EE201600003A - Meetod graptoliitargilliidi metallorgaanilise aine lõhustamiseks mikroobikoosluse abil - Google Patents

Meetod graptoliitargilliidi metallorgaanilise aine lõhustamiseks mikroobikoosluse abil

Info

Publication number
EE201600003A
EE201600003A EEP201600003A EEP201600003A EE201600003A EE 201600003 A EE201600003 A EE 201600003A EE P201600003 A EEP201600003 A EE P201600003A EE P201600003 A EEP201600003 A EE P201600003A EE 201600003 A EE201600003 A EE 201600003A
Authority
EE
Estonia
Prior art keywords
argillite
methane
graptolite
metals
microbial
Prior art date
Application number
EEP201600003A
Other languages
English (en)
Inventor
Anne Menert
Kulli Sirli Sipp
Maia Kivisaar
Ain Heinaru
Tiit Maidre
Original Assignee
Biotatec Oü
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Biotatec Oü filed Critical Biotatec Oü
Priority to EEP201600003A priority Critical patent/EE201600003A/et
Priority to PCT/EE2017/000001 priority patent/WO2017140324A1/en
Priority to US15/998,841 priority patent/US20200157577A1/en
Priority to EP17712017.7A priority patent/EP3416759A1/en
Priority to AU2017219431A priority patent/AU2017219431A1/en
Publication of EE201600003A publication Critical patent/EE201600003A/et

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/10—Reclamation of contaminated soil microbiologically, biologically or by using enzymes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P5/00—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
    • C12P5/02—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons acyclic
    • C12P5/023—Methane
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20—Bacteria; Culture media therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P1/00—Preparation of compounds or compositions, not provided for in groups C12P3/00 - C12P39/00, by using microorganisms or enzymes
    • C12P1/04—Preparation of compounds or compositions, not provided for in groups C12P3/00 - C12P39/00, by using microorganisms or enzymes by using bacteria
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B23/00—Obtaining nickel or cobalt
    • C22B23/04—Obtaining nickel or cobalt by wet processes
    • C22B23/0407—Leaching processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B3/00—Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes
    • C22B3/18—Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes with the aid of microorganisms or enzymes, e.g. bacteria or algae
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Mycology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

Leiutises kirjeldatakse meetodit, mis seisneb stabiilse adapteeritud mikroobikoosluse toimel graptoliitargilliidi metallorgaanilise aine lõhustamises anaeroobses keskkonnas, millega kaasneb metallide bioleostumine ja metaani eraldumine. Esitatakse leiutist kinnitavad katsetulemused ja näidatakse betaiini toimet kasvukeskkonnas argilliidi metallorgaaniliste ühendite lagundamisel. Iseloomustatakse neid protsesse läbi viivat mikroobikooslust.

