FERMENTACJA METANOWA

W procesie fermentacji beztlenowej ścieki zawierające materiał organiczny są

przetwarzane biologicznie przez mikroorganizmy do produktów końcowych, głównie metanu
i dwutlenku węgla. Oczyszczanie zachodzi w szczelnym, nieprzepuszczającym powietrza
reaktorze o pełnym wymieszaniu. Ścieki przebywają w komorze przez odpowiedni czas.
Ponieważ przyrost organizmów beztlenowych jest niewielki objętość osadu nadmiernego,
która powstaje jest minimalna, jest to 10 – 15% dopływającego ładunku BZT

5

(dla

porównania w systemach tlenowych produkcja biomasy może wynosić 50 – 80%
dopływającego ładunku.

Szczególnym przypadkiem procesu fermentacji jest fermentacja metanowa, stosowana

przy stabilizacji osadów ściekowych oraz oczyszczaniu ścieków z dużą zawartością
związków organicznych podatnych na biologiczny rozkład. Jest ona szczególnie odpowiednia
w przypadku oczyszczania ścieków przemysłowych zwłaszcza wtedy, gdy w procesie
technologicznym powstają ścieki podgrzane lub istnieje odpadowe źródło ciepła
technologicznego. Procesy fermentacji mogą być stosowane w przypadku innych ścieków lub
osadów pod warunkiem ze nie zawierają one substancji toksycznych lub związków
hamujących proces biochemicznego rozkładu zanieczyszczeń.
Praktyczne zastosowanie fermentacji metanowej wynika z następujących właściwości:

a) Całkowitemu rozkładowi z wytworzeniem CH

4

, CO

2

i H

2

O

ulega bardzo szeroki

wachlarz zawiązków organicznych;

b) Powstający gaz (tzw. biogaz), zawierający 50 – 80% metanu, jest źródłem łatwo

dającej się wykorzystać energii;

c) Fermentacja może być prowadzona zarówno w dużej skali przemysłowej, jak i w

prymitywnych warunkach gospodarstw wiejskich;

d) Spośród przemysłowych metod degradacji zanieczyszczeń jest to sposób najmniej

uciążliwy dla środowiska (mała ilość biomasy jako produktu odpadowego ), a przy
tym wymagający stosunkowo małych nakładów inwestycyjnych i energetycznych.

Na rysunku 1 przedstawiono schematycznie `przemiany biochemiczne zachodzące w
czasie fermentacji metanowej.

Rys. 1. Przemiany biochemiczne związków organicznych zachodzące w czasie
fermentacji metanowej

W procesie fermentacji metanowej ważną rolę odgrywają bakterie syntroficzne. Bakterie te
mają zdolność utleniania kwasu pirogronowego z użyciem wody jako donora elektronów,
zgodnie z reakcją:

CH

3

COCOOH + H

2

O → CH

3

COOH + H

2

O + CO

2

W wyniku tej reakcji wytwarzany jest wodór i ditlenek węgla. Bakterie syntroficzne

syntetyzują substancję komórkową z octanu i dwutlenku węgla. Wykorzystują także jako
substrat kwasy organiczne zawierające 4 – 8 atomów węgla w cząsteczce.

I. ETAPY FERMENTACJI

Fermentacja beztlenowa ścieków jest procesem złożonym, przebiegającym w czterech
podstawowych procesach:

• Hydroliza,

• Kwasogeneza,
• Octanogeneza,

• Metanogeneza.

Procesy te zachodzą dzięki bakteriom beztlenowym (anaeroby) oraz bakteriom
fakultatywnym.

1.HYDROLIZA

W tym etapie zachodzi rozkład polimerycznych związków organicznych

nierozpuszczalnych w wodzie do związków prostszych, rozpuszczalnych w wodzie. Zachodzi
on pod wpływem enzymów zewnątrzkomórkowych, takich jak: celulazy, amylazy, proteinazy
i lipazy, wydzielanych przez bakterie hydrolityczne (Rys. 2).

