Az anaerob rothasztók Az anaerob rothasztók ellenőrzése és biokémiai ellenőrzése és biokémiai

jellemzésejellemzése

Oláh JózsefOláh József11 – Borbélyné Jakab – Borbélyné Jakab JuditJudit11 – – Kardos LeventeKardos Levente22

11 Fővárosi Csatornázási Művek Fővárosi Csatornázási Művek Rt. – Rt. –

22 PhD. hallgató, ELTE KKKKPhD. hallgató, ELTE KKKK

DEFINICIÓ

Az anaerob rothasztás olyan biológiai folyamat, amelynek során a szerves anyag oxigén távollétébenmetánná 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.

I. lépcső II. lépcső

Savképzés Gázképzés

Hidrolízis Savképzés

Nagy molekulájú szerves anyagok

Egyszerű szervesvegyületek

Illékony szervessavak

Metán, CO2

Az anaerob rothasztás folyamata

A rothasztást befolyásoló tényezők

Megfelelő összetételű tápanyag

Megfelelő környezeti feltételek

Üzemeltetés

ellenőrzés információk beavatkozás

Az anaerob terek ellenőrző paraméterei

Hőmérséklet

pH

Lúgosság

Illósav

Redoxpotenciál

pH: 7,2 – 8,5

SejtpH:7

Nem disszociált molekulákH+

OH-

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

1./ Az illósavak felszaporodásával egyidejű pH csökkenés

2./ Lúgosság csökkenése 1500 mg CaCO3/l alá és az illósav koncentráció emelkedése 2000 mg/l fölé.

Az anaerob rendszer egyensúlyának megbomlása

3./ Az összes illósav és a lúgosság arányszáma nagyobb mint 0,8.

4./ A redoxpotenciál növekedése

Redoxpotenciál

Savképzés: -508 mV és -516 mV

Gázképzés:-520 mV és -516 mV

Optimális tartomány

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

-650

-600

-550

-500

-450

-400

-350

-300

-250

-200

3. 4. 3. 14. 3. 24. 4. 3. 4. 13. 4. 23. 5. 3. 5. 13.

Idő (nap)

Red

ox

po

ten

ciá

l (m

V)

termofil mezofil

A redoxpotenciál változása a termofil és a mezofil kísérleti rothasztó berendezésekben

Fajlagos gáztermelés és a Fajlagos gáztermelés és a gázösszetételgázösszetétel

A szubsztrát anaerob A szubsztrát anaerob biológiai bonthatóságát biológiai bonthatóságát jellemzi.jellemzi.

A reaktorban lebontott A reaktorban lebontott szerves anyagra szerves anyagra vonatkoztatjuk.vonatkoztatjuk.

0,75 – 1,12 m0,75 – 1,12 m33/kg /kg CHCH44/CO/CO22 arány arány A szubsztrát összetételre A szubsztrát összetételre

következtethetünk.következtethetünk.

Az anaerob lebontás hatásfokaAz anaerob lebontás hatásfoka

Ellenőrző paraméterEllenőrző paraméter A betáplált, illetve a távozó anyagok KOI, A betáplált, illetve a távozó anyagok KOI,

szerves-anyag vagy széntartalmában szerves-anyag vagy széntartalmában mérhető.mérhető.

A gyakorlatban a szerves anyag lebontására A gyakorlatban a szerves anyag lebontására vonatkoztatják.vonatkoztatják.

Biomassza tartalomBiomassza tartalom

Indirekt analitikai eljárások: DNS-, fehérje-, Indirekt analitikai eljárások: DNS-, fehérje-, ATP-tartalom méréseATP-tartalom mérése

Nem alkalmazhatók a szennyvízkezelésbenNem alkalmazhatók a szennyvízkezelésben Izzítási veszteség mérése Izzítási veszteség mérése Fehérje tartalom méréseFehérje tartalom mérése

Enzimaktivitás vizsgálatokEnzimaktivitás vizsgálatok A savtermelő lépcsőben lejátszódó hidrolízis folyamatának A savtermelő lépcsőben lejátszódó hidrolízis folyamatának

jellemzésére jól alkalmazhatók.jellemzésére jól alkalmazhatók. A makromolekulákat kisebb egységekre bontják, így be A makromolekulákat kisebb egységekre bontják, így be

tudnak hatolni a sejt belsejébe.tudnak hatolni a sejt belsejébe. A hidrolitikus enzimaktivitással jellemezhető egy A hidrolitikus enzimaktivitással jellemezhető egy

szubsztrát bonthatósága is (a szubsztrát lebontási sebesség szubsztrát bonthatósága is (a szubsztrát lebontási sebesség az enzimaktivitás függvénye).az enzimaktivitás függvénye).

