Поскольку разложение органических отходов происходит за счет деятельности определенных типов бактерий, то существенное влияние на него оказывает окружающая среда. Количество вырабатываемого газа в значительной степени
зависит от температуры: чем теплее, тем больше скорость и степень ферментации органического сырья. Именно поэтому первые установки для получения биогаза появились в странах с теплым климатом. Однако применение надежной теплоизоляции, а иногда и подогретой воды позволяет освоить применение генераторов биогаза в районах, где температура зимой опускается до минус 20 ° С.
Существуют также определенные требования к сырью. Она должна быть пригодна для развития бактерий, содержать органическое вещество биологически разлагается, и в большом количестве воду (90-94%). Желательно, чтобы среда была нейтральной и без веществ, мешающих действию бактерий. Такими веществами являются, например, мыло, стиральные порошки, антибиотики и др..
Для получения биогаза можно использовать растительные и хозяйственные отходы, навоз, сточные воды и другие отходы. В процессе ферментации смесь в резервуаре имеет тенденцию к разделению на три фракции. Верхняя - корка, образованная из крупных частиц, которая увлекается пузырьками газа поднимаются. Через некоторое время она может стать достаточно твердой и будет мешать выделению биогаза. В средней части ферментатора накапливается жидкость. В нижней части фракция выпадает в осадок.
Бактерии активные в средней зоне. Поэтому содержание резервуара необходимо периодически перемешивать, желательно до шести раз в сутки. Перемешивание может осуществляться с помощью механических приспособлений гидравлическими средствами (под действием насоса), под напором пневматической системы (частичная рециркуляция биогаза) или с помощью различных методов самоперемишування.
Анаэробное брожение в биореакторе процесс сложный и хрупкий, на него влияют как внешние, так и внутренние факторы. Основные факторы, влияющие на процесс брожения [3, 5 - 7]
· Наружная температура;
· Внутренняя температура среды;
· Щелочность среды, рН
· Наличие веществ ингибиторов;
· Фракционный состав субстрата и его влажность и вязкость;
· Время брожения;
· Интенсивность перемешивания;
· Влияние химического состава и типа исходного материала;
· Термостабилизации процесса брожения;
· Давление в системе;
· Строение резервуара.
Влияние некоторых из приведенных факторов является весьма значительным и несоблюдение технологических пределов может остановить процесс. Другие имеют не такой критический влияние, но при совокупности действия всех факторов их эффект прилагается.
Жесткость среды должна быть для нормального процесса брожения в пределах 1500 ... 5000 мг СаСО3 на 1 литр субстрата, а значение рН в пределах 6,5 ... 7,5. К веществам, замедляют процесс брожения, относятся соли тяжелых металлов, антибиотики, аммиак, растворители, щелочные металлы, поверхностно активные вещества, содержащиеся в стиральных средствах. Например, предельно допустимая концентрация меди составляет 10 мг на 1 литр субстрата, нитратов - 50 мг / л., Аммиака - 1500 мг / л. Субстрат для анаэробного брожения является суспензией с концентрацией сухого вещества 2 ... 12%. Длина стеблей соломы, который может находиться в нем не должна превышать 3 см. Более большие значения приведенных веществ приведут к увеличенной вязкости среды, а соответственно к осложнениям при перемешивании и образовании пузырьков газа. Большая вязкость среды не позволит полученным пузырькам газа свободно прорываться через него наружу.
Процесс образования метана происходит в три основных стадии (рис. 1.1): на первой стадии ферментативные бактерии гидролизуют органическое вещество субстрата с образованием конечных продуктов в виде уксусной кислоты и других ненасыщенных жирных кислот, СО2 и водорода.
На второй стадии ацетогенни бактерии вырабатывают водород и уксусную кислоту из конечных продуктов первой стадии. Третья стадия - расписание метаногенная бактериями уксусной кислоты, СО2 и водорода в метан. В процессе разложения важное значение имеет наличие водорода в системе. Время брожения зависит от типа субстрата, заданной глубины разложения органических веществ, типа реактора, температурных режимов и других факторов. Реактор может работать в непрерывном и в дискретном режиме.
Непрерывный режим позволяет постоянно получать биогаз, но требует большого количества органической массы и специальных конструкций реакторов. Наибольший выход биогаза наблюдается при поступлении в реактор такого количества органической массы, которая в настоящее время уже разложилась. В противном случае количество имеющихся бактерий будет не в состоянии разложить новую порцию органики и процесс будет проходить медленнее. Дискретный режим позволяет получить большее количество биогаза с единицы массы вещества, но нуждается в ферментацию больше времени. Увеличение времени брожения позволяет более глубоко разложить органические вещества, таким образом уменьшая токсичность шлама, остающегося после брожения, улучшить качество биогаза, увеличивая концентрацию СН4. Оптимальным считается время брожения 10 ... 20 суток. За этот период достигается максимальное качество полученного биогаза и максимальное разложение органики. Оптимальное загрузкой рабочего объема биореактора для различных видов органических веществ приведены в таблице 1.7 [3]. Регуляция гидравлического сопротивления провальных колосниковых решеток происходит за счет регулятора 13. Конструкция такого биореактора также обеспечивает непрерывность загрузки биомассы и работу без остановки биогазового реактора, непрерывное получение биогаза, перемешивания биомассы при проваливания сквозь колосниковые решетки, возможность визуального контроля процесса брожения и регуляции получения биоудобрений и биогаза, увеличение производительности биогазового реактора.
Процесс брожения происходит в три стадии. На первой стадии путем гидролиза распадаются углеводы, жиры, белки на низкомолекулярные органические соединения. Второй этап протекает при участии кислото образовательных бактерий, разлагающих низкомолекулярные соединения, углеводы и жиры в кислоты, соли, спирты, углекислый газ, водород, сероводород и аммиак. На третьем этапе происходит непосредственное метановое брожения, когда органические вещества разлагаются на метан и углекислый газ.