białka proste

H

2

O

aminokwasy + CO

2

+ H

2

S +NH

3

aminy, merkaptany,

enzymy (-NH

2

, - COOH)

tioalkohole, kwasy

organiczne

tłuszcze

H

2

O

glicerol + kw. tłuszczowe alkohole, CO

2

, kwasy

enzymy

organiczne, aldehydy, H

2

O

węglowodany

H

2

O

cukry kwasy organiczne, CO

2

,

(skrobia, celuloza)

enzymy

proste alkohole, aldehydy

Rys. 2. Sschemat reakcji rozkładu związków organicznych

2. KWASOGENEZA (ACIDOGENEZA)

Jest to etap upłynniania stałych substancji organicznych o mniejszej masie

cząsteczkowej, powstałych podczas hydrolizy ( cukry, aminokwasy i kwasy tłuszczowe) na
związki prostsze( faza kwaśna) (Rys. 2) wywołane przez bakterie beztlenowe. W wyniku tej
fermentacji otrzymujemy produkty ciekłe i gazowe: kwasy organiczne, alkohole, aldehydy,
ketony, CO

2

, H

2

, a także produkty hydrolizy: glicerol, aminokwasy. W wyniku tego procesu

nie zachodzi stabilizacja substancji organicznych. Obniżenie zapotrzebowania ścieków na tlen
jest niewielkie i wynika głównie z utleniania się CO

2

, H

2

, H

2

S i NH

3

. Część produktów

powstałych w tym etapie staje się źródłem węgla i energii dla bakterii octanogennych.

3. OCTANOGENEZA (ACETOGENEZA)

Jest to etap tworzenia się kwasu octowego, wodoru i ditlenku węgla w wyniku

przemian kwasów organicznych i alkoholi. Mikroflora acetogenezy nie została jeszcze

dogłębnie poznana, mogą tu występować m. in. nieselektywe bakterie, np.: redukujące jon
siarczanowy do H

2

S, a także utleniające wodór do H

2

O.

4. METANOGENEZA

Jest to etap tworzenia metanu z kwasu octowego lub z wodoru i ditlenku węgla.

Rozkładowi ulegają powstałe w pierwszej fazie fermentacji kwasy organiczne i inne związki.
W wyniku tego procesu powstaje łatwo palny gaz pofermentacyjny, składający się głównie z
metanu i ditlenku węgla. Jest to etap limitujący cały proces beztlenowy .
Reakcje sumaryczne procesu metanogenezy z różnych substratów przedstawione są poniżej:

CH

3

COOH → CH

4

+ CO

2

4HCOOH → CH

4

+ 3CO

2

+ 2H

2

O

4CH

3

OH → 3CH

4

+ CO

2

+ 2H

2

O

Reakcje acidogenezy jak i acetogenezy mogą zachodzić swobodnie, jeżeli powstający

w tych reakcjach wodór będzie usuwany ze środowiska. Usuwanie wodoru odbywa się dzięki
bakteriom metanowym, które wykorzystują wodór i ditlenek węgla do syntezy metanu. Metan
może także powstawać bezpośrednio z kwasu octowego. Z badań wynika, że ok. 70% metanu
w czasie fermentacji metanowej powstaje z kwasu octowego, ok. 30% z wodoru i ditlenku
węgla.

II. BAKTERIE BIORĄCE UDZIAŁ W FERMENTACJI

Beztlenowe bakterie przetrwalnikujące ogrywają ważną rolę w procesie kompleksowej

fermentacji metanowej. Bakterie z rodzaju Clostridium biorą udział w depolimeryzacji
biopolimerów (polisacharydów, białek) oraz w fermentowaniu związków
małocząsteczkowych (cukrów, aminokwasów) z wytworzeniem alkoholi i kwasów
organicznych, które są następnie przekształcane do metanu przez bakterie metanogenne.
Bakterie metanowe charakteryzują się stosunkowo niskim przyrostem biomasy i małą
specyficzną szybkością wzrostu. Podobnie jak w przypadku bakterii nitryfikacyjnych można
określić wiek biomasy, jaki jest potrzebny dla rozwoju bakterii metanowych, w temperaturze
35ºC – 18 dni, a przy temperaturze 50ºC - 10 dni. Najważniejsze grupy bakterii, które
prowadzą hydrolizę, kwasogenezę, octanogenezę przedstawione są w tabeli 2. Natomiast
bakterie metanowe i ich charakterystykę przedstawia tabela 3.

