Az anaerob rothasztók ellenőrzése és biokémiai jellemzése

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

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 illósavkoncentráció 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 • Azinkubált 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 • Azinkubált 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!