Етапи анаеробного зброджування і вимоги до стабільності процесів
Розрізняють два етапи анаеробної обробки, які реалізуються різними видами біоценозу мікроорганізмів. Перше бактеріальне співтовариство, що складається з кислотоутворюючих бактерій, здійснює перетворення складних органічних сполук на простіші органічні речовини (органічні кислоти — оцтову, пропіонову та масляну і спирти). Ці речовини служать джерелом живлення другого співтовариства — метанутворюючих бактерій, які являються строгими анаеробами, що повільно розвиваються та є дуже чутливими до температури і змінювань pH довкілля. Метанутворюючі бактерії є ключовими організмами анаеробного зброджування, що трансформують органічні кислоти та спирти в метан (СН4) і діоксин вуглецю (С02) [2, 6, 8, 10, 26, 29, ЗО, 32, 38, 43-46, 49-51, 59, 62, 64, 83, 88, 94, 114, 122,123, 138].
Для забезпечення стабільності зброджування та виключення втрати стійкості між цими двома процесами (кислотним і метановим зброджуванням) повинна підтримуватися строго визначена балансова рівновага. Інакше можливе повне блокування кінцевого процесу — метанового зброджування (газ не горить, мул не стабілізується, з’являється гнильний неприємний запах). У разі такого роду зриву період відновлення процесу метанового зброджування вельми трудомісткий і займає за часом декілька місяців. Для прискорення запуску метантенка застосовується засівання його вже доспілим активним мулом, відібраним з іншого діючого метантенка. При цьому активний мул, що поступає в метантенк, повинен змішуватися з активним мулом, який пройшов до нього ферментацію, що вимагає інтенсивного механічного змішування оброблюваної суміші.
Біологічна рівновага між кислотною і метановою фазами може бути оцінена декількома критеріями (табл. 2.3). Існують й інші вимоги, виконання яких необхідно для підтримки стійкості процесу анаеробного зброджування в реакторі. Органічне навантаження не повинно бути вище ніж 2…З кг летких речовин на м3 на добу для споруд з інтенсивним перемішуванню м і регулюванням температури і 0,75… 1,0 кг для звичайних стандартних споруд.
Критерії |
Критерії нормального процесу |
Критерії аварійного режиму |
pH |
6,8…7,2 |
<6,7 |
Летючі кислоти, мг/л |
<500 |
>1000 |
Виробництво газу, м3/кг летючих речовин |
0,8…1,0 |
<0,5 |
Зниження концентрації летючих речовин, % |
40… 50 |
<30 |
Вміст С02 у газовому вихлопі, % |
65…70 |
<50 |
Піноутворення в метантенку (якісна оцінка) |
немає |
піка |
Для дотримання балансу мінімальної швидкості розбавлення зі швидкістю зростання мікроорганізмів тривалість перебування активного мулу не повинна бути менше 10… 12 діб для спеціально обладнаних споруд і 25…ЗО діб для звичайних стандартних споруд [19, 26, 43, 47,48, 53, 56,66, 76, 90,127,130,138].
З точки зору кислотно-лужного балансу анаеробно-зброджена рідина може бути представлена як водний розчин проміжних і кінцевих продуктів:
— летючі кислоти (оцтова, пропіонова) та їх солі, що знаходяться в рівновазі з кислотами;
— вугільна кислота та її кислі солі (бікарбонати);
— амонійні сполуки.
За певних значень pH і концентрації летких кислот існує цілком певне співвідношення між кислотою та її солями, при цьому для заданої загальної кількості С02 має місце рівновага між вільною кислотою й її бікарбонатами. При pH, близькому до 7,0, та інтенсивному зброджуванні всі летючі кислоти в першому наближенні знаходяться у формі солей (головним чином амонійних).