Bakterie odpowiedzialne za dwa pierwsze etapy beztlenowego oczyszczania –

fermentacji, mianowicie za hydrolizę i kwasogenezę są to bakterie hydrolizujące związki
organiczne. Ze względu na rodzaj rozkładanych przez nie związków możemy wyróżnić dwie
grupy:

•

Bakterie hydrolizujące – saproficzne, które rozkładają złożone związki organiczne
(węglowodany, białka tłuszcze) do szerokiej gamy produktów końcowych:
peptydów, aminokwasów, cukrów prostych, za pomocą enzymów
pozakomórkowych;

•

Bakterie hydrolizujące związki organiczne o mniejszej masie cząsteczkowej
(cukry proste, aminokwasy, peptydy) oraz tłuszcze do długołańcuchowych
kwasów tłuszczowych, kwasów organicznych, alkoholi, aldehydów i ketonów.

Bakterie biorące udział w octanogenezie odpowiedzialne są za produkcję octanów. Można
podzielić je na dwie zasadnicze grupy:

•

Bakterie syntroficzne – bakterie hydrolizujące; wykorzystujące jako źródło węgla i
energii takie związki organiczne jak: długołańcuchowe kwasy tłuszczowe, kwasy
organiczne, alkohole, aldehydy i ketony; bakterie te żyją w symbiozie z bakteriami
metanogennymi;

•

Bakterie homooctanogenne – bakterie posiadające zdolność syntetyzowania
octanów z CO

2

i H

2

.

Bakterie metanogenne mają zróżnicowaną mikroflorę, są przeważnie nieruchliwe i należą do
największych znanych bakterii. Mikroflorę tę można podzielić na dwie grupy ze względu na
substraty, jakie wykorzystują w reakcji otrzymywania CH

4

i CO

2

):

• Bakterie metanogenne wykorzystujące jako źródło węgla CO

2

– przeprowadzają

reakcję wiązania CO

2

i H

2

w CH

4

i H

2

O. Do tej grupy zalicza się gatunek bakterii

termofilnych – Mathanobacterium thermoautotrophicum;

• Bakterie metanogenne rozkładające octany do CH

4

i CO

2

– stanowią bardzo wąską

grupę bakterii.

W tabeli 1 przedstawiono podział i charakterystykę bakterii metanowych.

Tabela 1. Najważniejsze grupy bakterii prowadzących hydrolizę, kwasogenezę i octanogenezę [20].

Bakterie

Rozkładany substrat

Produkty fermentacji

1. Hydroliza i kwasogeneza
1.1 Tlenowe
Pseudomonas
Mocrococcus

Wszystkie substancje pokarmowe,
skrobia

Mleczany

1.2 Fakultatywne beztlenowce
Bacillus
Streptococcus
Lactobacillus
Escherichia

Skrobia, maltoza, liczne cukry

Mleczany, octany

1.3 Beztlenowce
Clostridia
Ruminococcus
Bacteroides
Butyrivibrio

Celuloza, hemiceluloza, celobioza,
pektyny, skrobia

Bursztyniany, octany, etanol, wodór,
mrówczany, maślany, mleczany

Megasphera
Selenomonas

Mleczany, glukoza, inne cukry

Lotne kwasy organiczne, wodór,
octany, propioniany, mleczany

Desulfovibrio
Bifidobacteria
Propionibacterium
Peptostreptococcus
Anaerovibrio

Mleczany, białka, polipeptydy,
aminokwasy, jabłczany

Lotne kwasy organiczne, wodór,
octany, propioniany, mleczany

2. Octanogeneza
2.1 Nieselektywne bakterie redukcyjne
Desulfovibrio
Selenomonas
Ruminococcus
Clostridium

Mleczany, białka, polipeptydy,
aminokwasy, jabłczany

Octany (tylko w obecności bakterii
metanowych)

2.2 Selektywne bakterie redukcyjne
Syntrophobacter wolini
Syntrophomonas wolfei

Kwasy tłuszczowe pochodzenia
naturalnego, proste kwasy organiczne o
łańcuchach C

3

-C

8

Octany

2.3 Bakterie homooctanowe
Clostridium aceticium
Clostridium formicoacetticium
Clostridium thermoautotrophicium
Acetobacterium woodii
Acetogenium kivui

