Метаногенные бактерии и их характеристика

Метаногенные бактерии включают три рода микроорганизмов:

– представители первого рода имеют форму прямых или изогнутых палочек размером307 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;

– третий род – неподвижные бактерии, состоящие из крупных сферических клеток размером 1,5–2,5 мкм. Все метаногенные бактерии – облигатные анаэробы, чувствительные 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 35–40 °С. Половина метанообразующих бактерий в качестве источника углерода используют углекислый газ. Сложные органические соединения метаногенные 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 способно 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.

Данная стадия осуществляется метанообразующими бактериями. При ферментации уксусной кислоты и метилового спирта метан синтезируется в результате восстановления метильной группы. Это осуществляется путем следующих реакций:

1 СН₃СООН →С + С0₂;

2 4СН₃ОН → ЗС + СО₂ +2Н₂О.

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:

3 4АН₂ + СО₂→С + 2Н₂О + А

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 → С + 2СН₃СООН

Метанобразующие бактерии содержатся в растениях, экскрементах животных и в воде. Обычно большое количество этих микроорганизмов можно встретить в болотах, где ощущается недостаток кислорода и имеются в наличие различные органические соединения. Они являются неотъемлемой частью анаэробного разложения органических веществ. Для переработки биологической массы в специальных установках не требуется специального насаждения бактерий, поскольку они уже содержатся в ней. Экскременты животных содержат полный комплекс необходимых для их разложения микроорганизмов, поэтому для их переработки требуется лишь создать и поддерживать оптимальные условия для развития процесса брожения [6].