Description

Meetod graptoliitargilliidi metallorgaanilise aine lõhustamiseks mikroobikoosluse abil
Tehnikavaldkond
Käesolev leiutis kuulub biotehnoloogia, bioremediatsiooni ja hüdrobiometallurgia valdkonda. Leiutises kirjeldatakse meetodit mikroobikoosluse abil metallorgaanilist ainet sisaldava argilliitmaagi lagundamiseks, millega kaasneb metallide bioleostumine ja metaani eraldumine, ning nendeks protsessideks sobivaid keskkonnatingimusi ja toitelahuseid. Argilliidist eraldatud mikroobikoosluse biodegradatsioonivõimet saab kasutada argilliidi keskkonnakahjuliku toime kõrvaldamiseks ja selle käigus tekkivate kasulike produktide tootmiseks.
Tehnika tase
Suhteliselt sügaval paiknevad ja vähese küpsusega kildad on teatavasti biogeense metaani tekke allikad. Metaan tekib kilda orgaanilisest osast - kerogeenist. Niisugustesse kivimitesse rajatud puuraukude probleemiks on aga madal tootlikkus, mida on võimalik bioloogiliste meetoditega tõsta [Patent WO 2006/118569 Al; U.S. Pat. No. 8,302,683; Patent application WO2008/041990; Patent application CA2801558 Al]. Eesti must kilt (graptoliitargilliit eargilliit) koosneb põhiliselt orgaanilisest ainest (kerogeenist) koos päevakivi, kvartsi, savimineraalide, väikese koguse Fe-sulfiidide ja kipsiga [Maremäe, 1988]. Kerogeeni on aga väga raske uurida, sest ta praktiliselt ei lahustu enamikes orgaanilistes lahustites [Aaloe jt., 2006].
Fosforiit on Eesti loodusvara, mille varud on suurimad Euroopas [Reinsalu, 2012]. Tema ohutu kaevandamine on aga seotud lasundiga kohakuti asuvate põlevkivi- ja argilliidikihtide kasutusvõimaluste ja -tehnoloogiatega. Eelkõige on probleem graptoliitargilliidis. Graptoliitargilliit on eritüübiline põlevkivi, olemuselt kõvastunud ja orgaaniline ainega segunenud savikivim, mille varuks Eestis loetakse 60 miljardit tonni [Bauert, Kattai, 1997]. Seda pole aga võimalik kasutada kütuseliigina, sest temas leiduva orgaanilise aine sisaldus on madal (12-17%; kütteväärtus 1500-1600 kcal/kg e. 5-7 MJ/kg). Graptoliitargilliit sisaldab 2-6% ulatuses hajusalt või pesadena raudsulfiidset mineraali - püriiti (FeS2). Tema keskkonnaohtlikkus seisneb püriidi, orgaanilise aine, vee, hapniku ja bakterite koostoimes. Nimelt reageerib püriit hapnikuga, mille tulemusel eraldub soojus. Raua- ja väävlibakterid aktiveeruvad, olles aktiivsed 50-60 °C-ni, millele järgneb aktiivne orgaanilise aine oksüdeerumine (argilliidi isesüttimine) ja temperatuuri tõus 1000-1500 °C-ni. Üheks reaktsioonisaaduseks on väävelhappe ja mürgiste gaaside eraldumine [Puura jt., 1999]. Seega tuleb argilliidi töötlemisel piirata hapniku juurdepääsu.
Eesti argilliit sisaldab märkimisväärses koguses raskmetalle [Lippmaa jt., 2009], olles rikastatud uraani (minimaalne rikastusväärtus, minimum enrichment value, m.e.v. 30 ppm), molübdeeni (m.e.v. 200 ppm), vanaadiumi (m.e.v. 1000 ppm), plii (m.e.v. 100 ppm) ja koobaltiga (m.e.v. 30 ppm), aga ka tsingi, reeniumi, nikli jt. elementidega [Petersell, 2008; Voolma jt., 2013]. Metallid esinevad argilliidis kas sulfiidsete mineraalidena või metallorgaaniliste ühendite (geopolümeeride) koosseisus. Traditsiooniliselt eraldatakse metalle argilliidist hapetega, oksüdeerimise või hüdrogeenimisega [Lippmaa jt., 2011]. Sel juhul on aga suureks probleemiks maakides sisalduvad orgaanilised ühendid, mis seovad metalle. Aastatel 1949-1952 toodeti Sillamäel 250 000 tonnist argilliidist üle 69 tonni uraaniühendeid [Aaloe jt., 2006]. Metallorgaaniliste komplekside mikrobioloogiline lagundamine ja metallide bioleostamine võimaldaks väärindada argilliiti kui fosforiidikaevandamisel kaasnevat keskkonnaohtlikku kõrvalprodukti. Vastavad uurimused aga senini kirjanduses puuduvad.
Geopolümeeride mikrobioloogilist lagundamist koos metaangaasi moodustamisega stimuleeritakse mitmete metanogeensete substraatidega [Mesle jt., 2013; Urios jt., 2012, 2013; Jones jt, 2008; Harris jt, 2008, U.S. Patent No. 9004162 B2, U.S. Patent No. 7696132], sealhulgas metanooli ja trimetüülamiini abil [Wuchter jt., 2013; Patent application WO2009/140313; Patent application US 20130116126 A1], kuid puuduvad viited betaiini kasutamise kohta selleks otstarbeks. Samas on hiljuti kirjeldatud betaiini (trimetüülglütsiini) tarbivaid metanogeene [Watkins jt., 2014; Ticak jt., 2015]. Betaiini roll võib seisneda metanogeneesi stimuleerimises metülotroofsete metanogeenide täiendava substraadiga varustamise kaudu [Asakawa jt., 1998; Ticak jt, 2015].
Leiutise olemus
Leiutises kirjeldatakse meetodit, mis seisneb stabiilse adapteeritud mikroobikoosluse toimel graptoliitargilliidi metallorgaanilise aine lõhustumises anaeroobsetes tingimustes, millega kaasneb metallide bioleostumine ja metaani eraldumine.