Ditlenek węgla, wodór

Octany

III. MECHANIZM FERMENTACJI

Fermentacja jest rozumiana jako proces metaboliczny służący odtworzeniu ATP, w

którym produkty rozkładu substratów organicznych pełnią równocześnie rolę donorów i
akceptorów wodoru. Reakcje prowadzące do fosforyzacji ADP mają charakter utleniania.
Utlenione związki węgla opuszczają komórkę w postaci dwutlenku węgla. Poszczególne
etapy utleniania polegają na odwodorowaniu z równoczesnym przekazaniem wodoru do
kofaktora typu NAD. Produkty pośrednie powstające na skutek degradacji substratu służą z
kolei jako akceptory wodoru pochodzącego z NADH

2

. Zredukowane produkty utworzone w

wyniku regeneracji NAD są wydzielane.
Podczas fermentacji glukozy przez drobnoustroje mogą powstać od jednej do czterech
cząsteczek ATP.
Mechanizm fermentacji pokazany jest na rozkładzie glukozy (Rys. 3).
Glikoliza jest ciągiem reakcji zachodzących w cytoplazmie wszystkich prokariotów i
eukariotów.
Glikoliza przebiega zgodnie z następującym równaniem :

Glukoza + 2Pi + 2ADP + 2 NAD

+

→ 2pirogronian + 2H

2

O + 2ATP 2NADH + 2H

+

ADP

ATP

ATP

ADP

NAD

+

+ P

i

NADH

+ H

+

PIROGRONIAN

kinaza pirogronianowa

FOSFOENOLOPIROGRONIA N

H

2

O

2-FOSFOGLICERYNIAN

enolaza

3-FOSFOGLICERYNIAN

fosfogliceromutaza

1,3-BISFOSFOGLICERYNIA N

kinaza fosfoglicerynianowa

ALDEHYD 3-

FOSFOGLICERYNOWY

dehydrogenaza aldehydu

3-fosfoglicerynowego

FOSFODIHYDROKSYA CETON

izomeraza trizofosforanowa

ATP

ADP

ATP

ADP

GLUKOZA

GLUKOZO-6-FOSFORA N

heksokinaza

FRUKTOZO-1,6-BISFOSFORAN

aldolaza

fosfo fruktokinaza

FRUKTOZO-6-FOSFORAN

izomeraza

glukozofosforanowa

Rys. 3. Szlak glikolizy

Pierwszym etapem wpływającym na szybkości metabolizmu heksozy jest jej transport

przez błonę cytoplazmatyczną do komórki, który może zachodzić przy udziale dwóch
mechanizmów:

1. z wykorzystaniem energii ATP (do komórki wprowadzona zostaje glukoza

nieufosforylowana ) lub

2. na drodze translokacji, jednocześnie z fosforylacją glukozy do glukozo-6-P w reakcji

katalizowanej przez fosfotransferazę.

Kluczowym regulatorowym enzymem glikolizy jest fosfofruktokinaza, katalizująca reakcję
praktycznie nieodwracalną. Jej aktywatorami są: AMP, ADP, NH

4

+

, P

i

i cykliczny AMP,

natomiast inhibitorami: ATP, PEP i cytrynian. Nagromadzenie energii metabolicznej, tzn.
wysoki poziom ATP, hamuje glikolizę i odwrotnie, deficyt energetyczny, czyli wysoki
poziom ADP i AMP stymuluje ją.
Drugim kluczowym enzymem procesu glikolizy jest kinaza pirogronianowa, stymulowana
przez fruktozo-1,6-bifosforan i AMP (ADP) oraz hamowana w warunkach wysokiego
potencjału energetycznego komórki i nadmiaru cytrynianu.

Prezentowane tu, bardzo rozwinięte systemy kontroli metabolicznej procesu

degradacji heksoz odnoszą się głównie do organizmów prokariotycznych, chociaż nie u
wszystkich bakterii są one identyczne, ani nie wszystkie muszą funkcjonować jednocześnie u
danego organizmu.

