Az anaerob rothasztók ellenőrzése és biokémiai jellemzése Oláh József1 – Borbélyné Jakab Judit1 – Kardos Levente2 1 Fővárosi Csatornázási Művek Rt. – 2 PhD. hallgató, ELTE KKKK

DEFINICIÓ Az anaerob rothasztás olyan biológiai folyamat, amelynek során a szerves anyag oxigén távollétében metánná és széndioxiddá alakul át. A rothasztás nem olyan kémiai reakció, amely pontos sztöchiometrikus törvényeknek engedelmeskedik. Biokémiai „eljárás”, amely nem egy meghatározott folyamat. Egyes paramétereit pontosan le lehet írni, másokat nem.

Az anaerob rothasztás folyamata I. lépcső II. lépcső Savképzés Gázképzés Savképzés Hidrolízis Nagy molekulájú szerves anyagok Egyszerű szerves vegyületek Illékony szerves savak Metán, CO2

A rothasztást befolyásoló tényezők Megfelelő összetételű tápanyag Megfelelő környezeti feltételek Üzemeltetés beavatkozás ellenőrzés információk

Az anaerob terek ellenőrző paraméterei Hőmérséklet pH Lúgosság Illósav Redoxpotenciál

pH: 7,2 – 8,5 Nem disszociált molekulák H+ OH- Sejt pH:7 Toxikus: gyenge sav kis pH értéken, gyenge lúg nagy pH értéken Pufferkapacitás - Lúgosság

A túlterhelés hatására bekövetkező pH, lúgosság, és illósav koncentráció változásának elvi összefüggése

A pH, széndioxid tartalom és lúgosság összefüggése

……….ábra A A pH, illósav, lúgosság, savasság és a CO2 tartalom alakulása egy üzemi rothasztó berendezésnél

Az anaerob rendszer egyensúlyának megbomlása 1./ Az illósavak felszaporodásával egyidejű pH csökkenés 2./ Lúgosság csökkenése 1500 mg CaCO3/l alá és az illósav koncentráció emelkedése 2000 mg/l fölé. 3./ Az összes illósav és a lúgosság arányszáma nagyobb mint 0,8. 4./ A redoxpotenciál növekedése

Redoxpotenciál Optimális tartomány Savképzés: -508 mV és -516 mV Gázképzés: -520 mV és -516 mV Mezofil üzemmód: -450 mV és -560 mV Termofil üzemmód: -480 mV és -560 mV

A redoxpotenciál, az illósav, a gázfejlődés és pH összefüggése egy anaerob rendszerben

A redoxpotenciál változása a termofil és a mezofil kísérleti rothasztó berendezésekben

Fajlagos gáztermelés és a gázösszetétel A szubsztrát anaerob biológiai bonthatóságát jellemzi. A reaktorban lebontott szerves anyagra vonatkoztatjuk. 0,75 – 1,12 m3/kg CH4/CO2 arány A szubsztrát összetételre következtethetünk.

Az anaerob lebontás hatásfoka Ellenőrző paraméter A betáplált, illetve a távozó anyagok KOI, szerves-anyag vagy széntartalmában mérhető. A gyakorlatban a szerves anyag lebontására vonatkoztatják.

Biomassza tartalom Indirekt analitikai eljárások: DNS-, fehérje-, ATP-tartalom mérése Nem alkalmazhatók a szennyvízkezelésben Izzítási veszteség mérése Fehérje tartalom mérése

Enzimaktivitás vizsgálatok A savtermelő lépcsőben lejátszódó hidrolízis folyamatának jellemzésére jól alkalmazhatók. A makromolekulákat kisebb egységekre bontják, így be tudnak hatolni a sejt belsejébe. A hidrolitikus enzimaktivitással jellemezhető egy szubsztrát bonthatósága is (a szubsztrát lebontási sebesség az enzimaktivitás függvénye).  az anaerob folyamat szubsztrát lebontási aktivitásának nyomon követése Dehidrogenáz Lipáz Proteáz

Lipáz Szubsztrát: para-nitro-fenil-palmitát Az inkubált körülmények között lejátszódó enzimreakció hatására keletkező para-nitro-fenol koncentrációját mérjük spektrofotometriásan 410 nm-en. Az üzemi tornyokból származó enzimaktivitás adatok alapján megállapítható, hogy időszakos szerves anyag terhelés (zsír, fehérje hulladék) hatására a lipáz és a proteáz enzimek aktivitása is megnőtt. A lebontást jellemző kémiai paraméterek (pH, lúgosság, illósav) lényeges nem változtak.

Időszakos terhelés növekedés hatására az üzemi, mezofil anaerob rothasztó berendezésben (I. torony) a lipáz enzim aktivitás változása

A lipáz aktivitás változása a termofil és a mezofil félüzemi reaktorokban

Proteáz Szubsztrát: kazein Az inkubált körülmények között lejátszódó enzimreakció hatására keletkező tirozin megjelenését követjük nyomon további reakciók által, majd 660 nm-en fotometrálva. Időszakos terhelés növekedés (tejipari szennyvíz) hatására 1-2 nap alatt a proteáz aktivitás megnő, majd a terhelés megszűnésével megközelíti az alapterhelésnek megfelelő értéket.

Időszakos terhelés növekedés hatására az üzemi, mezofil anaerob rothasztó berendezésben (I. torony) a proteáz enzim aktivitás változása

Időszakos terhelésnövekedés hatása a félüzemi, termofil rothasztó toronyban a proteáz enzim aktivitás változása

A proteáz aktivitás alakulása az üzemi és félüzemi berendezésekben

Az enzimaktivitás mérések értékelése Gyorsan elvégezhető mérések Átlagos felszereltségű laboratórium is elegendő Célszerű alkalmazni, ha gyakori a szubsztrát-összetétel változása Jól nyomon követhető az adaptáció folyamata A szokásos kémiai paraméterek nem jelzik a tápanyag ellátásban bekövetkező változásokat

Az ellenőrzés szempontjából meghatározó paraméterek Hőmérséklet pH Lúgosság Illósav Redoxpotenciál Fajlagos gáztermelés és gázösszetétel Enzimaktivitás

Köszönjük figyelmüket!