Железобактерии по способу питания являются

Железобактерии

Соединения и нахождение железа в природе

В естественных водах, среднее содержание железа (в интервале 0,01-26 мг/л). Кроме того, животные особи, бактерии и растения содержат его в своих организмах. Даже в тканях и внутренних органах людей есть железо, поступающее в организм вместе с едой. Потребность в нем для взрослого человека составляет 11-30мг. Избыток железа приводит к гемохроматозу и серьезным нарушениям внутренних органов.

Так как месторождения железных руд возникают в разных геологических условиях, то и состав руд и условия их расположения разнообразны.

Железо содержится во многих рудах:

• гематит (железный блеск, красный железняк),

• пирит (серный колчедан) и гетит,

• магнетит (магнитный железняк),

• сидерит и гидрогенит.

Круговорот железа в природе

(На примере круговорота серы и других соединений в природе)

За счет жизнедеятельности железобактерий (нитевидные бактерии и одиночные железобактерии) происходит круговорот железа в природе. Они окисляют железо до гидроксида железа, а углерод получают из углекислоты. Таким образом, железобактерии получают энергию для своей жизнедеятельности, а после смерти осаждаются в почве в виде болотной руды.

Области применения железа

В чистом виде железо непрочно, поэтому практически не применяется. Его используют для выработки электромагнитов, как катализатор химических реакций и др.

Основное применение этот металл находит в виде сплавов. На их долю приходится 95% всей металлопродукции. Железо основной компонент стали и чугуна. В стали меньше углерода, чем в чугуне, и поэтому она более пластична и устойчива к резким ударным нагрузкам железа.

Так же железо входит в состав никелевых и других сплавов, использующихся в электротехнике, железо-воздушных аккумуляторах и железо — никелевых аккумуляторах.

На основе железа производятся материалы, которые могут выдерживать действие низкой и повышенной температуры, агрессивной среды, ядерных излучений, вакуума и высоких давлений и т. п.

Железо относится к группе тех металлов, которые очень широко применяются во всех областях народного и бытового хозяйства. Чугун и сталь стали основой современной техники. С их участием произошло развитие тяжелой промышленности, разнообразного наземного транспорта и др.

Железобактерия

Железобактерии или сульфатовосстанавливающие бактерии могут разрушать железо в металлических трубах, в результате чего содержание железа в воде повышается, особенно в условиях застоя воды в трубопроводах.

Железобактерии , в частности Gallionella, развиваются в виде яалета на стенке пробирки там, где для них создается оптималь-лая концентрация закисного железа и кислорода.

Железобактерии поглощают из окружающей среды растворенные в воде закисные соли железа и превращают их в гидрат окиси железа.

Железобактерии поглощают из окружающей средь: растворенные в воде закисные соли железа и превращают их в гидрат окиси железа.

Железобактерии относятся к автотрофной группе организмов и могут развиваться в среде, не содержащей органических веществ. Соотношение между окисленным железом и ассимилированным из углекислоты углеродом ( 500: 1) показывает, какое большое количество Ре ( ОН) з образуется при автотрофном росте. Гидроокись железа ( III) после отмирания бактерий служит материалом для образования болотных и озерных руд. Вода, содержащая железо ( II), способна давать железистые отложения в трубах и теплообменниках при малых скоростях движения воды и небольших температурных перепадах.

Железобактерии этой группы — облигатные аэробы, но могут удовлетворительно расти при низком содержании 02 в среде. Единственно возможный способ существования — хемоорганогетеротрофия, при этом представители рода Sphaerotilus предпочитают условия с относительно высоким содержанием органических веществ, а многие штаммы Leptothrix — среды с низким уровнем органики.

Железобактерии поглощают железо в ионном состоянии и выделяют в виде нерастворимых соединений, благодаря чему ускоряется процесс анодного растворения железа. На отдельных участках поверхности металла могут осаждаться продукты разложения микроорганизмов в виде пленок, обладающих более высоким потенциалом, чем железо. Одновременно с этим ранее образованные пассивные защитные пленки могут разрушаться бактериями.

Железобактерии широко используют в промышленности для бактериального выщелачивания меди из отходов и бедных руд.

Железобактерии широко распространены в природе: установлено их наличие в морской и пресной водах, почве, средах, содержащих неорганические и органические соединения железа. Эти бактерии не объединены общностью происхождения, поэтому термин железобактерии является скорее физиологическим и экологическим понятием.

Железобактерии представляют серьезную опасность для конструкционных материалов водоохлаждаемых теплообменников и оборудования систем промышленного и бытового водоснабжения, в первую очередь углеродистых сталей. Так, в воде, используемой в системах охлаждения ряда химических заводов, обнаружены представителижелезобактерий родов Leptothrix, Sidero-capse, Ochrobium, образующие отложения на внутренних поверхностях теплообменников.