IV. BIOGAZ

W wyniku rozkładu związków organicznych zawartych w ściekach powstaje gaz

fermentacyjny – biogaz.
W postaci ogólnej reakcję powstawania biogazu można zapisać jako:

C

n

H

a

O

b

+ (n- a/2 – b/2) H

2

O → (n/2 – a/8 + b/4 ) CO

2

+ (n/2 + a/8 – b/4) CH

4

Jego skład zależy od rodzaju rozkładanych substancji, a jego ilość od ładunku ChZT
mineralizowanych związków organicznych, jak również od temperatury prowadzenia procesu
i czasu przetrzymywania substratów w reaktorze. Przy prawidłowo prowadzonym procesie
fermentacji głównym składnikiem biogazu jest metan (do 60%), resztę stanowi ditlenek
węgla. Domieszką biogazu jest także wodór powstający w czasie kwasogenezy.
Pomiar ilości powstającego biogazu jest bardzo ważną funkcją diagnostyczną dla oceny
przebiegu fermentacji metanowej. Gdy zasilanie komór osadem, mieszanie, temperatura i
odczyn są stałe, ilość powstającego biogazu jest wartością w miarę stałą. Spadek produkcji
biogazu w ciągu doby poniżej 20% wartości średniej jest sygnałem pojawienia się czynników
wywołujących inhibicję fermentacji metanowej.

Przy fermentacji węglowodanów metan i dwutlenek węgla pozostają w stosunku

objętościowym 1 : 1. W czasie fermentacji białek lub aminokwasów stosunek objętościowy
metanu do CO

2

jest zbliżony do 7: 3, podobnie jak przy fermentacji tłuszczów.

Zakresy udziału procentowego w objętości biogazu powstającego podczas fermentacji
ścieków i osadów ściekowych poszczególnych składników są następujące:

• CH

4

- 55 ÷ 70%,

• CO

2

- 27 ÷ 44%,

• H

2

- 0,2 ÷ 1,0%,

• H

2

S - 0,2 ÷ 3,0%

Wartość opałowa biogazu zależy głównie od zawartości metanu w biogazie. Z 1 kg
węglowodanów powstaje średnio 0,42 m

3

CH

4

, z 1 kg białek – 0,47 m

3

CH

4

a z tłuszczów –

0,75 m

3

CH

4

.

Z 1 kg usuniętego ze ścieków lub osadów ChZT powstaje średnio 0,38 m

3

CH

4

.

Wartość opałowa metanu wynosi 35 MJ/m

3

. Średnia wartość opałowa biogazu wynosi ok.

21,54 MJ/m

3

.

Energia zawarta w 1 m

3

takiego biogazu odpowiada energii zawartej w 0,93m

3

gazu

ziemnego, 1 dm

3

oleju napędowego, 1,25 kg węgla lub odpowiada 9,4 kW · h energii

elektrycznej. Jest to energia odnawialna, przyjazna dla środowiska naturalnego, łatwo
dostępna i po opanowaniu technologii jej produkcji może być energią tanią.
Są dwie zasadnicze koncepcje zagospodarowania biogazu. Pierwsza polega na spaleniu go w
kotle w celu wyprodukowania energii cieplnej. Potem wykorzystywana jest zwykle do
ogrzewania urządzeń i pomieszczeń na terenach oczyszczalni ścieków. Z analiz wykonanych
na istniejących instalacjach wynika, że średnio w skali roku 50% ciepła uzyskiwanego z
biogazu przeznacza się na ogrzewanie komór fermentacji, 30% na produkcję energii
elektrycznej, a 20% stanowią straty ciepła powstające w czasie procesu spalania i wymiany.
Druga koncepcja zagospodarowania biogazu polega na jego spalaniu w silniku
wysokoprężnym napędzającym generator i wykorzystywaniu zarówno energii elektrycznej,
jak i ciepła pochodzącego od silnika i spalin.

