버려진 광산에서 생성되는 광산에는 유해한 금속이 포함되어 있기 때문에 일반적으로 미네랄 손상을 방지하기위한 척도로 중화제를 사용하여 처리됩니다 이 처리는 많은 화학 물질과 에너지의 도입이 필요하므로 자연 정제 효과를 활용하고 환경에 영향을 미치는 저비용 처리 기술의 개발이 필요합니다 망간 (MN)은 곤충 라이트닝 바카라에 함유 된 주요 유해 금속 중 하나이지만, Mn- 산화 박테리아라고 불리는 미생물은 MN (II) 이온을 산화하여 산화물로 바꾸어 불용성이며, 곤충 과장 처리에 사용될 것으로 예상된다 반면에, MN- 산화 박테리아를 사용한 라이트닝 바카라 처리는 박테리아의 영양소가 될 수있는 유기물의 첨가를 필요로하며, 유기물이 부족한 광산 라이트닝 바카라에 유기물을 공급하는 방법이 주요 과제가되었습니다
Akita Prefectural University의 공동 연구 그룹과 바카라 커뮤니티는 MN- 산화성 박테리아를 활용하고 파일럿 규모로 현장 테스트를 수행하는 광산 폐수 처리 시스템을 개발했습니다 결과적으로, 유기물이없는 작동 조건 및 12 시간 처리 시간 하에서, 20 mg/L mn (II) 이온에 대해 98% 이상의 제거 속도가 달성되었다 지금까지 MN- 산화 박테리아를 사용하여 폐수 처리에 유기물을 공급하는 것이 필요하다고 생각되었지만,이 연구는 곤충 폐수를 유기물을 공급하지 않고 고효율로 처리 할 수 있음을 보여주었습니다 또한, 미생물 군집의 유전자 분석에 따르면 가공 시스템은 금속에서 전자를 취하고 에너지 대사 및 탄산 고정을 수행하는 것으로 생각되는 박테리아에 의해 지배된다는 것이 밝혀졌다
이 연구는 특정 박테리아의 작용에 의해 MN (II)이 산화되는 미생물 생태계에 대한 새로운 메커니즘을 제시 할 수 있었으며, 동시에 다른 박테리아가 필요로하는 유기물이 공급됩니다 이 연구를 바탕으로, 새로운 광산 라이트닝 바카라 처리 기술은 미래에 환경 영향이 낮고 저렴한 비용으로 구성 될 것으로 예상됩니다
잡지 이름 :
Journal of Environmental Chemical Engineering
종이 이름 : 가속 된 망간 (ii) 유기 기판 수정이없는 현장 광산 배수 처리 시스템에 의한 제거 : 세포 외 전자 전달을 통한 화학 분열성 망간 산화에 대한 메타 게놈 통찰력
저자 : Watanabe Miho1, Tum Sereyroith2, Katayama Yasuki2, Gotore Obey1, Okano Kunihiro1, Matsumoto Chikaki2, Yasutaka Toru2, Miyata Naoyuki1
1Akita Prefectural University Bioresource Science 교수
2국립 선진 산업 과학 기술 연구소의 지구 자원 및 환경 연구 부서의 국립 연구 개발 기관
<연구 배경>
광물은 인간 산업 활동에 매우 중요한 자원입니다 광산은 전 세계에 존재하지만 자원 고갈과 경제적 한계로 인해 많은 사람들이 버려졌습니다 이러한 버려진 광산에서 유해한 금속을 포함하는 영구 광산이 주요 도전이며 광산을 치료하는 방법이 주요 문제입니다 일반적으로, 중화 처리는 중화제를 사용하여 유해 금속을 불완전시키기 위해 수행되지만 중화제 및 응집제와 같은 화학 물질을 주입해야하며, 치료 비용 및 에너지 사용량을 줄이는 것이 중요한 문제입니다 솔루션으로서, 식물과 미생물의 정제 효과를 활용하는 저렴한 환경에 영향을받는 처리 기술의 개발이 찾고 있습니다 망간 (MN)은 광산 라이트닝 바카라에서 발견되는 주요 유해 금속 중 하나이지만 중화 처리에 필요한 화학 물질은 다른 금속보다 일반적이며 처리하기 어려운 금속이라고합니다 Mn- 산화성 박테리아라고하는 미생물은 Mn (II)를 산화하여 산화물로 바꾸어 Mn (IV)로 전환함으로써 불용성이며, Mn을 함유하는 광산 라이트닝 바카라의 처리에 적용될 것으로 예상된다 그러나 반면에이종 영양*1'MN- 산화성 박테리아는 설탕 및 유기산과 같은 유기물을 에너지 및 탄소 공급원으로 사용 하므로이 미생물의 활성을 유지하기 위해 광산 라이트닝 바카라에 유기물을 공급해야했습니다 다시 말해, 주요 과제는 유기물이 부족한 라이트닝 바카라에 유기물을 공급하는 방법이며, 유기물을 추가하지 않고 MN을 제거 할 수있는 치료 시스템을 확립해야했습니다
