Fazy fermentacji beztlenowej: Hydroliza – rozkład polimerycznych, nierozpuszczalnych związków organicznych (białka, tłuszcze, węglowodany) do prostych związków, rozpuszczalnych w wodzie (monocukry, aminokwasy i kwasy tłuszczowe) przy udziale enzymów (amylazy, proteazy, lipazy) wytwarzanych przez bakterie hydrolityczne. 2. Acidogeneza (kwasogeneza) – rozkład zhydrolizowanych substancji do substancji prostszych przez bakterie beztlenowe. Jako produkty tego etapu powstają: krótkołańcuchowe kwasy organiczne (mrówkowy, octowy, propionowy, masłowy, walerianowy, hekasnowy), alkohole (metanol, etanol), aldehydy, ketony oraz dwutlenek węgla i wodór. Część z nich stanowi źródło węgla i energii dla bakterii octanogennych. 3. Octanogeneza – przemiana kwasów organicznych i alkoholi do kwasu octowego, dwutlenku węgla i wodoru. W procesie tym biorą udział bakterie nieselektywne, tj. redukujące jon siarczanowy do H₂S oraz utleniające wodór do H₂O. 4. Metanogeneza – tworzenie metanu z kwasu octowego lub dwutlenku węgla i wodoru przy udziale bakterii metanogennych. Sumaryczne reakcje procesu metanogenezy z różnych substratów: CH₃COOH → CH₄ + CO₂; 4HCOOH→ CH₄ + 3CO₂ + 2H₂O; 4CH₃OH→ 3CH₄ +CO₂ + 2H₂O. Bakterie fermentacji metanowejW procesie przekształcania związków organicznych w gaz fermentacyjny biorą udział trzy grupy mikroorganizmów: 1. bakterie prowadzące dwa pierwsze etapy procesu to bakterie hydrolizujące związki organiczne. Dominują tu obligatoryjne (Bacillus, Pseudomonas, Clostridium, Bifidobacterium) oraz fakultatywne (Streptococcus, Enterobacterium) beztlenowce. Niektóre z nich mogą być bezwzględnymi beztlenowcami (Aerobacter, Lacobacillus, Micrococcus czy Flavobacterium 2. bakterie octanowe – odpowiadające za produkcję octanów. Dzielmy je na dwie grupy: • syntroficzne – hydrolizujące, wykorzystują jako źródło węgla i energii kwasy tłuszczowe, organiczne, alkohole, aldehydy i ketony, żyją w symbiozie z bakteriami metanogennymi• homooctanowe – syntetyzują octany z dwutlenku węgla i wodoru (Syntrophomonas wolfei, S. wolinii) 3. bakterie metanogenne – należą do bezwzględnych beztlenowców. Można podzielić je na dwie grupy: konsumentów kwasu octowego oraz dwutlenku węgla i wodoru. Nieliczne z nich zdolne są do przyswajania octanów (Methanosarcina spp. iMethanosaeta spp.), nie wykorzystują zaś mrówczanów. Bakterie te występują w postaci pałeczek (Methanobacterium), spirali (Methanospirillum) czy ziarniaków (Methanococcus). Optimum temperaturowe procesu metanogenezy wynosi 35-45°C, zaś pH – Zmiany pH, ChZT, zasadowości, kwasów lotnych i azotu amonowego podczas fermentacji beztlenowej; konieczny stan równowagipomiędzy bakteriami poszczególnych faz oraz produktami metabolizmu. Zwiększenie pH prowadzi do tworzenia NH4(g) toksycznego dla BPM, niskie pH przyczynia się do zwiększenia toksyczności LTK względem BPM. Obniżenie pH następuje gdy proces uległ załamaniu. CHZT maleje wraz z czasem fermentacji. Ilość azotu amonowego wzrasta z czasem. BIOGAZ: ilość powstałego podczas fermentacji biogazu zależy od rodzaju osadu (substratu w osadzie) i ilości związków organicznych, temperatury i czasu fermentacji. Głównymi składnikami biogazu są: metan (40–80%), dwutlenek węgla (20–55%), siarkowodór (0,1–5,5%) oraz wodór, tlenek węgla, azot i tlen w ilościach śladowych. Oznaczanie ChZT polega na utlenieniu związków organicznych i