Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Kar Környezettudományi Centrum
Anaerob fermentált szennyvíziszap jellemzése enzimaktivitás-mérésekkel készítette: Felföldi Edit környezettudomány szakos hallgató témavezető: Makó Magdolna környezetvédelmi osztályvezető Fővárosi Csatornázási Művek Zrt. belső konzulens: Dr. Barkács Katalin egyetemi adjunktus Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Kar Analitikai Kémiai Tanszék külső konzulens: Kardos Levente egyetemi tanársegéd Budapesti Corvinus Egyetem Kertészettudományi Kar Talajtan és Vízgazdálkodási Tanszék 2011. január 20.
Problémafelvetés, célkitűzés
az emberiség energiaigénye növekszik, fosszilis energiahordozók (kőszén, kőolaj, földgáz) fosszilis energiahordozók hátrányai: korlátozott mennyiség, környezetszennyezés megújuló energiaforrások
Problémafelvetés, célkitűzés
biomasszában tárolt energia kinyerése : anaerob rothasztás, biogáz keletkezése szennyvíziszap kezelése az Észak-pesti Szennyvíztisztító Telepen a folyamat nyomon követése szükséges: hagyományos üzemi ellenőrző paraméterek (pH, illósav-koncentráció, lúgosság, gázmennyiség, gázösszetétel), enzimaktivitás-vizsgálatok hagyományos ellenőrző paraméterek vagy az enzimaktivitás-vizsgálatok megbízhatóbbak? dehidrogenáz, proteáz, lipáz enzimek közül melyik jelzi jobban az üzemmenet (biogáz-hozam) változását ?
Szennyvíziszap keletkezése az Észak-pesti Szennyvíztisztító Telepen
mechanikai tisztítás --> primer iszap (szilárd szennyezők, lebegőanyagok, homok, zsírok) biológiai tisztítás--> szekunder iszap (mikroorganizmusok, részben oxidált szerves anyagok) iszap felhasználásához, biztonságos elhelyezéséhez: víztartalom csökkentése, rothadó- és fertőzőképesség megszüntetése, szagártalom megszüntetése, tápanyagok hasznosítható formájúvá való alakítása
Az anaerob lebontás
szerves anyag lebontása anaerob körülmények közt, több lépésben hidrolízis: fakultatív anaerob savképző baktériumok extracelluláris enzimei
savképzés : előző termékek sejtekbe jutnak
ecetsavképzés: obligát anaerob ecetsavképzők
metánképzés: metanogén baktériumok
Az anaerob lebontás
Az üzemeltetés feladatai
a lebontást végző baktériumpopulációk egyensúlyának biztosítása a lebontási folyamat nyomon követése hagyományos ellenőrző paraméterek enzimaktivitás-vizsgálatok: hidrolízist jellemzik
szükség esetén beavatkozás
A végzett mérések
a telep két üzemi rothasztó tornyának iszapjából enzimaktivitásmérések, három hónapon át hagyományos ellenőrző paraméterekkel összehasonlítás
A végzett mérések
dehidrogenáz enzimaktivitás mérése hidrogén átvitelét katalizálja a redukált vegyületről a hidrogénakceptorra, összaktivitást jelzi a mérés elve: trifenil-tetrazólium-klorid (TTC) --> trifenil formazán (TF) proteáz enzimaktivitás mérése fehérjék bontása kisebb peptidekre, aminosavakra a mérés elve: szubsztrát (kazein) bontása -->kisebb peptidek és aminosavak Folinreagenssel kék színű komplex lipáz enzimakivitás mérése lipidek bontása a mérés elve: para-nitro-fenol-palmitát --> para-nitro-fenol (PNF)
Mérési eredmények és kiértékelésük Hagyományos üzemi ellenőrző paraméterek
7,75 7,70
12 000
7 000
12 000
10 000
6 000
10 000
8 000
pH
7,65 7,60
6 000
7,55 4 000
7,50 7,45
2 000
7,40 7,35 április 12. május 2. május 22. június 11.
július 1.
Kémhatás Biogáz-hozam
8 000
250
6 000
200 150
4 000
100
2 000
50 0 április 12.
május 2.
május 22.
június 11. dátum
0 július 1. július 21. augusztu s 10.
Biogáz-hozam (m3/d)
illósav-koncentráció (mg/l)
10 000
300
6 000 3 000 4 000
2 000
2 000
dátum
12 000
350
8 000
4 000
0 április 12. május 2. május 22. június 11. július 1.
0 július 21. augusztu s 10.
T1 toronyból vett iszapminta illósav-koncentrációja és biogáz-hozama
400
5 000
1 000
dátum
450
lúgosság (mg/l)
7,80
Biogáz-hozam (m3/d)
7,85
Illósav-koncentráció Biogáz-hozam
0 július 21. augusztu s 10.
