Метаногенная стадия ведет к конечному продукту расщепления сложных органических веществ — метану. В сложном процессе превращений участвуют многие виды микроорганизмов (до нескольких сотен), среди которых преобладают бактерии. В разложении устойчивых токсикантов окружающей среды полихлорированных фенолов важную роль играют штаммы Rhodo coccus и Mycobacterius, широко распространенные в природе.[ ...]
Метаногенные бактерии образуют метан путем восстановления диоксида углерода молекулярным водородом. Метан является основным продуктом их метаболизма. Считают, что весь метан биогенного происхождения на Земле образован деятельностью метаногенных бактерий. Их ежегодная производительность составляет около 1,0 х 10® т метана.[ ...]
Число метаногенных бактерий в разлагающемся иле довольно значительно. Хьюкелекьен и Хэйнемэн [цит. по 495] выделили из 1 мл содержимого метантенков 25 X 102—25 X 10б бактерий, способных ферментировать уксусную кислоту, 6 X Ю2— 25Х106 бактерий, ферментирующих масляную кислоту, и 25 X X 102—25 X Ю8 бактерий, ферментирующих этиловый спирт. Близкие результаты (105—108 клеток/мл) получены другими авторами [427]. Автор показал, что ацетатферментнрующие метаногенные бактерии обнаруживаются в меньшем числе, чем водородокисляющие, хотя еще недавно считалось, что 70% метана выделяется при ферментации ацетата.[ ...]
В анаэробных метаногенных ассоциациях биополимеры гидролизуют различные микроорганизмы: целлюлозу - представители Clostridium, Ruminococcus, Bacteroides, Cellobacterum и др.; крахмал - Bacteroides, Succinomonas, Butyrovibrio, Selenomonas и др.; пектин - Bacteroides, Clostridium; белки - Bacteroides, Clostridium, Bifidobacterium, Selenomonas и др. Эти микроорганизмы осуществляют не только гидролиз, но и последующие подготовительные этапы метаногенеза, тем самым предотвращая ингибирование гидролитических ферментов продуктами гидролиза. Этап ацетогенеза осуществляют ацетогенные бактерии: Syntromonas sp., Clostridium sp. и др. Собственно метано-генез осуществляют около 50 известных к настоящему времени видов бактерий, относящихся к 13 родам, в том числе Met-hanobacterum, Methanobrevibacter, Methanosphaera, Methanother-mus, Methanococcus, Methanolobus и др.[ ...]
Многие из анаэробных бактерий являются «строгими анаэробами», т. е. вообще не переносят присутствия кислорода, как, например метаногенные бактерии1.[ ...]
При сравнительном подсчете метаногенных бактерий показано, что в жидкой среде вырастает в 10 раз больше клеток, чем на твердой [495]. Наиболее многочисленными были водород-окисляющие бактерии. Число бактерий, ферментирующих уксусную кислоту, всегда на 1—3 порядка меньше. Были испытаны 22 варианта среды и подобран оптимальный состав питательных веществ. На предложенной авторами среде обнаружено от 1 X Ю8 до 1,9 X 1010 клеток/мл. Однако эти данные получены для экспериментальной установки, перерабатывающей «синтетический» сток. Аналогичных данных с использованием этой среды для исследования бактерий в производственных сооружениях нет.[ ...]
Помимо трофических связей между группами бактерий в процессе метанового брожения должны осуществляться и физические взаимодействия, в том числе необходим непосредственный контакт гидролитических бактерий с твердым гидролизуемым субстратом и пространственный симбиоз ацетатогенов и метаногенов с субстратом. Разрыв этих связей, вызванный, например, сильными динамическими нагрузками при интенсивном перемешивании, оказывает отрицательное воздействие на эффективность процесса.[ ...]