Kõigepealt valitakse välja tõhusaim argilliidi orgaanilise aine (kerogeeni) lagundamist soodustav kasvukeskkond. Metanogeensete mikroorganismide kasvatamisel segakultuuris on eriti oluline toitainelahuse piisav puhverdusvõime, sest fermentatiivsete mikroorganismide metabolismiproduktide tõttu hapustub kasvukeskkond kiiresti, metanogeenidele on aga soodne vaid aluseline kasvukeskkond (vahemikus pH 7-9). Oluline on mikroelementide ja vitamiinide lisand, samuti soodustab metanogeenide kasvu metabolismi vaheproduktide ja metanogeensete substraatide lisamine. Seetõttu on metallorgaanilisi komplekse lagundava mikroobikoosluse eraldamiseks argilliidist sobiv kasutada vedelsöödet R2A (pärmiekstrakt 0,5 g/L; Difco peptoon 0,5 g/L, CAS-aminohapped 0,5 g/L, glükoos 0,5 g/L, lahustuv tärklis 0,5 g/L, K2HPO4 0,3 g/L, MgS04-7H20 0,05 g/L, Na-püruvaat 0,3 g/L), millele on lisatud betaiini ning anaeroobset kasvatamist perioodilises reaktoris (argooni keskkonnas) temperatuuril 37 °C. Söötme esialgne pH 7,5 peaks säilima kultiveerimise lõpuni. Kui valitud toitelahusega on saadud argilliidi orgaanilist osa efektiivselt kasutav mikroobikooslus, siis viitab sellele metaani teke gaasifaasi (mõõdetav gaaskromatograafiga). Esialgu eraldatud mikroobikoosluse kasutamisel inokulumina värskete argilliidiproovide kultiveerimisel vedelsöötmes R2A pluss betaiin on võimalik sellest kooslusest selekteerimise ja adapteerimisega saada uus, parema biodegradatsioonivõimega kooslus, millega saavutatakse suurem metaani saagis ning ühtlasi metallide parem bioleostumine.
Metaani eraldumine gaasifaasi on argilliidi metallorgaaniliste komplekside lagunemise üheks tõendiks. Mikroorganismide abil võib argilliidist eralduda 10-250 μmol CH4 /g kivimi kohta [Wuchter jt., 2013; Mesle jt., 2015]. Kui gaasifaasi eraldunud metaani saagis on suurem, näitab see, et eraldatud kooslus on efektiivne metallorgaaniliste komplekside lagundaja. Metaani päritolu argilliidi orgaanilisest osast kontrollitakse isotoopanalüüsiga δ13C meetodil. Stabiilsete isotoopide omavaheline suhe määratakse võrrelduna standardiga.
Süsinikuanalüüsi tulemuste esitamisel karbonaatsetest kivimitest ja setetest kasutatakse PDB (Belemnitella Americana, Peedee Formation, Cretaceous Period, South Carolina) skaalat, kus null-punktiks on võetud fossiilne karbonaat. δ13C iseloomustab stabiilsete isotoopide 13C ja l2C erinevust tuhande ühiku kohta (per mil, ‰), kus positiivne tulemus näitab, et proov on võrreldes standardiga raskemast isotoobist küllastunud ning negatiivne, et raskemast isotoobist vaesunud [Sepp, 2013]. Kerogeensest materjalist pärit metaani tüüpilised väärtused on -50 kuni -70 ‰.
Argilliidi metallorgaaniliste komplekside lõhustumise teiseks tõendiks on metallide leostumine kasvukeskkonda, mida on võimalik mõõta aatomabsorptsioonspektromeetria (AAS) või induktiivsidestatud plasma-mass-spektromeetria (ICP-MS) abil. Argilliidis sisalduvatest metallidest on metallorgaanilistes kompleksides Mo, Ni, Re, U, V, Co.
Kolmandaks tõendiks argilliidi metallorgaaniliste komplekside lõhustumise kohta on iseloomulik mikroorganismide kooslus. Selle määramiseks kultiveerimiskeskkonnast võetud proov tsentrifuugitakse, et eraldada mikroorganismide biomass, millest omakorda eraldatakse DNA ja sekveneeritakse 16S rRNA geeni järgi, kasutades mass-sekveneerimise tehnikaid (454 Life Sciences pürosekveneerimine, MySeq Illumina jms). Argilliidi metallorgaanilisi komplekse lagundavas ja metaani moodustumist stimuleerivas kasvukeskkonnas on ülekaalus klassi Bacilli esindajad ning leidub metanogeenide perekonna Methanosarcina liikmeid. Kasvukeskkondades, milles metaanitootmine puudub võivad olla ülekaalus klassi Clostridia esindajad, peamiselt väävli metabolismiga seotud perekond Desulfotomaculum. Metaani tekkeks on oluline tasakaal sulfaadi redutseerijate ja metanogeenide vahel, nii et protsess läheks metanogeneesi suunas.
Reeglina on maailmas teostatud kiltade bioleostamise katsed olnud hapniku juurdepääsuga -sellisel jääb juhul "lihtne orgaaniline aine" (orgaanilised happed, aromaatsed ja alifaatsed süsivesinikud) aeroobses keskkonnas lahusesse, kus see võib takistada metallide bioleostumist [Matlakowka jt., 2013]. Käesolevas leiutises kirjeldatud meetodi puhul tekitatakse aga anaeroobses keskkonnas "lihtsast orgaanilisest ainest" mikroorganismide abil metaangaas.
Leiutise teostusvormid
Leiutises kirjeldatud meetodi - graptoliitargilliidi metallorgaaniliste komplekside lõhustamine stabiilse mikroobikoosluse toimel, millega kaasneb metallide bioleostumine ja metaangaasi eraldumine kohta esitame järgmised tõendid.
Leiutises kasutatud mikroobide toitelahusega R2A (1,5-3,0 g/L), millele oli lisatud betaiini (0,675-1,35 g/L) ja kasutades inokulumina adapteeritud mikroobikooslust eraldus temperatuuril 37 °C läbiviidud anaeroobses kultiveerimiskatses argooni keskkonnas gaasifaasi kuni 7,92±0,39 liitrit metaani kg (354±17(μmol) argilliidi kohta (FIG 1b). Argilliidi orgaanilise aine lagundatav osa moodustas kuni 19.86 ± 0.98% kogu orgaanilisest ainest.
Adapteeritud kultuur toimis ilma lag-faasita, kuid samaväärselt adapteerimata kultuuriga (lag-faas kuni 50 päeva) (FIG la).
