1598005433-e56a4b827448586987c6a2104f124b32 (Биогаз. Теория и практика. В. Баадер, Е. Доне, М. Бренндерфер, 1982u), страница 3

Эти реакции протекают одновременно, причем метанообразующие бактерии предъявляют к условиям своего существования значительно более высокие требования, чем кислотообразующие. Так, например, они нуждаются в абсолютно анаэробной среде и требуют более длительного времени для воспроизводства, Скорость и масцттабы анаэробного брожения метанообразующнх бактерий зависят от их метаболической активности. 11.2. Факторы, влияющие на процесс брожения Тезтпе~ратура [16, 19, 22, 27, 63, 91, 125] Метаболическая активность и репродуктивная способность микроорганизмов находятся в функциональной зависимости от температуры.

Таким образом, температура влияет на объем газа, который можно получить из определенного количества органического вещества в течение заданного времени, а также на технологическое время процесса брожения, необходимое для высвобождения при соответствующей температуре определенного количества газа (рис. 2). В многочисленных более ранних работах названы два УХ температурных предела И (00 У00 Бр стул, сулу 0 000,,С Рис. 3. Влияние температуры брожения н продол.кительности процесса брожения на выход и состав получаемого газа (63] (сплошные линии — обший выход газа, штриховые — выход метана).

!4 ,4 1тт 00 00 йг 70 т0 00 т0 Рис. 2. Отношения количеств (Л, сплошные линии) газа, выделяемого при различных температурах бродильной камеры, и веобходнмои для этого длительности (Рп штриховые линии) брожения к соответствующим значениям этих жс величин прн 33'С. чт 70 ф , ф ы~~0 ч ч:. 0 (около 33' и 54'С), которым соответствуют наивысшие значения метаболической активности. Прерывистый характер протекания функции объясняется заменой мезофильного штамма бактерий на термофпльный.

Однако, согласно новейшим исследованиям, такая прерывистость нс существует, а это означает, что с повышением температуры примерно до 54'С 162] условия для образования газа улучшаются. Микробиологическая активность почти прекращается, если температура падает примерно до 15'. К перепадам температуры, в особенности к ее внезапным понижениям, микроорганизмы весьма чувствительны и реагируют на это снижением метаболической активности и способности к воспроизведению, Кроме того, температура влияет на качество газа, Так, при возрастании температуры было установлено снижение доли СН4 в общем обьеме выделяющихся газов (рис. 3). Содержание кислот, рН, буферные свойства (щелочиость) (50, 54, 58, 71] Так как метаболическая активность и уровень воспроизводства метановых бактерий ниже, чем кислотообразующих, при нарастании количества образующихся органических веществ может получиться избыток летучих кислот, который снижает активность метановых бактерий, как только значение рН опустится ниже 6,5.

Обычно величина рН благодаря буферным свойствам субстрата при неравномерном образовании кислот поддерживается на постоянном уровне, Эти свойства проявляются путем образования карбонатов в количествах, превышающих количество выделившегося прн брожении СО,. В качестве оптимальнтях значений могут быть названы: — щелочность 1500...5000 мг СаСОз на 1 л субстрата; — рН 6,5...7,5; — содержание летучих кислот 600...1500 мг на 1 л субстрата. Признаки нарушения процесса анаэробного сбраживания: — снижение щелочности; — уменыпение величины рН; — возрастание содержания летучих кислот; — увеличение доли СОВ в выделяющемся газе; — снижение выхода газа.

Ингибиторы 145, 58, 59, 64, 66, 69, 71, 1341 К веществам, которые в слишком большой концентрации препятствуют жизнедеятельности микроорганизмов, относятся прежде всего тяжелые металлы н их соли, щелочные металльц щелочноземельпые металлы, аммиак, нитраты, сульфиды, детергенты, органические раствори- тели, антибиотики. Таблица 4. Предельные коицептрацпв веществ, препатствугощпк процессу метапового брожения Кмщснтраниа, мт на > з субстрата Лнтсратурныа источник [вд] [66] [45] [66) [5д] П р н м с ч а н н с. Дснаанитеаьныс данные а 0341, стр.

