Сущность технологии анаэробного сбраживания
Анаэробное сбраживание — это процесс разложения органических веществ без доступа кислорода с помощью микроорганизмов. В результате такого брожения образуется биогаз (смесь метана и углекислого газа) и богатые питательными веществами органические удобрения.
Основные этапы получения биогаза
На первом этапе в специальный резервуар — биореактор — загружают органическое сырье: навоз, пищевые отходы, растительные остатки и т.д. Попадая туда в анаэробных условиях, разные группы микроорганизмов начинают его ферментировать.
Далее на второй стадии кислотообразующие бактерии вырабатывают органические кислоты, спирты, а также газообразный водород и диоксид углерода.
На заключительном этапе метанобразующие археи используют продукты жизнедеятельности кислотообразующих микробов и производят биогаз. Полученную таким образом газовую смесь собирают и направляют на дальнейшую переработку.
Основные технологии анаэробного сбраживания
Различают одно- и двухстадийное сбраживание сырья. Одностадийный процесс протекает в одном реакторе при смешивании компонентов и постоянной температуре 35-40°С. Двухстадийный вариант включает гидролиз сырья и непосредственное анаэробное сбраживание в разных установках.
Мезофильный и термофильный режимы
Помимо этого, технологии различают по температурным режимам процесса брожения:
- Мезофильный (температура 30-40°С) — наиболее распространен;
- Термофильный (49-57°С) — обеспечивает бóльший выход биогаза.
При термофильном режиме скорость роста метанобразующих бактерий выше. Однако этот процесс требует бóльших затрат энергии на подогрев сырья.
Типы биореакторов
Биореакторы периодического действия
Простейший тип установок для получения биогаза. Их периодически загружают субстратом, который по истечении 20-30 суток полностью перерабатывается. Затем реактор освобождают от остаточной биомассы и вновь загружают сырьём.
Непрерывно действующие реакторы
Более технологичный вариант. Сырье в такие установки поступает непрерывно, а готовый биогаз и остаточный субстрат удаляются в том же режиме. Различают:
- Реактор идеального вытеснения;
- Реактор идеального смешения;
- Реактор с возвратным илом.
Последний наиболее эффективен, поскольку часть активного ила возвращается в резервуар для ускорения процесса сбраживания свежих порций сырья.
| Тип реактора | Сложность конструкции | Скорость процесса |
|---|---|---|
| Периодического действия | Низкая | Низкая |
| Идеального вытеснения | Высокая | Высокая |
| С возвратным илом | Очень высокая | Очень высокая |
Из таблицы видно, что установки для непрерывного анаэробного сбраживания обладают бóльшей производительностью.
Области применения биогаза
Получаемый в процессе анаэробной ферментации биогаз — ценное возобновляемое топливо. Его можно использовать:
- Для выработки электроэнергии на теплоэлектростанциях;
- В качестве моторного топлива после осушки и очистки от CO2;
- Для отопления и приготовления пищи в быту.
- Как сырье для производства метанола и других органических веществ;
- Для получения водорода методом паровой конверсии метана;
- В качестве топлива на предприятиях химической и металлургической промышленности.
Кроме того, широко применяются органические удобрения, которые образуются в процессе анаэробного сбраживания наряду с биогазом. Их можно использовать в сельском хозяйстве для повышения плодородия почв.
Также ведутся работы по применению технологий анаэробной ферментации для переработки и обезвреживания опасных промышленных отходов, ила сточных вод, непищевых отходов сельского хозяйства.
