Интенсивное развитие сельского хозяйства неизбежно приводит к наращиванию объемов органических отходов. Технологии утилизации остатков часто основаны на процессах анаэробного сбраживания, происходящих в биогазовых станциях.
С целью повышения эффективности эксплуатации биогазовых установок в качестве субстратов используются растения с высоким содержанием органического вещества. Для этого выращивают целевые энергетические культуры – преимущественно кукурузу и травы, из которых производят силос. Отходы животного происхождения и пищевые отходы также применяются в качестве сырья для реализации процессов биогазового производства.
Продуктом работы биогазовой станции является биогаз, который классифицируется, как источник возобновляемой энергии, поскольку содержит метан. Получаемый газ – биогаз, является энергоносителем, легко преобразующимся в электричество и тепловую энергию.
Процесс анаэробного сбраживания является одним из наиболее адекватных и перспективных методов утилизации органических отходов, и источником биотоплива. Однако процесс должен быть стабильным и экономически выгодным.
Основными факторами, влияющими на эффективность биогазовых станций, являются физико-химический состав субстратов, кислотность, температура процесса, реализация процесса эффективного перемешивания, сухой остаток, содержание органических веществ в субстрате, уровень загрузки метантенка, концентрация ингибиторов. Данные параметры контролируются, как на промышленных, так и на маломощных и домашних биогазовых станциях.
Даже незначительные изменения условий анаэробной ферментации способны в значительной степени нарушить процесс биогазового производства либо полностью остановить его. Температурный режим сбраживания – один из факторов, существенно влияющих на течение процесса биогазового производства. Незначительные изменения температуры и времени экспозиции оказывают влияние на активность метаногенных бактерий. Как следствие, производство биогаза может существенно сократиться.
Так, в Европе, превалирует мезофильный температурный режим сбраживания при температуре около 39 градусов Цельсия, но применяется и термофильный режим сбраживания, при котором для поддержания производственного процесса используется больше тепловой энергии.
Еще одним важным показателем, влияющим на эффективность биогазового производства, является кислотное число сырья, которое сбраживается. Кислотность среды должна находиться в рамках 6,8-7,5, поскольку такие условия являются гарантией оптимальных условий для поддержания бактериальной жизни и размножения метаногенных бактерий на всех четырех этапах процесса ферментации. Выход биогаза падает, как в случае, если кислотность выше 7,5, так и, если показатель ниже 6,8.
Когда биомасса попадает в метантенк с высокопротеиновым сырьем, образуются большие объемы аммиачного азота. Избыток аммиака замедляет выработку биогаза. При повышении температуры сбраживания, действие аммиака усиливается, ингибируя метановую ферментацию.
Некоторые виды органического сырья богаты серой и при сбраживании ее объемы быстро растут, что является проблемой. Более высокая температура анаэробной ферментации увеличивает растворимость сероводорода, что приводит к его более высокой концентрации в жидкой фракции сброженного субстрата.
В период запуска биогазовой станции очень важно подавать субстрат небольшими порциями с однородным составом. Данный подход позволяет добиться нормальной ферментации на каждом этапе производственного процесса.
Также, во время сбраживания субстратов растительного происхождения, важно соблюдать соответствующий срок пребывания их в метантенке. Делается это с целью достижения необходимого уровня разложения органической составляющей.
Выше озвученные показатели являются наиболее частыми причинами проблем в эксплуатации биогазовых станций, поскольку напрямую влияют на фактическое производство биогаза.