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1. ¿Qué es el biogás?
La fermentación de biogás, también conocida como digestión anaeróbica, se refiere a la digestión de estiércol humano y animal, paja, aguas residuales y otra materia orgánica en condiciones anaeróbicas (sin oxígeno) en una piscina de biogás sellada por varios microorganismos de fermentación de biogás. El proceso de descomposición y transformación que finalmente produce biogás. Los microorganismos son los factores más activos en este cultivo excesivo. Descomponen y transforman diversas materias orgánicas complejas sólidas o disueltas según sus respectivas necesidades nutricionales, produciendo finalmente biogás. El biogás es una mezcla que se puede quemar. Debido a que este gas se descubrió por primera vez en pantanos, se le llama biogás. Sus componentes principales son aproximadamente un 55-70% de metano y aproximadamente un 25-40% de dióxido de carbono. Además, contiene pequeñas cantidades de hidrógeno, sulfuro de hidrógeno, monóxido de carbono, nitrógeno y amoníaco.
2. Microorganismos de fermentación de biogás
En el proceso de fermentación de biogás, los microorganismos involucrados en la fermentación de biogás incluyen bacterias de fermentación, bacterias acetogénicas productoras de hidrógeno, bacterias acetogénicas consumidoras de oxígeno y bacterias acetógenas que consumen oxígeno. produciendo bacterias productoras de metano. Cinco tipos de bacterias. Su papel en el proceso de fermentación y sus requisitos para las condiciones de vida se pueden dividir en las siguientes tres etapas:
La primera etapa de descenso: licuefacción
En la fermentación de biogás, las bacterias de fermentación son primero Utilice las enzimas extracelulares secretadas por él, como celulasa, amilasa, proteasa, lipasa, etc., para hidrolizar la materia orgánica in vitro, es decir, descomponer la materia orgánica macromolecular como el estiércol de ganado y aves de corral, la paja de los cultivos y las aguas residuales después del producto de soja. procesamiento, etc. en azúcares simples, aminoácidos, glicerol y grasas solubles en agua. Esta etapa se llama etapa de licuefacción.
La segunda etapa: producción de ácido
Esta etapa es la acción conjunta de tres grupos bacterianos. Primero, los compuestos de molécula pequeña producidos en la etapa de licuefacción son absorbidos por las células por las bacterias de la fermentación y descompuestos en ácido acético, ácido butírico, hidrógeno y dióxido de carbono. Luego, el ácido propiónico y el ácido butírico producidos por las bacterias de la fermentación se convierten en ácido acético. , hidrógeno y dióxido de carbono que pueden ser utilizados por los metanógenos.
Además, existen bacterias acetogénicas aeróbicas, que utilizan oxígeno y dióxido de carbono para producir ácido acético. También pueden metabolizar los azúcares para producir ácido acético. Pueden convertir muchas sustancias orgánicas en ácido acético.
La etapa de licuefacción y la etapa de producción de ácido son un proceso continuo, denominado colectivamente etapa libre de metano. En este proceso, existen muchos tipos de metanógenos, y su función principal es proporcionar nutrientes a los metanógenos, crear condiciones anaeróbicas adecuadas para los metanógenos y eliminar algunos venenos.
La tercera etapa: producción de metano
En esta etapa, los metanógenos se pueden dividir en dos categorías: metanógenos que comen hidrógeno y metanógenos de ácido acético. Se han estudiado más de 70 tipos de metanógenos que utilizan la descomposición y transformación de compuestos moleculares pequeños como el ácido fórmico, el ácido acético, el hidrógeno y el dióxido de carbono por los tres no metanógenos anteriores para producir metano.
①Crece muy lentamente. Por ejemplo, cuando Methanococcus crece en ácido acético, su tiempo de proliferación es de 1 a 2 días y el tiempo de duplicación de las hifas de metano es de 4 a 9 días. (2) Estrictamente anaeróbico, muy sensible al oxígeno y a los oxidantes, y no puede sobrevivir ni morir en el aire; ③Solo se pueden utilizar unos pocos compuestos simples como nutrientes (4) Deben ser neutros y alcalinos y estar en condiciones ambientales y de temperatura adecuadas; condiciones; ⑤Los principales productos finales de las actividades metabólicas son el metano y el dióxido de carbono.
3. Condiciones de fermentación del biogás
La fermentación del biogás la completan una variedad de bacterias, que requieren ciertas condiciones para sus actividades biológicas durante su metabolismo, crecimiento y reproducción en el tanque de biogás. Sólo creando artificialmente condiciones de producción adecuadas para ellos podrá reproducirse rápidamente un gran número de microorganismos y acelerar la descomposición de la materia orgánica en el digestor de biogás.
