Анаэробным илом называют биоценоз м/организмов сбраживающих осадки.
Бактериальное население анаэробного ила чрезвычайно разнообразно. Условно подразделяется на две группы. Первую составляют бактерии, использующие в энергетическом обмене органичекие вещества исходного субстрата (осадка). Эту группу объединяют под общим названием кислотообразующие бактерии, т.к. основными конечными продуктами их жизнедеятельности являются жирные кислоты. Во вторую группу входят специфические виды бактерий, способные превращать метаболиты кислотоообразующих бактерий в конечные продукты метановового брожения - метан и диоксид углерода. Бактерии второй группы называют метанообразующими.
Кислотообразующие бактерии представлены облигатными и факультативными анаэробами. Выделено из бродящего осадка от 50 до 92 видов, половину из них составляют спорообразующие формы. Они различны по физиологическим особенностям. Степень развития отдельных физиологических групп зависит от состава обрабатываемых осадков. Органические вещества разлагаются аммонифицирующими, целлюлозными, жирорасщепляющими бактериями. В анаэробном иле найдены денитрофикаторы и судьфатредецирующие бактерии. Обнаружены виды потребляющие в качестве источника углерода совершенно определенные вещества. Макромолекулы белков, жиров и углеводов разрушаются в основном спорообразующими бактериями. Важное значение в процессах брожения имеют клострии. В зависимости от используемого субстрата различают - клостридии, обладающие сахаролитической активностью, которые окисляют вещества углеводной природы; клостридии, имеющие активные протеалитические ферменты, в качестве субстрата используют белки и продукты их гидролиза; клостридии, сбраживающие гетероциклические азотосодержащие соединения.
В целом группа кислотообразующих бактерий осуществляет процесс брожения сложных субстратов в широком диапазоне рН. Время генерации для некоторых видов составляет 20-30 мин.
Метанообразующие бактерии включает 3 рода:
1 род включает виды, имеющие форму прямых или изогнутых палочек 307 мкм, которые образуют нити, большинство из них неподвижны.
Представители 2 рода имеют сферические клетки размером 0, 5-10 мкм неправильной формы. Клетки могут быть одиночными, располагаться попарно или в виде скоплений. Есть неподвижные и подвижные формы.
3 род - неподвижные бактерии, состоящие из крупных сферических клеток размером 1,5-2,5 мкм. Все метагенные бактерии-облигатные анаэробы, чувствительны к окислительно-восстановительным реакциям среды. Оптимальное значение рН для них ограничено узким интервалом 6,8-7,5.
Почти все метаногенные бактерии принадлежат к мезофилам. Оптимальная температура составляет 35-40С. Половина метанообразующих бактерий в качестве источника углерода используют углекислый газ. Сложные органические соединения метагенные бактерии потреблять не могут. Источником азота для метанобразующих бактерий служат аммонийные соединения. Наиболее характерной особенностью метаногенных бактерий является специфичность отдельных видов по отношению к донору водорода. Большинство этих бактерий способны потреблять водород.
Процесс биохимического окисления веществ в анаэробных условиях.
1. стадия кислого брожения.
Ее осуществляют кислотообразующие бактерии. Благодаря им все органические компоненты осадков подвергаются деструкции. Анаэробный ил обладает гидролитической активностью. В нем обнаружены гидролитические ферменты: протеазы, глюкозидазы, липазы. Под действием этих ферментов исходные вещества осадка и активного ила, подвергаясь внеклеточному гидролизу, превращаются в соединения, которые доступны клеткам бактерии.
Внутриклеточные превращения простых сахаров приводит к образованию ПВК - ключевого промежуточного продукта метаболизма (углеводов,
глицерина, аминокислот). В результате разложения аминокислот бактериями появляется аммиак, а в случае серосодержащих аминокислот - сероводород.
Продукты гидролиза жиров используются многими видами кислотообразующих бактерий. В ходе ферментативных реакций глицерин превращается в фосфоглицериновый альдегид, который затем включается в обмен углеводов.
Таким образом, кислотообразующие бактерии превращают белковые соединения, жиры и углеводы осадков сточных вод в низшие жирные кислоты, спирты, аммиак, водород и сероводород.
2. стадия щелочного брожения.
Осуществляется метанообразующими бактериями. При ферментации уксусной кислоты и метилового спирта метан синтезируется в результате восстановления метильной группы.
СН3СООН -—— СН4 + С02 (1)
4СН3ОН -—- ЗСН4 + СО2 +2Н2О (2)
Иной механизм образования метана характерен для тех видов метаногенных бактерий, которые не способны утилизировать уксусную кислоту и метанол. Это бактерии синтезируют метан в результате восстановления диоксида углерода по реакции:
4АН2 + СО2 -- СН4 + 2Н2О + А (3)
В процесс метанообразования вовлекаются и более сложные вещества, такие как масляная, пропионовая, капроновая кислоты. Превращение их осуществляется по типу реакции (3), в которой вместо молекулярного водорода участвуют перечисленные органические субстраты. Например, при использовании этилового спирта он окисляется до СНзСООН с одновременным восстановлением диоксида углерода по типу реакции:
2СН3СН2ОН+ СО2 -- СН4 + 2СН3СООН
Некоторые виды метаногенных бактерий восстанавливают СО2,
потребляя молекулярный водород:
4Н2 + СО2 —— СН4+2Н2О.
Таким образом, все известные пути получения метана сводятся к реакциям 2 типов: восстановление метильной группы уксусной кислоты и метанола и восстановление диоксида углерода, выполняющего роль конечного акцептора водорода.
