As this process changes soil and landscape characteristics, pirite may oxide and change soil chemical and mineralogical characteristics. In this context, the study aimed to evaluate the temporal evolution of soils reconstructed 2 (SA-2) and 24 (SA-24) year ago, in Boa Vista Coal Mining, in Minas do Leão, Rio Grande do Sul, Brazil. Soil characteristics measured were pH, electrical conductivity (EC), bases and aluminium content, potential acidity (H+Al), and contents of Al, Fe, Si, and soluble sulphate. Calculations accounted for cation exchange capacity, base saturation and aluminum saturation. Results indicated occurrence of oxidation processes in both reconstructed areas. Electrical condutivity and soluble phosphate contents were higher in SA-2, indicating a more active sulphurization stage in these soils. In soils of area SA-24, lower EC and smaller contents of soluble sulphate, lower base saturation, as well as higher aluminum saturation and H+Al suggest a more advanced sulphurization process compared to SA-2. Aluminum and P concentrated in older soil profiles. Soils in both areas have chemical limitations for plant growth with adversely affects to recuperation of the area.

Interacción de los suelos sulfatados ácidos con el agua y sus efectos en la sobrevivencia del bocachico (Prochilodus magdalenae) en cultivo / Interação dos solos sulfatados ácidos com a água e seus efeitos na sobrevivência do bocachico (Prochilodus magdalenae) em cultivo / Interaction of acid sulphate soils with water and its effects on the survival of bocachico (Prochilodus magdalenae)

La acuicultura en zonas costeras crece rápidamente y para la construcción de estanques se utilizanmangles, ciénagas y humedales. En la construcción, el suelo es excavado y usado como material para laconformación de los diques, originando frecuentemente la exposición de suelos sulfatados ácidos (SSA)que poseen extrema acidez, porcentaje de saturación menor de 50% y aluminio intercambiable mayor de5 Cmol+Kg-1 de suelo. Cuando este suelo es expuesto al aire, la pirita de hierro (FeS2) se oxida (FeSO4)liberando H2 SO4, cuya disociación en el agua reduce el pH a valores inferiores a 4. Los SSA pueden tenerpH de 5 a 7 cuando permanecen inundados, pero si son drenados y expuestos al aire, este puede disminuir a2 o 3. En el municipio de Cotorra (Córdoba), fue construido un estanque (1.5ha) removiendo y exponiendosuelo. Posteriormente fue inundado con agua de un humedal (pH 6.5; OD 3 mg/l; alcalinidad 120 mg/l) ysembrados 10.000 alevinos de bocachico. Una hora después, todos los peces habían muerto. Con el objetivode determinar la posible causa de muerte, fueron analizados suelo, agua y branquias. El análisis de suelorevela un SSA con pH ácido, alto contenido de materia orgánica, niveles altos de S, Fe, y Mn. El análisisde agua muestra un pH letal para la mayoría de peces, Fe, Al y CO2 por encima de máximos aceptables.En branquias fue encontrada alteración microcirculatoria en lamelas branquiales. Se sugiere que la causade muerte de los bocachicos fue la acidez del agua, debido a la inhibición del intercambio Na+/H+ en las branquias por el exceso de H+ y de Al+, afectando la permeabilidad del epitelio branquial incrementandola pérdida de iones alterando todavía más la osmoregulación. Es evidente que los SSA absorben y liberannutrientes, intercambiando sustancias con el agua afectando su calidad.

Aquaculture in coastal areas grows rapidly. For fish ponds construction, soil is dug and used asmaterial for the conformation of dikes, frequently originating the exposure of Acid Sulphate Soils (ASS)containing extreme acidity, a saturation percentage less than 50% and exchangeable aluminum higherthan 5 Cmol+Kg-1. When ASS is exposed to air, iron pyrite (FeS2) oxidizes (FeSO4) and produces H2SO4whose dissociation in water reduces pH values inferior to 4. Flooded SSA may have a pH between 5 and 7;nevertheless, when they are drained and exposed to air pH drops to 2 or 3. A 1.5ha pond was built in themunicipality of Cotorra (Córdoba), removing and exposing soil. Then, it was flooded with wetland water(pH 6.5; OD 3 mg/l; alkalinity 120 mg/l) and cultured with 10.000 bocachico alevins; an hour later, all fishwere dead. In order to determine the possible cause of death, soil, water and gills were analyzed. The soilanalysis showed an ASS with acid pH, high content of organic matter and high levels of S, Fe and Mn.Water analysis showed a lethal pH for most of the fish; likewise Fe, Al and CO2 levels were above acceptablemaximum. Microcirculatory alteration in gill’s lamellar was found. It is suggested that the cause of deathof bocachicos was the acidity of water due to the Na+/H+ exchange inhibition in gills caused by H+ andAl+ excess. This situation affected the permeability of gill epithelium increasing the loss of ions and thealteration of osmoregulation. It is evident that ASS absorb and release nutrients, exchanging substanceswith water and, this way, affecting their quality.

