Основные процессы и энергетика

На практике сбраживание редко ведут до конца, так как это сильно увеличивает длительность процесса. Обычно сбраживают примерно 60 % исходного продукта. Выход газа составляет примерно от 0, 2 до 0, 4 м на 1 кг сбраживаемого сухого материала при нормальных условиях и при расходе 5 кг сухой биомассы на 1 м воды.

Известно, что существуют три характерных уровня температур, предпочтительных для определенных видов бактерий.

Сбраживание при более высоких температурах идет быстрее, чем при низких, и характеризуется примерно удвоением выхода газа на каждые 5 °С.

Низший уровень температуры – психрофилический, около 20 °С, средний – мезофильный, около 30 °С, высший – термофильный, около 55 °С.

В тропиках сбраживание идет без подогрева при температуре почвы в пределах 20…30 °С, сбраживание соответствует псих-рофильному с временным интервалом 14 дней.

В странах с более холодным климатом среду для сбраживания следует подогревать, возможно, используя часть получающегося биогаза, до температуры примерно 35 °С. Некоторые бактерии «работают» при 55 °С. Их используют, если ставят целью поскорее разложить материал, а не получить дополнительное количество биогаза.

Биохимические процессы при сбраживании идут в три стадии, причем каждая обеспечивается собственной группой анаэробных бактерий.

1. Нерастворимые разлагаемые биологически материалы (напри-мер, целлюлоза, полисахариды, жиры) расщепляются на углеводы и жирные кислоты. В работающем биогазогенераторе это происходит при температуре 25 °С за сутки.

2. Кислотопродуцирующие бактерии образуют преимущественно уксусную и пропионовую кислоты. Эта стадия при такой же температуре также идет сутки.

3. Бактерии, образующие метан, медленно, в течение примерно 14 суток, при температуре 25 °С полностью сбраживают исходные продукты, вырабатывая 70 % СН4 и 30 % СO2 с малыми примесями Н2 и возможно H2S. Существенную роль может играть H2, и на самом деле некоторые бактерии (например, Клостридиум) продуцируют водород.

Метанообразующие бактерии чувствительны к величине рН: условия в среде должны быть среднекислыми (рН от 6, 6 до 7, 0) и, конеч-но, не ниже рН = 6, 2. Требуется определенное содержание азота и фосфора: около 10 и 2 % массы сухого сбраживаемого материала соответ-ственно.

Золотое правило обеспечения успешного сбраживания – под-держивать постоянные условия по температуре и подаче исходных ма-териалов. В стабильных условиях могут быть выведены подходящие популяции бактерий, пригодных именно для этих условий.