az anaerob folyamat szubsztrát lebontási aktivitásának az anaerob folyamat szubsztrát lebontási aktivitásának nyomon követésenyomon követése

DehidrogenázDehidrogenáz LipázLipáz ProteázProteáz

LipázLipáz• SSzubsztrátzubsztrát:: para-nitro-fenil-palmitátpara-nitro-fenil-palmitát

• AzAz inkubált körülmények között lejátszódó inkubált körülmények között lejátszódó enzimreakció hatására keletkező enzimreakció hatására keletkező para-nitro-fenolpara-nitro-fenol koncentrációját mérjükkoncentrációját mérjük spektrofotometriásan 410 spektrofotometriásan 410 nm-en.nm-en.

• Az üzemi tornyokból származó enzimaktivitás Az üzemi tornyokból származó enzimaktivitás adatok alapján megállapítható, hogy időszakos adatok alapján megállapítható, hogy időszakos szerves anyag terhelés (zsír, fehérje hulladék) szerves anyag terhelés (zsír, fehérje hulladék) hatására a lipáz és a proteáz enzimek aktivitása is hatására a lipáz és a proteáz enzimek aktivitása is megnőtt. megnőtt.

• A lebontást jellemző kémiai paraméterek (pH, A lebontást jellemző kémiai paraméterek (pH, lúgosság, illósav) lényeges nem változtak.lúgosság, illósav) lényeges nem változtak.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Idő (nap)

Lip

áz a

ktiv

itás

(m

g P

NF

/gs

zerv

es

a.

óra

)

Lipáz akt.

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

aktivitás változása

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Idő (dátum)

mg

PN

F/g

sze

rve

sa

. x ó

ra

Mezofil Termofil

A lipáz aktivitás változása a termofil és a mezofil félüzemi reaktorokban

ProteázProteáz• 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.

0

100

200

300

400

500

600

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Idő (nap)

Pro

teáz

en

zim

akt

.

(mg

tir

ozi

n/g

sze

rve

sa

. óra

)

Proteáz akt.

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

enzim aktivitás változása

0

100

200

300

400

500

600

700

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Idő (nap)

Pro

teáz

akt

ivit

ás

(mg

tir

ozi

n/g

sze

rve

sa

. óra

)

Proteáz akt.

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

0

100

200

300

400

500

600

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Idő (nap)

Pro

teáz

en

zim

akt

.

(mg

tir

ozi

n/g

sze

rve

sa

. óra

)

Proteáz akt.

A proteáz aktivitás alakulása A proteáz aktivitás alakulása az üzemi és félüzemi az üzemi és félüzemi

berendezésekbenberendezésekben

0

100

200

300

400

500

600

700

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Idő (nap)P

rote

áz a

ktiv

itás

(mg

tir

ozi

n/g

sze

rve

sa

. óra

)

Proteáz akt.

Az enzimaktivitás mérések értékeléseAz enzimaktivitás mérések értékelése

Gyorsan elvégezhető mérésekGyorsan elvégezhető mérések Átlagos felszereltségű laboratórium is elegendő Átlagos felszereltségű laboratórium is elegendő Célszerű alkalmazni, ha gyakori a szubsztrát-Célszerű alkalmazni, ha gyakori a szubsztrát-

összetétel változásaösszetétel változása Jól nyomon követhető az adaptáció folyamataJól nyomon követhető az adaptáció folyamata A szokásos kémiai paraméterek nem jelzik a A szokásos kémiai paraméterek nem jelzik a

tápanyag ellátásban bekövetkező változásokattápanyag ellátásban bekövetkező változásokat

Hőmérséklet

pHLúgosság

Illósav

Redoxpotenciál

Az ellenőrzés szempontjából meghatározó

paraméterek

Fajlagos gáztermelés és gázösszetétel

Enzimaktivitás

Köszönjük figyelmüket!Köszönjük figyelmüket!