Metaani päritolu argilliidi orgaanilisest osast tõestati isotoopanalüüsiga δ13C meetodil. Argilliidisisaldusega söötmega proovide ja ilma argilliidita söötmega proovide (tühiproovide) metaani keskmised δ13C-väärtused olid vastavalt -51,99 ± 4,60 ‰ ja -72,86 ± 5,35 ‰ (FIG 2). Teatavasti on kerogeensest materjalist pärit atsetiklastiliselt tekkinud metaani tüüpiline väärtus -50 ‰.
Leiutises kasutatud mikroobide toitelahusega R2A (3,0 g/L) bioleostus argilliidist kasvukeskkonda anaeroobsetes tingimustes argooni keskkonnas kasvatamisel 26,2% koobaltit ja 9,14% niklit nende metallide maksimaalsest sisaldusest argilliidis (FIG 3). Mõlemad elemendid on vajalikud bakterite ja arhede ensüümide kofaktoritena.
Tõendiks argilliidi metallorgaaniliste komplekside lagunemise kohta on ka kivimi väliste omaduste muutus. Katseteks purustati kivimit sisaldav puursüdamik 1 (Ø10 cm, FIG 5a) tükikesteks mõõtmetega 1-2 cm (FIG 4). Metaani eraldumisega katsetes murenes kivim kultiveerimise käigus liivasarnaseks materjaliks, moodustades kultiveerimiskeskkonnas musta värvusega suspensiooni 3, milles oli märgatav gaasimullide eraldumine (FIG 5a). Kultiveerimiskatsetes, milles metaani eraldumine oli tagasihoidlik või puudus üldse, jäi kultiveerimiskeskkond läbipaistvaks (FIG 5b) sarnaselt tühiproovidega 2, mis sisaldasid üksnes kultiveerimiskeskkonda (FIG 5 a).
Pürosekveneerimise tulemuste põhjal olid metaani moodustumist stimuleerivas kasvukeskkonnas R2A pluss betaiin ülekaalus klassi Bacilli esindajad - bakterite 16S rRNA geenile spetsiifiliste praimerite järgi perekond Ureibacillus ja arhede 16S rRNA geeni praimerite järgi sugukond Bacillaceae, kuid samuti metanogeenide perekond Methanosarcina (FIG 6 ja FIG 7). Ni-ensüümi ureaas sisaldav perekond Ureibacillus moodustas 87,43% ning Co- ja Ni-ensüüme sisaldav perekond Methanosarcina 3,69% kõigist taksonitest. Seevastu kasvukeskkondades R2A ja R2A pluss metanool olid ülekaalus klassi Clostridia esindajad, peamiselt väävli metabolismiga seotud perekond Desulfotomaculum, kes moodustasid 50-85‰ kõigist määratud taksonitest.
Kirjeldatud mikroobikooslus püsib eluvõimelisena säilitamisel argilliidiga kasvukeskkonnas temperatuuril 37 °C kuni neli kuud ning sobib stabiilseks uute kultuuride inokuleerimiseks (1/20 mahus) ja pikaajaliseks säilitamiseks glütseroolikultuurina temperatuuril -80 °C.
Siin kirjeldatud tunnused ja eelised ei ole kõikehõlmavad ning vaadates jooniseid, detailset kirjeldust ja nõudluspunkte on ka tavaspetsialisti jaoks ilmsed paljud lisatunnused ja -eelised. Veel enam, tuleb märkida, et kirjelduse keel on põhimõtteliselt valitud loetavuse ja juhendamise eesmärgil ega piira leiutise ulatust.
Jooniste ja muu illustreeriva materjali loetelu
FIG 1 - metaani eraldumise dünaamika ja saagis argilliidist, kasutades söödet R2A pluss betaiin: a) kasvukeskkonnaga adapteerumata, argilliidile omase mikroobide kultuuriga; b) kasvukeskkonnaga adapteeritud mikroobide kultuuriga.
FIG 2 - metaani päritolu määramine isotoopanalüüsil (δ13C meetod).
FIG 3 - metallide bioleostumine argilliidist erinevates kasvukeskkondades; Y-teljel on metallide saagis metalli maksimaalsest sisaldusest argilliidis (rikastusväärtus).
FIG 4 - kultiveerimiskatseks ettevalmistatud argilliidiproov tükikeste mõõtmetega 1 -2 cm.
FIG 5 - Graptoliitargilliidi väliste omaduste muutus kasvukeskkonnas kultiveerimisel: a) metaani eraldumisega katsetes tekkis mustjas suspensioon; b) katsetes, milles metaani eraldumine oli tagasihoidlik või puudus üldse, jäi kasvukeskkond läbipaistvaks. 1 -argilliidi puursüdamiku lõik, 2 - reaktor toitelahuse ja mikroobikooslusega, 3 - reaktor toitelahuse, argilliidi ja mikroobikooslusega.
FIG 6 - kooslustest pürosekveneerimisel tuvastatud liigid bakterite 16S rRNA V2 piirkonnale sobiva praimeripaariga BSR357-BSF8 [McKenna jt, 2008] erinevates kasvukeskkondades: a) erinevate taksonite (operational taxonomic unit, OTU) protsentuaalne jaotus; b) tähtsamate taksonite osa koosluses.
FIG 7 - kooslustest pürosekveneerimisel tuvastatud liigid arhede 16S rRNA V2 piirkonnale sobiva praimeripaariga Arch349F-A934b [Takai jt, 2000; Grosskopf jt., 1998] erinevates kasvukeskkondades: a) erinevate taksonite (OTU) protsentuaalne jaotus); b) tähtsamate taksonite osa koosluses.
Leiutise teostamise näited
