РОЗДІЛ 27. Технології продуктування біогазу

Рівномірна подача субстрату.

З метою уникнення перегодовування бактерій, найкраще рівномірно подавати субстрат в ферментатор через короткі інтервали часу. Чим легше розкладається матеріал, тим частіше слід подавати субстрат. Таким чином вдасться також уникнути різкого зниження температури. Наповнення ферментатора один- два рази на день, як це було прийнято раніше, сьогодні буває дуже рідко, це можливо тільки для субстратів з високим буферним ефектом (якими є екскременти тварин) або при дуже малій завантаженні ферментатора. Для установок з великим завантаженням ферментатора, як це часто зустрічається сьогодні, з метою досягнення великої потужності надзвичайно важливою є подача з інтервалом в годину.

Подача субстрату.

Швидке розкладання метановими бактеріями можливо тільки за умови, що утворюючийся біогаз буде відразу ж виводитися з субстрату. Якщо газ не буде виводитися з ферментатора, то в ньому може утворитися високий тиск у багато бар, який може навіть завдати шкоди. У субстратах з високою плинністю маленькі бульбашки повітря піднімаються на поверхню самостійно. Сьогоднішня тенденція працювати з 18 % сухої речовини, оскільки при більшому відсоткі настільки затримується виведення газу, що субстрат починає здуватися як дріжджове тісто і навіть може підняти кришку ферментатора. Таким чином перемішування важливо не тільки для уникнення кірки і осаду, але і для виведення виробленого газу. Чим густіше субстрат, тим частіше треба його завантажувати.

Уповільнюючі речовини.

Цілий ряд субстанцій може уповільнити або і зовсім припинити обмін речовин і ріст мікроорганізмів:

• Деякі речовини пошкоджують оболонку клітин або структуру бактерій (пральні порошки та ін.).

• Інші речовини руйнують ензими обміну речовин клітини (важкі метали і.т.д.). Згубний вплив речовин принципово залежить від концентрації. Це означає, що стримуючим фактором є не повна відсутність певної речовини, а її концентрація в співвідношенні з іншими групами речовин.

• Кисень. Кисень може проникнути з недостатньо збагаченим подрібненим субстратом і шкодити метановим бактеріям.

• Антибіотики, хімотерапевтіческі та дезінфікуючі засоби.

Антибіотики, хіміотерапевтичні та дезінфікуючі засоби можуть стримувати процес бродіння і привести до його повної зупинки, особливо при їх високої концентрації. Це може статися, якщо усе поголів'я, або одночасно всі хліва почали дезінфікувати. У такому випадку уникнути проблеми допоможе байпасна лінія, що веде з хліва прямо в ємність для зберігання. Препарати, що застосовуються до окремих тваринам як правило не мають настільки негативних наслідків. Між застосовуваними засобами також існує велика різниця.

• Органічні кислоти, карбонові кислоти, жирні кислоти.

Стримуючий вплив робить також накопичення органічних кислот, що утворюються при анаеробному розкладанні органіки. Співвідношення органічних кислот, званих також летючими жирними кислотами, дає нам інформацію про стан процесу. При стабільному процесі утворення біогазу сума органічних кислот (їх також називають еквівалентами оцтової кислоти) нижче 2000 мг / л. Внаслідок занадто швидкої подачі свіжих або дуже легко розкладаються субстратів може відбутися швидке окислення і накопичення кислот до рівня 16.000 мг / л. Крім того відбудеться негативна зміна співвідношення оцтової кислоти до пропіонової кислоті. Якщо рівень перевищує 3.000 мг / л, а для пропіонової кислоти 300 мг / л, то згідно Веллінгеру відбудеться порушення процесу. Накопичення кислот призводить до цілого ряду реакцій, починаючи з того, що великі концентрації кислот стримують самі бактерії таким чином, що знижується рівень pH, що і викликає затримку розвитку метанових бактерій до повної зупинки процесу розкладання. Протидіяти цьому можна лише повним скороченням подачі субстрату. Також одноразова подача один раз на день, як це було прийнято раніше, веде до сильного накопичення органічних кислот, які однак розкладаються протягом дня. З практики годування жуйних тварин відомо, що для перетравлення їжі співвідношення оцтова кислота - пропіонова кислота має становити 3:1. Як правило цього досягають коли зміст сирих волокон в раціоні сухої маси досягає 18-20%. Якщо це співвідношення не досягається, то у жуйних тварин починається рубцевий ацидоз, а в біогазових установках це призводить до затримки розвитку бактерій і надмірного окислення. Ці дані можна вважати основними. Але все одно бактерії можуть пристосуватися до концентрації кислот, оскільки бактерії мають велику здатність к пристосуванню. На практиці відомо багато установок, які стабільно працюють з великою концентрацією кислот і мають велике продуктування газу. У таких випадках важливим є повільне і поступове пристосовування до нового середовища.

