Comment fermente le biogaz?
Le processus de fermentation du biogaz est en fait le métabolisme de la matière et le processus de conversion d'énergie des micro - organismes. Au cours du catabolisme, les micro - organismes biogaz acquièrent de l'énergie et de la matière pour leur propre croissance et reproduction, tandis que la majeure partie de la matière est convertie en méthane et en dioxyde de carbone. L'analyse scientifique a montré qu'environ 90% de la matière organique est convertie en biogaz et 10% est utilisée par les micro - organismes biogaz pour leur propre consommation. La production de biogaz à partir de matières premières fermentées est obtenue par une série de réactions biochimiques complexes.
La transformation de la matière organique en biogaz nécessite trois étapes
Presque toute la matière organique peut être dégradée anaérobie pour produire du biogaz. La transformation de la matière organique en biogaz à l'état solide peut être divisée en trois étapes: liquéfaction, production d'acide et production de méthane.
La phase de liquéfaction. L'étape de liquéfaction, également appelée étape d'hydrolyse, consiste à transformer une matière organique solide insoluble dans l'eau en une matière soluble dans l'eau sous l'action de micro - organismes. De nombreux micro - organismes sont capables de sécréter diverses enzymes extracellulaires sous l'action desquelles la matière organique de forme solide est hydrolysée en substances solubles de plus petit poids moléculaire. Comme la Cellulase, l'amylase, la protéase et la lipase, etc., par enzymolyse in vitro de la matière organique, l'hydrolyse des polysaccharides en monosaccharides ou en disaccharides, les protéines en Polypeptides et en acides aminés, les graisses en glycérol et en acides gras, etc. Ces substances solubles, de plus petit poids moléculaire, peuvent pénétrer dans les cellules microbiennes pour les décomposer davantage.
Deuxièmement, la phase de production d'acide. Après l'entrée dans la Cellule des diverses substances solubles (monosaccharides, acides aminés, acides gras) produites par l'étape de liquéfaction, le catabolisme se poursuit sous l'action de diverses enzymes intracellulaires bactériennes telles que les bactéries cellulosiques, les bactéries protéiques, les bactéries grasses, les bactéries pectiniennes, etc. en substances faiblement moléculaires telles que l'Acide butyrique, l'acide PROPIONIQUE, l'acide acétique, ainsi que des substances organiques simples telles que les alcools, les cétones, les ALD Cette étape est dominée par la production de divers acides gras volatils, le produit le plus important étant l'acide acétique, qui représente environ plus de 70%, ainsi qu'une partie de l'hydrogène, du dioxyde de carbone, de l'ammoniac et de petites quantités d'autres produits. On appelle donc cette phase acidogène.
La phase de liquéfaction et la phase de production d'acide sont un processus continu et croisé. C'est dans des conditions anaérobies, grâce à la synergie de plusieurs micro - organismes, que les glucides, les protéines et les graisses, entre autres, des matières premières sont décomposés en de simples composés de petites molécules, tout en produisant du dioxyde de carbone et de l'hydrogène. Ces deux étapes ne produisent que des matrices de méthane synthétique telles que l'acide acétique, l'acide butyrique, les alcools, le dioxyde de carbone, l'hydrogène, etc., qui ne produisent pas de méthane et sont donc également appelées étapes non méthanogènes. La phase non méthanogène peut être considérée comme une phase de traitement des matières premières, c'est - à - dire la transformation de substances organiques complexes en substances utilisables par les bactéries méthanogènes, répondant aux besoins des bactéries méthanogènes pour mener à bien leurs activités vitales. Les types de micro - organismes qui jouent un rôle dans la phase non méthanogène sont nombreux, nombreux et varient considérablement selon les matières premières de fermentation. Parmi eux, le plus grand nombre de bactéries anaérobies obligatoires, 100 à 200 fois plus que les bactéries anaérobies facultatives et les bonnes bactéries aérobies, qui jouent un rôle majeur à ce stade. Les bactéries productrices d'hydrogène sont une flore importante dans les micro - organismes au stade non méthanogène, et l'Institut de biologie de Chengdu de l'Académie chinoise des sciences a réussi à enrichir et à isoler différentes espèces et genres de bactéries productrices d'hydrogène à partir de boues de biogaz.