Недавно описаны два новых вида гетероацетогенных бактерий: Synthrobacter wollnii (грамм-отрицательная палочка) и Synthrophomonas wolf d (нефототрофная бактерия) [53]. В [46] сообщалось о популяции микроорганизмов этой группы численностью 4,2 -106 клеток на 1 мл сырого ила, и сейчас осуществляется дальнейшее определение видов. Именно эти бактерии разлагают жирные кислоты (пропионовую и масляную), некоторые спирты и даже ароматические соединения (бензойную кислоту), в этом случае совместно с метаногенными бактериями [54].[ ...]
Коэффициенты прироста биомассы различны для различных бактерий, участвующих в процессе. На кислотогенной стадии они обычно невысоки и еще ниже на метаногенной стадии.[ ...]
При метаногенезе возможны два типа лимитирования роста метаногенных бактерий, потребляющих диоксид углерода. Во-первых, на свалках часто высока концентрация акцепторов электронов, таких как нитраты и сульфаты. Во-вторых, гомоацетогенные бактерии также могут потреблять диоксид углерода, восстанавливая его до уксусной кислоты и конкурируя таким образом с метаногенными бактериями за водород. В настоящее время известно восемь различных субстратов метаногенных бактерий, четыре из них (смесь диоксида углерода с водородом, уксусная кислота, метанол и триэтиламин) были обнаружены на свалках (Дж. Б. Казали, неопубликованное сообщение).[ ...]
К вторичным анаэробам относятся и сульфатредуцируклцие бактерии, работающие параллельно метаногенам и использующие продукты первых стадий процесса.[ ...]
Известно около 50 видов архебактерий. Выделяя здесь эту группу организмов в самостоятельное подцарство нельзя не отметить, что многие биологи классифицируют архебактерии в качестве самостоятельного царства (кроме царств растений и животных).[ ...]
Термодинамические ограничения, обсуждавшиеся выше, обуславливают тесный симбиоз между гетероацетогенными и метаногенными бактериями. Воздействие массопереноса может менять локальную концентрацию водорода и влиять на кинетику процесса. Природа описанного синергизма еще полностью не объяснена, поскольку эти бактерии еще недостаточно таксономически и физиологически охарактеризованы. Различные типы биоэнергетики и уровень продуктивности могут быть видоспецифичны; еще многие вопросы нуждаются в ответах и многое предстоит исследовать.[ ...]
Обычно анаэробный процесс протекает с максимальной скоростью при значениях pH от 6 до 8. При pH ниже б сильно снижается активность метаногенных бактерий, а при pH ниже 5,5 они вообще перестают работать.[ ...]
Традиционно считалось, что процесс анаэробного сбраживания включает деятельность двух основных трофических групп — ацидогенных и метаногенных бактерий. Однако после выделения особых микроорганизмов [52] стало ясно значение симбиотической ацетогенной дегидрогенизации жирных кислот с более длинной, чем у уксусной кислоты, цепью как лимитирующей стадии при образовании метана и выделена отдельная группа гетероацетогенных бактерий. Некоторые исследователи выделяют гомоацетогенные бактерии, такие как Acetobacterium woodi, в отдельную четвертую группу, но в этой работе они включены в группу ацидогенных бактерий (I группа).[ ...]
Таким образом, превращение органического вещества в ме-тантенках происходит в две стадии: сбраживание субстрата до жирных кислот (неметаногенная) и образование из жирных кислот СН4 и С02 (метаногенная). Во время первой стадии главную роль играют анаэробные бактерии родов Clostridium, Bacteroides и др. Вторую стадию осуществляет уникальная группа облигатных анаэробов — метановые бактерии родов Methano-bacterium, Methanobacillus, Methanococcus, Methanosarcina.[ ...]
В данном процессе критерием для проектирования может служить возраст ила, поскольку станции должны быть устроены таким образом, чтобы обеспечивать возможность выживания медленно растущим метаногенным бактериям.[ ...]
