6.3.8.1 Этапы метанового брожения

Этапы анаэробного метанового брожения можно схематически представить следующим образом

Биополимеры (углеводы, липиды, белки)

^{Органические кислоты, спирты, NH}₃^{, CO}₂^,

^H₂

^{Ацетат, формиат, CO}₂^{, H}₂

Биогаз (сн4, co2 )

92

6.3.8.2 Химизм процесса метанового брожения

Химизм процесса метанового брожения состоит из следующих реакций

1. Брожение органических кислот:

4Н−СООН = СН₄ + ЗСО₂ + 2Н₂О;

СН₃ − СООН = СН₄ + СО_{2 .}

2. Брожение спиртов:

4СН₃−ОН = 3СН4 + СО₂ + 2Н₂О;

2СН₃−СН₂−ОН + СО₂ = СН₄ + 2СН₃СООН .

3. Восстановление оксидов углерода

СО₂ + 4Н₂ = СН₄ + 2Н₂О;

4СО + 2Н₂О = СН₄ +3СО_{2 .}

6.3.8.3 Микробная ассоциация биометаногенеза

В сложных процессах деструкции органических субстратов и об- разования метана участвует микробная ассоциация различных ми- кроорганизмов. В ассоциации присутствуют следующие группы ми- кроорганизмов: деструкторы, вызывающие гидролиз сложной органи- ческой массы с образованием органических кислот (масляной, пропио- новой, молочной), а также низших спиртов, аммиака, водорода; ацето- гены, превращающие эти кислоты в уксусную кислоту, водород и ок- сиды углерода; метаногены – микроорганизмы, восстанавливающие водородом кислоты, спирты и оксиды углерода в метан.

С биохимической точки зрения метановое «брожение» – это про- цесс анаэробного дыхания, в ходе которого электроны с органического вещества переносятся на углекислоту; последняя затем восстанавлива- ется до метана (при истинном брожении конечным акцептором элек- тронов служит молекула органического вещества, являющегося конеч- ным продуктом брожения). Донором электронов для метаногенов яв- ляется водород, а также уксусная кислота.

93

«Венцом» метанового сообщества являются собственно метано- генные или метанообразующие бактерии (архебактерии), катализирую- щие восстановительные реакции, приводящие к синтезу метана. Суб- стратами для реализации этих реакций являются водород и углекисло- та, а также окись углерода и вода, муравьиная кислота, метанол и др.

Несмотря на то, что метанобразующие бактерии выделены и опи- саны совсем недавно, в середине 80-х гг., их возникновение относят к архею и возраст оценивают в 3,0-3,5 млрд. лет. Эти микроорганизмы

достаточно широко распространены в природе в анаэробных зонах и

вместе с другими микроорганизмами активно участвуют в деструкции органических веществ, с образованием биогаза в морских осадках, бо- лотах, речных и озерных илах.

К настоящему времени выделены в чистой культуре и описаны около 30 метанообразующих бактерий; список этот непрерывно попол- няется. Наиболее изученными являются следующие: Methanobacterium thermoautotrophicum, Methanosarcina barkerii, Methanobrevibacter rumin- antium. Все метаногены – строгие анаэробы, среди них встречаются как мезофильные, так и термофильные формы, гетеротрофы и автотрофы. Особенностью метанобразующих бактерий является также способ- ность активно развиваться в тесном симбиозе с другими группами ми- кроорганизмов, обеспечивающими метаногенов условиями и суб- стратами для образования метана.