niektórych nieorganicznych za pomocą mieszaniny dichromianu potasowego i kwasu siarkowego w podwyższonej temperaturze.Użyty do reakcji nadmiar dichromianu potasowego odmiareczkowuje się siarczanem żelaza (II) i amonu wobec ferroiny. Ilość utleniających się związków organicznych jest proporcjonalna do użytego dichromianu. Metoda dwuchromianowa ma tą wyższość nad innymi, że cechuje się prostotą wykonania, jest odtwarzalna i daje wysoki stopień utlenienia substancji organicznych dochodzący 95÷100% wartości teoretycznej. Utlenieniu nie ulegają jedynie benzen, toluen i w małym stopniu pirydyna. W przypadku nieobecności katalizatora Ag2SO4 pewne związki nie ulegają utlenieniu np. kwas octowy, który utlenia się na drodze biochemicznej. Dwuchromian potasu nie utlenia też związków amonowych i amoniaku wydzielonego z rozkładu związków białkowych. Zasada oznaczania lotnych kwasów tłuszczowych metodą destylacji z parą wodną: Rozkład soli kwasów lotnych przeprowadza się za pomocą kwasu siarkowego. Uwolnione kwasy lotne oddestylowuje się z parą wodną i oznacza w destylacie przez miareczkowanie roztworem wodorotlenku sodowego. Do kolby destylacyjnej odmierzyć 100 cm³ ścieków pozbawionych osadu, 100 cm³ wody destylowanej i 10 cm³ roztworu kwasu siarkowego. Powolną destylację z parą wodną prowadzić do uzyskania 150 cm³ destylatu. Destylat miareczkować roztworem wodorotlenku sodowego używając jako wskaźnika fenoloftaleiny. Zasadowość ścieków, określona jest zawartością w nich związków zasadowych. Związki te mogą być zobojętniane do określonego umownego pH za pomocą mocnych kwasów mineralnych. Zasadowość w ściekach powodują najczęściej wodorowęglany, ponadto węglany i wodorotlenki, a rzadziej borany, krzemiany, fosforany, siarczki i niektóre związki organiczne. Zasadowość może być zasadowością wobec fenoloftaleiny, która występuje wówczas, gdy pH ścieków przewyższa 8,3; zasadowość ogólna spowodowana jest związkami, wywołującymi pH większe od 4,5. Zasadowość ścieków jest często zbliżona do zasadowości wody, z jakiej powstały ścieki. Ścieki, cechujące się wysoką zasadowością, wywołują zakłócenia w działaniu oczyszczalni biologicznej, jak również wpływają niekorzystnie na biocenozę odbiornika naturalnego. miareczkowanie wobec wskaźników:- zasadowość wobec fenoloftaleiny (Związki zasadowe zawarte w wodzie są zobojętniane mianowanym roztworem mocnego kwasu mineralnego do pH 8,3 przy użyciu roztworu fenoloftaleiny jako wskaźnika. Miareczkowanie prowadzi się do zaniku różowego zabarwienia próbki.) - zasadowość ogólna.( Zasadowość ogólną wody oznacza się za pomocą miareczkowania próbki roztworem mianowanym mocnego kwasu mineralnego do pH 4,5, wobec oranżu metylowego jako wskaźnika. Miareczkowanie prowadzi się do zmiany zabarwienia próbki z żółtego na żółtoróżowe.) miareczkowanie potencjometryczne:- zasadowość do punktu miareczkowania pH = 8,3 (zasadowość wobec fenoloftaleiny),- zasadowość do punktu miareczkowania pH = 4,5 (zasadowość ogólna). Budowa kłaczka i powstawanie- osad czynny składa się z kłaczków, są bardzo rozwinięte powierzchniowo. Kłaczek jest kolonią bakterii jednego rodzaju w strefach brzegowych, w części centralnej występują różne rodzaje. Bioflokulacja- tworzenie się kłaczkowatej struktury osadu czynnego. Zachodzi spontanicznie podczas napowietrzenia komory wypełnionej ściekami. FAZY KŁACZKÓW: 1 faza zastoju- bakterie wprowadzone do środowiska przystosowują się, nie rozmnażają, ale zwiększają objętość. 