SPRAWOZDANIE Z LABORATORIUM Z PRZEDMIOTU METODY BIOTECHNOLOGII W OCHRONIE ŚRODOWISKA

Ćwiczenie nr 2
Temat: Usuwanie azotu ze ścieków – kinetyka nitryfikacji.

Data wykonania ćwiczenie: 16 marca 2015r.

Skład sekcji:
BEM Agata
HADYK Alina
MARSZOLIK Magdalena

Cel ćwiczenia: Wyznaczenie parametrów równania Michaelisa-Menten jako kinetycznego opisu procesu nitryfikacji.

Opis ćwiczenia:

500 ml osadu czynnego pobrano ze zbiorczego reaktora do jednolitrowego reaktora zaopatrzonego w system napowietrzania i dopełniono wodą destylowaną.

Obliczono i odmierzono ilość roztworu NH₄Cl, jaką należało dodać do reaktora.

Przed dodaniem roztworu, pobrano pierwszą próbę, przesączono i sporządzono próbę kontrolną do analizy stężenia azotu azotanowego: do probówki odmierzono 500 µl próbki, a następnie dodano 50 µl H₂NSO₃H, 3.5 ml mieszaniny 1:1 kw. siarkowego i kw. ortofosforanowego i 500 µl DMP.

Dodano roztwór azotu amonowego i zaczęto odmierzać czas. Próby pobierano po 5, 10, 20, 30, 40, 50 i 60 minutach trwania eksperymentu, przesączano i sporządzano próby do analizy stężenia azotu azotanowego. Po 10 minutach od dodania wszystkich odczynników do analizy, mierzono absorbancję przy długości fali 360 nm wobec próby kontrolnej i przeliczono na stężenie N-NO₃
przy użyciu odpowiedniego wzoru krzywej podanego w karcie pracy.

Obliczenia:

• Obliczenie ilości roztworu NH₄Cl dodanej do reaktora:

C_NH4Cl = 10 g/l
V_reaktora = 1000 ml
C_N-NH4 = 75 mg/l

53.5 g związku – 14 g azotu

x g związku – 75 * 10^-3 g azotu
x = 0.287 g związku

10 g związku – 1000 ml
0.287 g związku – y ml
y = 28.7 ml

Wyniki:

Wyniki stężenia azotu umieszczono w karcie pracy.

Wykresy opracowane na podstawie uzyskanych wyników:

• Wykresy ilustrujące przyrost stężenia N-NO₃ w czasie

• Zastosowanie regresji liniowej w celu oszacowania wartości prędkości początkowej V
  (gdzie a = V)

• Wykres Lineweavera – Burk’a wykonany w oparciu o dane z poprzednich wykresów

Stężenie N-NO3 w poszczególnych reaktorach [S]	Prędkość początkowa V [mol/l]	1/[S]	1/V
10	0.1993	0.1000	5.0176
25	0.1830	0.0400	5.4645
50	0.3850	0.0200	2.5974
75	0.4238	0.0133	2.3596

Wartość parametru Vmax:

b = 1/Vmax
Vmax = 1/b

Vmax = 1/ 2.6091
Vmax = 0.3833 mol/l

Wartość Km:

a = Km/Vmax
Km = a* Vmax

Km = 28.8673 * 0.3833
Km = 11.0648 mol/l


Wnioski:

Z wykresów stężenia N-NO₃ od czasu dla poszczególnych reaktorów można zauważyć tendencję wzrostową. Na podstawie takich obserwacji można stwierdzić, że osad czynny pracował
w prawidłowy sposób. Pojedyncze spadki wartości stężenia mogą wynikać z niewymieszania prób do pomiaru absorbancji lub nieprawidłowo zastosowanego rozcieńczenia bądź chwilowego „nasycenia” organizmów występujących w osadzie czynnym przez co ilość tworzonego N-NO₃ chwilowo spadła.

W celu wyznaczenia parametrów Km oraz Vmax zastosowano metodę linearyzacji równania Michaelisa-Menten, tj. metodę Lineweavera-Burka. Dane kinetyczne reakcji (Vmax i Km) charakteryzują aktywność metaboliczną enzymów. W procesie nitryfikacji biorą udział takie enzymy jak monooksygenaza amonowa, która katalizuje reakcję utleniania azotu amonowego
do hydroksyloaminy, oksydoreduktaza hydroksyloaminowa katalizująca utlenianie powstałej hydroksyloaminy do azotynów oraz odpowiednia oksydoreduktaza, katalizująca utlenianie azotynów do azotanów. Stała Michaelisa (Km) odpowiada takiemu stężeniu substratu, przy którym początkowa szybkość reakcji stanowi połowę szybkości maksymalnej(Vmax). W naszym przypadku przy stężeniu równym 11.0648 początkowa szybkość reakcji wyniosłaby 0.19165 mol/l. Wartość Km określa stężenie substratu, w którym połowa miejsc aktywnych w cząsteczkach enzymu jest zajęta. W celu przyspieszania reakcji należałoby zastosować stężenie substratu równe Km tj. 11.0648 mol/l.