• Сірководень.

При розкладанні сірковмісних субстратів (переважно білки) утворюється високотоксичний практично для всіх живих істот сірководень (H2S). Вже при концентрації нижче 10.000 - ной його можна ідентифікувати через неприємний запах тухлих яєць, якщо ж концентрація перевищує вищеназвану, то запах зникає, але газ залишається високотоксичним.Чим нижче рівень pH, тим вище відсоток H2S в субстраті і біогазі, і тим вище токсичний потенціал. Якщо зміст №S в газі перевищує 2.000 ppm або SO мг H2S в розчині, то варто очікувати затримки розвитку бактерій. Ризик тим менше, чим вищий вміст розщеплюються вуглецевих сполук у субстраті (ефект розбавлення). У сірковмісних субстратах можуть з'являтися штами бактерій, які використовують водень для утворення сірководню. Вони будуть конкурувати з метановими бактеріями за водень. Таким чином зменшується метаноутворення і утворюючийся сірководень сам стримує розвиток метанових бактерій.

Вплив рівня pH на концентрацію сірководню та на затримку розвитку бактерій. Концентрація сірководню в газоподібному або рідкому вигляді в залежності від рівня pH. Незважаючи на це сірка є важливим поживним елементом субстрату, оскільки вона необхідна для утворення біомаси бактерій.

• Аміак.

Внаслідок анаеробного розкладання азотовмісних субстратів (багаті на протеїн субстрати якими наприклад є конюшина або пташиний послід) утворюється аммоніум (NH4). Можна виходити з того, що близько 50-60 % від загального вмісту азоту зберігається в перебродженому субстраті у вигляді амонію - азоту. Він у свою чергу перебуває в співвідношенні розчин (дисоціація) з аміаком

(NH3 + + H + = NH4) (27.3)

який є сильною отрутою для нервів і клітин. Його гострий запах неможливо сплутати з будь-яким іншим. У цьому випадку зміни на користь отруйного амонію залежать від рівня pH і температури субстрату. Якщо рівень pH високий і температура висока, то баланс змінюється убік аміаку. Якщо pH = 7, то співвідношення аммоніум - аміак 99:1. При підвищенні рівня pH = 9, співвідношення також змінюється 70: ЗО. Кройс (1986) в лабораторних умовах довів, що починаючи з концентрації NH4 3 г / л слід враховувати початкову затримку. Також він встановив,що ефект посилиться при підвищенні температури. Затримка часто відбувається зі значним піноутворенням. Однак ці показники не є абсолютними. Як уже згадувалося раніше бактерії звикають до певних концентрацій, існуючих установок', які оптимально працюють при вмісті в субстраті 5 г аммоніум - N і до 1,15 г аміаку - N, і у яких не спостерігається затримок. Крім цього через додавання вуглеводів у формі волокновмісткого матеріалу доповнюється співвідношення С / N і таким чином протидіє затримкам. Також зменшення щодня подачі кількості субстрату має ефект розбавлення і зменшує тим самим навантаження. Зниження температури у ферментаторі також призводить до зниження токсичності. У разі повторної подачі перебродженого матеріалу ризик отруєння аміаком зростає. Переброджений матеріал відрізняється невеликим співвідношенням між С / N, тим самим ефект посилюється. Амоній перебуває майже весь в розчиненому рідкому вигляді, це дозволяє повторне використання матеріалу після проходження через фільтр. Всі вищевикладені факти варто враховувати при плануванні та закладанні розмірів ферментатора.