Näide 1. Leiutises kirjeldatud meetodil initsieeriti graptoliitargilliidile omase adapteerimata mikroobikoosluse ja söötmega R2A pluss betaiin anaeroobses kultiveerimiskatses argooni keskkonnas 500 ml katsepudelis 2 (FIG 5) temperatuuril 37 °C ja pH 7,5 juures biogeense metaani eraldumine gaasifaasi. Gaasifaasi rõhku mõõdeti manomeetrilise süsteemiga OxiTop (WTW, Saksamaa) ja gaasifaasi koostist analüüsiti gaaskromatograafiga GC-2014 (Shimadzu, Jaapan; metaani määramispiirkond l0ppb - 30%). Kasutades substraadina 25 g purustatud argilliiti (tükikeste mõõtmed 1-2 cm) saadi 90 päeva jooksul 417 ml gaasi metaanisisaldusega gaasifaasis 15-28%, saagisega 3,1 liitrit metaani 1 kg argilliidi kohta (FIG la). Maksimaalselt eraldus 671 ml biogeenset gaasi metaanisisaldusega kuni 37,5%, mis teeb saagiseks 6,4 liitrit metaani 1 kg kivimi (argilliidi) kohta. 77. päeval võeti kultiveerimiskeskkonnast vedelfaasi proov metallide sisalduse määramiseks leek-AAS-meetodil (ISO 8288). Graptoliitargilliidile omase mikroobikoosluse toimel oli kivimist kasvukeskkonda eraldunud 26,2% koobaltit ja 9,14% niklit nende metallide maksimaalsest sisaldusest esialgses proovis (FIG 3). Samal päeval võeti kultiveerimiskeskkonnast proov mikroorganismide identifitseerimiseks. Proov tsentrifuugiti (5000 p/min, 10 min), et eraldada mikroorganismide biomass, millest omakorda eraldati DNA Powersoil komplekti (MoBio, USA) abil ning sekveneeriti 16S rRNA geeni järgi, kasutades 454 Life Sciences pürosekveneerimise tehnoloogiat ja praimereid, vastavalt [Uuring Eesti argilliidist..., 2014]. Kasvukeskkonnas R2A pluss betaiin moodustas bakterite 16S rRNA geenile sobiva praimeripaariga BSR357-BSF8 määratuna kõigist taksonitest perekond Ureibacillus 87,43%, klass Clostridia, selts D8A-2 2,72% ja perekond Thermacetogenium, liik Firmicutes bacterium 3,07% (FIG 6). Arhede 16S rRNA geenile sobiva praimeripaariga Arch349F-A934b määratuna moodustas kõigist määratud taksonitest arhede perekond Methanosarcina 3,69% ning bakteritest selts Bacillacae 36,25%, perekond Desulfotomaculum 16,7% ja klass Clostridia 10,5%. (FIG 7).
Näide 2. Kasutades värskelt jahvatatud argilliiti ja söödet R2A pluss betaiin, käivitati näites 1 kirjeldatud katse kultiveerimiskeskkonnast 129. päeval võetud prooviga (5% inokulum) uus katse anaeroobsetel tingimustel argooni keskkonnas 1000 ml katsepudelis 3 (FIG 5a) temperatuuril 37 °C pH 7,5 juures. Gaasifaasi rõhku mõõdeti manomeetrilise süsteemiga OxiTop (WTW, Saksamaa) ja gaasifaasi koostist analüüsiti gaaskromatograafidega GC-2014 (Shimadzu, Jaapan, metaani määramispiirkond l0ppb -30%) ja Varian Inc., Model CP-4900 (metaani määramispiirkond 1-100%). Kasutades substraadina 50 g purustatud argilliiti (tükikeste mõõtmed 1-2 cm) eraldus gaasifaasi 7,92±0,39 liitrit metaani kg (354±17μmol) argilliidi kohta (FIG 1b). Metaan pärines argilliidi orgaanilisest osast, sest argilliidisisaldusega söötmega proovide ja ilma argilliidita söötmega proovide (tühiproovide) metaani keskmised 513C-väärtused olid vastavalt -51,99 ± 4,60 ‰ ja -72,86 ± 5,35 ‰ (FIG 2). Argilliidi orgaanilise aine lagundatav osa moodustas 36,40±1,80% kogu orgaanilisest ainest. Seega saadi adapteerunud mikroobikultuuriga kultiveerimiskatses söötmega R2A pluss betaiin, kasutades värskelt jahvatatud argilliiti 1,4 korda enam metaani kui varasemalt on sarnastest mustadest kildast eraldatud. Metaan hakkas kasvukeskkonnast eralduma kohe, ilma kohanemisfaasita (FIG 1b) ning argilliit lagunes peensuspensiooniliseks materjaliks 3 (FIG 5a).
Viited
1. Aaloe, A.; Bauert, H.; Soesoo, A. Kukersiit - Eesti põlevkivi. MTÜ GEOGuide Baltoscandia, Tallinn. 2006.
2. Asakawa, S.; Karin Sauer, K.; • Werner Liesack, W.; Thauer, R. K. (1998) Tetramethylammonium:coenzyme M methyltransferase system from Methanococcoides sp. Arch Microbiol, 170, 220-226.
3. Ashby, M; Wood, L.; Lidstrom, U.; Clarke, C; Gould, A.; Strapoc, D.; Lambo, A.J.; Huizinga, BJ. (2013) Compositions and methods for identifying and modifying carbonaceous compositions Patent application US 20130116126 Al.
4. Bauert, H.; Kattai, V. (1997). Kukersite oil shale. Kogumikus A. Raukas & A. Teedumäe (Toim.). Geology and mineral resources of Estonia. Estonian Academy Publishers, Tallinn. 436 pp. ISBN 9985-50-185-3.
5. Clement, B.G.; Ferry, J.G.; Underwood, S. (2011) Methods to stimulate biogenic methane produetion from hydrocarbon-bearing formations. Patent application CA2801558A1.
6. Grosskopf, R.; Janssen, P.H.; Liesack, W. (1997) Diversity and strueture of the methanogenic community in anoxic rice paddy soil Microcosms as Examined by Cultivation and Direct 16S rRNA Gene Sequence Retrieval. Applied and Environmental Microbiology, 64, 960-969.
7. Harris, S.H.; Smith, R.L.; Barker, C.E. (2008) Microbial and chemical faetors influencing methane produetion in laboratory ineubations of low-rank subsurface coals. International Journal of Coal Geology, 76, 46-51.
8. Jones, E.J.P.; Voytek, M.A.; D. Warwick, P.D.; Margo D. Corum, M.D.; Cohn, A.; Bunnell, J.E.; Clark, A.C.; William H. Orem, W.A. (2008) Bioassay for estimating the biogenic methane-generating potential of coal samples. International Journal of Coal Geology,76, 138-150.
9. Lippmaa, E., Maremäe, E., Pihlak, A.-T., Aguraiuja, R. (2009) Estonian graptolitic argillites - ancient ores or future fuels? Oil Shale, 26(4) 530-539.
10. Lippmaa, E., Maremäe, E., Pihlak, A.-T. (2011) Resources, production and processing of Baltoscandian multimetal black shales. OilShale, 28(1) 68-77.
