Метаногенез

Общие положения. Металло-энзимы составляют приблизительно одну треть всех известных энзимов, они катализируют все типы биохимических реакций, включая митохондриальное восстановление кислорода, гидроксилирование углеводородов, фиксация азота, фотосинтетическая эволюция кислорода, деструкция токсических продуктов восстановления 0 , скелетную изомеризацию, реакции метаногенеза, гидролиза, декарбоксилирования и др. [c.353]

Рис. 4.15. Факторы, влияющие на метаногенез на свалке твердых отходов 1244]

Увеличение содержания воды от 10 до 65 % приводит к более заметным изменениям в отходах с низкой плотностью (0,25 т/м ) по сравнению с отходами с более высокой плотностью (0,80 т/м ) из-за возрастания подвижности бактериальных клеток, что в свою очередь ускоряет процесс гидролиза и затем метаногенеза. Напротив, при постоянной влажности [c.161]

А - диффузия из донных отложений с почти полным окислением в водном слое Б - диффузия с частичным окислением в водной фазе В - выделение метана на мелководьях в виде пузырьков Г - транспорт метана через стебли и листву водных сосудистых растений Д -сезонные источники и стоки метана (выделение и поглощение СН, определяется уровнем стояния грунтовых вод) Е - почвенный сток метана. I - зона окисления II - переходная зона III - анаэробная зона IV - зона метаногенеза [c.108]

В целом активное использование метаногенеза при сбраживании органических отходов является, по современным представлениям, одним из наиболее перспективных путей совместного решения экологических и энергетических проблем, который позволяет, например, агропромышленным комплексам перейти на практически полностью самостоятельное энергоснабжение. Интенсификация и оптимальное технологическое оформление процессов метаногенеза- одна из важных задач современной промышленной биотехнологии. [c.122]

Метаногенные микроорганизмы в основном чувствительны к влиянию взаимодействующих факторов окружающей среды, как прямых, так и косвенных (рис. 4.15), которые в свою очередь управляются основными факторами, связанными с местоположением свалки. Состав твердых отходов является определяющим как для состава газа [302], так и для скорости его образования [304]. Существует слишком мало работ о потенциальных ингибиторах метаногенеза, хотя и было показано, что тяжелые металлы, токсичность которых зависит от ряда обстоятельств [263], слабо влияют на чувствительные метаногенные микроорганизмы. Предобработка может приводить к значительным изменениям. Уменьшение размера частиц от 250 до 10 мм увеличивает скорость образования газа в четыре раза, возможно, из-за увеличения площади поверхности или благодаря лучшему поступлению кислорода, так как при этом наблюдается сдвиг в ферментационном равновесии по диоксиду углерода. [c.161]

Т аблица 2.4. Катионы — антагонисты и синергисты в процессе метаногенеза [c.56]

Лабораторные исследования показали, что повышение температуры в целом увеличивает выход газа так, в одном лабораторном исследовании повышение температуры от 22 до 33 °С сопровождалось увеличением выхода газа на 70 %. В дальнейших работах [308] было установлено, что оптимальной для метаногенеза температурой является 41 °С и выход метана остается без изменения в температурном интервале 48—55 °С. Температура свалки меняется под действием микробного метаболизма (который, в свою очередь, определяется плотностью отходов, их удельной поверхностью, влажностью, исходной температурой, составом, доступностью акцепторов электронов, в особенности, кислорода), теплоты нейтрализации и солнечного тепла, которые находятся в равновесии с теплопотерями в атмосферу и в окружающую почву и воду. Однако быстрый разогрев часто связан с аэробным метаболизмом, в то время как анаэробиоз часто сопровождается снижением температуры [308]. [c.163]

