Метанобразующие бактерии

Согласно трехдоменной системе Карла Вёзе, метанобразующие бактерии относятся к типу Euryarchaeota надцарства Archaea.

1. Methanobacterium - палочки, иногда образующие короткие цепочки; бактерии, относящиеся к роду.
2. Methanococcus, имеют клетки шаровидной формы, располагающиеся отдельно; шаровидные клетки.
3. Methanosarcina образуют пакеты кубической формы.

Основные этапы метаногенеза: Гидролизная фаза. На первом этапе бактерии перестраивают высокомолекулярные органические субстанции (белок, углеводы, жиры, целлюлозу) с помощью энзимов на низкомолекулярные соединения, такие как моносахариды, аминокислоты, жирные кислоты и воду.

Кислотообразующая фаза. Далее эти соединения разлагаются на другие органические вещества (кислоты: уксусная, пропионовая, масляная, спирты, альдегиды) и соединения: Н2, СО2, а также N2 и Н2S. Этот процесс протекает до тех пор, пока развитие бактерий не замедлится под воздействием образованных кислот, в нем частично принимают участие анаэробные бактерии, употребляющие остатки кислорода и образующие тем самым необходимые для метановых бактерий анаэробные условия.

Ацетогенная фаза. Эта фаза осуществляется двумя группами ацетогенных бактерий. Первая образует ацетат с выделением водорода: CH3CH2COOH + 2H2O = CH3COOH + CO2 + 3H2 CH3CH2CH2COOH + 2H2O = 2CH3COOH + 2H2 Вторая группа ацетогенных бактерий приводит к образованию уксусной кислоты путем использования водорода для восстановления CO2: 4H2 + 2CO2 = CH3COOH + 2H2O Метаногенез.

Уксусная кислота разлагается на метан, углекислый газ и воду: CH3COOH=СН4 + СО2 + Н2О Водород и углекислый газ (СО2) преобразуются в метан и воду: СО2 + 4Н2 = СН4 + 2Н2О



Для обеспечения нормального синтеза биогаза необходимо:

1. Поддерживать оптимальный температурный режим.
2. Обеспечивать нейтральный уровень pH.
3. Предотвращать попадание в субстрат веществ, негативно влияющих на микроорганизмы или ингибирующих процесс синтеза метана.
4. Не допускать возникновения механических препятствий для свободного выхода газа.

Наибольшей эффективности работы биогазовой установки помогает достичь комплексный подход:

1. Наличие собственного сырья, для производства биогаза, не требующего транспортировки.
2. Комплексное использование продукции биогазовой установки: биогаза, его производных и биоудобрений/кормовых добавок в собственных производственных целях.
3. Использование когенерационной установки позволяет повысить КПД до 92%. Для сравнения, производство энергии и тепла по отдельности даёт всего 58% КПД.

Схема работы современной биогазовой установки.

Экономические аспекты:

1. Общий годовой объём органических отходов в виде куриного помёта составляет порядка 40267,9 тонн.
2. Общий годовой объём органических отходов в виде отбросов переработки составляет порядка 6336 тонн.
3. Из этих отходов потенциально можно получить 55249111 м3 биогаза. Этот объём биогаза может дать 121548044 кВт энергии и 5493603 кВт/ч тепла.
4. В результате работы биореактора получается не только биогаз, но и качественные биоудобрения. Как известно, такие отходы, как навоз или барда, становятся эффективным удобрением только через 3-5 лет. При использовании биогазовой станции перебродившие отходы становятся эффективным удобрением, повышающим урожайность на 30-50%, практически сразу же, а их себестоимость практически равна нулю. А рыночная цена 350-500 руб. за тонну. Их можно продать или использовать для нужд предприятия.
5. Биогазовые установки очень быстро окупаются и начинают приносить предприятию прибыль.

Экологические аспекты:

1. Переработка биомассы в биогаз – экологичный способ переработки органических отходов.
2. Получение биогаза и использование его вместо природного газа избавляет от необходимости.
3. Переработка органических отходов даёт (в зависимости от характера перерабатываемого сырья) кормовые добавки или эффективные биоудобрения.
4. Антропогенная нагрузка на экосистемы снижается.
5. Предприятие эффективно использует возобновляемые ресурсы.