11. Maremäe, E. (1988) Utilization of Estonian Alum Shale in the national economy. Oil Shale, 1988, 5(4), 407-417.
12. Matlakowka, R.; Ruszkowski, D.; Sklodowska, A. (2013) Microbial transformations of fossil organic matter of Kupferschiefer black shale - elements mobilization from metalloorganic compounds and metalloporphyrins by a community of indigenous microorganisms. Physicochemical Problems ofMineral Processing, 49 (1), 223 -231.
13. McKenna, P.; Hoffmann, C; Minkah, N.; Aye, P.P.; Lackner, A.; Liu, Z.; Lozupone, CA.; Hamady, M., Knight, R.; Bushman, F.D. (2008). The macaque gut microbiome in health, lentiviral infection, and chronic enterocolitis. PLoS Pathogens 4(2), e20.
14. Meslé, M.; Periot, C; Dromart, G.; Oger, P. (2013) Biostimulation to identify microbial communities involved in methane generation in shallow, kerogen-rich shales. Journal of Applied Microbiology, 114(1), 55-70, doi:l0.1111/jam.12015.
15. Mesle, M.; Periot, C; Gilles Dromart, G.; Oger, P. (2015) Methanogenic microbial community of the Eastern Paris Basin: Potential for energy production from organic-rich shales. International Journal of Coal Geology, 149, 67-76.
16. Newell, CJ; Adamson, D.T.; Connor, J.A.(2008) Methods and systems for stimulating biogenic production of natural gas in the subsurface. Patent application WO2008/041990.
17. Petersell, V. Diktüoneemakilt, energia ja keskkond. Keskkonnatehnika, 2008, 8.
18. Pfeiffer, R.S.; Ulrich, G.; Vanzin, G.; Dannar, V.; Debruin, R.P.; Szaloczi, E.L. (2006) Methanogenesis stimulated by isolated an aerobic consortia. Patent WO 2006/118569 Al.
19. Pfeiffer, R.S.; Ulrich, G.A.; Finkelstein, M. (2010) Chemical amendments for the stimulation of biogenic gas generation in deposits of carbonaceous material. U.S. Patent No. 7696132.
20. Pfeiffer, R.S.; Ulrich, G.; Vanzin, G.; Dannar, V.; Debruin, R.P.; DeBruyn, R. P.; Dodson, J. B. (2011) Biogenic fuel gas generation in geologic hydrocarbon deposits. U.S.Pat.No. 8,302,683.
21. Puura, E., Neretnieks, L, Kirsimäe, K. (1999) Atmospheric oxidation of the pyritic waste rock in Maardu, Estonia. 1. Field study and modelling. Environmental Geology 39 (1), 1-18.
22. Reinsalu, E. (2012). Fosforiit kui Eesti loodusvara. Eesti Loodus, 2012/3.
23. Sepp, H. (2013) Holotseeni paleokeskkonna muutused Loode-Eestis järvesetete stabiilsete isotoopide ja jalgelementide põhjal Turvaste Valgejärve läbilõikest. Magistritöö, Tartu Ülikool, 2013.
24. Sevinsky J.R.; Vanzin, G.F.; Haveman, S.A.; Kotter, N.R.; Mahaffey, W. (2015) Methods of stimulating acetoclastic methanogenesis in subterranean deposits of carbonaceous material. U.S. Patent No. 9004162 B2
25. Takai, K.; Horikoshi, K. (2000) Rapid detection and quantification of members of the archaeal community by quantitative PCR using fluorogenic probes. Applied and Environmental Microbiology, 66, 5066-5072.
26. Ticak, T.; Hariraju, D.; Bayron Arcelay, M.; Arivett, B.A.; Fiester, S.E.; Ferguson Jr, D.J. (2015) Isolation and characterization of a tetramethylammonium degrading Methanococcoides strain and a novel glycine betaine utilizing Methanolobus strain. Archives of Microbiology, 197(2), 197-209.
27. Toledo, G.V.; Richardson, T.H.; Stingl, U.; Mathur, E.J., Venter, J.C. (2009) Methods to stimulate biogenic methane production from hydrocarbon-bearing formations. Patent application WO2009/140313.
28. Urios, L.; Marsal, F.; Pellegrini, D.; Magot, M . (2012) Microbial diversity of the 180 million-year-old Toarcian argillite from Tournemire, France. Applied Geochemistry, 27(7), 1442-1450, doi: 10.1016/j.apgeochem.2011.09.022.
29. Urios, L.; Marsal, F.; Pellegrini, D.; Magot, M. (2013) Microbial diversity at iron-clay interfaces after 10 years of interaction inside a deep argillite geological formation (Toumemire, France), Geomicrobiology Journal, 30:5, 442-453, doi: 10.1080/01490451.2012.705227.
30. Uuring Eesti argilliidist biogeense metaangaasi puuraugus (in situ) tootmise võimalikkuse tõestamiseks. Lõppraport. Vastavalt lepingule nr 4.3 _2.14.420, sõlmitud 8.03.14 Ettevõtluse Arendamise Sihtasutuse ja BiotaP OÜ vahel. Tallinn, 2014. 22.08.2014
http://www.eas.ee/images/doc/sihtasutusest/uuringud/ettevotlus/uuring-argilliidist-biogeense-metaangaasi.pdf (külastatud 20.10.2016)
31. Voolma, M.; Soesoo, A., Hade, S., Hints, R., Kallaste, T. (2013) Geochemical heterogeneity of Estonian graptolite argillite. Oil Shale, 30(3) 377-401.
32. Watkins, A.J.; Roussel, E.G.; R. Parkes, R.J. Sass, H. (2014) Glycine betaine as a direct substrate for methanogens (Methanococcoides spp.). Applied and Environmental Microbiology, 80 (1), 289-293.
33. Wuchter, C; Banning, E.; Mincer, T.J.; Drenzek, N.J.; Coolen, M.J.L. (2013) Microbial diversity and methanogenic activity of Antrim Shale formation waters from recently fractured wells. Frontiers in Microbiology, 4, 367, doi: 10.3389/fmicb.2013.00367.

