9. Szerves anyagok lebontása

A szennyezőanyagok eltávolítása során, például a szennyvíztisztítás gyakorlatában, a biológiai eljárások széles körben elterjedtek. Ezen eljárások a mikroorganizmusok irányított lebontó tevékenységét hasznosítják. Alkalmazásukkor minden olyan szennyezőanyag eltávolítható, illetve átalakítható, amely valamely mikroorganizmus tápanyagaként (szubsztrátként) szolgálhat.

A szerves anyagok lebontása alapvetően anaerob és aerob körülmények között történhet. Az aerob körülmények közötti, vagyis oxigén jelenlétében történő, lebontás sebessége magasabb, mint az oxigénmentes (anaerob) körülmények között. Az aerob biológiai lebontás esetében az oxigén gáz- és folyadékfázisban mérhető koncentrációja az egyes szervesanyag komponensek lebontási sebességét nagyban meghatározza.

A vizes fázisban végbemenő aerob lebontási folyamatokban a vízben oldott oxigén koncentrációjának növelésével a lebontást végző mikroorganizmusok anyagcseréje fokozható, ami a szervesanyag eltávolítási hatékonyság növekedését okozza. Az aerob biológiai lebontás (oxidáció) feltételeinek biztosítása során a mikroszervezetek saját légzési oxigénszükségletén túl figyelembe kell venni a szubsztrát lebontásához szükséges többlet oxigénigényt is.

Gyakorlat célja

A gyakorlat célja megismertetni a szennyezőanyagok eltávolítását hatékonyan és környezetbarát módon lehetővé tevő aerob lebontási folyamatot.

A gyakorlat elméleti háttere

A szennyezőanyagok eltávolítása során, például a szennyvíztisztítás gyakorlatában a biológiai eljárások LINK  széles körben elterjedtek. Ezen eljárások a mikroorganizmusok irányított lebontó tevékenységét hasznosítják. Alkalmazásukkor minden olyan szennyezőanyag eltávolítható, illetve átalakítható, amely valamely mikroorganizmus tápanyagaként (szubsztrátként) szolgálhat LINK.
A mikroorganizmusok anyagcsere folyamatait és szaporodásukat gátló anyagokat mérgezőnek, vagy toxikusnak nevezzük. A szennyezőanyagok rövidebb idejű lebontása legtöbbször oxigén jelenlétében, vagyis aerob körülmények között történik. Az aerob biológiai szennyvíztisztítás során a szennyvizek szerves szennyezőanyagait a vízben már eleve jelenlevő, vagy abban mesterségesen nagy tömegben kitenyésztett, élő baktériumok (ez az ún. eleveniszap) természetes anyagcseréjük során lebontják.
Az aerob lebontás során a nagymolekulájú anyagokból egyszerűbb felépítésű, és ezáltal alacsonyabb energiával jellemezhető vegyületek keletkeznek.

A biológiai lebomlás másik nagy csoportját az ún. anaerob lebontási folyamatok alkotják, anaerob körülmények közötti bomlás segítségével nyerhető például biogáz is LINK.

Az aerob baktériumok akkor is fogyasztanak oxigént, ha nem áll rendelkezésükre tápanyag. Ezt az oxigénfogyasztást nevezik endogén légzésnek (sejtlégzés). A fajlagos sejtlégzés intenzitás (az 1 g száraz iszapra vonatkoztatott oxigénfogyasztás sebessége) jellemző az iszapban lévő élő, aktív baktériumok számosságára, az iszap aktivitására.  Ha az „éhező” baktériumok szuszpenziójához tápanyagot (szubsztrátot) adunk, a légzés intenzitása hirtelen megnő. Az ilyenkor észlelt oxigénfogyasztást nevezik szubsztrát légzésnek. A szubsztrát légzés során fogyó oxigén részben az ilyenkor is fennálló endogén légzést, részben a tápanyag lebontását (oxidációját) szolgálja.
 A szennyvíz-technológiákban a szerves szennyezőanyagok mennyiségét két ún. összegparaméter – a biokémiai oxigénigény, vagy BOI és a kémiai oxigénigény, vagy KOI- segítségével szokták megadni LINK.  A kémiai oxigénigény (KOI) a szennyvízben lévő, erős, kémiai oxidálószerrel oxidálható oldott és szuszpendált szervesanyag térfogat egységenkénti - szabvány által előírt körülmények közt meghatározott - oxigénigénye (oxigénfogyasztás mg/dm3-ben). A KOI magába foglalja az összes - adott körülmények között oxidálható – szerves- (biológiailag bontható és bonthatatlan szervesanyag) és az oxidálható szervetlen anyag mennyiségét is. A KOI érték szennyvíz-kibocsátási határértékek esetében használatos paraméter,és a szennyvíz bírságolási tételek meghatározásának az alapja.

A biokémiai oxigénigény (BOI) LINK  a szennyvízben lévő biológiailag bontható anyagok mikrobiális lebontása során, meghatározott idő alatt fogyott oxigén mennyisége (oxigénfogyasztás mg/dm3-ben). A lebontást jellemző oxigénfogyasztás mértéke és sebessége sok tényezőtől, így a mintában lévő mikroorganizmusok természetétől és számától, a szerves anyagok minőségétől, az egyéb tápanyag- és oxigénellátottságtól, a hőmérséklettől, a toxikus anyagok jelenlététől stb. függ.

Próbáljon válaszolni az ellenőrző kérdésekre. Amennyiben nem tud, vagy nem biztos a válaszban olvassa el a leírást, illetve nézze meg újra a kisfilmet.

  • • Milyen vegyületek keletkezhetnek az aerob lebontási folyamatban?
  • • Mit nevezünk biokémiai oxigénigénynek?
  • • Mely szennyezőanyagokat nevezünk toxikusnak?
  • • Mit nevezünk kémiai oxigénigénynek?
  • • Mi a különbség az endogén és a szubsztrátlégzés között?