Por otro lado, también se necesitan ciertas condiciones para controlar el funcionamiento normal del proceso de fermentación del digestor de biogás. Por lo tanto, sólo cumpliendo las condiciones de crecimiento de los microorganismos y las condiciones normales de funcionamiento del digestor de biogás se puede lograr el efecto de una alta tasa de producción de gas y más biofertilizante orgánico.
En resumen, las condiciones básicas para la producción de gas artificial son: bacterias de biogás, principio de fermentación, concentración de fermentación, valor de pH, ambiente anaeróbico estricto y temperatura adecuada. Una de las condiciones no es adecuada para las bacterias del biogás y no puede producir biogás.
(1) La producción de biogás debe utilizar bacterias de biogás, lo mismo que la fermentación que requiere levadura. Sin bacterias de biogás, la materia orgánica en la piscina de biogás en sí no se convertirá en biogás, por lo que debe haber suficiente inóculo que contenga excelentes bacterias de biogás al comienzo de la fermentación del biogás, que es una condición importante para producir biogás.
En las zonas rurales, los inoculantes que contienen excelentes cepas de biogás se encuentran generalmente en lodos de fondo de pozos negros, lodos de depuradora, agua de residuos de fermentación de biogás, lodos de biogás y lodos de zanjas de drenaje de talleres de productos de soja. Estos lodos que contienen grandes cantidades de bacterias de fermentación de biogás se denominan inoculantes. El proceso operativo de agregar inóculo a la fermentación del biogás se llama inoculación. Si se carga un nuevo digestor de biogás por primera vez, a menudo es difícil producir biogás o el rendimiento no es alto y el contenido de metano es bajo. No se puede quemar sin agregar suficiente inóculo que contenga bacterias de biogás. Además, agregar una cantidad adecuada de inóculo puede evitar que la fermentación se bloquee debido a una producción excesiva de ácido en la etapa inicial de la fermentación.
(2) Materias primas de fermentación suficientes Las materias primas de fermentación de biogás son la base material para producir biogás y también son la fuente de nutrientes para que el biogás sobreviva a través de las bacterias de fermentación, porque durante el proceso normal de crecimiento y reproducción del biogás Las bacterias en la piscina de biogás deben absorber abundantes nutrientes, como agua, carbono, nitrógeno, sales inorgánicas, auxinas, etc., de las materias primas fermentadas para llevar a cabo actividades vitales, criar bacterias y producir biogás.
Los carbohidratos de la materia orgánica, como la celulosa y el almidón de la paja, son nutrientes de carbono para las bacterias. El nitrógeno orgánico de la materia orgánica, como el nitrógeno de las heces y la orina de los animales, son nutrientes de nitrógeno para las bacterias. Cuando la materia orgánica es descompuesta por bacterias, parte del carbono y el nitrógeno de la materia orgánica se asimilan en las células bacterianas para formar otras sustancias nuevas, y la otra parte se descompone en materia orgánica simple por bacterias productoras de ácido, y el metano se produce por metanógenos. Por lo tanto, durante la fermentación del biogás, las materias primas no sólo deben ser suficientes, sino también adecuadas. Mantenga una cierta proporción de carbono-nitrógeno para que la falta de nutrientes de carbono-nitrógeno no afecte la producción de biogás y la reproducción normal de las bacterias.
(3) Concentración de materias primas de fermentación El líquido de alimentación en el digestor de biogás necesita mantener una cierta concentración durante el proceso de fermentación para producir gas normalmente. Si el contenido de agua del líquido de alimentación es demasiado bajo, las materias primas de fermentación son demasiado altas y la concentración del líquido de fermentación es demasiado alta, las bacterias metanogénicas no pueden comer tanto, lo que fácilmente provocará una gran acumulación de ácidos orgánicos y dificulta la fermentación; si hay demasiada agua, la concentración del líquido de fermentación es demasiado fina y el contenido de materia orgánica es bajo, la producción de gas será pequeña. Por tanto, el líquido de fermentación del digestor de biogás debe mantener una determinada concentración. Según años de práctica, la concentración del líquido de fermentación en los digestores de biogás rurales es generalmente de 6 a 10. Dentro de este rango, la concentración inicial de arranque de biogás es menor para facilitar el arranque. En verano y principios de otoño, cuando la temperatura de la piscina es alta y las materias primas se descomponen rápidamente, la concentración puede ser apropiadamente menor; en invierno y principios de primavera, cuando la temperatura de la piscina es baja y las materias primas se descomponen lentamente, la concentración de la fermentación; el caldo debe mantenerse a 10.
