Технологии

Метаногенез и гидролиз, как способ интенсификации процессов анаэробного сбраживания

2 августа 2014

Автор статьи: Игорь Ливен

Статьи по теме:

В одноступенчатой схеме анаэробного сбраживания регулирование условий среды подстраивается под требования самой требовательной группы бактерий, образующих метан. Это ведет к замедлению роста и скорости обмена у бактерий, работающих на стадиях гидролиза, ацитогенеза и ацетогенеза. Повышение нагрузки и уменьшение времени сбраживания ведет к увеличению скорости роста и обменных процессов у кислотообразующих бактерий, что приводит к увеличению концентрации низших карбоновых кислот, которые не успевают перерабатывать медленно размножающиеся метанобразующие микроорганизмы. Это ведет к сдвигу рН среды в кислую сторону, угнетению метаногенов и торможению их жизнедеятельности и, возможно, к полному сбою процесса анаэробного сбраживания. Раздельное культивирование этих групп позволяет подобрать оптимальные условия для развития каждой из них, ведущие к повышению активности бактериальной биомассы.

В первом реакторе за счет активизации жизнедеятельности бактерий, проводящих биохимическое окисление на стадии гидролиза, можно добиться практически полного разложения исходной сложной органики, проходящее в этой фазе, а так же образования кислот практически без их окисления до метана. Во втором ректоре, где условия среды подстраиваются под метаногенную группу бактерий, можно добиться максимальной степени преобразования летучих жирных кислот в метан при практическом отсутствии их нового образования. Регулирование таких показателей, как время пребывания, кислотность среды и температура в каждом из реакторов, позволяет добиться высокой активности каждой из бактериальных групп. Скорость развития метаногенов в таких условиях может достигать от пятнадцати до четырех суток, вместо обычных тридцати, повышается и скорость преобразования в метан анионов уксусной кислоты. Течение первой фазы процесса обеспечивается высокой нагрузкой по органическим веществам, что дает преимущества в развитии первым четырем группам кислотообразующих бактерий. Их избыточный рост при этом сдерживается фазой гидролиза твердой органики, содержащейся в субстрате.

Протекание второй фазы, образования метана, должно обеспечить условия роста метаногенных и ацетогенных бактерий, которые разлагают летучие жирные кислоты до простых карбоновых кислот. Соблюдение этого принципа двухфазного разделения значительно повышает производительность системы анаэробного сбраживания. Поэтому, двухфазное сбраживание позволяет увеличить эффективность процесса по проценту выхода биогаза, скорости его образования, и процентному содержанию в нем метана. Мезофильные условия протекания реакции являются идеальными для этого процесса, так как обеспечивают равновесные условия прохождения обоих фаз процесса, являясь оптимальными для метаболизма метанобразующих бактерий и процессов ацетогенеза, при которых идет окисление до ацетат-иона пропионовой и солей капроновой кислоты, а так же летучих жирных кислот, имеющих разветвленное строение.

Кроме стадии метаногенеза, лимитировать скорость процесса может и стадия гидролиза, сей характер протекания является следствием происхождения органического вещества. Поэтому, для его ускорения, применяется предварительная подготовка осадка, включающая предварительную тепловую обработку. При этом выход газа их субстрата, подвергнутого тепловой обработке при температуре 100оС, может быть увеличен примерно на 15%, а при увеличении до 170оС, даже возрасти на 70%. При этом увеличивается не только объем выделяемого биогаза, но его качество, благодаря увеличению содержания в нем метана.

Кроме тепловой обработки, отходы, содержащие в большом количестве целлюлозу и лигнин, и плохо поддающиеся биохимическому окислению, можно подвергнуть щелочному гидролизу. Глубина гидролиза может достигаться также путем рециркуляции осадка, который уже подвергся анаэробному сбраживанию. Для ускорения фазы метаногенеза эффективно использование высокоскоростных реакторов восходящего потока. Подобная установка выпускается компанией Nijhuis Water Technology, и имеет в своей основе технологию UASB.

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.