В комплексе сцепленных биохимических процессов ацидо- и метаногенеза кроме конечных образуются различные промежуточные продукты (интермедиаты). Важное место среди них занимают водород и различные органические кислоты. Ингибирование по типу обратной связи возникает тогда, когда процесс не достаточно сбалансирован, из-за чего накапливаются значительные количества этих интермедиатов. Водород является таким сильным ингибитором, что при его концентрации 0,2—0,5 % (по объему) биодеградация субстрата может полностью прекратиться (см. раздел 2.4.2). [c.61]

Производство биогаза осуществляется в результате метанового брожения , или биометаногенеза, — давно известного процесса превращения биомассы в энергию. Метаногенез открыт в 1776 г. Вольтой, установившим наличие метана в болотном газе. Последний содержит 65% СН4, 30 — СО2, 1% НгЗ и незначительное количество N2, О2 и СО2. Один м биогаза в нормальных условиях по теплотворной способности эквивалентен 0,6 нм природного газа, 0,75 л нефти или 0,65 л дизельного топлива. [c.324]

Метаногенные археи занимают важное место в природных экосистемах. Метаногенез активно идет на рисовых полях, причем 90 % образующегося метана попадает в атмосферу через сосудистую систему растений риса. Источники метана — это рубец жвачных, кишечник лошадей и других млекопитающих (примерно 70 % людей имеют метаногены в кишечной микробиоте). Метан попадает в атмосферу при разработке угольных шахт, через разломы на дне океанов ( черные курильщики ) и при вулканической деятельности. Из всего выделяемого в год метана ((670— 1 600) 10 г) [c.148]

Вполне очевидно, что знзимы, содержащие вышеуказанные сайты, должны обладать мощными redox-свойствами. Они участвуют в реакциях метаногенеза, гидрогенизации, азот-фиксации, оксидирования и др. В основном, такие знзимы найдены в различных бактериях. [c.365]

Восстановление сульфатов в пресных водах не служит значительным механизмом потребления органического вещества, поскольку уровень растворенных сульфатов там обычно низкий. Однако в морской воде сульфатов много, и процесс их восстановления очень важен (см. п. 4.4.6). В некоторых богатых органическим веществом речных и болотных осадках существенным деструкционным процессом может быть метаногенез. Известно, что восстановленный продукт реакции, метан (СН4), являющийся парниковым газом (см. п. 5.14), выделяется в виде пузырей из некоторых заболоченных земель, включая рисовни-ки, что вносит значительный вклад в резервуар атмосферного СН4 (см. разд. 2.3). [c.138]

На третьем конечном этапе метаногенеза, наиболее изученном, метильные группы с переносчика поступают на кофермент М (КоМ—SH). Образуется метил-КоМ. Далее следует его восстановление, сопровождающееся распадом комплекса и вьщелением СН4. Обе реакции катализируются метилредуктазной системой, представляющей сложный мультиферментный комплекс, в состав которого помимо фермента входят кофермент М, фактор F430. Для активности системы необходимы АТФ, ионы Mg "" и еще не идентифицированные кофакторы. [c.427]

Определенная роль в процессе метаногенеза принадлежит к о р-риноидам — производным аналогов витамина В12. Их функции связаны с переносом метильных групп. Считают, что метаногены могут при определенных условиях образовывать активные В,2-зависимые метилтрансферазы, участвующие в синтезе метана. [c.429]

При метаногенезе возможны два типа лимитирования роста метаногенных бактерий, потребляющих диоксид углерода. Во-первых, на свалках часто высока концентрация акцепторов электронов, таких как нитраты и сульфаты. Во-вторых, гомоацетогенные бактерии также могут потреблять диоксид углерода, восстанавливая его до уксусной кислоты и конкурируя таким образом с метаногенными бактериями за водород. В настоящее время известно восемь различных субстратов метаногенных бактерий, четыре из них (смесь диоксида углерода с водородом, уксусная кислота, метанол и триэтиламин) были обнаружены на свалках (Дж. Б. Казали, неопубликованное сообщение). [c.149]