La troisième est la phase méthanogène. Cette étape est complétée par des bactéries méthanogènes qui transforment en méthane les composés de faible molécule tels que l'acide acétique, l'acide formique, l'hydrogène et le dioxyde de carbone produits à l'étape précédente.
Interaction des trois étapes de la fermentation du biogaz
Dans le processus de fermentation du biogaz, les trois étapes sont interdépendantes et se déroulent en continu, tout en étant articulées et conditionnées mutuellement. Sa manifestation spécifique est la production massive d'acides volatils au début de la fermentation, tandis que la concentration d'acide volatil augmente rapidement, la concentration d'azote ammoniacal augmente considérablement. Lorsque la concentration d'azote ammoniacal atteint son apogée, la concentration d'acide volatil diminue, le potentiel d'oxydoréduction diminue, la production de gaz et la teneur en méthane du gaz augmentent et atteignent leur apogée. Pendant un certain temps après l'achèvement de cette réaction en chaîne, le pH, le potentiel d'oxydo - réduction, la production de gaz et la teneur en méthane, entre autres, sont tous essentiellement stables, tandis que la concentration en acides volatils diminue considérablement. Cette situation illustre: Au cours de la fermentation du biogaz, les différents facteurs biochimiques changent clairement, ils sont à la fois interdépendants et liés les uns aux autres, le substrat se décompose constamment et le biogaz se forme constamment, ce qui maintient l'ensemble de la fermentation dans un état d'équilibre dynamique. Mais les microorganismes biogaz sont également sensibles aux changements environnementaux, et les changements de certains facteurs environnementaux peuvent affecter ou même perturber l'équilibre. Par exemple: une alimentation excessive à la fois, un changement soudain de température de plus de 2 ℃, le liquide entrant dans une substance toxique, etc., provoquera des changements dans l'acidité et l'alcalinité, la production de gaz et la composition du gaz, brisera l'équilibre et affectera la production de gaz. Mais les micro - organismes biogaz ont également une certaine capacité d'adaptation à l'environnement, tant que les changements de facteurs environnementaux ne dépassent pas une certaine plage, même si l'équilibre est rompu est temporaire, après un certain temps d'autorégulation peut atteindre un nouvel équilibre. Cette situation ne nécessite généralement pas de régulation humaine, seules les mesures de régulation humaine nécessaires doivent être prises lorsque les facteurs environnementaux changent au - delà de la tolérance des micro - organismes et que l'équilibre dynamique est perturbé au point de ne pas se rétablir par lui - même.
Relation entre les matières solides et la fermentation du biogaz
Dans le processus de fermentation du biogaz, la phase de liquéfaction est complétée par des réactions d'hydrolyse qui nécessitent pour la plupart une certaine quantité d'énergie. Mais dans la plupart des cas, la phase de liquéfaction de la fermentation du biogaz ne fournit pas d'énergie aux micro - organismes, ce qui ralentit la liquéfaction de la matière organique solide, qui devient souvent une étape limite de vitesse de la fermentation du biogaz. La vitesse lente de liquéfaction des matières solides affecte directement la vitesse à laquelle le biogaz est produit. Le degré de liquéfaction des matières solides a également un effet direct sur la production de gaz. La plupart des matières premières de fermentation, en particulier les diverses matières premières de déchets agricoles, ont une teneur élevée en matières solides, peu de composants solubles, certaines couches superficielles ont également de la cire, de sorte que dans la production, il convient d'utiliser la méthode de prétraitement des déchets agricoles pour accélérer la phase de liquéfaction et améliorer le degré de liquéfaction, ce qui peut accélérer relativement la vitesse de fermentation et augmenter la production de biogaz. Le prétraitement des déchets agricoles peut être effectué par broyage et empilage.
Bien sûr, certaines matières premières de fermentation telles que les déchets de liqueur, les eaux usées d'acides gras synthétiques, les déchets de produits à base de soja, etc., contiennent plus de matières organiques solubles, ont terminé la phase de liquéfaction avant d'entrer dans la fermentation du réservoir, sa vitesse de fermentation est très rapide, Le temps de rétention peut être réduit à quelques dizaines d'heures ou quelques heures, de sorte que le prétraitement n'est pas nécessaire.