ВВ и УЬ В таблице 4 для некоторых веществ приведены значения концентрации, которые ведут к существенному замедлению метанообразованпя. Для детергентов, органических растворителей и антибиотиков не имеется точных данных о критических значениях концентрации. Однако в литературе указывается, что эти вещее~на даже в самых незначительных количествах препятствуют процессу брожения. Питательная среда 117, 65, 86, 911 Предпосылкой беспрепятственного размножения бактерий служит наличие пцтательной среды, которая содержит как углерод н кислород для обеспечения этого процесса энергией, водород, азот, серу и фосфор — дли образования белка, так и щелочные металльй железо н микроэлементы, Медь Кальций Натрий Калий Магний Аммиак Сулыриды Нитраты 1О вооо 1 зооо ] 1500 200 [как сера) 50 При этом активность микробной реакции в значительной мере определяется соотношением углерода и азота.

Наиболее благоприятные условия соответствуют значениям С/К=[0...16, Если в нсходном субстрате углеводов больше, чем белковых веществ, то образуется мало аммонийного азота. Вследствие этого выделяется меньше СН, и больше Н, и СОВ, что ведет к увеличению выхода кислот, снижению р! ! и тем самым к дальнейшему уменьшению интенсивности метанового брожения.

С другой стороны, избыток белка и аминокислот обусловливает возрастание значения рП более 8, что также приводит к затуханию процесса метанообразования. Состав газа '117, 65, 86, 911 1<оличество и состав газа, образующегося в результате полного разложения органического вещества, зависит от соотношения С: Н: О: 14 в исходном материале и от температуры процесса брожения. Из важнейших соединений, входящих в состав органического вещества, жиры обусловливают наиболыпий выход газа с высоким содержанием СНа, белковые вещества — немного меньший, но тоже с высоким содержанием СН4, и углеводы — относительно мало газа с наименьшим содержанием СН,. Средний состав газа, который можно получить из экскрементов животных при оптимальной температуре б ожения 34'С соответств ет соотношению СНа>СОВ=2.

Р Концентрация твердых частиц 145, 58, 124, 1431 Предпосылкой высокой интенсивности реакции служит беспрепятственный обмен веществ на граничных поверхностях фаз, который должен поддер>киваться непрерывным обновлением этих поверхностей благодаря перемешиванию субстрата. Однако это можно обеспечить только в том случае, если вязкость субстрата допускает свободу перемещения жидкости, взвешенных твердых частиц, в особенности бактернй, и пузырьков газа.

Верхняя граница концентрации твердых частиц, при котоРой еще возможно свободное перемещение фаз, >ля субстрата с мелкодисперсной взвесью твердых веществ соответствует 10... 12 '4. При больших значениях выход Заказ зубб 17 Экскременты крунного рогагаго скота !на откорме) Камноненг свиней яойнык коров кур Оргапнческая мас.

са Азот Фосфор Калий Кальций Магннй Су'Р) Сырая клетчатка (целлюлоза) Сырой жнр Сырой яротенн Лигннн 76...71 2,3. ,5 7 1,0...2 7 1,0...2,9 5,6...11,6 0,9...1,1 9...15 77...84 4,0...10,3 1,9...2.5 1,4...3,1 77...85 1,9...6,5 0,2...0,7 2,4 2,3...4,9 77...85 2,3...4.00 О, !... ! 1 1,0...2,0 0,6...1,4 0,5...0,6 9...15 9...15 9...15 Ипаннвк поеууаленкя 13,0...17,8 2,!...5,0 20,5...42,1 9.6...14,3 !9 5 21,4 3,5...4.0 !6,4...21,о 27,6...50,3 2,9...4,3 9,3...20,7 16...30 Корм Крахмал, сахар Глнкоген Целлюлоза Гемнцеллюлоза Лнгпнн (олревесневшнй матернал) !6...30 Жирные кисло- ты Белок, пептнлы Амннокнслоты Пептозаны Пектна Хнтнп Целлюлоза с лнгянновой коркой (солома) Кератна (волосы) Кутнн Субернн (пробковое вещество) Воск Витамины Антпбнотпкн Жиры Масла Слизь, кровь Соматнческне клетка Ферменты Оргавпзм жпвотного Желчные кпс- лоты Желчные пнгмея- ты Гормоны Бвомасса Мнкрофлора Промежуточные, конечные я хнмосаятетн.

