С момента возникновения цивилизованного общества перед ним все время стояла проблема охраны окружающей среды. В результате промышленной, сельскохозяйственной и бытовой деятельности человека постоянно происходили изменения физических, химических и биологических свойств окружающей среды, причем многие из этих изменений были очень неблагоприятными.
Продукты жизнедеятельности животных и человека, как правило, всегда использовались для повышения плодородия почв. Это не является проблемой, если их образуется немного. В случае создания промышленных животноводческих комплексов площадь окружающих земель может оказаться недостаточной для утилизации продуктов жизнедеятельности животных. В результате могут быть загрязнены подземные воды, окружающие водоемы и колодцы.
Продукты жизнедеятельности некоторых животных не всегда можно вносить в почву непосредственно, ведь они часто являются переносчиками возбудителей болезней и паразитов, которыми может болеть и человек. К таким животным относятся, в первую очередь, свиньи. С регулярной периодичностью появляются сообщения о случаях заражения птичьим гриппом. Поэтому отходы этих животных необходимо предварительно обеззараживать.
Это же касается и сточных вод крупных городов, состоящих преимущественно из продуктов жизнедеятельности человека, липидов и сахаров, которые попадают туда из предприятий общественного питания и домашних кухонь. Сточные воды промышленных предприятий также необходимо очищать перед их повторным использованием или спуском в реки и водоемы.
Органические отходы, состоящие преимущественно из воды, протеина, жира, углеводов и минеральных веществ, способны расщепляться до первичных составляющих под воздействием микроорганизмов. Причем процесс расщепления органических отходов может происходить как в присутствии кислорода, так и в бескислородной среде.
Если в среде, которая подвергается расщеплению, присутствует кислород, то органика разлагается под действием аэробных микроорганизмов (бактерий и микромицетов). В этом случае, процесс будет называться компостированием.
Другими естественными процессами аэробного расщепления является, к примеру, переваривание, сбраживание. Если процесс расщепления биомассы происходит без доступа кислорода, он называется анаэробным. В этом процессе принимают участие анаэробные бактерии, а в результате их воздействия на органические вещества образуется высококачественное органическое удобрение и смесь газов (главным образом, метана (60-80%) и углекислого газа (20-40%), а также незначительного количества сероводорода ( до 3%), водорода, аммиака, оксидов азота и т.п.). Эта смесь газов называется биогазом. Анаэробный процесс расщепления органической биомассы также называют гниением — его можно наблюдать в болотах, озерах, трясине и т.п. Именно таким способом в течение очень долгого промежутка времени образуется природный газ, который отличается от биогаза большим содержанием метана (90-95%).
Следует отметить, что энергия, высвобождаемая в результате анаэробного процесса, не теряется, как тепло при компостировании. Вследствие жизнедеятельности метаногенных бактерий она превращается в молекулы метана, энергетическая ценность которого составляет 50 МДж/кг.
Процессы гниения известны очень давно, они уже происходили даже тогда, когда наша атмосфера имела совсем другой состав. Метаногенные бактерии относятся к древнейшим и наиболее приспособленным живым существам на планете Земля.
Процессы гниения имеют широкое распространение: в иле морей, рек и озер они происходят так же, как и в трясине, болотах, слоях почвы, куда не проникает кислород, на свалках мусора, в кучах навоза, в желудке жвачных парнокопытных животных (они производят около 200 л метана в день).
В воде образование метана заметно по пузырькам газа, которые поднимаются на поверхность. В зависимости от места происхождения речь может идти о болотном, гнилистом, свалочном, канализационном газе, газе сточных вод, или, как его принято называть в сельском хозяйстве, биогазе.
Вообще из любой органики в условиях отсутствия кислорода можно получить биогаз. Бактерии должны лишь иметь достаточное количество времени, чтобы справиться с материалом, который сложно расщепляется (к примеру, одревесневшие растения). Этот процесс целенаправленно используют при очистке сточных вод, чтобы разложить соединения вредных веществ. Однако некоторые субстраты оказались наиболее подходящими для такого процесса. Текучие, кашицеобразные, и вообще субстраты, задерживающие значительное количество воды, лучше всего подходят для процесса метанового сбраживания, поскольку в них можно легко выдержать анаэробные условия, тогда как материал из крупных цельных кусков лучше расщеплять путем компостирования или иным способом.
© Альтернативна энергетика