Az anaerob rothasztók ellenőrzése és biokémiai jellemzése

Az előadások a következő témára: "Az anaerob rothasztók ellenőrzése és biokémiai jellemzése"— Előadás másolata:

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

2

3 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.

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

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

6 Az anaerob terek ellenőrző paraméterei
Hőmérséklet pH Lúgosság Illósav Redoxpotenciál

7 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

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

9 A pH, széndioxid tartalom és lúgosság összefüggése

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

11 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

12 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

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

14 A redoxpotenciál változása a termofil és a mezofil kísérleti rothasztó berendezésekben

15 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.

16 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.

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

18 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

19 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.

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

21 A lipáz aktivitás változása a termofil és a mezofil félüzemi reaktorokban

22 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.

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

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

25 A proteáz aktivitás alakulása az üzemi és félüzemi berendezésekben

26 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

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

28 Köszönjük figyelmüket!