Claims (4)

  1. 1. Meetod graptoliitargilliidi metallorgaanilise aine lõhustamiseks mikroobikoosluse abil, millega kaasneb biogeense metaani eraldumine, mis erineb selle poolest, et metaani produktsiooniks kasutatakse vedelat toitekeskkonda R2A pluss betaiin ning anaeroobses keskkonnas toimub metallide bioleostumine.
  2. 2. Meetod vastavalt nõudluspunktile 1, mis erineb selle poolest, et bioleostuvad metallid on nikkel ja koobalt.
  3. 3. Meetod vastavalt nõudluspunktidele 1-2, mis erineb selle poolest, et biogeense metaani eraldamiseks metallorgaanilisest ainest ja sellega kaasnevaks metallide leostamiseks kasutatakse graptoliitargilliidile omast mikroobikooslust.
  4. 4. Meetod vastavalt nõudluspunktidele 1-3, mis erineb selle poolest, et värskete argilliidiproovide inokuleerimisel graptoliitargilliidile omase mikroobikooslusega saadakse uus, parema biodegradatsioonivõimega adapteeritud kooslus, mis annab suurema metaanisaagise.
EEP201600003A 2016-02-16 2016-02-16 Meetod graptoliitargilliidi metallorgaanilise aine lõhustamiseks mikroobikoosluse abil EE201600003A (et)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EEP201600003A EE201600003A (et) 2016-02-16 2016-02-16 Meetod graptoliitargilliidi metallorgaanilise aine lõhustamiseks mikroobikoosluse abil
PCT/EE2017/000001 WO2017140324A1 (en) 2016-02-16 2017-02-16 Method for decomposition of the metallorganic matter of graptolite-argillite by microbial consortium
US15/998,841 US20200157577A1 (en) 2016-02-16 2017-02-16 Method for decomposition of the metallorganic matter of graptolite-argillite by microbial consortium
EP17712017.7A EP3416759A1 (en) 2016-02-16 2017-02-16 Method for decomposition of the metallorganic matter of graptolite-argillite by microbial consortium
AU2017219431A AU2017219431A1 (en) 2016-02-16 2017-02-16 Method for decomposition of the metallorganic matter of graptolite-argillite by microbial consortium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EEP201600003A EE201600003A (et) 2016-02-16 2016-02-16 Meetod graptoliitargilliidi metallorgaanilise aine lõhustamiseks mikroobikoosluse abil

