Анаэробная переработка биомассы.

В естественных условиях в присутствии влаги, тепла и кислорода биомасса разлагается под действием аэробных бактерий, причем углерод, содержащийся в биомассе, сгорает (разлагается) до углекислого газа. Если биомасса находится в условиях недостаточного поступления кислорода из окружающей среды, то могут развиваться анаэробные бактерии. Под их действием углерод биомассы разделяется между полностью восстановленным метаном и полностью окисленным углекислым газом.

Интенсивность действия анаэробных бактерий обуславливается рядом факторов, среди которых главным является постоянство температуры. Выделяют три уровня температуры, при которых эффективность действия определенного вида анаэробных бактерий наиболее высока: низкий, средний, высокий.

При низкой температуре (до 20°С) происходит психрофильное брожение. Жизнедеятельность этой группы бактерий происходит в теплое время года. Примером психрофильного брожения может служить разложение биомассы в трясине болот с образованием “болотного” газа, который есть не что иное, как биогаз.

При средней температуре (30...40°С) развивается мезофильная группа бактерий. Оптимальным считается значение температуры 32...34°С.

Высокая (45...85°С) температура обуславливает термофильное брожение. Оптимальной здесь считается температура в пределах 52...55°С.

Мезофильное и термофильное брожение не может идти без дополнительных затрат энергии на поддержание заданной температуры процесса. Анаэробные бактерии очень болезненно отзываются не только на величину, но и на резкое изменение температуры. Повышение температуры приводит к увеличению скорости выхода биогаза, следовательно, к уменьшению времени полного разложения биомассы. Так, увеличение температуры процесса на 5°С удваивает скорость выхода биогаза. Вместе с тем не вся биомасса может быть переработана и она оказываются в шламе.

Большинство метанообразующих бактерий интенсивно развивается в нейтральной среде с рН = 6.5...7.5. При этом требуется определенное содержание азота и фосфора, около 10% и 2% массы сухого сбраживаемого материала соответственно и отношения С/N=10...16. При полном сбраживании биомассы образуется около 65% метана, 30% - углекислого газа, 1% - водорода и небольшое количество азота, кислорода и закиси углерода.

При сгорании 1 м3 биогаза можно ожидать в среднем 20...25 МДж энергии. Эта энергия эквивалентна энергии сгорания 0,6 м3 природного газа, 0,74 л нефти или 0,66 л дизельного топлива.