A aqüicultura nas zonas costeiras cresce rapidamente e para a construção de estanques utilizamsemanguezais pantanais e banhados. Na construção, o solo é escavado e usado como material para aconformação dos diques, originando freqüentemente a exposição de solos ácidos (SSA) que possuemextrema acidez, porcentagem de saturação menor ao 50% e alumínio intercambiável maior de 5 Cmol+Kg-1de solo. Quando este solo é exposto ao ar, a pirita de ferro (FeS2) oxida-se (FeSO4) liberando H2SO4, oqual ao dissociar-se na água reduz o pH a valores inferiores de 4. Os SSA podem ter pH de 5 a 7 quandopermanecem inundados, mas, sim são drenados e expostos ao ar, podem diminuir a 2 ou 3. No municípiode Cotorra (Córdoba), foi construído um estanque (1.5ha) removendo e expondo o solo. Posteriormentefoi inundado com água de um pântano (pH 6.5; OD 3 mg/l; alcalinidade 120 mg/l) e foram plantados10.000 alevinos de bocachico. Uma hora depois, todos os peixes morreram. Com o objetivo de determinar apossível causa de morte, foram analisados: o solo, a água e as brânquias. A análises do solo revela um SSAcom pH ácido, alto conteúdo de matéria orgânica e níveis altos de S, Fe e Mn. A análises da água mostraum pH letal para a maioria de peixes, Fe, Al e CO2 por acima dos máximos permitidos. Nas brânquiasforam encontradas alterações microcirculatória em lamelas branqueais. Sugere-se que a causa de mortedos bocachicos foi a acidez da água, devido à inibição do intercambio Na+/H+ nas brânquias por excessode H+ e de Al+, afetando a permeabilidade do epitélio branquial incrementando a perda de íons, alterandomais a osmoregulação. É evidente que os SSa absorvem e liberam nutrientes, intercambiando sustânciascom a água afetando a qualidade.

Emprego de coberturas secas no controle da drenagem ácida de mina: estudos em campo / Use of dry cover systems to control acid mine drainage: field studies

No sul catarinense, cristais de pirita associados a rejeitos de beneficiamento de carvão mineral, quando alterados, desencadeiam o processo conhecido como drenagem ácida de mina (DAM). Este trabalho objetivou avaliar a eficiência de três sistemas de coberturas secas sobre estes rejeitos, como uma opção para o controle da DAM. Agentes neutralizantes da DAM como a cinza pesada e o calcário foram misturados com os rejeitos ou dispostos acima destes. Para reduzir a infiltração de água e difusão de oxigênio no meio, foi empregada uma camada de 50 cm de solo silte-argiloso compactado. Os experimentos foram monitorados por um ano, sendo analisados nos lixiviados alguns parâmetros indicadores da DAM, além da presença de bactérias ferro-oxidantes e sulfato-redutoras. Os resultados obtidos indicaram uma boa eficiência na prevenção da DAM de dois dos três sistemas de coberturas pesquisados.

In the southern of the Santa Catarina state, the weathering and oxidation of pyrite-containing coal has been the major agent of Acid Mine Drainage (AMD) production. The purpose of this study was to verify the efficiency of three different cover systems to inhibit AMD. Experiments were built in field lysimeters with alkaline agents - bottom ash and limestone - placed over or mixed with fresh coal waste. To reduce the water infiltration rates and oxygen diffusion 50 cm of compact mud soil layer was put over waste. The top cover was constituted by 10 cm of the same soil, mixed with bottom ash. During one year, these experiments have been monitored through chemical (pH, Eh, Fe2+, Fe total, Al, Ca, Mg, Zn, Pb and Mn) and microbiological (Thiobacilus ferroxidans presence) composition of effluents. The results indicated that two of three cover systems employed were efficient on AMD prevention.