2 faza- dalsze przystosowanie i rozpoczęcie namnażania przez podział.3 faza- gwałtowny przyrost, szybkość podziału wzrasta, komórki są bardziej wydajne. 4 faza- ilość bakterii wolniej się powiększa, składniki pokarmowe się wyczerpują, przybywa metabolitów toksycznych dla komórek. 5 faza- największa liczba bakterii, powstające są zrównoważone obumierającymi, jest równowaga. 6 faza- brak pożywienia powoduje spadek liczby bakterii. 7 faza- następuje dalsze gwałtowne obumieranie bakterii, przeważają szkodliwe metabolity. 8 faza- większość bakterii ginie, te które przeżywają wytwarzają przetrwalne formy, lub przystosowują się środowiska. Mikroorganizmy tworzące kłaczek- heterotroficzne, chemosyntezujące, pierwotniaki, orzęski, wiciowce, wrotki. Znaczenie grup organizmów w oczyszczaniu ścieków osadem czynnym- bakterie zooglealne- wytwarzają śluz, przyczyniający się do tworzenia kłaczków; Zooglea, Pseudomonas,Flavobacterium- tworzą skupiska zooglealne stanowiące zrąb kłaczków; bakterie nitryfikacyjne- Nitrobacter, siarkowe- Thiothrix. Najważniejszą rolą jest enzymatyczny rozkład związków organicznych na związki mineralne. Duża liczba wiciowców-złe funkcjonowanie osadu, obciążenie zw. Organicznymi; orzęski pełzające- średnie lub niskie obciążenie komory osadu; ameby- długi wiek osadu, niskie obciążenie, dobre natlenowanie; małe ilości wrotków- dobra praca osadu czynnego. Bakterie niktowate- stanowią strukturę kłaczków osadu. Przy zwiększeniu i zmniejszeniu długości nitek bakteryjnych w kłaczkach powoduje pogorszenie właściwości sendymentacyjnych. Zbyt mała liczba bakterii nitkowatych powoduje utratę stabilności kłaczków. Spherotilus natans, Nocardia sp., Thiotrix sp. Powodują pęcznienie osadu. Mają dużą odporność na głód, umiarkowany wzrost w obecności niskich stężeń substratu. Indeks osadowy (Indeks Mohlmana), kryterium rozwinięcia powierzchniowego i zdolności sendymentacyjnych osadu. wskazuje jaką objętość zajmuje 1g osadu czynnego po 30 min sendymentacji. BZT5 (Biochemiczne Zapotrzebowanie Tlenu) - to umowny wskaźnik określający biologiczne zapotrzebowanie tlenu, czyli ilość tlenu wymaganą do utlenienia związków organicznych przez mikroorganizmy (bakterie aerobowe). Wartość tę uzyskuje się w wyniku pomiaru zużycia tlenu przez badaną próbkę wody lub ścieków w ciągu 5 dni. Pośrednio określa się w ten sposób stężenie substancji organicznej podatnej na biodegradację. BZT5 jest wskaźnikiem czystości wody i jakości oczyszczanych ścieków: im wyższa wartość BZT5 tym większe zanieczyszczenie (ilość związków organicznych).Oznaczenie BZT₅ polega na określeniu zużycia tlenu na procesy mineralizacji związków organicznych w temperaturze 20^oC w czasie inkubacji próbki ścieków, odpowiednio rozcieńczonych wodą specjalnie przygotowaną (woda do rozcieńczeń), która stanowi źródło tlenu dla mikroorganizmów prowadzących proces mineralizacji.Przygotowanie wody do rozcieńczeń- do odpowiedniej objętości wody destylowanej dodajemy odpowiednią ilość buforu fosforanowego, siarczanu magnezu, CaCl₂, chlorku żelaza. Doprowadzić odczyn do 7,2 w razie potrzeby go korygując, przepuszczać kilka godzin powietrze przez wodę np. za pomocą pompki. Pozostawić w ciemnym miejscu na kilka dni (5-7) w 20^oC do stabilizacji. BZT₅ powinno wynosić 0,5 mgO₂/dm³)