Окислювально-відновні процеси розкладання органічних речовин
При анаеробному бродінні органічні речовини руйнуються анаеробними бактеріями. Для них, як і для аеробних бактерій, джерелами енергії є окислювальні процеси. Відмінність полягає в тому, що аеробні бактерії одержують енергію з окислювально-відновних реакцій, в яких акцептором водню служить вільний кисень. Окислювально-відновні реакції анаеробних бактерій протікають із звільненням енергії за рахунок ензиматичного розщеплення складних органічних речовин. Бродіння веде до глибокого розпаду речовин, але ніколи не закінчується їхнім повним окисленням. Процеси ці екзотермічні, тобто супроводжуються виділенням тепла.
Процес анаеробного зброджування полягає в розпаді органічних речовин і трансформації проміжних речовин у метан і двооксид вуглецю. Для опису анаеробного процесу використовується схема бродіння, що складається з двох стадій, кожна з яких здійснюється певного групою мікроорганізмів: кислотна — органотрофами, метанова — літотрофами. Обидві ці групи бактерій присутні в метантен — ку одночасно, тому кислото — та газоутворення протікають паралельно. У стабільно працюючому метантенку продукти, що утворюються при кислотному бродінні, встигають переробитися бактеріями метанової групи та в цілому процес протікає в лужному середовищі.
У першій (кислотній) стадії бродіння органічні речовини, що містяться у відходах, під впливом анаеробної мікрофлори розщеплюються на складні органічні сполуки (білки, вуглеводи та інші), які трансформуються в органічні кислоти жирного ряду. Спочатку утворюються оцтова та масляна кислоти із слідами валеріанової, ізовалеріанової, мурашиної та капронової кислот. Велика кількість аніонів оцтової кислоти зменшує активну реакцію середовища pH до 6,0.. .5,0, що призводить до зниження активності бактерій, які беруть участь в першій фазі бродіння.
У другій (метановій) фазі метанові бактерії розкладають кислоти, що утворилися, внаслідок чого виділяється метан і двооксид вуглецю. Процеси метаногенезу в метантенку поки недостатньо вивчені. Одні дослідники припускають, що метан утворюється під час відновлення двооксиду вуглецю за рахунок карбоксильних груп, інші вважають, що він є результатом розпаду оцтової кислоти [3].
Стверджується [3], що основними джерелами утворення метану є і той, і інший процеси, відповідно, до наступних схематично представленим реакціям.
Бродіння оцтової кислоти
СН3СООН => СН4 + С02. (2.4)
Відновлення С02
СО, + 8Н => СН4 + 2Н20 (2.5)
При цьому pH підвищується до 6,7…7,4. Метаноутворюючі бактерії зброджують, окрім названих речовин, етиловий спирт і багато інших сполук. Проте, далеко не всі органічні речовини, що знаходяться в стічних водах, можуть бути зруйновані шляхом анаеробного бродіння. Так, наприклад, в анаеробних умовах целюлоза розкладається слабо, а лігноцелюлоза залишається інтактною [1, 170-190].