V. ZALETY I WADY PRODUKCJI ENERGII Z BIOGAZU

Najważniejsze zalety produkcji energii z biogazu to:

• energia odnawialna i czysta, która nie powoduje skażenia środowiska;

• niski wpływ na efekt cieplarniany dwutlenku węgla uzyskanego ze spalenia biogazu;
• zdecentralizowana produkcja tej energii nie wymaga budowy linii transmisyjnych i

nie występują straty spowodowane jej przesyłaniem;

Najważniejsze z wad produkcji energii z biogazu to:

• konieczność ścisłego przestrzegania reżimów procesu fermentacji ( temperatury, pH,

hermetyczności);

• nakłady inwestycyjne na budową zbiorników, fermentatorów, kupno silnika,

prądnicy i aparatury kontrolno – pomiarowej.

VI. CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA PRZEBIEG PROCESU

Mieszanie
Jest to operacja fizyczna, która w znacznym stopniu wpływa na przebieg procesu.
Niedostateczne lub złe mieszanie zawartości komór fermentacyjnych nie zapewnia tych
samych warunków technologicznych w całej objętości komory. Występują wówczas miejsca
przegrzane i niedogrzane, miejsca przeciążone osadem surowym lub osadem źle
zaszczepionym. Nie są więc spełnione warunki optymalne dla rozwoju bakterii
metanogennych.

pH
Odczyn decyduje o prawidłowym rozwoju mikroorganizmów wywołujących fermentację
metanową. Już małe zmiany pH powodują zaburzenia w ich namnażaniu. W prawidłowo
przebiegającym procesie beztlenowego pH powinno mieścić się w zakresie 7-7,5. wartość pH
uzależniona jest od zdolności buforowych osadów oraz aktywności biochemicznej
mikroorganizmów biorących udział w procesie.


Uwodnienie
Zawartość wody w osadach nie powinna być mniejsza niż 55 %. Warunek ten zazwyczaj jest
spełniany, gdyż poddawane fermentacji osady są uwodnione w ok. 90 %.

Substancje odżywcze
Do zachowania aktywności życiowej bakterie wymagają określonych składników
pokarmowych, głównie takich jak związki węgla organicznego, azot, fosfor, siarka oraz
pierwiastki śladowe (nikiel, kobalt, molibden, żelazo, selen, wolfram, bakterie octanowe
potrzebują dodatkowo cynku, miedzi i manganu). Istotną rolę w przyswajaniu pierwiastków
przez mikroorganizmy odgrywa siarka. Tworzy ona z metalami siarczki i blokuje dostęp tych
pierwiastków do komórek bakteryjnych, zmniejszając negatywne działanie metali.

Substancje toksyczne
Przy ocenie wartości granicznych stężeń substancji toksycznych dla procesu fermentacji
należy wziąć pod uwagę zdolność adaptacyjną mikroorganizmów do warunków środowiska,
w którym się rozwijają, co pozwala im przystosować się do pewnych stężeń substancji
toksycznych.
Proces fermentacji metanowej może być hamowany zarówno przez substancje dostarczane z
zewnątrz jak i produkty powstające w trakcie procesu.

Kwasy tłuszczowe. Związki te mogą się tworzyć w ilościach nadmiernych w

przeciążonych komorach fermentacyjnych. Przyjmuje się, że stężenia powyżej 2000 mg/dm

3

mogą powodować zakłócenia procesu fermentacji. Jednakże stwierdzono, że stężenia kwasu
masłowego i octowego do 10 000 mg/dm

3

nie powodują hamowania fermentacji. W

przypadku kwasu propionowego ujemny wpływ na proces stwierdzono przy stężeniu 6000
mg/dm

3

.

Wpływ innych związków organicznych na procesy beztlenowe Przedstawiono w tabeli 2:

Tabela 2. Stężenia związków organicznych hamujące procesy beztlenowe

Związek organiczny Stężenie hamujące [mg/dm

3

]

Formaldehyd 50-200
Chloroform

0,5

Bromek etylu

5

Nafta

500

Kationy metali. Kationy wapnia, potasu, sodu czy magnezu, obecne w dopływających

ściekach, są uwalniane podczas rozkładu substancji organicznej lub są dodawane jako
substancje buforowe. Wchodzą w skład pożywki dla organizmów, jednak po przekroczeniu
pewnych stężeń powodują hamowanie procesu metanogenezy.

Tabela 3. Wpływ soli na przebieg procesu fermentacji metanowej.

