В биогазовом производстве применяются различные концепции станций. Они отличаются в зависимости от ряда характеристик процесса.
Содержание сухого вещества (СВ) в сырье различает жидкую и твердую ферментацию, однако разграничение по содержанию СВ довольно условное. На сегодня практически все сельскохозяйственные биогазовые станции эксплуатируются в режиме жидкой (влажной) ферментации в узнаваемых резервуарах цилиндрической формы.
Для сырьевой базы, применяемой в таких станциях, содержание сухого вещества составляет <15%, так как при более высоком содержании сухого вещества, материал не подлежит перекачке.
С целью утилизации навоза применяется исключительно влажная ферментация, а сырье предварительно подлежит значительному измельчению и доведению до соответствующей влажности процесса биогазового производства путем разведения жидкостью. Данная предварительная подготовка делает навоз пригодным к перекачиванию и перемешиванию, как неотъемлемых и обязательных к обеспечению процессов.
Таблица 1: Классификация процессов производства биогаза по разным критериям (Источник: Сидорчук, 2013)
Сухая ферментация интересна предприятиям, не имеющим жидкого навоза или жидких отходов и побочных сырья, но имеют имеющиеся объемы растительного сырья, которые упаковываются в тюки. В отличие от влажной ферментации, процесс сухого сбраживания не предусматривает ни перекачивания, ни перемешивания сырья в процессе биогазового производства.
Однако, как и в условиях жидкой ферментации, процесс сухого сбраживания требует соответствующего уровня влажности среды. Данное условие выполняется путем смешивания сырья с ферментационной жидкостью непосредственно перед подачей сырья на сбраживание или путем непрерывного распыления ферментационной жидкости в течение сбраживания.
Первоначально, процесс сухой ферментации тюкованной органической биомассы разрабатывался для переработки растительных остатков, а сегодня получил широкое применение в сельском хозяйстве благодаря возможности энергетического преобразования биомассы с содержанием сухого вещества от 20 до 40%.
Сырье, для которого может применяться сухая ферментация включает:
- твердый навоз,
- энергетические растения (силос кукурузы, силос зерновых, силос трав и т.д.),
- растительные остатки (отходы соломы, отходы зерновых и т.д.),
- зеленые отходы,
- биоотходы (отходы кухонь, гостиничного и ресторанного бизнеса, супермаркетов и т.д.).
В зависимости от температуры процесса сбраживания и режима работы, промышленные биогазовые станции классифицируют, как психрофильные, мезофильные и термофильные.
Температурные пределы данных режимов колеблются, что объясняется специфическими свойствами метаногенных бактерий. Чаще всего биогазовые установки эксплуатируют в мезофильном температурном режиме благодаря высокой стабильности и, одновременно, достаточному уровню выхода газа нетто.
Значительное влияние на ход процесса ферментации имеет подача свежего субстрата в резервуар сбраживания. Отлаженный процесс подачи сырья способствует обеспечению стабильности общего процесса биогазового производства.
По количеству степеней сбраживания различают биогазовые установки, в которых все микробиологические процессы происходят в пространстве и времени параллельно, так называемое одноступенчатое сбраживания, и биогазовые станции, в которых первые этапы процесса (сжижение, гидролиз и окисление) пространственно отделены от этапов образования уксусной кислоты и метаногенеза, так называемое многоступенчатое сбраживания.
Пространственно данное отделение осуществляется либо при помощи нескольких резервуаров, или разделением зон сбраживания непосредственно в ферментере.
На практике многоступенчатая технология биогазового производства чаще находит применение благодаря большей стабильности и высшей степени расщепления органического вещества.