<연구 결과>
A joint research group of Akita Prefectural University and the 바카라 커뮤니티 (AIST), a national research corporation, installed a pilot-scale catalytic oxidation treatment device in 2021, with 700 L treatment tanks arranged in series within the mines of abandoned mines, and has been developing a mine wastewater treatment technology that does not require the addition of organic matter, utilizing MN- 산화 박테리아 (도 1) 12 시간 동안 20 시간 동안 Mn (II) 이온을 통해 흐르는 연속적인 물의 결과로, Mn- 산화 박테리아가 처리 탱크에서 작용했으며, Mn (II)의 98% 이상이 MN (IV)로서 제거 된 것으로 밝혀졌다 (도 2) 이 광산 폐수는 또한 아연 (Zn (II)) 이온을 함유 하였지만, 산화물의 결정 구조에 통합 된 후 Woodruf 광석 (ZnMn3O7· H2o)-유사 광물의 형성은 또한 Zn (II)의 98% 이상을 제거하는 것으로 밝혀졌다 이러한 결과는 유기물이 없어도 MN- 산화 박테리아를 사용하여 광산 라이트닝 바카라를 효율적으로 처리 할 수 있음을 보여 주었다
그림 1 : 광산 샤프트 내부에 설치된 MN 산화 처리 장치 (시리즈 A)의 개요 라이트닝 바카라를 지하 수로에서 A-0 탱크 (원래 탱크)로 쏟아 부은 다음 A-1 탱크와 A-2 탱크를 순차적으로 통과시켰다 각 탱크의 부피는 700 L입니다 A-1 및 A-2 탱크는 석회암과 폴리 프로필렌으로 만들어진 스트링 형 필터로 채워져 있으며, MN- 산화 박테리아는 각 충전제에 부착되어 성장하여 MN (II) 산화 반응을 유발합니다
(사진 왼쪽 : A-1 탱크) MN- 산화 박테리아의 작용으로 인해 석회암 표면에 흑색 갈색 MN 산화물이 침전된다
(사진 오른쪽 : A-2 탱크) Mn 산화물이 현 모양의 필터 재료의 표면에 침전 된 산화물
그림 2 : A- 시리즈 처리 탱크에서 시간에 따른 용해 된 MN (II) 농도 및 제거 속도의 변화
(그래프 왼쪽) A-1 탱크가 통과 될 때 거의 모든 Mn이 제거되고 A-2 탱크에서 약간 남아있는 MN이 추가로 제거됩니다
(RAG 오른쪽) A-1 탱크의 MN 제거 성능
그러한 기능을 가진 박테리아가 라이트닝 바카라에서 Mn (II)의 제거에 기여한다는보고는 없었습니다 이 가공 시스템에서, 2 개의 상이한 미생물 기능이 사용된다 : (1) 전자-흡수 유형 박테리아는 MN 산화를 수행하는 동안 유기물로 이산화탄소를 전환시키고, 이종 영양 MN- 산화 박테리아는 생성 된 유기물을 사용하여 생성 된 유기물을 사용하여 성장하여 MN 제거에 관여하여 (그림 3)에서 유기농을 공급하지 않아도 될 수있다
이 연구에서 파일럿 규모의 현장 테스트는 MN- 산화 박테리아를 사용하여 유기물 첨가물을 첨가 할 필요없이 곤충 라이트닝 바카라를 치료할 수 있음을 밝혀 냈습니다 앞으로, 우리는이 연구에서 공개 된 처리 특성을 기반으로 더 발전하고 가이드 라인의 추가 스케일 업이 추가로 개발되기를 희망하며 실제 사용을 위해 개발 될 것입니다 또한, 처리 탱크에서 지배적 인 전자-모집 박테리아에 의해 지배 된 박테리아의 기능과 생태를 자세히 설명함으로써, 광산 라이트닝 바카라 처리 시스템의 추가 효율성이 개선 될 것으로 예상되며, 다양한 위치에서 MN- 함유 광산 라이트닝 바카라를 치료하도록 확장 될 것으로 예상된다
이 연구는 AIST의 보조금 및 AIST가 Akita Prefectural University에 의뢰 한 연구로 Akita Prefectural University와 AIST 간의 협력으로 수행되었습니다 또한,이 연구의 일부는 과학 연구를위한 과학 보조금 촉진 (JP21H03636)과 경제 무역 및 산업부의 "버려진 광산에서 광산 라이트닝 바카라 처리를위한 고급 기술"의 지원으로 일본 사회의 지원으로 수행되었습니다