Метаногены потребляют довольно узкий набор субстратов. К первой группе субстратов относят Н2/СО2, СО. При этом 95 % фиксированного СО2 используется для получения энергии и выделяется в виде СН4 и только 5 % идет на биосинтез. Ко второй группе относят ацетат и некоторые спирты ацетокластический метаногенез). Третью группу составляют одноуглеродные субстраты (формиат, метанол, метиламин, ди- и триметиламины). [c.144]

Заканчивая характеристику эколого-геохимических условий Уфимской городской свалки надо отметить также, что в перспективе она может представить значительный интерес с точки зрения сбора и утилизации биогаза на ее территории. В свалочных отложениях спонтанно формируется анаэробное микробное сообщество, осуществляющее деградацию органического вещества с образованием биогаза. Активное газообразование начинается после закрытия объекта или его части через несколько лет, которые требуютс я для формирования сбалансированного процесса метаногенеза. Процесс остается особенно интенсивным на протяжении 20-30 лет, затем постепенно затухает по мере исчерпания подверженного биодеградации органического вещества. [c.196]

В целях доказательства современного метанообразования в пластовых водах заводняемых нефтяных месторождений был определен изотопный состав углерода метана и гидрокарбонатов пластовых вод Бондюжского нефтяного месторождения [83]. Соответствующие данные представлены в табл. 38, из которой видно, что в составе растворенных газов, помимо метана, присутствуют тяжелые углеводороды (Са—С5). Величины [СН4]/[С2-С5] < 2 не характерны для горючих газов микробиологического происхождения. Однако в процессе заводнения месторождения по мере опреснения пластовых вод происходит облегчение изотопного состава углерода метана и утяжеление такового гидрокарбонатов. С учетом того, что метаногенез более интенсивен в опресненньтх водах, можно сказать, что в зоне опреснения метан имеет современный бактериальный генезис. [c.219]

Из рассмотренных выше материалов следует, что в регионах развития нефтегазодобывающей промышленности значимость техногеиеза огромна. Действие техногенных факторов здесь охватывает зону интенсивного, замедленного и весьма замедленного водообмена и проникает в область физически связанной воды. Техногенная метаморфизация пластовых вод в основном сводится к формированию соленых, повышенной солености вод и слабых рассолов преимущественно хлоридного натриевого, кальциевого состава с повышенным содержанием гидрокарбонатов и ряда органических соединений, не имеющих себе аналогов в природной обстановке. Приоритетными процессами техногенной метаморфизации подземных вод являйггся углекислотное выщелачивание водовмещающих пород, гидролиз, образование техногенных гипса и кальцита, сорбция, биодеструкция нефтяных углеводородов, сульфатредукция, метаногенез. Отличительной особенностью техногеиеза в районах нефтегазодобычи является формирование в пластовых водах техногенных микробиоценозов, основная роль [c.220]

Септиктенк представляет собой реактор без мешалки, который часто работает при температуре ниже 25 °С без какого-либо перемешивания для повышения микробной активности. Среднее время пребывания клеток определяется по частоте обезиливаник. Таким образом, принимая во внимание, что тенк освобождается от ила раз в год и примерно одна шестая часть ила оставляется для поддержания работы тенка, можно считать, что биомасса остается в системе в течение приблизительно 50 сут. Если такого времени пребывания достаточно для поддержания метаногенной активности при высоких температурах (35 °С), то при температуре окружающей среды и в отсутствие перемешивания метаногенез протекает слабо. Аналогичные процессы происходят в отстойниках Тревиса и Имхоффа, за исключением тех отдельных тенков или камер, которые специально используются для накопления ила. Они обеспечивают более эффективное отделение твердых частиц за счет отстаивания. [c.62]