Железобактерии могут вызвать коррозионное разрушение нержавеющих сталей. Через месяц были замечены сквозные разрушения стенок бака ( толщиной 3 мм) и сплошные коррозионные разрушения труб. В результате жизнедеятельности этих микроорганизмов в слое у поверхности металла создавались очень высокие концентрации хлоридов железа и марганца, вызывающие интенсивное питтингообразование.

Железобактерии широко используются в промышленности для бактериального выщелачивания меди из отходов и бедных руд.

Наиболее распространенная железобактерия — Clado-thrix dichotoma, образующая длинные ветвящиеся нити, покрытые слизистым влагалищем. В этих влагалищах откладывается гидрат окиси железа.

Некоторые железобактерии являются строгими прототро-фами, другие же могут существовать, питаясь органическими веществами.

Поскольку железобактерии поглощают железо только в ионном состоянии, непосредственно металл они разрушать не могут. Действие этих бактерий сводится к образованию на поверхности металла, в первую очередь углеродистых сталей, концентрационных гальванических элементов и микропар дифференциальной аэрации.

Удаление бактериального железа

При наличии в исходной воде большого количества железа пользователь может столкнуться еще с одной проблемой — появлением бактериальных загрязнений — активным развитием железобактерий.Если проблема железобактерий выявлена на ранней стадии, регулярное хлорирование или обработка хелатными агентами (органические вещества, образующие растворимые комплексы с железными отложениями), а также постоянное наблюдение за состоянием оборудования помогут минимизировать её последствия.

На ранней стадии появления железобактерий может помочь ударное хлорирование — необходимо создать избыточную концентрацию хлора 50 мг/л. Перед применением хлорирования нужно выяснить, насколько устойчиво к хлору установленное водоочистное оборудование.

Проблему с бактериальным железом может решить среда redox, однако, в подводящих трубопроводах при этом железобактерии будут продолжать развиваться и образовывать слизистые отложения.

Определение типа железа в воде

Прежде чем приступить к выбору оборудования для очистки воды от железа, следует понять, какой тип железа присутствует в воде.

• Двухвалентное железо (Fe+2) содержится в воде в растворенном состоянии и невидимо невооруженным глазом. Как правило, растворенное железо присутствует в воде из подземных источников (скважин). В присутствии двухвалентного железа вода выглядит прозрачной, но когда некоторое время находится в контакте с воздухом, приобретает рыжий цвет, и выпадает осадок. Это явление происходит вследствие окисления железа кислородом воздуха до трехвалентного состояния.
• Трехвалентное железо (Fe+3), окисленное — присутствует в воде в коллоидной форме (образует очень мелкие частицы рыжего цвета). Осаждение коллоидного железа может сопровождаться образованием и ростом железобактерий. Присутствие окисленного железа характерно для воды из поверхностных источников (колодцы, водоемы) и для воды из централизованного водопровода.
• Бактериальное железо (железобактерии) часто сопутствует минеральным отложениям Fe3+ и состоит из живых и мертвых бактерий, их оболочек и продуктов жизнедеятельности. Бактериальное железо достаточно легко отличить от минерального железа — это мягкие вязкие слизистые отложения. В некоторых случаях они безвредны, в других — наносят огромный ущерб. В трубопроводе и водоочистном оборудовании железобактерии часто становятся причиной язвенной коррозии железа и стали и сильно ускоряют образование железистых отложений.

Характеристика железа

Физические свойства

Железо – это серебристо-белый металл с сероватым оттенком. В чистом виде пластичен, но непрочен. При добавлении в него различных добавок (например, углерода) твердость и хрупкость сплава повышается. Железо хорошо проводит электричество, тепло и обладает мощными магнитными свойствами, то есть под действием магнитного поля оно намагничивается и потом само становится магнитом.

Железо особенно важно для живых организмов. Оно способствует дыхательным процессам и входит в состав гемоглобина крови (477 мг/л)

Это значит, что железо участвует в процессе доставки кислорода от органов дыхания к тканям.

Находясь в воде и на влажном воздухе железо меркнет и ржавеет, а при температуре 1539°С легко плавится и поддается ковке. При высоких температурах железо реагирует с паром воды.

Железо образует 300 разнообразных минералов (карбонаты, сульфиды и т.д.) и энергично мигрирует в земной коре. Его называют металлом земных недр, так как он копится в кристаллизации магмы.

Химические свойства

Железо — металл со средней степенью химической активности. На воздухе, на нем образуется защитная пленка, которая препятствует коррозии и ржавлению. Если воздух влажный, железо окисляется и покрывается ржавчиной.

Растворяется в разведенной соляной или серной кислотах, с выделением водорода. Вытесняет из растворов солей металлы. Во время нагревания взаимодействует с неметаллами.

