Біотехнологія анаеробного метанового зброджування

1 Гній як сировина для метаногенезу

Свіжий гній тваринницьких ферм і рідкі складові гною разом із стічними водами є забруднювачами навколишнього середовища. Підвищена сприйнятливість сільськогосподарських культур до свіжого гною приводить до забруднення ґрунтових вод і повітряного басейну, створює сприятливе середовище для зараженості ґрунту шкідливими мікроорганізмами. У гної тварин життєдіяльність хвороботворних бактерій і яєць гельмінтів не припиняється, насіння смітних трав, що міститься в ньому, зберігає свої властивості.

Ефектом накопичення великої кількості органічних відходів є негативний вплив на навколишнє середовище, а саме:

· емісія газів,

· проникнення в ґрунтові води,

· забруднення місткостей і резервуарів, що знаходяться на поверхні, розповсюдження хвороботворних мікробів.

Для усунення цих негативних явищ необхідна спеціальна технологія обробки гною, що дозволяє підвищити концентрацію живильних речовин і одночасно усунути неприємні запахи, подавити патогенні мікроорганізми, понизити зміст канцерогенних речовин. Перспективним, екологічно безпечним і економічно вигідним напрямом рішення цієї проблеми є анаеробна переробка гною і відходів в біогазових установках з отриманням біогазу. Завдяки високому змісту метану (до 70%) біогаз може горіти. Органічна маса, що залишилася після такої природної переробки, є якісним знезараженим добривом. Для переробки використовуються дешеві відходи сільського господарства: гній великої рогатої худоби, свиней, кіз, овець, послід птаха, солома, стружка, тирса, смітна рослинність, побутові відходи, відходи життєдіяльності людини, побутове органічне сміття і т.п. Одержаний біогаз йде на опалювання тваринницьких приміщень, житлових будинків, теплиць, енергію для приготування їжі, сушку сільськогосподарських продуктів гарячим повітрям, підігрів води, вироблення електроенергії за допомогою газових генераторів. Після утилізації вміст живильних речовин в одержаному добриві збільшується на 15% в порівнянні із звичним гноєм. При цьому в новому добриві знищені гельмінти і хвороботворні бактерії, насіння бур’янів. Такий гній застосовується без традиційних витримок і зберігання. При утилізації виходить також рідкий екстракт, який призначається для поливу кормових трав, овочів і т. п. Сухе добриво використовується по прямому призначенню, при цьому врожайність люцерни підвищується на 50%, кукурудзи на 12%, овочів на 20–30%.

З гною однієї корови можна одержати в добу до 4,2м3 біогазу. Енергія, укладена в одному м3 біогазу, еквівалентна енергії 0,6 м3 природного газу, 0,74 л нафти, 0,65 л дизельного палива, 0,48 л бензину і т. п. При застосуванні біогазу економляться також мазут, вугілля, електроенергія і інші енергоносії.

Технологічні схеми і конструктивно-технологічні параметри біогазових установок залежать від об'ємів переробки і властивостей зброджуваного матеріалу, теплового режиму, способів завантаження і збродження субстрату і ряду інших чинників. Принципова технологічна схема біогазової установки включає гноєзбірник, метантенк (місткість, резервуар), котел (теплообмінник), газгольдер і гноєсховище. Продуктами біогазової установки є газ, тверді і рідкі добрива.

2 Процес метаногенезу та оптимальні умови його перебігу

Біометаногенез – це процес перетворення органічних сполук біомаси на біогаз за участю метаноутворюючих анаеробних мікроорганізмів. Коефіцієнт трансформації енергії біомаси в енергію метану при цьому процесі досягає 80%. Це давно відомий процес, відкритий ще 1776 р. Вольтом, який встановив наявність метану в болотному газі.

Процес біометаногенезу проходить за участю метаноутворюючих мікроорганізмів, яких ідентифіковано від 30 до 50 видів. Це симбіотичне угруповання і завдяки тому, що воно може змінювати свої шляхи ферментації, функціонує як саморегулююча система, яка підтримує оптимальні значення рН, окислювально-відновний потенціал і термодинамічну рівновагу в реакторі.

Формування мікрофлори метантенка відбувається за рахунок мікроорганізмів, які потрапили в нього разом з субстратом.

Біометаногенез відбувається в три етапи: етап гідролізу, ацидогенезу та, власне, метаногенез.

Для активної діяльності метаногенів потрібно створити ряд умов. Сприятливим для життєдіяльності метаноутворюючих мікроорганізмів є середовище, в якому концентрація сухої речовини знаходиться на рівні 8–12%, а довжина частинок біомаси – не більше 30 мм. Оптимальним співвідношенням азоту та вуглецю є 10–30: 1 (С: N). Перший і другий етапи біометаногенезу – це кисла фаза або воднева (рН 4,0–6,5), а третя метанова фаза – лужна (рН 7,2–7,6).

Цікаві статті з розділу

Екологічне значення сукцесій
Якщо біогеоценоз не перебуває в стані швидкої або середньої сукцесії, то продукція, біомаса й видове багатство в ньому коливаються навколо певного середнього значення в результаті процесів с ...

Поняття природних ресурсів
Природні ресурси - це природні компоненти та сили природи, що використовуються або можуть бути використані як засоби виробництва та предмети споживання для задоволення матеріальних і духовни ...

Дослідження якості води в басейні річки Стир
Аналіз сучасного стану водних ресурсів, рівня їх забруднення, екологічного стану є одним із найактуальніших питань сьогодення. Якість води - це сукупність нормованих хімічних і біологічних характерис ...