(4) El pH apropiado se expresa mediante pH. Coloque un trozo de papel de prueba de pH en el caldo de fermentación agitado, sáquelo inmediatamente y compárelo con la tarjeta de color estándar adjunta al papel de prueba de pH. A partir del cambio de color, es decir, se puede conocer el valor de pH del caldo de fermentación.
El pH óptimo de las bacterias de fermentación de biogás es 6,8-7,5. La producción de gas por debajo de 6,4 y por encima de 7,6 se inhibe. Si el pH es inferior a 5,5, es un signo de acidificación del líquido de alimentación y la actividad de las bacterias metanogénicas queda completamente inhibida. Por ejemplo, cuando se inicia inicialmente el biogás, la concentración de alimento es demasiado alta, la cantidad de metanógenos en el inóculo es insuficiente o se agrega una gran cantidad de estiércol de pollo y residuos de papa a la vez, lo que resulta en la concentración de la fermentación. el líquido es demasiado alto, lo que conducirá a un desequilibrio en las tasas de producción de ácido y producción de metano, lo que resultará en la acumulación de ácidos volátiles (ácido acético, ácido propiónico y ácido butírico) y una disminución del pH. Esta es la razón principal por la cual el digestor de biogás no arranca o funciona de manera anormal.
Durante el proceso de fermentación del biogás, el patrón de cambio del valor del pH es generalmente el siguiente: en la etapa inicial de la fermentación, debido a la rápida actividad de las bacterias productoras de ácido, se produce una gran cantidad de ácidos orgánicos. , lo que hace que el valor del pH baje; pero a medida que continúa la fermentación, por un lado, el amoníaco producido por bacterias químicas neutraliza algunos ácidos orgánicos, por otro lado, los metanógenos usan ácidos orgánicos para convertirlos en bromuro de metilo para devolver el pH; valor a la normalidad. Si este ciclo continúa, el valor del pH en el digestor de biogás permanecerá dentro del rango de 7,0 a 7,5 y la fermentación se desarrollará normalmente. Por lo tanto, cuando se fermenta el líquido de alimentación del tanque de biogás, siempre que se mantenga una cierta concentración, cantidad de inoculación y temperatura adecuada, se puede lograr una fermentación normal sin ajustes.
(5) Los descomponedores anaeróbicos y los metanógenos desempeñan un papel importante en la fermentación del biogás en ambientes estrictamente anaeróbicos. Tienen miedo al oxígeno y morirán a los pocos segundos de la exposición, lo que significa que el oxígeno del aire es tóxico para ellos. Por lo tanto, un ambiente anaeróbico estricto es una de las condiciones más importantes para la fermentación del biogás. De acuerdo con las características de las bacterias del biogás que temen al aire, utilizamos tanques de doble sellado con resina y GRC. El rendimiento del sellado agua-gas puede cumplir plenamente con los requisitos de la fermentación del biogás. Durante el uso, siempre que no haya impactos con objetos duros o accidentes especiales, no habrá problemas de fugas de aire durante mucho tiempo.
(6) Temperatura adecuada La temperatura del líquido de fermentación en el tanque de biogás tiene una gran influencia en la producción de gas, porque dentro del rango de temperatura más adecuado, cuanto mayor sea la temperatura, más rápido será el crecimiento y la reproducción. de bacterias de biogás y la producción de gas y mucho más. Si la temperatura no es la adecuada, las bacterias del biogás crecerán lentamente y producirán poco o ningún gas. Por tanto, la temperatura es una condición importante para la producción de biogás.
¿Cuál es la temperatura adecuada? En términos generales, las bacterias del biogás pueden fermentar entre 8 y 60 ℃. La fermentación de biogás se divide en tres zonas de fermentación, a saber, la zona de fermentación a temperatura normal de 10 a 26 °C, la zona de fermentación a temperatura media de 28 a 38 °C y la temperatura óptima de 35 °C en la zona de fermentación a alta temperatura de 46 a 60 °C; °C, la fermentación del biogás rural generalmente está limitada debido a las condiciones. Realizar a temperatura ambiente. Instalamos dispositivos de eficiencia energética solar en los digestores. Por ejemplo, cuando la temperatura de fermentación es baja, podemos abrir la válvula de calefacción del calentador de agua solar y pasar agua caliente al radiador tubular de la piscina para complementar la temperatura del líquido de fermentación. Especialmente en invierno, los dispositivos de eficiencia energética solar desempeñarán un papel muy importante en la fermentación del biogás y en la tasa de producción de gas.