Источник

Железобактерии – загадочные организмы, превращающие железо в руду

Железобактерии участвуют в окислении железа и марганца – это факт, достоверно известный науке. Остальные данные про эти загадочные организмы до конца не изучены, так как все исследования проводились лишь на основе природного материала или других накопительных культур.

Кто такие железобактерии?

С.Н. Виноградский впервые выделил и описал микробов, живущих в водной среде и почве и использующих для осуществления питания энергию света. Для этого они используют способ окисления неорганических соединений железа.

И хоть это не доказано экспериментальным путем, но некоторые виды железобактерий являются хемотрофами и фотосинтезирующими, окисляют двухвалентное железо до трехвалентного. Все же ученые склоняются к тому, что большинство железобактерий относятся к гетеротрофам, использующим для питания углерод, освобожденный после окисления соединений закиси железа. Железо откладывается на поверхности самих клеток в виде окиси гидрата.

Эти микроорганизмы, обитая в природе, являются жителями почвы, пресных, соленых или кислых источников, болот.

Железобактерии условно можно разделить на две группы:

1. Не использующие энергию, выделенную при окислении железа, для жизни. Это нитчатые железобактерии и свободноживущие одноклеточные микоплазмы.
2. Получающие энергию в результате окисления железа ацидофильные железобактерии.

Нитчатые микроорганизмы (Sphaerotilus, Leptothrix)

Данные виды обитают в природе в средах с наличием солей железа, имеют палочковидную форму и жгутики, позволяющие двигаться. Осуществляя питание способом хемосинтеза (окисляя неорганические соединения в органические), железобактерии и их «товарищи» серобактерии сосуществуют вместе. Способны образовывать нити без разветвлений длиной до 1 см.

Особенностью нитчатых железобактерий является наличие слизистой оболочки, называемой влагалищем. В ней собирается окись железа или марганца. Они могут свободно покидать цилиндрическую оболочку, после чего создают новую. Оболочки – это скопления ржавых пятен, вторично загрязняющие поверхность воды, почву. Отмершие бактерии образуют большие залежи руд на дне болот.

Могут прикрепляться к субстрату и таким способом путешествовать, плавая по водоему. Особенно большое количество железобактерий наблюдается в водах, куда производятся выбросы химических производств, содержащие закиси солей железа. Очень часто поселяются в трубах водопровода, являясь виновниками их закупорки.

Окисляющие железо микоплазмы (Gallionella)

Этот вид железобактерий состоит из бобовидных клеток, которые на своей вогнутой стороне откладывают гидроокись железа. Не имеют клеточной стенки, зато у них есть фибриллы (длинные белковые выросты, напоминающие жгутики). Микоплазмы ведут колониальный образ жизни, по способу питания они сапротрофы, то есть разрушают отмершие останки других организмов.

Ацидофильные железобактерии (Thiobacillus ferrooxidan, Leptospirillum ferooxidans)

Thiobacillus ferrooxidan относится к тионобактериям, может также окислять восстановленные соединения серы, является одновременно и серобактерией, в отличие от железобактерии Leptospirillum ferooxidans.

Бактерии широко распространены в природе: в почве, в месторождениях сульфида, в источниках и кислых озерах с высоким содержанием закиси железа. Обитают в местах залежей угля и золотых руд. Для людей совершенно безвредны, устойчивы к низким температурам.

Способны окислять оксиды металлов, используя углекислый газ в качестве источника углерода. В средах с содержанием кислорода процесс выщелачивания металлов ускоряется. Поэтому для искусственного обогащения руд применяют способ орошения отвалов руды специальными серными растворами, содержащими двухвалентное железо, а также дополнительную подачу воздуха.

Подобным способом в мире обогащают около 5% общей добытой меди и получают уран.

Загрязнение труб

Железобактерии, прикрепляясь к стенкам труб, образуют на них пленку, которая загрязняет воду, поступающую в дома. Также они могут закупоривать душевые разбрызгиватели, сетчатые смесители кранов, фильтры водонагревателей, системы туалетных бачков.

Железобактерии – типичные жители почвы, поэтому содержание их в скважинах питьевой воды неизбежно. Но высокая концентрация железа достигается после контакта ионов железа с кислородом, поэтому верхняя часть скважины должна быть герметичной. Наличие воздухонепроницаемой мембраны в резервуаре также не дает воздуху соприкасаться с водой.

Для обработки воды используют специальное устройство – фосфатный дозатор, который очищает ее аналогично хлорированию. Фосфат не дает окислиться ионам железа.

Железобактерии являются одновременно как помощниками человека, образуя залежи полезных марганцевых и железных руд на дне водоемов и болот, используемых в металлургической промышленности, так и вредителями, виновниками плохого качества воды, загрязняющими почву, водопроводную систему и канализацию.

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.

Источник