При анаэробном сбраживании важным фактором является время пребывания ила в реакторе, часто называемое в производственной практике возрастом ила. Он особенно значим из-за относительно большого среднего времени генерации для ацето-и метаногенных бактерий. Поэтому были предприняты попытки спроектировать реакторы, в которых биомасса могла бы удерживаться и можно было бы избегнуть вымывания медленно растущих микроорганизмов. В станциях аэрации давно применялась рециркуляция ила для поддержания плотности биомассы, и этот принцип был первоначально использован для анаэробного сбраживания в виде анаэробного контактного процесса, в котором ил рециркулирует из отстойника обратно в сбраживатель полного смешения. На основе этой системы был разработан сбраживатель-осветлитель «Дорр — Оливер», в котором происходит не перемешивание, а образование взвешенного слоя микробного ила. Этот процесс явился естественным предшественником анаэробного процесса, основанного на применении слоя ила, взвешенного в восходящем токе. Кроме того, возникло несколько других промышленных разработок, основанных на анаэробном контактном процессе и созданных с аналогичной целью максимизировать время пребывания и, следовательно, оптимизировать очистку сточных вод.[ ...]
Потребление жирных кислот с длинной цепью в присутствии избытка водорода бывает вызвано как гидравлической перегрузкой сбраживателя, так и его перегрузкой по органическому субстрату. Группой, предварительно перерабатывающей эти кислоты в пригодный для метаногенных бактерий субстрат, являются гетероацетогенные бактерии, образующие уксусную кислоту и водород, которые оба могут потребляться микроорганизмами III группы. Однако термодинамические расчеты для этой чувствительной группы показывают, что возрастание количества водорода прекращает или даже обращает эти реакции. Следовательно, сбраживатель будет накапливать пропионовую, масляную и высшие жирные кислоты до концентрации несколько тысяч миллиграммов на литр при таких перегрузках. Предупреждая остановки процесса от скачкообразных нагрузок или минимизируя их и поддерживая пригодные для культивирования условия, можно добиться того, что процесс постепенно возобновится так, что метаногенные бактерии будут использовать водород, а гетероацетогенные бактерии снова начнут потреблять высшие жирные кислоты. Следовательно, можно предполагать наличие корреляции между присутствием этих кислот и парциальным давлением водорода в газовой смеси сбраживателя. С этой точки зрения ранним индикатором перегрузки, вызывающей неизбежную остановку работы сбраживателя, будет концентрация водорода в биогазе. Современные приборы позволяют дешево и точно следить за этим параметром [59].[ ...]
Токсичные вещества влияют на анаэробный процесс приблизительно так же, как и на аэробный. Анаэробные микроорганизмы не отличаются какой-либо особой чувствительностью к токсичным веществам. Поскольку процесс анаэробного разложения основан в первую очередь на действии медленно растущих метаногенных бактерий, то и действие ингибиторов следует рассматривать прежде всего в связи с этой группой бактерий. В табл. 3.16 представлены такие концентрации токсичных веществ, которые воздействуют на анаэробный процесс. Как и в других биологических системах, в анаэробном сообществе также может развиваться устойчивость к токсичным веществам.[ ...]
В связи с развитием микробиологии в области биоокисления органических соединений в анаэробных условиях и разработками новых конструкций биореакторов с начала 7 0-х годов анаэробная обработка промышленных сточных вод приобретает важное значение. Альтернативой широко используемым в настоящее время аэробным биологическим процессам очистки могут являться анаэробные процессы, протекающие в отсутствие кислорода и требующие значительно меньших энергозатрат и расхода питательных веществ. Преимуществами анаэробной биотехнологии являются получение ценного биогаэа (метан), используемого как топливо; низкий прирост ила; высокая степень стабилизации отходов; и гибкость управления процессом (возможность прерываемой и сезонной очистки сточных вод). К недостаткам, компенсируемым, впрочем, вышеперечисленными преимуществами, относится медленная скорость роста метаногенных бактерий, что определяет длительность времени, требуемого для пуска установки.[ ...]