Επίδραση οξικού οξέος και αμμωνίας στους μεθανογόνους πληθυσμούς
Authors: Φωτίδης Ιωάννης 
Published: August 2021

Η μεθανογένεση διαμέσου του οξικού οξέος, είναι το πιο σημαντικό στάδιο της παραγωγής βιοαερίου. Οι δυο μεταβολικές οδοί μέσω των οποίων το οξικό οξύ μπορεί να αναχθεί σε μεθάνιο, είναι: 1) η οξικολυτική μεθανογένεση και 2) η οξείδωση του οξικού οξέος σε συνδυασμό με την υδρογονοτροφική μεθανογένεση. Οι αναερόβιοι αντιδραστήρες που επεξεργάζονται ζωικά λύματα για την παραγωγή βιοαερίου, είναι δυνατόν να αντιμετωπίσουν σημαντικά προβλήματα στην αποδοτική τους λειτουργία, λόγω της επίδρασης ισχυρών ανασταλτικών παραγόντων (π.χ. αμμωνία, υψηλό οργανικό φορτίο) που επηρεάζουν τη μεθανογένεση. Μέχρι σήμερα, η έρευνα για την επίδραση της αμμωνίας στη μεταβολική οδό παραγωγής μεθανίου από το οξικό οξύ καθώς και στη σύσταση των μεθανογόνων πληθυσμών, έχει αντικρουόμενα αποτελέσματα. Επιπλέον, η επίδραση του οξικού οξέος στη μεταβολική οδό παραγωγής μεθανίου από το οξικό οξύ, καθώς και στη σύσταση των μεθανογόνων πληθυσμών, δεν έχει ερευνηθεί εκτενώς. Υπό αυτές τις προϋποθέσεις, σχεδιάστηκαν τέσσερις πειραματικές σειρές. Η πρώτη πειραματική σειρά περιελάμβανε τρεις αντιδραστήρες συνεχούς ροής μέσα από αναερόβια στρώση κοκκώδους λάσπης (UASB: up – flow anaerobic sludge blanket), οι δυο εκ των οποίων λειτούργησαν σε σταδιακά αυξανόμενες συγκεντρώσεις αμμωνίας. Στη συγκεκριμένη πειραματική σειρά, επιχειρήθηκε η εγκατάσταση ενός μεσόφιλου συντροφικού πληθυσμού (SAO) στην αναερόβια στρώση κοκκώδους λάσπης (granules), ικανού να ανταπεξέλθει σε υψηλές συγκεντρώσεις αμμωνίας. Οι τρείς επόμενες πειραματικές σειρές, αποτελούνταν από αντιδραστήρες εφάπαξ πληρώσεως. Στις δύο πρώτες πειραματικές σειρές, εξετάστηκε η επίδραση σταδιακά αυξανόμενων συγκεντρώσεων αμμωνίας και οξικού οξέος, αντίστοιχα, στη βιολογική οδό παραγωγής μεθανίου και στη σύσταση των μεθανογόνων πληθυσμών. Στην τρίτη πειραματική σειρά, εξετάστηκε η επίδραση της απευθείας έκθεσης των μεθανογόνων πλυθησμών σε διαφορετικές συγκεντρώσεις αμμωνίας, και διερευνήθηκε η επίδραση της στη βιολογική οδό παραγωγής μεθανίου και στη σύσταση των μεθανογόνων πληθυσμών. Στις τρεις πειραματικές σειρές, χρησιμοποιήθηκαν τρία αρχικά εμβόλια (ένα μεσόφιλο και δύο θερμόφιλα) που προήλθαν από αντίστοιχους βιολογικούς αντιδραστήρες αναερόβιας επεξεργασίας ζωικών λυμάτων. Η βιολογική οδός της μετατροπής του οξικού οξέος σε μεθάνιο, προσδιορίστηκε με τον προσδιορισμό της αναλογίας 14CH4/14CO2. Οι μεθανογόνοι μικροοργανισμοί προσδιορίστηκαν με την ανάλυση φθορίζοντος υβριδισμού στη φυσική θέση (fluorescence in–situ hybridization – FISH). Τα βασικά συμπεράσματα που εξήχθησαν από την παρούσα ερευνητική εργασία, είναι τα ακόλουθα: 1) Είναι δυνατή η εγκατάσταση του μεσόφιλου συντροφικού πληθυσμού (SAO) στα granules ενός UASB αντιδραστήρα. 2) Η οξικολυτική μεθανογένεση ήταν η κυρίαρχη μεταβολική οδός παραγωγής μεθανίου από το οξικό οξύ, με κυρίαρχους μεθανογόνους τα Methanosarcinaceae sp, σε βιο – αντιδραστήρες με υψηλές συγκεντρώσεις αμμωνίας (7 g NH4+–N L–1). 3) Η απευθείας έκθεση των μεθανογόνων (μη εγκλιματισμένων) πληθυσμών σε υψηλές συγκεντρώσεις αμμωνίας, ευνόησε την επικράτηση της οξείδωσης του οξικού οξέος, σε συνδυασμό με την υδρογονοτροφική μεθανογένεση ως κυρίαρχης μεταβολικής οδού παραγωγής μεθανίου στις μεσόφιλες και τις θερμόφιλες συνθήκες. 4) Τα μη εγκλιματισμένα μεθανογόνα Αρχαία του είδους Methanoccocales sp., ήταν τα πιο ανθεκτικά σε συγκεντρώσεις αμμωνίας έως και 5 g NH4+–N L–1. 5) Η διαδικασία εγκλιματισμού των μεσόφιλων και θερμόφιλων μεθανογόνων πληθυσμών σε σταδιακά αυξανόμενες συγκεντρώσεις οξικού οξέος, εδραίωσε την οξικολυτική μεθανογένεση ως κυρίαρχη μεταβολική οδό παραγωγής μεθανίου από το οξικό οξύ, με κυρίαρχους μεθανογόνους τα Methanosarcinaceae sp.