Biogáz-hozam (m3/d)
T1 toronyból vett iszapminta lúgossága és biogáz-hozama
T1 toronyból vett iszapminta kémhatása és biogáz-hozama
Lúgosság Biogáz-hozam
a kémhatás és az illósav-koncentráció mutat összefüggést a gázhozammal a lúgosság nem mutat összefüggést
Mérési eredmények és kiértékelésük Dehidrogenáz enzim aktivitásának vizsgálata T1 toronyból vett iszapminta dehidrogenáz-aktivitása és biogáz-hozama 12 000
4,0
10 000
3,5 3,0
8 000
2,5
6 000
2,0 1,5
4 000
1,0
2 000
0,5 0,0 május 12.
Biogáz-hozam (m3/d)
dehidrogenáz-aktivitás (mg formazán/g szerves iszap*h)
4,5
május 22.
június 1.
június 11.
0 július 1. július 11. július 21. július 31. augusztu s 10.
június 21.
Dehidrogenáz-aktivitás Biogáz-hozam
napok
4
18 000
3,5
16 000
3
14 000 12 000
2,5
10 000
2
8 000
1,5
6 000
1
4 000
0,5
2 000
0 12.máj
22.máj
01.jún
11.jún
21.jún
01.júl
napok
11.júl
21.júl
31.júl
0 10.aug
Biogáz-hozam (m3/d)
dehidrogenáz-aktivitás (mg formazán/g szerves iszap*h)
T2 toronyból vett iszapminta dehidrogenáz-aktivitása és biogáz-hozama
Dehidrogenáz-aktivitás Biogáz-hozam
a dehidrogenáz enzim aktivitása a gázhozam változásával arányos a változások egy időben, vagy a gázhozam változása követi az enzimaktivitásét
Mérési eredmények és kiértékelésük Proteáz enzim aktivitásának vizsgálata A T1 toronyból vett iszapminta proteáz-aktivitása és biogáz-hozama 12 000
proteáz-aktivitás (mg tirozin/g szerves iszap*h)
0,4
10 000
0,35 0,3
8 000
0,25
6 000
0,2 0,15
4 000
0,1
2 000
0,05 0 22.ápr
02.máj 12.máj
22.máj
01.jún
11.jún
21.jún
01.júl
11.júl
21.júl
Biogáz-hozam (m3/d)
0,45
Proteáz-aktivitás Biogáz-hozam
0 31.júl
napok
T2 toronyból vett iszapminta proteáz-aktivitása és biogáz-hozama 20 000 18 000
0,5
16 000 14 000
0,4
12 000 0,3
10 000 8 000
0,2
6 000 4 000
0,1 0 22.ápr
2 000 02.máj
12.máj
22.máj
01.jún
11.jún napok
21.jún
01.júl
11.júl
21.júl
0 31.júl
Biogáz-hozam (m3/d)
Proteáz-aktivitás (mg tirozin/g szerves iszap*h)
0,6
Proteáz-aktivitás Biogáz-hozam
a biogáz-hozam változása legtöbbször (nem minden esetben) követi a proteáz aktivitásának változását a két paraméter változása nem arányos
Mérési eredmények és kiértékelésük Lipáz enzim aktivitásának vizsgálata
lipáz-aktivitás (g PNF/liter*h*ml iszap)
350 300 250 200 150 100 50 0 jún. 11.
jún. 21.
júl. 1.
júl. 11.
júl. 21.
júl. 31.
10 000 9 000 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 0 aug. 10.
Biogáz-hozam (m3/d)
T1 toronyból vett iszapminta lipáz-aktivitása és biogáz hozama
Lipáz-aktivitás Biogáz-hozam
napok
T2 toronyból vett iszapminta lipáz-aktivitása 250
18 000 14 000 12 000
150
10 000 8 000
100
6 000 4 000
50
2 000 0 jún. 11.
jún. 21.
júl. 1.
júl. 11. napok
júl. 21.
júl. 31.
0 aug. 10.
Biogáz-hozam (m3/d)
lipáz-aktivitás (g PNF/liter*h*ml iszap)
16 000 200
Lipáz aktivitás Biogáz hozam
mutat összefüggést a gázhozammal a két paraméter változása nem arányos
Összefoglalás
a hagyományos ellenőrző paraméterek közül az illósavkoncentráció mutatta a legszorosabb kapcsolatot a gáztermeléssel
a gázhozam változásait legjobban a dehidrogenáz enzim aktivitásának változása mutatta (összaktivitásjelző paraméter) a két paraméter azonos előjelű változása egy időben történt, vagy az enzimaktivitás változása előrejelezte a gázhozamét javaslat: a lebontási folyamat dehidrogenáz-aktivitás mérésével való követése (változó összetételű iszapnál)
Köszönöm a figyelmet!