Działanie

Sole

[g/m

3

]

stymulujące

średnio niebezpiecz.

toksyczne

Ca 100-200

2500-4000

8000

Mg 75-150

1000-1500

3000

K 200-400

2500-4500

12000

Na 100-200

3500-5500

8000

Związki azotu. Źródłem tych związków są dopływające ścieki, które stanowią produkty
rozkładu substancji organicznych zawierających azot, np. białka. Hamujący wpływ na
procesy beztlenowe ma azot azotanowy i amonowy. W tablicy 4 podano wielkości stężeń i ich
wpływ na aktywność biologiczną w warunkach beztlenowych.

Tabela 4. Wpływ stężenia azotu amonowego na proces fermentacji metanowej

Związek organiczny

Stężenie azotu amonowego [mg/dm

3

]

Stymulująca 50-200
Bez wpływu 200-1000
Hamowanie przy
podwyższonym pH

1500-3000

Toksyczny Powyżej 3000

Metale ciężkie. Toksyczność metali ciężkich zależy przede wszystkim od formy

związku metalu oraz od sposobu zasilania urządzeń, w których prowadzone są procesy
beztlenowego oczyszczania . tylko metale w formie rozpuszczonej są trujące w znacznym
stopniu. Jeżeli występują jako siarczki lub węglany, nie mają wpływu na procesy beztlenowe.
Podczas fermentacji metanowej w obecności siarkowodoru i dwutlenku węgla zachodzą
reakcje strącania metali ciężkich, z wyjątkiem chromu. Powstają trudno rozpuszczalne
siarczki metali oraz węglany. W tabeli przedstawiono stężenia metali ciężkich hamujące
procesy beztlenowe.

Zasady działania urządzeń do przeróbki osadów

Do przeróbki i fermentacji osadów ściekowych stosuje się następujące zasadnicze

rodzaje urządzeń:

• Osadniki gnilne – OG

• Komory fermentacyjne w osadnikach zespolonych (Imhoffa) – OZ
• Wydzielone komory fermentacji – WKF

Osadniki gnilne – Stosowane są zazwyczaj jako jedyny obiekt przeróbki osadów w
przydomowych oczyszczalniach ścieków. Fermentacja łącznie z sedymentacją zachodzi i
biologicznym beztlenowym oczyszczaniem ścieków zachodzi w nim bez środków i urządzeń
wspomagających. Są to przeważnie prostokątne zbiorniki, podzielone na trzy komory przez
które przepływają ścieki. Wadą tych osadników jest to, że przepływające świeże ścieki
stykają się bezpośrednio z produktami fermentacji osadów. Zaletą ich jest to, że posiadają
prostą konstrukcję i są łatwe w eksploatacji. Czas fermentacji osadów ok. 6 miesięcy.
Komory fermentacyjne zespolone z osadnikami – Osadniki takie po raz pierwszy zostały
wprowadzone i zastosowane przez Karla Imhoffa, stąd też noszą nazwę osadników Imhoffa.
Są to urządzenia o przekroju kołowym lub prostokątnym z dnem w kształcie stożka lub
ostrosłupa. W górnej części osadnika są koryta osadowe, zaś dolną część stanowi komora
fermentacyjna. Podstawową różnicą pomiędzy działaniem osadnika gnilnego a osadnika
Imhoffa jest to, że w osadniku Imhoffa ścieki nie stykają się z fermentującymi osadami. Osad
w komorze fermentacyjnej pozostaje od 3 do 5 miesięcy. Powstający w czasie fermentacji gaz
wznosi się ku górze i albo uchodzi do atmosfery, albo chwytany jest przy pomocy specjalnych
urządzeń w celu wykorzystania go. Przefermentowany osad usuwany jest z komory
grawitacyjnie.
Wydzielone komory fermentacji – Są to cylindryczne lub prostopadłościenne, najczęściej
żelbetonowe zbiorniki zakończone u dołu lejem ułatwiajacym spuszczanie
przefermentowanego osadu. Ponadto WKF mają urządzenia do mieszania osadów, a także
przewody odprowadzające gaz, wodę nadosadową i przefermentowany osad. Zaletą WKF jest
możliwość sterowania przebiegiem procesu fermentacji poprzez podgrzanie osadów, ich
mieszanie i regulowanie dopływu świeżego osadu.