Субстраты и их влияние на процесс разложения. Составление субстрата и стабильность процесса получения биогаза

Каждый субстрат, корм, продукты питания, биоотходы или органические отходы, состоят из групп веществ, перечисленных на Изобр. 2.16. При оценке субстрата следует учесть, что только из сухой массы, и в этом случае, только из ее органической части можно произвести метан. Поэтому содержание органической сухой массы в соотношении с общей массой является первым критерием для выбора составляющих смеси субстратов.

Поэтому не удивительно, что количество добытого газа из 1 тонны (единица измерения) зерна в несколько раз выше чем при использовании силоса из целого растения либо барды, которые содержат значительно большее количество воды, из которой нельзя образовать газа (смотр. также Таблицу 2.6).

Неорганический компонет, называемой в аналитических материалах также сырым пеплом, состоит из песка, земли, камней, металлической стружки от перерабытывающих машин и похожих веществ, попадающих в собранный урожай и навоз, либо в органические отходы. Такие составляющие нежелательны для процесса выработки биогаза, поскольку из них нельзя добыть биогаз и, кроме того, они приводят к техническим проблемам как-то их оседание. Свекла, например, содержит большое количество такой фракции.

Органическое вещество состоит из протеина, жиров, а также легко и тяжело разлагаемых углеводов.

Жиры являются разновидностью трехзначного алкоголя гдицерина, к которому прикрепляются от одной до трех одинаковых либо разных жирных кислот (карбоновых кислот). Их называют соответственно моно-, ди- или триглицеридами. Жиры являются постоянными смесями разных триглицеридов и разлагаются на жирные кислоты и глицерин. Слишком большое количество жира приводит к накоплению органических кислот, поэтому снижается уровень рН и замедляется образование уксусной кислоты и метана.

Протеины (белок) являются сложномолекулярными, состоящими из аминокислот, соединениями. Они, также как и углеводы и жиры, состоят из углерода С, водорода Н, кислорода О, но кроме этого содержат азот, серу, фосфор. Протеины разлагаются на пептиды, потом - аминокислоты, и под конец на органические кислоты. Для разложения белка и жира состав рациона не имеет значения по сравнению с разложением углеводов.

В группе углеводов различают легко поддающиеся разложению и смешанные углеводы с очень разветвленной и сложной структурой, которые очень тяжело переваривать:

• Моносахариды: сахар, глюкоза, фруктоза
• Олигосахариды (до 10 моносахаридов): сахароза (сахар сырец), лактоза (молочный сахар), мальтоза (солодовый сахар)
• Полисахариды (с большой молекулярной массой): крахмал, гликоген, целлюлоза, инулин
• Гетерополисахариды (смешанные углеводы со сложной структурой): гемицеллюлоза, пектины, лигнин - собствнно не является углеводом, но зачисляется аналитиками в группу углеводов. Он являет собой одеревянелое вещество растений и стойкий к разлагающему воздействию бактерий и кислотам. Принято считать, что лигнин не переваривается.

Углеводы расщепляются бактериями на простой сахар и разлагаются до низких жирных кислот (уксусная, масляная, пропионовая). Количество образовавшихся кислот и процент содержания каждой отдельной кислоты зависит от состава углевода. Из процесса переваривания у жвачных парнокопытных (их желудок представляет собой не что иное как биогазовую установку с очень коротким периодом брожения) мы знаем, что багатые на крахмал и сахар субстраты ведут к возрастанию содержания пропионовой и масляной кислоты, в то время как целлюлоза, также багатый на волокна субстрат, меняет состав жирных кислот в сторону доминирования уксусной кислоты. Кроме того состав углеводов определяет уровень рН и количество живых микроорганизмов. Если пища содержит много крахмала и сахара, уровень рН уменьшается, уступая кислотной среде, количество бактерий быстро увеличивается. Это приводит к еще более быстрому разложению углеводов и возможному переокислнию ферментатора.

Уровень рН снижается. Увеличивается количество бактерий, образующих пропионовую кислоту, а образующих уксусную наоборот уменьшается. Таким образом замедляется образование уксусной кислоты как исходного материала для метана. Жвачные животные в таких случаях оказываются от дальнейшего приема пищи (рубцовый ацедоз), но биогазовая установка не страдает.

При использовании субстратов с очень большим содержанием сахара или углеводов, каковыми например являются зерна пшеницы, кукурузы или сахарная свекла, то стоит особенно тщательно следить за подачей этих материалов. Это наверняка одна из причин, почему на практике не получило большого распостранения чистое использование зерновых или сахарной свеклы. Обслуживание такого процесса на обычных одноступенчатых установках является просто слишком дорогостоящим.