1.4. Анаеробна ферментація пташиного посліду

Для посліду характерним є значний вміст сечової кислоти та неперетравлених білків, які є джерелом N. Відношення С/N є меншим за оптимальне. За таких умов може утворюватися аміак, що за певних концентрацій призводить до інгібування процесу.

За своїми фізичними та хімічними властивостями послід не дуже добре підходить для анаеробного зброджування, проте ряд дослідників повідомили про успішну роботу систем виробництва біогазу з пташиного посліду. Більшість з них були розроблені для роботи у мезофільному режимі (близько 35 °C) [28].

Хасан і співавт. для оптимального виробництва біогазу рекомендують використовувати послід з кількістю сухих речовин 4,6-7,6%, за температури 35 °С. Також повідомляється, що додавання речовин, що містять легко доступний вуглець і збільшення кількості посівного матеріалу інтенсифікує процес [28].

Ґрунтуючись на аналізі доповідей про анаеробне зброджування і виробництво біогазу з пташиного посліду, Сміт рекомендує використовувати співвідношення C:N на рівні 16:1, 40-денний час утримання, швидкість завантаження 2,4 кг сухих органічних речовин в день на м³ біогазової установки, об’єм реактора – 3,86 м³ на 1000 кг живої ваги тварин [28].

Інгібуючий ефект аміачного азоту був показаний рядом авторів (наприклад, P.L. McCarty і R.E. McKinney, P.N. Hobson і B.G. Shaw, J.W. Koster і G. Lettinga). Проте неодноразово показано, що метаногени можуть адаптуватися до підвищення концентрації амонійного азоту.

Ряд дослідників повідомили про успішну роботу систем виробництва біогазу з пташиного посліду. Більшість з них були розроблені для роботи у мезофільному режимі (близько 35 °C). Parkin і Miller (1983) виявили інгібування амонієм при більш низьких концентраціях в умовах, коли система знаходилась при більших температурах. Далі наведено огляд досліджень у термофільному режимі [40].

Huang і Shih (1981) вивчали потенціал біологічного виробництва метану з курячого гною. Процес проводили у термофільних умовах при концентрації сухих органічних речовин від 1 до 8% і періоді обороту реактора від 3 до 10 днів. Короткий період обороту реактора супроводжувався вищим виробництвом газу, але зниження СОР і ХСК зменшувалось. При концентрації 8% СОР виробництво газу впало. Концентрація СОР 6%, тривалість 4 дні, рН 7,5 і температура 50 ° С були визначені оптимальними. При даних умовах вихід газу становив 4,5 л / л день, а метану 3,2 л / л день або 267 л / кг СОР [32].

Steinsberger і Shih (1984) вивчали роботу біогазової установки, що складалася з двох горизонтальних реакторів з'єднаних у серію. Корисний об'єм першого реактора становив 8 м³, другого реактора - 16 м³. Температура у першому реакторі підтримувалась на рівні 50 ° С. У другому не підтримувалась і становила 30-35 ° С. При концентрації інфлюенту 3% СОР, час утримання субстрату 4 дні і швидкості завантаження 7,5 кг СОР / м³ день вихід газу становив 3,9 м³ / м³ день з вмістом метану 55%. Збільшення швидкості завантаження до 9,4 кг СОР / м³ день з 5-денним RT і концентрацією інфлюенту 4,5% СОР викликало початкове збільшення виходу біогазу протягом тижня перед стійким його зниженням.

Dosoretz i Lamed (1987) досліджували метаногенез курячого посліду при термофільному режимі (55 ºC) після тривалих процедур акліматизації. Вміст СОР становив від 24 до 96 г/л, час утримання від 5 до 20 днів. Метан утворювався у кількості від 0,5 до 0,7 л · л^-1 день^-1. Водень у біогазі не був присутній. Концентрації ацетату (від 19 до 222 ммоль), інших жирних кислот, і амонійного азоту (від 800 до 2830 мг/л) були дуже високими. Дослідження міченого атому показали, що ацетат накопичувався в результаті інгібування його переходу в метан.

Марченко (2009) проводив анаеробне бродіння курячого посліду при вологості субстрату 92% і гідравлічному часі утримання 10 діб. Температуру змінювали від 48 до 58 ^оС. Вихід біогазу збільшувався при підвищенні температури. При цьому спостерігалося зменшення його приросту. З врахуванням енергетичних витрат на нагрівання субстрату отримали оптимальну температуру - 54 ^оС. Результати отримані в лабораторний умовах були перевірені на промисловій установці. Продуктивність установки становила по добриву 3 м³ на добу, а по біогазу - 75 м³ на добу. Вихід газу відповідав кривій, отриманій у лабораторних умовах.

Abouelenien і співавт. (2009) вивчали сухе анаеробне бродіння курячого гною. Курячий гній був змішаний з активним мулом у ваговому співвідношенні 1:1 і інкубували при 37 ° C, 55 ° C і 65 ° C. Коли виробництво газу зупинилось половину вмісту склянок замінювали свіжим гноєм. Ця процедура була повторена 9 разів протягом 418 днів. Хоча виробництво біогазу спостерігалося при всіх температурах, метан не вироблявся при 55 і 65 ° C.

Хамоков і співавт. (2012) здійснювали оптимізацію режимів роботи установки для переробки пташиного посліду. Процес проводили при температурі 50 ◦C, 55 ◦C і 60 ◦C, вологості субстрату 85%, 90% і 95% та гідравлічному часі утримання 7, 10 і 13 днів. З математичної моделі були отримані оптимальні параметри процесу: температура 54 ◦C, вологість субстрату 90%, тривалість переробки 11 днів. Вихід біогазу при цих значеннях основних факторів становив 0,67 м³/кг СР.

Інгібуючий ефект аміачного азоту був показаний рядом авторів(наприклад, Маккарті і Мак-Кінні, Хобсон і Шоу, Костер і Леттінга). Проте неодноразово показано, що метаногени можуть адаптуватися до підвищення концентрації амонійного азоту [31, 36, 38].

З. Печан і співавт. вивчали бродіння курячого посліду при мезофільних температурах. У середньому вміст сухих речовин становив від 11,3% до 14,1%, сухих органічних речовин від 7,8% до 9,7% і тривалість утримання від 27 до 58 діб. Шкідливого впливу на виробництво біогазу не спостерігалося, незважаючи на середні концентрації амонійного азоту в стічних водах від 4,07 до 5,85 г/л. Вихід біогазу становив від 0,239 до 0,370 л/г сухих органічних речовин, вміст метану в біогазі - від 59 до 67% [28].

Ф. Абаюлянін і співавт. повідомляють про зброджування посліду вологістю 75% у мезофільних умовах при 37 °C з використанням системи повторної партії культури [23].