Баранова І.Г., Мелай О.С.

Національний технічний університет України «КПІ»

Про біохімічні та мікробіологічні основи процесу анаеробного бродіння

Біометаногенез здійснюється в три етапи: розчинення і гідроліз органічних сполук, ацидогенез і метаногенез. Процес утворення біогазу можна проілюструвати наступною схемою [2]:

субстрат: жири білки полісахариди
Гідроліз	ò
високомолекулярні жирні кислоти Амінокислоти Моносахариди Дисахариди
Ацидогенез	ò	кислотоутворюючі бактерії
кислоти спирт вода водень вуглекислий газ
Метаногенез	ò	метаноутворюючі бактерії
Метан вуглекислий газ водень вода сірководень

У процесі біометаногенезу беруть участь три групи бактерій. Перші перетворюють складні органічні субстрати в масляну, пропионову і молочну кислоти; другі перетворюють ці органічні кислоти в оцтову кислоту, водень і вуглекислий газ, а потім метаноутворюючі бактерії відновлюють вуглекислий газ у метан з поглинанням водню, що у протилежному випадку може інгібувати оцтовокислі бактерії Оскільки біогаз практично одержують зі складних органічних речовин (целюлози, крохмалю, білків, ліпідів, нуклеїнових кислот), то для метаноутворення застосовують багатокомпонентні мікробні асоціації [3]. Поряд з метаноутворюючими бактеріями культур Methylococcus, Flavobacterium sp., Methylosinus sp. [5] до складу таких асоціацій входять мікроорганізми, що переводять органічні субстрати в метанол, мурашину і т.д. У випадку, коли у якості субстрату виступають стічні води, окрім метаногенних асоціацій в процесі задіяні і інші мікроорганізми.

Для метанобактерій є характерною здатність до росту в присутності водню та вуглекислого газу. У природних умовах метанобактерії тісно пов’язані із мікроорганізмами, що утворюють водень такий симбіоз є вигідним, оскільки метанобактерії здатні споживати водень, зменшуючи його кількість, що сприяє розвитку утворювачів водню[4].

Асоціації метаноутворюючих мікроорганізмів є суворими анаеробами, і лише деякі метаногени здатні витримувати короткотривалу присутність кисню, відповідні умови у біореакторі забезпечуються, окрім герметизації апаратури, за рахунок присутності факультативних анаеробних бактерій типу E. Coli та ін [6].

Значною мірою на процес утворення біогазу впливає якість субстрату. З одного боку, різноманітність складу метаногенної асоціації бактерій дозволяє переробляти практично будь-які органічні відходи, з іншого, для підтримання на потрібному рівні життєдіяльності усіх мікроорганізмів необхідно додержання в субстраті співвідношення вмісту вуглецю до вмісту азоту у межах 10-16 за одними джерелами [2] і до 30 – за іншими [4]. Якщо співвідношення C:N надмірне, то брак азоту спричиняє уповільнення процесу метанового зброджування, якщо ж дане співвідношення мале, то утворюється значна кількість аміаку, який є токсичним для бактерій. Відомим є співвідношення між складом вихідної речовини та кількістю отриманого біогазу [2]:

Відоме також і інше співвідношення для визначення зброджування, за даними [8] жири зумовлюють найбільший вихід біогазу із високим вмістом метану, білки – дещо менше, проте також із високим вмістом СН₄, а вуглеводи – найменше із найнижчим значенням вмісту метану:

де ,, - відповідно вміст жирів, вуглеводів та білків в 1 г сухої речовини. Коефіцієнти в формулі означають питомий вихід біогазу із речовин, що завантажуються [6].

З іншого боку, на продуктивність установки впливає не тільки склад, але і консистенція субстрату. Важливим є запобігання його розшаруванню та ретельне подрібнення.

Список літератури

1. http://www.ukragroportal.com/propoz/item.html

2. Біогаз. Енергія майбутнього. Сучасний стан досліджень / Б.В. Маслич, В.К. Маслич // Ринок інсталяцій. – 2001. - №2. – С.34

3. http://www.biotechnolog.ru

4. Енергія біомаси – біогаз / О.Щербина // Енергія для всіх: Техн. довідник. –Ужгород, 2000. – Розділ 3. – С.46-63.

5. Біогаз – відновлюване джерело енергії та добрив / В.К. Маслич // Нетрадиційні і поновлювані джерела енергії як альтернативні первинним джерелам енергії в регіоні: Матер. І Міжнародної науково-практичної конференції., Львів, 31 травня-1 червня 2001р. – Львів, 2001. – С. 211-216.

6. Баадер В., Доне Е., Бренндерфер М. Биогаз: теория и практика. Пер. с нем. М.И. Серебряного. – М.: Колос, 1982.