РОЗДІЛ 27. Технології продуктування біогазу

• Психрофільні штами при температурі нижче 25 ° С;

• Мезофіпьні штами при температурі 25-45 0 С;

• Термофільні штами при температурі понад 45 ° С.

Більшість установок працюють в мезофільному режимі. Через великий надлишок тепла від генератора для таких установок спостерігається тенденція високих температур ферментатора. На практиці в Німеччині більшість біогазових установок працюють при температурах 38-42 ° С. Психрофіпьніий режим роботи через тривалий часу бродіння і невелике продуктування газу в ваших широтах не грає настільки важливої ролі, в той час як установки з термофільним режимом роботи користуються все більшим попитом, через великі розміри установок вони оснащуються пристроями автоматизованого управління.

Чим вище температура, тим чутливіше бактерії до її коливань, в першу чергу, якщо вони короткострокові. Це чітко видно з відносно вузького максимуму кривої і її стрімкого падіння при термофільному. У той час як в мезофільному режимі щоденні коливання в 2-4 ° С наврядчи мають вплив на бактерії, то в термофільному такі коливання повинні бути не більше 1 ° С. Одноразове розміщення погано ущільненого матеріалу (з великою кількістю кисню) або велика кількість дуже холодного матеріалу, а також зупинка роботи мішалки на кілька годин (в першу чергу в зимовий час), може викликати зміну температури на 1 ° С.

Цікаво, що в установках, що працюють на поновлюваній сировині, спостерігаються більш високі температури, ніж було вказано для прокладанні опалення. При цьому анаеробний процес на відміну від компостування не с екзотермічним; набагато більше енергії буде накопичуватися в метані. Велика кількість легко переробляемого субстрату, який є рослинний, призводить до незворотних реакцій окиснення з відповідним виділенням тепла. Таким чином при бродінні кукурудзи спостерігалося зростання температури з 37 • С до +42 ° С. Такий ефект звичайно ж знижує споживання тепла установкою і повинен спостерігатися для кожної установки окремо і бути врахований специфікою установки. Робота при високих температурах вимагає встановленні спеціальних систем автоматизації та точного керування роботою біогазової установки. У наш час, коли мова йде про повну інтеграцію біогазових установок в повсякденну роботу сільськогосподарського підприємства, мезофільний режим створює менше складнощів. Сьогодні тенденція така, шо працюють в більш високих температурних режимах ферментатора, оскільки експлуатація установки перетворилася на окремий вид діяльності і вимагас відповідного персоналу. Протягом тривалого періоду часу (1 місяць і більше), бактерії звикають до нового температурному режиму, так що кожне підприємство може вибрати для себе оптимальний варіант.

Рівень pH.

У той час, як гідролізуючі і кислотообразуючі бактерії в кислому середовищі з рівнем pH 4,5-6,3 досягають оптимуму своєї активності, бактерії, що утворюють оцетову кислоту і метан можуть жити тільки при нейтральному або малощелочному рівні pH 6,8-8. Для всіх бактерій дійсним є наступне: якщо рівень pH перевищує оптимальний, то вони стають повільніше у своїй життєдіяльності, що уповільнює утворення біогазу. Для одноступінчатих технологій слід витримувати рівень pH для метаноутворення (оптимум 7). На рівень pH можна впливати кількістю додавання субстрату і його видом. Субстрати, які швидко окислюються призводять до різкого падіння рівня pH; тому їх слід додавати тільки в обмеженій кількості і поступово.

Субстрати відрізняються між собою в їх здатності амортизувати рівень pH. Якщо концентрація Н + зростає, то субстрати можуть її вирівняти в обмеженій кількості і прив'язати до себе вільні іони. Завдяки цьому рівень pH в загальному залишається стабільним. Тільки коли зв'язок і вирівнююча здатність вичерпується, рівень pH починає рости. У будь-якому випадку така повільна зміна змісту Н + призводить до затримок у розвитку бактерій і таким чином до порушення газоутворення. Заміри pH таким чином відстають від реальної ситуації. Це хоч і є дешевим способом контролювання процесу, але своєчасне управління процесом виходячи лише з замірів рівня pH, є неможливим. Більш ефективним є замір буферних властивостей.

Для буферного ефекту в першу чергу важливими є карбонатні і аммоніумні буфери:

НСО3 + + Н + <-> Н2СО3 (27.1)

Іон гідрокарбонату + іон водню < -> Вугільна кислота

NH3 + + H + <->NH4 (27.2)

Амоній + іон водню < -> амоній

Якщо карбонатний буфер активізується в кілька кислому середовищі, то при високому рівні pH буде задіяний аммоніумний буфер. У гною буферні речовини представлені у великій кількості. Таким чином гній може згладжувати великі коливання рівня pH і добре вловлює надмірну кислотність. Такий важливий буферний потенціал відсутній у відновлюваної сировини. Загалом тут встановлюється більш високий рівень pH, так що буфер амонію відіграє важливу роль. У стабільних процесах бродіння рівень pH регулюється самостійно.

Подача живильних речовин.

Бактерії, для утворення своїх клітин вимагають поживних речовин, вітамінів, розчинних сполук азоту, мінеральних речовин і мікроелементів. Ці речовини в потрібній кількості містяться в рідкому і твердому гної. Достатня їх кількість міститься також в сіні, кукурудзі (свіжої або консервованої), залишках їжі, відходах кухні, нутрощах тварин, барді та молочних продуктах - всі ці продукти можуть бродити в чистому вигляді без додавання інших субстратів. В якості орієнтовного значення для змішування субстратів можна взяти такі співвідношення поживних речовин:

• C : N : P = 75:5:1 або 125:5:1 • С : N = 10:1 або 30:1 • N : Р = 5:1

Співвідношення С: N показує загальне співвідношення вуглеводів із загальним вмістом азоту. На один відсоток фосфору припадають 5 відсотків азоту і 75- 125 відсотків вуглецю. Оптимальне співвідношення вуглецю до азоту становить 30:1 і 10:1. Якщо співвідношення падає до рівня 8:1, то у зв'язку з великим вмістом амонію в субстраті сповільнюється розвиток бактерій через аміак. Уповільнюючі розвиток речовини.

Для кожного виду субстрату або суміші субстратів можна провести розрахунок співвідношень речовин (таблиця 27.10).