To tylko jedna z 12 stron tej notatki. Zaloguj się aby zobaczyć ten dokument.
Zobacz
całą notatkę
FERMENTACJA METANOWA
W procesie fermentacji beztlenowej ścieki zawierające materiał organiczny są
przetwarzane biologicznie przez mikroorganizmy do produktów końcowych, głównie metanu
i dwutlenku węgla. Oczyszczanie zachodzi w szczelnym, nieprzepuszczającym powietrza
reaktorze o pełnym wymieszaniu. Ścieki przebywają w komorze przez odpowiedni czas.
Ponieważ przyrost organizmów beztlenowych jest niewielki objętość osadu nadmiernego,
która powstaje jest minimalna, jest to 10 – 15% dopływającego ładunku BZT5 (dla
porównania w systemach tlenowych produkcja biomasy może wynosić 50 – 80%
dopływającego ładunku.
Szczególnym przypadkiem procesu fermentacji jest fermentacja metanowa, stosowana
przy stabilizacji osadów ściekowych oraz oczyszczaniu ścieków z dużą zawartością
związków organicznych podatnych na biologiczny rozkład. Jest ona szczególnie odpowiednia
w przypadku oczyszczania ścieków przemysłowych zwłaszcza wtedy, gdy w procesie
technologicznym powstają ścieki podgrzane lub istnieje odpadowe źródło ciepła
technologicznego. Procesy fermentacji mogą być stosowane w przypadku innych ścieków lub
osadów pod warunkiem ze nie zawierają one substancji toksycznych lub związków
hamujących proces biochemicznego rozkładu zanieczyszczeń.
Praktyczne zastosowanie fermentacji metanowej wynika z następujących właściwości:
a) Całkowitemu rozkładowi z wytworzeniem CH4, CO2 i H2O ulega bardzo szeroki
wachlarz zawiązków organicznych;
b) Powstający gaz (tzw. biogaz), zawierający 50 – 80% metanu, jest źródłem łatwo
dającej się wykorzystać energii;
c) Fermentacja może być prowadzona zarówno w dużej skali przemysłowej, jak i w
prymitywnych warunkach gospodarstw wiejskich;
d) Spośród przemysłowych metod degradacji zanieczyszczeń jest to sposób najmniej
uciążliwy dla środowiska (mała ilość biomasy jako produktu odpadowego ), a przy
tym wymagający stosunkowo małych nakładów inwestycyjnych i energetycznych.
Na rysunku 1 przedstawiono schematycznie `przemiany biochemiczne zachodzące w
czasie fermentacji metanowej.
Rys. 1. Przemiany biochemiczne związków organicznych zachodzące w czasie
fermentacji metanowej
W procesie fermentacji metanowej ważną rolę odgrywają bakterie syntroficzne. Bakterie te
mają zdolność utleniania kwasu pirogronowego z użyciem wody jako donora elektronów,
zgodnie z reakcją:
CH3COCOOH + H2O → CH3COOH + H2O + CO2
W wyniku tej reakcji wytwarzany jest wodór i ditlenek węgla. Bakterie syntroficzne
syntetyzują substancję komórkową z octanu i dwutlenku węgla. Wykorzystują także jako
substrat kwasy organiczne zawierające 4 – 8 atomów węgla w cząsteczce.
I. ETAPY FERMENTACJI
Fermentacja beztlenowa ścieków jest procesem złożonym, przebiegającym w czterech
podstawowych procesach:
• Hydroliza,
• Kwasogeneza,
• Octanogeneza,
• Metanogeneza.
Procesy te zachodzą dzięki bakteriom beztlenowym (anaeroby) oraz bakteriom
fakultatywnym.
1.HYDROLIZA
W tym etapie zachodzi rozkład polimerycznych związków organicznych
nierozpuszczalnych w wodzie do związków prostszych,
(…)
…
Clostridium thermoautotrophicium
Acetobacterium woodii
Acetogenium kivui
Rozkładany substrat
Produkty fermentacji
Wszystkie substancje pokarmowe,
skrobia
Mleczany
Skrobia, maltoza, liczne cukry
Mleczany, octany
Celuloza, hemiceluloza, celobioza,
pektyny, skrobia
Bursztyniany, octany, etanol, wodór,
mrówczany, maślany, mleczany
Mleczany, glukoza, inne cukry
Lotne kwasy organiczne, wodór,
octany, propioniany…
… NAD. Produkty pośrednie powstające na skutek degradacji substratu służą z
kolei jako akceptory wodoru pochodzącego z NADH2. Zredukowane produkty utworzone w
wyniku regeneracji NAD są wydzielane.
Podczas fermentacji glukozy przez drobnoustroje mogą powstać od jednej do czterech
cząsteczek ATP.
Mechanizm fermentacji pokazany jest na rozkładzie glukozy (Rys. 3).
Glikoliza jest ciągiem reakcji zachodzących w cytoplazmie wszystkich prokariotów i
eukariotów.
Glikoliza przebiega zgodnie z następującym równaniem :
Glukoza + 2Pi + 2ADP + 2 NAD+ → 2pirogronian + 2H2O + 2ATP 2NADH + 2H+
GLUKOZA
ATP
heksokinaza
ADP
GLUKOZO-6-FOSFORA N
izomeraza glukozofosforanowa
FRUKTOZO-6-FOSFORAN
fosfo fruktokinaza
ATP
ADP
FRUKTOZO-1,6-BISFOSFORAN
aldolaza
izomeraza trizofosforanowa
ALDEHYD 3-FOSFOGLICERYNOWY
FOSFODIHYDROKSYA CETON
dehydrogenaza aldehydu
3-fosfoglicerynowego
+
NAD + Pi
+
NADH + H
1,3-BISFOSFOGLICERYNIA N
kinaza fosfoglicerynianowa
ADP
ATP
3-FOSFOGLICERYNIAN
fosfogliceromutaza
2-FOSFOGLICERYNIAN
enolaza
H2 O
FOSFOENOLOPIROGRONIA N
kinaza pirogronianowa
ADP
ATP
PIROGRONIAN
Rys. 3. Szlak glikolizy
Pierwszym etapem wpływającym na szybkości metabolizmu heksozy jest jej transport
przez błonę cytoplazmatyczną do komórki…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)