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 211. január 2.
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)
illósav-koncentráció (mg/l) Biogáz-hozam (m3/d) ph Biogáz-hozam (m3/d) lúgosság (mg/l) Biogáz-hozam (m3/d) Mérési eredmények és kiértékelésük Hagyományos üzemi ellenőrző paraméterek T1 toronyból vett iszapminta kémhatása és biogáz-hozama T1 toronyból vett iszapminta lúgossága és biogáz-hozama 7,85 12 7 12 7,8 7,75 7,7 7,65 7,6 7,55 7,5 7,45 7,4 7,35 április 12. május 2. május 22. június 11. július 1. július 21. augusztu s 1. dátum 1 8 6 4 2 Kémhatás Biogáz-hozam 6 5 4 3 2 1 április 12. május 2. május 22. június 11. július 1. július 21. augusztu s 1. dátum 1 8 6 4 2 Lúgosság Biogáz-hozam T1 toronyból vett iszapminta illósav-koncentrációja és biogáz-hozama 45 12 4 35 1 3 8 25 2 6 Illósav-koncentráció Biogáz-hozam 15 4 1 5 2 április 12. május 2. május 22. június 11. július 1. július 21. augusztu s 1. dátum
a kémhatás és az illósav-koncentráció mutat összefüggést a gázhozammal a lúgosság nem mutat összefüggést
dehidrogenáz-aktivitás (mg formazán/g szerves iszap*h) Biogáz-hozam (m3/d) dehidrogenáz-aktivitás (mg formazán/g szerves iszap*h) Biogáz-hozam (m3/d) Mérési eredmények és kiértékelésük Dehidrogenáz enzim aktivitásának vizsgálata T1 toronyból vett iszapminta dehidrogenáz-aktivitása és biogáz-hozama 4,5 4, 3,5 3, 12 1 8 2,5 2, 6 1,5 4 1,,5 2, május 12. május 22. június 1. június 11. június 21. július 1. július 11. július 21. július 31. augusztu s 1. Dehidrogenáz-aktivitás Biogáz-hozam napok T2 toronyból vett iszapminta dehidrogenáz-aktivitása és biogáz-hozama 4 3,5 18 16 3 14 2,5 12 1 2 8 1,5 6 1 4,5 2 12.máj 22.máj 1.jún 11.jún 21.jún 1.júl 11.júl 21.júl 31.júl 1.aug napok Dehidrogenáz-aktivitás Biogáz-hozam
a dehidrogenáz enzim aktivitása a gázhozam változásával arányos a változások egy időben, vagy a gázhozam változása követi az enzimaktivitásét
Proteáz-aktivitás (mg tirozin/g szerves iszap*h) Biogáz-hozam (m3/d) proteáz-aktivitás (mg tirozin/g szerves iszap*h) Biogáz-hozam (m3/d) Mérési eredmények és kiértékelésük Proteáz enzim aktivitásának vizsgálata A T1 toronyból vett iszapminta proteáz-aktivitása és biogáz-hozama,45,4,35 12 1,3 8,25,2 6,15 4,1,5 2 22.ápr 2.máj 12.máj 22.máj 1.jún 11.jún 21.jún 1.júl 11.júl 21.júl 31.júl napok Proteáz-aktivitás Biogáz-hozam T2 toronyból vett iszapminta proteáz-aktivitása és biogáz-hozama,6 2 18,5 16,4 14 12,3 1 8,2 6,1 4 2 22.ápr 2.máj 12.máj 22.máj 1.jún 11.jún 21.jún 1.júl 11.júl 21.júl 31.júl napok Proteáz-aktivitás Biogáz-hozam
a biogáz-hozam változása legtöbbször (nem minden esetben) követi a proteáz aktivitásának változását a két paraméter változása nem arányos
lipáz-aktivitás (g PNF/liter*h*ml iszap) Biogáz-hozam (m3/d) lipáz-aktivitás (g PNF/liter*h*ml iszap) Biogáz-hozam (m3/d) Mérési eredmények és kiértékelésük Lipáz enzim aktivitásának vizsgálata T1 toronyból vett iszapminta lipáz-aktivitása és biogáz hozama 35 3 1 9 8 25 7 2 6 5 15 4 1 3 5 2 1 jún. 11. jún. 21. júl. 1. júl. 11. júl. 21. júl. 31. aug. 1. napok Lipáz-aktivitás Biogáz-hozam T2 toronyból vett iszapminta lipáz-aktivitása 25 18 16 2 14 12 15 1 1 8 6 5 4 2 jún. 11. jún. 21. júl. 1. júl. 11. júl. 21. júl. 31. aug. 1. napok 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!