Hidrológiai Közlöny 2005 (85. évfolyam)
5. szám - Oláh József–Palkó György–Borbélnyé Jakab Judit–Szilágyi Mihály–Barabás Győző: Az anaerob rendszerek jellemzése és ellenőrzése
12 HIDROLÓGIA I KÖZLÖNY 2005. 85. ÉVF. 5. SZ. máját. A mikroorganizmusok szaporodásához, így az anaerob lebontás zavartalan lefolyásához a szubsztrátnak (szennyvíz iszap) tartalmaznia kell megfelelő mennyiségben szerves anyagot, amely szén és energia tartalmát a mikroorganizmusok saját sejtanyagaik felépítésére használják. A szervetlen anyagok a szaporodáshoz szükséges mikroelem forrást biztosítják. A szennyvíziszapok főként az alábbi vegyületcsoportok változó mennyiségeiből állnak: szénhidrátok, poliszacharidok, aminosavak, proteinek, zsírsavak, zsírszerü anyagok, alkoholok, valamint az élő sejtekből eredő nitrogéntartalmú vegyületek. A házi és ipari szennyvizekben a szénhidrátok számos csoportja megtalálható, mint pl.: hexózok, pentózok, ketózok, aldózok. Az ipari szennyvizek viszonylag nagy menynyiségű poliszacharidot (pl.: keményítőt, cellulózt, pektineket) tartalmazhatnak. A proteinek gyakorlatilag mindenfajta biológiai eredetű anyagban jelen vannak. Mivel a fehérjék labilisak, mert a peptid-kötések a sejten-kívüli, hidrolitikus enzimek hatására könnyen felszakadhatnak és a folyamat hatására szabad aminosavak keletkeznek. A zsírok (lipidek) a legtöbb biológiai eredetű anyagban jelen vannak és egyes esetekben a szerves anyag nagyobb részét is ezek a vegyületek alkotják. A házi szennyvízben a lipidek 25 %- át is kitehetik a szárazanyagnak. A lipidek fizikai és kémiai tulajdonságaik szerint több csoportba sorolhatók. Az egyszerű lipidek észterek, amelyek csak szenet, hidrogént és oxigént tartalmaznak, a hidrolízisük során zsírsavak és alkoholok keletkeznek. A természetes zsírok és olajok esetében három zsírsav molekula kapcsolódik egy észterkötéssel a három alkoholos hidroxillal rendelkező glicerinhez. A lipideken jelenlévő zsírsavak lehetnek egyenes vagy elágazott láncúak, telitettek vagy telítetlenek, és a szénatomok száma 2 és 26 között váltakozhat az adott lipid eredetétől függően. A lipidek a legtöbb biológiai eredetű anyagban jelen vannak és egyes esetekben a szerves anyag nagyobb részét is alkothatják. Szabad zsírsavak is előfordulhatnak a szennyvízben, mint a bakteriális anyagcsere végtermékei. A vegyületek egy másik csoportja, amely a szennyvíz organikus anyagtartalmának egy jelentős részét alkothatja, mikrobiológiai eredetű. így a szennyvíziszapok nagy menynyiségű DNS -1, RNS - t, poli - béta - hidroxivajsavat, és a sejtfal anyagait tartalmazhatják. A fent említett vegyületcsoportokon kívül számos más szerves vegyületcsoport is jelen lehet a szennyvíz-iszapokban pl. ipari tevékenységből eredően antibiotikumok, növényi hormonok, peszticidek, detergensek stb. Mindezek befolyásolhatják az anaerob rothasztási folyamatokat, még akkor is, ha rendszerint kis mennyiségben is vannak jelen (Kotzé et. aL, 1969). Bizonyos szervetlen anyagok meghatározott koncentrációszintek között szükségesek a baktériumok metabolizmusa szempontjából, míg mások bizonyos koncentrációk felett toxikus hatást fejthetnek ki. Az anaerob lebontáshoz elsődlegesen szükséges elemek a N, S, P, K, Mg, Ca, Fe, Na, Cl, de ezen kívül a lebontáshoz kisebb mértékben Zn, Mn, Mo, Se, Co, Cu, Ni, V, W elem is szükséges. 