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EE201600003A true EE201600003A (et) 2017-09-15

Family

ID=59799569

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EEP201600003A EE201600003A (et) 2016-02-16 2016-02-16 Meetod graptoliitargilliidi metallorgaanilise aine lõhustamiseks mikroobikoosluse abil

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20200157577A1 (et)
EP (1) EP3416759A1 (et)
AU (1) AU2017219431A1 (et)
EE (1) EE201600003A (et)
WO (1) WO2017140324A1 (et)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107803400B (zh) * 2017-10-31 2020-12-08 中国环境科学研究院 利用沼液修复石油烃类污染土壤的堆肥方法
CN110850505B (zh) * 2019-10-17 2021-07-27 中国石油天然气集团有限公司 页岩笔石带划分模型建立方法及页岩笔石带划分方法
KR20240118668A (ko) * 2023-01-25 2024-08-05 그린미네랄 주식회사 클로렐라 불가리스 균주를 이용한 코발트 침출용 조성물 및 코발트 침출 방법

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7426960B2 (en) 2005-05-03 2008-09-23 Luca Technologies, Inc. Biogenic fuel gas generation in geologic hydrocarbon deposits
NZ562530A (en) * 2005-05-03 2009-10-30 Luca Technologies Inc Methanogenesis stimulated by isolated anaerobic consortia
PL1877201T3 (pl) 2005-05-03 2012-11-30 Transworld Tech Limited Stymulacja wytwarzania metanu przez izolowane beztlenowe konsorcjum mikrobiologiczne
US7696132B2 (en) 2006-04-05 2010-04-13 Luca Technologies, Inc. Chemical amendments for the stimulation of biogenic gas generation in deposits of carbonaceous material
WO2008041990A1 (en) 2006-10-05 2008-04-10 Groundwater Services, Inc. Methods and systems for stimulating biogenic production of natural gas in a subterranean formation
PL220307B1 (pl) 2008-05-12 2015-10-30 Synthetic Genomics Sposób identyfikacji stymulatora, który zwiększa biogeniczne wytwarzanie metanu w formacji węglowodoronośnej, sposób wzmagania biogenicznego wytwarzania metanu w formacji węglowodoronośnej i sposób wzmagania biogenicznego wytwarzania metanu z węgla kopalnego
US20120138290A1 (en) 2010-06-04 2012-06-07 Synthetic Genomics, Inc. Methods to stimulate biogenic methane production from hydrocarbon-bearing formations
DK2582846T3 (en) 2010-06-16 2019-02-04 Taxon Biosciences Inc COMPOSITIONS AND PROCEDURES FOR IDENTIFICATION AND MODIFICATION OF CARBON CONTAINING COMPOSITIONS
US9004162B2 (en) 2012-03-23 2015-04-14 Transworld Technologies Inc. Methods of stimulating acetoclastic methanogenesis in subterranean deposits of carbonaceous material

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017140324A1 (en) 2017-08-24
EP3416759A1 (en) 2018-12-26
AU2017219431A1 (en) 2018-10-04
US20200157577A1 (en) 2020-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Su et al. The diversity of hydrogen-producing bacteria and methanogens within an in situ coal seam
Strapoc et al. Methane-producing microbial community in a coal bed of the Illinois Basin
Hernsdorf et al. Potential for microbial H2 and metal transformations associated with novel bacteria and archaea in deep terrestrial subsurface sediments
Gieg et al. Bioenergy production via microbial conversion of residual oil to natural gas
Penner et al. Microbial diversity of western Canadian subsurface coal beds and methanogenic coal enrichment cultures
Jones et al. Stimulation of methane generation from nonproductive coal by addition of nutrients or a microbial consortium
Zhang et al. Characterizing microbial communities dedicated for conversion of coal to methane in situ and ex situ
CN1988970B (zh) 刺激从地层石油产生甲烷的方法
Guo et al. Characterization of anthracite-degrading methanogenic microflora enriched from Qinshui Basin in China
Rathi et al. Development of a microbial process for methane generation from bituminous coal at thermophilic conditions
US7871792B2 (en) Thermacetogenium phaeum consortium for the production of materials with enhanced hydrogen content
Chen et al. Analysis of microbial community succession during methane production from Baiyinhua lignite
Sánchez-Andrea et al. Screening of anaerobic activities in sediments of an acidic environment: Tinto River
Stępniewska et al. Methanotrophic activity in Carboniferous coalbed rocks
Meslé et al. Biostimulation to identify microbial communities involved in methane generation in shallow, kerogen‐rich shales
Guo et al. High potential of methane production from coal by fungi and hydrogenotrophic methanogens from produced water
Haq et al. Biogenic methane generation using solutions from column reactions of lignite with hydrogen peroxide
Liu et al. Variations in microbiota communities with the ranks of coals from three permian mining areas
Feisthauer et al. Isotopic fingerprinting of methane and CO2 formation from aliphatic and aromatic hydrocarbons
US20200157577A1 (en) Method for decomposition of the metallorganic matter of graptolite-argillite by microbial consortium
Wei et al. Insight into bacterial community profiles of oil shale and sandstone in ordos basin by culture-dependent and culture-independent methods
Ashley et al. Deuterium as a quantitative tracer of enhanced microbial methane production
Zhu et al. Enrichment of microbial consortia for MEOR in crude oil phase of reservoir-produced liquid and their response to environmental disturbance
Zhao et al. Clay mineral content modulates biogenic gas production in coal: divergent microbial responses in low-and medium-rank coals revealed by multi-omics
Davis Organic Amendments for Enhancing Microbial Coalbed Methane Production