Технологии

Биохимия метанового сбраживания

5 июля 2014

Автор статьи: Ирина Гудилина

Мы уже останавливались на реакциях и аппаратном обеспечении анаэробной обработки и метанового сбраживания, которое достаточно широко представлено установками, выпускаемыми компанией Nijhuis Water Technology. В этой статье мы подробнее рассмотрим биохимию этого процесса и прочие аспекты его протекания.

Анаэробные процессы, или иначе, метановое сбраживание, является сложным биохимическим процессом, проходящих при участии сложной экосистемы бактерий и микроорганизмов, чья жизнедеятельность проходит в отсутствии кислорода. Основным количественным результатом этой деятельности является образование смеси метана и углекислого газа, объем которых может достигать до 90-95% от количества разложившегося под действием бактерий органического вещества, при котором лишь 5-10% расходуются на прирост бактериальной биомассы. По данным различных исследований формула анаэробного активного ила принимается как соотношение углерода, водорода, кислорода и азота.

Метан, содержащийся в биогазе, выделяется под действием метановых бактерий, основная часть которых, из известных двенадцати видов, в качестве «пищи» может использовать только водород и углекислый газ, а остальная может проводить дальнейшее разложение солей и эфиров уксусной и муравьиной кислот, а так же метанола и этанола.

Поэтому для обеспечения этими «продуктами питания» бактерий, продуктом жизнедеятельности которых является метан, разложением сложных органических веществ занимаются кислотообразующие бактерии, а дальнейшим превращением сложных летучих кислот и спиртов до ацетатов и водорода занимаются ацетогенные бактерии.

Сам процесс анаэробного сбраживания, как мы уже рассматривали ранее, разделяется на четыре стадии, гидролиза, кислотогенную, ацетогенну и метаногенную, в течение которых протекают следующие процессы:

ферментативный гидролиз сложной органики, нерастворимой в воде, идущий с образованием более простых органических соединений, растворимых в воде;
образование летучих жирных кислот, аминокислот, спиртов и СО₂;
окисление летучих жирных кислот, аминокислот, спиртов до уксусной кислоты, диссоциирующей в водном растворе на ионы Н⁺и СО₃^-;
образование метана из уксусной кислоты и в результате восстановления СО₂водородом.

Получить консультацию специалиста Консультация

Бактерии участвующие в метановом сбраживании

Биохимическое окисление, проходящее в отсутствии кислорода, производится пятью видами анаэробных бактерий. В первую группу входят бактерии, «силами» которых проходят стадии ферментативного гидролиза и образовании летучих жирных кислот. Практически все эти бактерии являются факультативными анаэробами, то есть могут существовать и проводить процессы биохимического окисления, как в воздушной, так и в безвоздушной среде.

Они отличаются быстрым ростом и оптимально развиваются в среде, рН которой составляет примерно 6,5-7,6, то есть, в нормальной среде. Процессы гидролиза и перевода твердых нерастворимых органических соединений проходят под действием экзоферментов, выделяемых бактериями этой группы в водную среду, и являющихся биологическими катализаторами. Для того, чтобы обеспечить благоприятное протекание этого процесса, следует обеспечить необходимое количество ферментов, их контактное взаимодействия с веществами, подвергающимися гидролизу, а так же необходимый уровень рН и температуры, так как скорость гидролиза сложной органики зависит не только от ее состава, но и от условий реакционной среды.

Протекание последующих стадий начинается только после полного гидролиза и перевода нерастворенной органики в форму растворимых органических веществ, поэтому общая скорость процесса анаэробного биохимического окисления может ограничиваться временем протекания стадии гидролиза. Далее, эта группа бактерий продолжает окисление перешедших в раствор органических веществ, так как углерод, входящий в их состав, является источником пищи для этих микроорганизмов. Разложившаяся на этой стадии органика состоит на 20% из уксусной и на 15% из пропионовой кислоты. Оставшиеся 65% составляют продукты промежуточного разложения.

Бактерии группы, осуществляющей эти стадии, довольно неприхотливы и отличаются высокой скоростью размножения. Однако, интенсивное протекание двух первых стадий анаэробного сбраживания способно привести к накоплению летучих жирных кислот, и, как следствие, повышению кислотности среды, до 5,2-5,5, что может стать причиной подавления жизнедеятельности бактерий, при участии которых проходят последующие стадии анаэробного процесса.

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.