3.1.1. A szennyvíziszap tápanyag tartalma A friss (primer) szennyvíz-iszap szilárd szárazanyag tartalma 3 és 6 % között váltakozik. A nem rothasztott szilárd anyagnak 60-80 %- a szervesanyag, míg a hamutartalom vagy szervetlen rész 20-40 % között ingadozik. Az éterrel kioldható zsírszerű anyag 5 és 44 % között ingadozhat 13 %-os átlagérték mellett, az iszap szárazanyagára vonatkoztatva. A szárazanyag éter-oldható frakciójának nagy része az anaerob rothasztás során lebomlik, mivel a rothasztott szárazanyagnak zsírszázaléka átlagban 25 %- ról 7 %- ra csökken. A házi szennyvíz-iszap zsiradéktartalma 40-60 % szabad zsírsavat, 20-40 % észterifikált zsírsavat és 15-20 % el nem szappanosítható anyagot tartalmaz. A házi szennyvíz-iszapban előforduló anyagok másik nagy csoportját a poliszacharidok képezik, amelyek magukban foglalják a keményítőt, cellulózt és hemicellulózt. Általában a száraz szennyvíz-iszap 3,8 % cellulózt, 3,2 % hemicellulózt és 5,8 % lignint tartalmaz. A házi szennyvíz-iszap 10 % nyers rostos anyagot tartalmaz, amelynek nagyobb része poliszacharid. A lignin nem bomlik le könnyen anaerob rothadás során, és ezért jelen van a kirothadt iszapban is, mégpedig nagyobb koncentrációban, mint a friss iszapban. A proteinek (fehérjék) a házi szennyvíz iszapban előforduló második legnagyobb vegyületcsoport. A száraz iszap proteintartalma 19-28 % között váltakozik {Kotzé et. aL, 1969). A szennyvíziszapban 14 féle aminosavat mutattak ki. A szabad aminosavak koncentrációja azonban kicsi az iszap teljes fehérjetartalmához képest. A rothasztásnál a C:N arányt minimálisan 16:1 értéken kell tartani. Mivel az anorganikus anyagok és a különböző organikus szaporodást serkentő anyagok rendszerint elegendő mennyiségben jelen vannak a házi szennyvízben, a gyakorlatban ritkán mutatkozik hiány ezekből az anyagokból. A fő tápanyagok a nitrogén, szén, kén és foszfor. Ez a négy elem is rendszerint fölös mennyiségben fordul elő a házi szennyvízben. A tápanyagoknak ipari szennyvizekben mutatkozó hiánya viszont helyrehozható házi szennyvíznek az ipari szennyvizekhez való keverése útján. Nitrogén tápanyag hiányos szennyvíz anaerob lebontása során bekövetkező illósav és C0 2/CH 4 arány változását a 2. ábra mutatja be. QM Illó zsírsavak • Metán/széndioxidj > n co -o <n <11 N in </> O |> 1500 - 1000 -i—i—i—i—i—i—i—i—i—r 012345678 9101112 Üzemelési idö (nap) 2. ábra. Korlátozó szubsztrát nitrogén esetében a metánszéndioxid arány és az illósav koncentráció változása (Oláh, 1980) A 2. ábrán bemutatott kísérletnél műszennyvizet használtunk. A szennyvíz összetételét az 1. táblázat mutatja be. A müszennyvíz fehérjét nem tartalmazott, a sejt szintézis számára egyetlen N-forrás 100 mg/l ammónia-N állt rendelkezésre. Jól látható, hogy az üzemelés 5. napján az egyensúly kezd felborulni, mert az összes illósav koncentráció növekszik. Ezzel összhangban a metán/széndioxid arány is csökken, azaz a gáz széndioxid tartalma jelentősen nőtt. A bemutatott példa jól szemlélteti, hogy az anaerob lebontás csak komplex összetételű tápanyag esetében zavartalan.