ческне прояз. водные продукты метаболязма жнвотвых н мнкроорганпз- моа Индов Органические кнслоты Спирт Лнгннно.протеппо- вые комплексы Скатал Фенолы Полнсахарялы Гумпновыо !Веще- ства 18 газа значительно уменьшается, Путем интенсивного перемешивания и соответствующего подвода энергии нежелательный эффект можно существенно ограничить.

Е2. Влияние исходного материала на выход газа (.2Л. Состав исходного материала Среди остатков и отходов сельскохозяйственного производства наиболее богаты необходимыми для метанового брожения питательными веществами экскременты животных. Однако они очень различаются между собой как по наличию отдельных компонентов (рис. 4), так и Скорость рааюжекн» в аранесее бролення большая .е М малая Рис.

4. Солержанне в экскрементах животных органнческнх соевы. непнй, опрелеляющах протекание процесса брожения, Глб,емг!а 5 Состав экскрементов животных (в а)а к сухому веществу) по химическому составу в зависимости от того, о каком виде животных идет речь и какой корм эти животные потребляют (табл. 5). Кроме того, отходы животновод. ства в зависимости от способа содержания животных могут включать в себя самые различные количества воды, подстилочного материала и остатков корма.

Если подвергаемый сбраживанию исходный субстрат содержит, кроме стойлового навоза, другие растительные остатки, следует обращать особое внимание на их состав (табл. 6). При этом прежде всего нужно учитывать характерное для определенных условий высокое содержание лигнина, который практически не разлагается микробами и, следовательно, не принимает участия в процессе газообразования. По этой причине выход газа из экскрементов жвачных животных, которые нуждаются в кормах с высоким содержанием сырой клетчатки, значительно меньше, чем из экскрементов кур и свиней. Хотя путем механического, химического или теплового воздействия лигниновые комплексы можно сделать доступными для биохимического разложения, связанные с этим расходы делают упомянутые методы неприемлемыми для сельскохозяйственного производства 1451 галла!!а 5.

Состав соломы зерновых, ботвы сахарной свеклы н картофеля (в в1в к сухому веществу) 176, 98, !201 % В а о Вн о Э о о о, Компонент во я =о а о н „о Со Органнчеснвя масса Азот ФосФор Калий Квльц ~й Мвгннй 'С7м Сырая кзетчатяа !целлюлоза! Сырой жнр Сырой протепн Лнгннн 91,7 1,20 2,32 0 9 О,ЗО 30..'.15 тз,а 2,34 О,'га 1',57 2,57 а',вз !7 93,8 О',56 о,'ов 1,'ча 0,29 О,'1О 84 95, 1 6,46 о',!г 0,88 О',!9 О,'15 80...150 93,0 0,54 о',щ 1,'92 0,29 0,69 70...150 тз,б 2,00 о,26 !,'-о о,ва 18 О,'09 0,79 а,'ы а',от 9Х..165 43,5 1,7 3,5 15 ..20 45,5 1,ь 2,9 15..'.20 41,5 15..20 47,5 1,5 2,9 !5,.20 зз,з 1,7 7,5 5,5 11,5 1,6 12 ь гв,з 3,2 14,о Для сбраживания растительных материалов с высоким содержанием способных к разложению соединений углерода необходимо добавление богатых азотом веществ, например куриного помета илн свиного навоза, чтобы получить соотношение С7тчт н пределах, требуемых для беспрепятственного протекания процесса брожения.