Состав фильтрующихся в почву вод, образующихся на свалках, меняется под действием как краткосрочных (сезонные колебания), так и долгосрочных факторов (процесс катаболизма отходов), с преобладанием значения последних [263]. Как было отмечено выше, начальная стадия биодеградации отходов на свалке является ацидогенной. Фильтрующиеся воды на этой стадии характеризуются высокими значениями БПК и ХПК и низкой концентрацией высокомолекулярных соединений, таких как гуминовые и фульвиновые кислоты, тяжелых металлов и сульфата. Переход к стадии метаногенеза оказывает сильное воздействие на состав фильтрующихся в почву вод и сопровождается уменьшением БПК, ХПК и ростом концентрации гуминовых и фульвиновых кислот. [c.154]

Хэм [32] обобщил данные 38 работ по образованию газа из коммунальных твердых отходов, включая данные лабораторных исследований, лизиметрии, пилотных и контролируемых свалок, на которых изучалось газовыделение из необработанных и сброженных твердых отходов, в отсутствие и при наличии добавок ила. Диапазоны оценочных, экспериментальных и теоретически вычисленных расходов были 3,7—190, 0,21—400 и 16—450 л/(кг-год) соответственно. В период наиболее активного метаногенеза достоверное значение расхода колеблется от 3,1 до 371 л/(кг-год). [c.161]

Изменения в скорости метаногенеза также появляются при перемещении воды сквозь толщу твердых отходов. Клинк и Хэм [307], например, показали увеличение скорости метаногенеза на 25—50 % при движении воды даже в том случае, когда общее ее содержание оставалось постоянным, и пришли к выводу, что движение воды и ее содержание — два независимо действующих на метаногенез на свалке фактора. Дальнейшее увеличение скорости происходило, когда воду заменили фильтрующимися в почву водами, что было отнесено к наличию в них основных питательных веществ, веществ-предшественников метаногенеза и изменению pH. [c.163]

У аэробов и факультативных анаэробов в клетках присутствуют и супероксидцисмутаза, и каталаза, и пероксидаза. У многих облигатных анаэробов этих ферментов нет. Однако у некоторых ме-таногенов и клостридиев находят каталазу и СОД. Они имеют важное значение при существовании организмов в условиях нестабильного анаэробиоза. Например, кислород попадает с пищей в верхнюю часть кищечника термитов, где обитают анаэробные микроорганизмы. На рисовых полях при их осушении ил становится аэробным, однако при затоплении и восстановлении анаэробиоза метаногенез начинается без лаг-фазы. Это свидетельствует о том, что метаногены какое-то время способны выдерживать аэробные условия. [c.99]

В аэробной зоне эти и подобные Срсоединения используются метилотрофами. Ранее считалось, что в анаэробных условиях метан до СО2 окисляется путем обратного метаногенеза и сульфи-догенеза [c.156]

Гелиобактерии обитают в почвах (часто сухих), которые обогащают азотом. Нередко связаны с растениями. Живут также в горячих источниках и содовых озерах, где предпочитают зону метаногенеза, а не сульфатредукции. Обнаружены в циано-бактериальных матах. [c.209]

Назовите субстраты метаногенеза и проанализируйте возможности метаногенных архей в условиях конкуренции с сульфатредуцирующими микроорганизмами. [c.210]

Радиоизотопы. Методы измерения активности микроорганизмов в их природных местообитаниях или свежих образцах с применением радиоизотопов являются наиболее чувствительными из всех существующих. Эти методы могут пролить свет на судьбу того или иного субстрата в микробных сообществах определенной экониши. Для измерения интенсивности фотосинтеза применяют метод измерения включения меченого СО2, имея контролем при этом темповую пробу. Для обнаружения и измерения скорости сульфатредукции применяют изотоп серы, который превращается в Н2 8. Скорость метаногенеза можно проследить по превращению СО2 в СН4 в присутствии значительного количества водорода или по трансформации С-метанола, метилированных аминов или ацетата в СН4. Хемоорганотрофные активности измеряют по скорости включения меченых по С органических соединений, обычно для этих целей используют глюкозу или аминокислоты. Эффект использования органики можно определять и [c.247]

Аноксигенный фотосинтез Метаногенез, ацетогенез, сульфатредукция Брожение [c.295]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология