Kontrola parametrów procesowych w biogazowni kluczem do prawidłowego funkcjonowania instalacji

W biogazowni, w procesie fermentacji metanowej, zachodzi kontrolowana produkcja biogazu, będącego mieszaniną: metanu (45-74%), dwutlenku węgla (25-54%) oraz śladowych ilości innych gazów (amoniaku, siarkowodoru, azotu, wodoru i tlenu). Produkcja opisywanego gazu jest procesem złożonym, w którym bierze udział wiele różnych mikroorganizmów.  Fermentacja metanowa składa się z czterech, kolejno następujących po sobie etapów: hydrolizy, kwasogenezy, octanogenezy oraz metanogenezy. W pierwszym z nich złożone związki organiczne (węglowodany, białka i tłuszcze) rozkładane są do związków prostych (cukrów prostych, aminokwasów i kwasów tłuszczowych). Następnie produkty te przekształcane są do kwasów organicznych, alkoholi i gazów (dwutlenku węgla i wodoru). W etapie octanogenezy zachodzi przetworzenie produktów wcześniejszego etapu do octanów. Ostatnim etapem fermentacji jest metanogeneza, gdzie przy udziale bakterii metanogennych produkowany jest metan. 

Nie należy jednak zapominać, że wszystkie omówione powyżej etapy zachodzą prawidłowo, gdy zapewnione zostaną odpowiednie warunki i parametry procesu. Niestety coraz częściej spotyka się zmniejszenie produkcji biogazu, lub niekiedy nawet jej zatrzymanie. Wynika to z braku odpowiedniego nadzoru technologicznego. Dlatego tak ważna jest kontrola parametrów procesowych instalacji.

Biogazownia rolnicza

Temperatura

Jednym z najważniejszych parametrów pracy biogazowni jest temperatura prowadzenia procesu. Według literatury naukowej, czynnik ten ma bardzo istotne znaczenie dla wzrostu mikroorganizmów oraz stabilnej i wydajnej produkcji metanu. Dlatego awaria systemu ogrzewania zbiorników fermentacyjnych może spowodować zatrzymanie procesu produkcji biogazu. Zdecydowana większość instalacji biogazowych w Polsce funkcjonuje w oparciu o technologie mezofilowe. Optimum temperaturowe dla tej technologii mieści się w przedziale 35-39°C.

pH

Mikroorganizmy biorące udział w poszczególnych etapach fermentacji metanowej rozwijają się prawidłowo w odpowiednim dla nich pH. Z przeprowadzonych do tej pory badań naukowych wynika, że dla bakterii hydrolitycznych i kwasogennych parametr ten powinien mieścić się w przedziale 5,5-6,5. Jednak, mogą one również funkcjonować w pH bardziej zasadowym. Natomiast dla bakterii metanogennych w zakresie 6,8-7,8. Przyjmuję się, że ten ostatni zakres jest optymalny dla funkcjonowania wszystkich bakterii fermentacji metanowej. Bardzo istotna jest zatem codzienna kontrola pH w zbiornikach fermentacyjnych. Działanie to pozwoli zapobiec zakwaszeniu spowodowanego np. przez przeciążenie zbiornika materią organiczną i zatrzymania produkcji biogazu.

Dostarczenie mikroorganizmom odpowiednich składników pokarmowych

Prawidłowy rozwój bakterii fermentacji metanowej zależy od dostępu do niezbędnych mikro- i makroelementów. Oprócz dostarczenia podstawowych makroelementów (węgla, azotu, fosforu i siarki) konieczne jest również zapewnienie dostępu do pierwiastków takich jak: nikiel, kobalt, wolfram, żelazo, selen i molibden. Bardzo ważnym parametrem fermentacji jest także odpowiedni stosunek węgla do azotu (C/N) w podawanym do zbiornika materiale. Przyjmuję się, że optymalny stosunek tych pierwiastków powinien mieścić się w przedziale 20-35.

Kontrola parametrów procesowych, a inhibitory procesu fermentacji

Inhibitorami nazywa się substancje, które już przy niewielkim stężeniu mogą powodować zahamowanie procesu fermentacji. Należą do nich to m.in. antybiotyki pochodzące od zwierząt gospodarskich, środki dezynfekujące, środki ochrony roślin, rozpuszczalniki i metale ciężkie. Materiały te najczęściej dostarcza się do zbiornika fermentacyjnego wraz z substratem. Informacja o prawidłowym dostarczaniu surowca do procesu przedstawiona została w jednym z poprzednich wpisów pod linkiem.

Należy również pamiętać, że pierwiastki niezbędne do prawidłowego przebiegu fermentacji mogą być toksyczne dla bakterii. Jest to możliwe, jeśli występują w zbyt wysokich stężeniach. Dlatego bardzo ważne jest, aby przed podaniem nowego substratu do zbiornika fermentacyjnego, przeprowadzić analizę jego wydajności i jakości w specjalistycznym laboratorium biogazowym.

Ostateczny zysk z produkcji energii elektrycznej i ciepła w instalacji biogazowej zależy od efektywnej i stabilnej produkcji biogazu. Sam proces fermentacji zależy od wielu czynników. Między innymi od pH, temperatury, zawartości mikro- i makroelementów, których odpowiednia kontrola jest kluczem do sukcesu całej inwestycji. Dlatego należy pamiętać, że wykorzystanie wiedzy doświadczonych firm zajmujących się nadzorem technologicznym instalacji oraz analizą przydatności substratów do procesu fermentacji zapewni stabilną i wydajną produkcję energii. Konsekwencją jest wyższy przychód dla biogazowni. 

Więcej informacji na temat kontroli parametrów procesu fermentacji mogą Państwo znaleźć w artykule pt. „Parametry środowiskowe oraz procesowe fermentacji metanowej prowadzonej w trybie ciągłym (CSTR). Artykuł można znaleźć w czasopiśmie Ecological Engineering pod tym linkiem.