Технологии

Стадия ацетогенеза при выработке метана путем сбраживания

6 июля 2014

Автор статьи: Ирина Гудилина

Статьи по теме:

В продолжение прошлой публикации рассмотри ацетогенез. Стадия ацетогенеза осуществляется двумя следующими группами бактерий. Первая из них представленная ацетогенными бактериями, проводящими ферментативное воздействие на летучие жирные кислоты, идущее с образованием ацетатов и выделением водорода, а вторая группа бактерий занимается синтезом уксусной кислоты путем ее восстановления из углерода и углекислого газа.

Четвертая, заключительная стадия анаэробного сбраживания, производится с участием пятой группы бактерий, образующих метан. Синтез метана, осуществляемый этими метаногенными бактериями, идет двумя путями:

- расщеплением уксусной кислоты на метан и углекислый газ;

- восстановлением углекислоты водородом.

По первому механизму идет образование порядка 72% метана, по второму же образуются остальные 28%.

Метаногенные бактерии представлены пятью родами. Доминирование одной из них определяется продолжительностью, рН среды и температуры, определяющих условия протекания данного анаэробного процесса. Все бактерии, участвующие в получении метана путем биохимического воздействия являются строгими анаэробами, не переносящими присутствие кислорода и нитратов. Губительной для них является уже концентрация кислорода, составляющая 0,1 мг/л. Они так же весьма чувствительны к рН среды, которая должна находиться в диапазоне 7,0-7,5. Некоторое время, впрочем, метагенные бактерии способны работать и при рН 9,0-10,0, но только при условии их возраста не менее двадцати суток.

Основные биогенные элементы, необходимые для их роста, метагенные бактерии извлекают из кислотного остатка уксусной кислоты и углекислого газа, служащих в качестве источника углерода; аммиака, откуда ими извлекается азот; сульфидов или сульфатов, откуда ими берется сера. Кроме того, для успешной жизнедеятельности метаногенов требуется наличие микроэлементов, в число которых входят калий, натрий. Кальций, магний, кобальт, медь, бор, цинк и молибден, являются токсичными в высоких концентрациях.

Никель для метаногенов является необходимой составляющей фермента, служащего для переноса водорода в процессе восстановления углекислого газа до метана. В состав прочих ферментов, осуществляющих прохождение окислительно-восстановительных реакций, входят железо, магний и кобальт. В анаэробной экосистеме наблюдается другой принцип взаимодействия, в отличие от биоценоза активного ила аэробных систем, в которых представители низшего трофического уровня служат пищей для микроорганизмов, стоящих на следующих ступенях развития.

Получить консультацию специалиста Консультация

В ней разные группы бактерий используют в качестве пищи продукты жизнедеятельности им предшествующих. К первичным анаэробам относятся те группы бактерий, благодаря которым идет осуществление стадий гидролиза и расщепления его продуктов до жирных кислот. Вторичные анаэробы питаются продуктами жизнедеятельности первичных, потребляя и преобразуя их на стадиях ацетогенеза и метаногенеза. В их число входят так же и сульфатовосстанавливающие бактерии, образующие сероводород. Они начинают проявлять активность при повышении концентрации сульфатов, конкурируя метаногенами за водород и ацетат-ионы, необходимые им для восстановления сульфатов до сульфидов и Н2S.

Накапливающие сульфиды являются фактором подавления развития метаногенных бактерий, так как являются их конкурентами в борьбе за питательный субстрат. Водород, являющийся продуктом второй и третьей стадии анаэробного брожения, при его накоплении, приводит к сдвигу в кислую сторону рН среды, что может отрицательно сказаться на жизнедеятельности и воспроизводстве метаногенов. Однако, в стабильно работающей экосистеме он активно потребляется как в процессе ацетогенеза, так и некоторыми родами метаногенных бактерий. Помимо этого, для оптимальной работы бактерий необходимо обеспечить им тесное физическое взаимодействие с обрабатываемым субстратом, что особенно важно для первой группы бактерий, благодаря который проходит стадия гидролиза.

Также важно поддержание и тесного симбиотического контакта между группами ацетогенных и метаногенных бактерий, благодаря чему у вторых интенсифицируются процессы потребления продуктов биохимического окисления первых. Следовательно, для обеспечения лучших условий функционирования биоценоза анаэробной экосистемы следует избегать сильного перемешивания, ведущего с сильным динамическим нагрузкам, являющимся следствием турбулентностей, которое может нарушить симбиотические связи между микроорганизмами. Поэтому при выборе систем перемешивания, которое необходимо для лучшего контакта бактерий первой группы с обрабатываемым субстратом, подвергаемым гидролизу, нельзя допускать динамических нагрузок, которые могут привести к разрывам связей между четвертой и пятой группами бактерий.

Равновесие всех стадий процесса анаэробного сбраживания и его эффективность зависит не только от скорости производства бактериями продуктов реакции на каждой из первых трех его стадий, но и от скорости их потребления микроорганизмами, питающимися ими. Накопление продуктов разложения на одной из стадий анаэробного процесса автоматически ведет к торможению и подавлению последующих. Поэтому для эффективности процесса анаэробного сбраживания, следует создать и поддерживать работу сбалансированной системы, определяемой физиологическими особенностями каждой из пяти групп бактерий, связанных между собой потреблением продуктов реакции предыдущего уровня.

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.