Факторы, оказывающие влияние на процесс брожения

Приведенные в данном разделе параметры в большей степени относятся к жидкофазной ферментации, так как она является более нестабильным процессом.

1. Содержание кислот, pH, буферные свойства (щелочность).

В качестве оптимальных значений принимают:

- Щелочность 1500…5000 мг CaCO₃ на 1л субстрата.

- pH 6.5…7,5.

Если уровень pH сильно отклоняется от оптимального значения, то жизнедеятельность бактерий замедляется, и, следовательно, замедляется образование биогаза.

- Содержание летучих кислот 600…1500 мг на 1 л субстрата.

2. Свет

Свет не вызывает гибели бактерий, но значительно замедляет процесс брожения. Исключить его попадание можно с помощью светонепроницаемой крышки реактора.

3. Температура

Выбор температурного режима отражается на компонентном составе газа. Зависимость общего объема газа и его качества (т.е. процентного содержания метана) от температуры и времени брожения сырья представлена на рис. 2.7. В табл. 2.2 приведены оптимальные параметры циклов переработки в различных температурных режимах [12, 26].

Таблица 2.2 - Оптимальные параметры циклов переработки для различных режимов брожения

Рисунок 2.7 – Влияние температурного режима и длительности процесса брожения на объём и качество получаемого газа

Процесс метанового брожения очень чувствителен к изменениям температуры. Уровень чувствительности зависит от температурного режима. Допустимые изменения температур: а) психрофильный температурный режим: ± 2°C в час; б) мезофильный температурный режим: ± 1°C в час; в) термофильный температурный режим: ± 0,5°C в час.

4. Ингибиторы

Ингибиторы – вещества, которые при определенных условиях могут замедлять процесс брожения, а, следовательно, влиять на количество, получаемого на выходе биогаза. При токсичных концентрациях этих веществ, процесс брожения может остановиться полностью. Различают два вида ингибиторов:

а) ингибиторы, которые попадают в реактор вместе с субстратом (например, антибиотики);

б) ингибиторы, которые образуются в процессе брожения в качестве промежуточных веществ (например, сероводород).

В табл. 2.3 приведены основные ингибиторы процесса брожения и их предельные концентрации [27].

Таблица 2.3 – Вещества ингибирующие процесс метанового брожения и их предельные концентрации

Наименование ингибирующего вещества	Предельная концентрация, мг/л	Примечание
Кислород	0,1	Ингибирование облигатно-анаэробных метановых бактерий
Сероводород		Ингибирование усиливается со снижением pH
Летучие жирные кислоты		Ингибирование усиливается со снижением pH
Аммонийный азот ()		Ингибирование усиливается с ростом pH и увеличением температуры
Тяжелые металлы	Cu – 50 Zn – 150, Cr (III) – 120 Cr (VI) – 100, Cd – 150, Ni – 10, Pb – 300	Ингибирование вызывают только растворенные металлы; детоксикация посредством осаждения сульфидов
Дезинфицирующие средства, антибиотики	–	Ингибирующее действие зависит от состава вещества

5. Питательная среда

Предпосылкой беспрепятственного размножения бактерий служит наличие питательной среды, которая содержит как углерод и кислород для обеспечения этого процесса энергией; водород, азот, серу и фосфор – для образования белка, так и щелочные металлы, железо и микроэлементы (табл. 2.4). Активность микробной реакции в значительной степени определяется соотношением углерода и азота. В качестве ориентировочного значения, для смешивания субстратов принимаются такие соотношения питательных веществ: C:N:P = 75:5:1 или 125:5:1; C:N = 10:1 или 30:1; N:P = 5:1 [14, 27].

Таблица 2.4 – Благоприятные концентрации микроэлементов в питательной среде

6. Степень измельчения субстрата

Чем больше площадь взаимодействия для бактерий и чем более волокнистый субстрат, тем легче и быстрее бактериям разлагать субстрат. Кроме того, его проще перемешивать, смешивать и подогревать без образования плавающей корки или осадка. Измельченное сырье имеет влияние на количество произведенного газа через длительность периода брожения. Чем короче период брожения, тем лучше должен быть измельчен материал. При достаточно длительном периоде брожения количество выработанного газа увеличится.

7. Объемная нагрузка ректора

Объемная нагрузка показывает, сколько килограммов сухого органического вещества (оСВ) можно подать в реактор на 1 м³ рабочего объема за единицу времени:

,

где:

- поданный объем субстрата за единицу времени, кг/сут.;

c – концентрация органического вещества, % оСВ;

V_R - объем реактора, м³.

8. Гидравлическое время брожения (HRT)

Гидравлическое время брожения – время, в течение которого поданный в реактор субстрат теоретически пребывает в реакторе.

,

где:

V_R – объем реактора, м³;

– объем субстрата, подаваемый в реактор в сутки, м³/сут [13].

9. Рабочий объем реактора

Выбор рабочего объема реактора зависит от суточного количества органических отходов, которые необходимо переработать и технологических параметров процесса, и определяется по формуле:

,

где:

– объем биоотходов животного и растительного происхождения в реакторе, м³;

– объем воды, необходимый для достижения оптимальной влажности биомассы, м³.

Объем биоотходов, поступающих в реактор, зависит от гидравлического времени брожения субстрата в реакторе HRT и суточного объема загружаемых биоотходов :

,

где:

HRT – гидравлическое время брожения субстрата, сут.;

– суточный объем загружаемых биоотходов, м³/сут.

10. Влажность

Требуемые показатели влажности сырья варьируются в зависимости от времени года. Таким образом, в зимнее время данный показатель должен составлять 85%, а в летнее – 92%. В большинстве случаев, для достижения необходимого уровня влажности сырье разбавляют горячей водой, количество которой можно определить по формуле:

где:

V – требуемый объем воды, л;

H – объем загружаемого сырья, л;

W₁ – требуемая влажность загружаемого сырья, %;

W₂ – начальная влажность сырья, %.

11. Интенсивность перемешивания

Для получения максимально возможного объема газа в ходе процесса метанового сбраживания, необходимо обеспечить постоянный контакт бактерий с сырьем. Данное условие можно реализовать, периодически перемешивая содержимое реактора [12 –15].

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: