Metan i dwutlenek węgla

Composition gaz (odnoszącego się głównie do stosunku dwutlenku węgla do

metan) może być tylko częściowo skontrolowany. To zależy od następujących czynników:

• Dodatek z długo - związki węglowodoru łańcucha , na przykład,

materiały, które są bogate w tłuszczu, mogą pomóc ulepszyć

jakość gaz, pod warunkiem że ilości są rozsądne

i nie do wielkiego by uniknąć kwaśności.

Jak pokazano w Rysunek 1.2 , zawartość metanu powiększa

wyżej numer C - atomy w substracie.

• Ogólnie, beztlenowy rozkład biomasy

ulepsza się z dłuższym czasem wystawienia. Ku końcowi z

czas przebywania zawartość metanu wzrasta

nieproporcjonalnie, specjalnie skoro tylko CO 2 - wypuszczanie

proces hydrolizy zaczyna stawać się dezaktywowanym.

• Proces fermentacji ma miejsce dużo szybszy i więcej

równo jeżeli materiał w bioreaktorze czuje się dobrze i

jednolicie aktywowany. Czas wystawienia może być

krócej.

• Jeżeli substrat jest dobrze załączony w strukturach ligniny , typ

dezintegracji substratu staje się ważnym.

struktura powinna być rozerwana {przerwana} albo defibrated raczej niż wyrzynała się.

• Wyższa zawartość płynu w bioreaktorze kończy się

wyższa koncentracja CO 2 rozpuszczony w wodzie, zmniejszając

poziomu CO 2 w fazie gaz.

• Wyżej temperatura podczas proces fermentacji

niższe jest koncentracja CO 2 rozpuszczony w wodzie.

• Wyższe ciśnienia prowadzi do wyższej koncentracji CO 2

rozpuszczony w wodzie. To może wpłynąć na jakość gaz w

pozytywna sposób jeżeli materiał z dołu reaktora

jest usunięty ponieważ CO 2 są rozładowany.

• Załamanie w mocy zaopatrzenie {zapas} ma być uniknięte dla kompletnego

i wystarczająca hydroliza materiału. To jest ważne tamto

materialny dla rozładowania bądź zupełnie rozłożony.

• Substrat musi być dobrze przygotowany by przyśpieszyć i

wzmocnij rozkład.

In the first phase (the hydrolysis), undissolved compounds, like cellulose, proteins,

and fats are cracked into monomers (water - soluble fragments) by exoenzymes

(hydrolase) of facultative and obligatorily anaerobic bacteria. Actually, the covalent

bonds are split in a chemical reaction with water (Figure 2.2 ).

The hydrolysis of carbohydrates takes place within a few hours, the hydrolysis

of proteins and lipids within few days. Lignocellulose and lignin are degraded only

slowly and incompletely.

The facultative anaerobic microorganisms take the oxygen dissolved in the water

and thus cause the low redox potential necessary for obligatorily anaerobic

microorganisms.

2.1.1

Hydroliza

W pierwszej fazie (hydroliza), nierozpuszczony związki, jak celuloza, białka,

i tłuszcze są rozbite do monomerów (woda - rozpuszczalne fragmenty) przez exoenzymes

(hydrolaza) fakultatywnych i obowiązkowo beztlenowych bakterii. Faktycznie, kowalentne

więzi są rozdzielone w reakcji chemicznej z wodą (Rysunek 2.2 ).

Hydroliza węglowodanów ma miejsce w granicach kilku godzin, hydrolizy

białek i lipidy w granicach kilku dni. Lignocellulose i lignina są zdegradowane tylko

powoli i niezupełnie.

Fakultatywne beztlenowe drobnoustroje biorą tlen rozpuszczony w wodzie

i tak spowoduj niski redoks potencjalny konieczny dla obowiązkowo beztlenowego

drobnoustroje.

2.1.2

Faza Acidogenic

Monomery tworzone w hydrolizowy fazie są podniesione przez różnych fakultatywny

i obowiązkowo beztlenowe bakterie i są zdegradowane w drugiej, acidogenic

faza, do krótko - kwasy organiczne łańcucha , C1 - C5 cząsteczki (na przykład, masłowy kwas, propionowy

kwas, octan, kwas octowy), alkohole, wodór i dwutlenek węgla. Koncentracja

pośrednio tworzonych jonów wodorowych dotyka rodzaj produktów

fermentacji. Wyżej częściowe ciśnienia wodoru, mniej zmniejszonych

związki, jak octan, są tworzone.

Ścieżki degradacji są jak następuje:

a. Węglowodany:

Formacja {Kształtowanie} kwasu propionowego przez propioni bakterię przez

ścieżka bursztynianu i akrylowa ścieżka (Rysunek 2.3 )

Formacja {Kształtowanie} masłowego kwasu (masłowa kwaśna ścieżka) nade wszystko przez

clostridium

Kwas octowy → 2 - hydroxy maślan → Trany - 2 - butenic kwaśny →

masłowy kwas → butanol (Rysunek 2.4 )

B. Kwasy tłuszczowe:

Te są zdegradowane na przykład od bakterii octowej przez   utlenianie.

Dlatego kwas tłuszczowy jest wiązany na Koenzymie i wtedy

utlenia się po kawałku, jak z każdym krokiem dwa C atomy są

rozdzielony, które są uwolnione jak octan.

c. Aminokwasy:

Te są zdegradowane przez reakcję Stickland przez Clostridium

botulina biorąca dwa aminokwasy w tym samym czasie - jeden jak

dawca wodoru , inny jak akceptant - w połączeniu do

octan, amoniak i CO 2 . Podczas rozszczepiania się cysteiny,

wodoru siarczek jest wypuszczony.

2.1.3

Faza Acetogenic

Produkty od acidogenic fazy służą jak substrat dla innych bakterii, te

acetogenic fazy.

Acetogenic reakcje (Tabela 2.1 ) są endoenergetyczne. Z degradacją z

kwas propionowy to potrzebne  G f ′ = + 76.11 kJ mola − 1 i z degradacją z

etanol  G f ′ = + 9.6 kJ mola − 1 . 4)

W acetogenic fazie, homoacetogenic drobnoustroje stale zmniejszają się

egzoenergetyczny H 2 i CO 2 do kwasu octowego.

2CO2+4H2↔CH3COOH+2H2O

Bakterie Acetogenic to obowiązujący H 2 producenci. Formacja {Kształtowanie} octanu przez utlenianie

z długo - łańcucha kwasy tłuszczowe (na przykład, propionowy albo masłowy kwas) biegną dalej {biegną na} jego własny i

jest tak termodynamicznie możliwy tylko z bardzo niskim wodorem częściowe ciśnienia.

Bakterie Acetogenic mogą dostać energię konieczną dla ich przeżycia i wzrostu,

dlatego, tylko w bardzo niskim H 2 koncentracja.

Acetogenic i metan - produkujące drobnoustroje muszą dlatego zamieszkać w symbiozie.

Organizmy Methanogenic mogą utrzymać się przy życiu tylko z wyższym wodorem częściowym

ciśnienia. Oni stale usuwają produkty metabolizmu acetogenic

bakterie od substratu toteż utrzymują wodorowi częściowe ciśnienia, p H2 , przy

niski poziom odpowiedni dla acetogenic bakterii.

Kiedy wodór częściowe ciśnienia to niskie, H 2 , CO 2 i octan są przeważnie

tworzony przez acetogenic bakterie. Kiedy wodór częściowe ciśnienia jest

wyżej, przeważnie masłowy, capronic, propionowe i walerianowe kwasy i etanol

są tworzone. Od tych produktów, methanogenic drobnoustroje mogą proces

tylko octan, H 2 i CO 2 .

Około 30% z całego CH 4 produkcja w beztlenowym mule może być przypisana

do redukcji CO 2 przez H 2 , ale tylko 5 - 6% z całej formacji {kształtowania} metanu

może być przypisany rozpuszczony wodór. To ma być wyjaśnione przez “ intergatunek

wodór przenoszą się(Rysunek 2.5 ) ” , przez który wodór rusza się bezpośrednio

od acetogenic drobnoustroi do methanogenics, bez bycia rozpuszczony

w substracie.

Beztlenowa zamiana kwasów tłuszczowych i alkohole idą {znajdują się} energicznie przy

wydatek methanogenics, gdzie te, jednak, w powrocie {zwrocie}, otrzymują substraty

(H 2 , CO 2 , kwas octowy) potrzebny dla wzrostu od acetogenic bakterii.

Acetogenic faza ogranicza tempo {stawkę} degradacji w fazie końcowej. Od

ilość i kompozycji biogazu, wniosek {zakończenie} może być ciągniony o

działalność acetogenic bakterii.

W tym samym czasie, organiczny azot i związki siarki może być mineralizowany

do hydrogenic siarki przez produkowanie amoniaku.

Redukcja siarczanu następuje na przykład stechiometryczne równania poniżej.

Siarczan - zmniejszające bakterie taki jak Desulfovibrio, Desulfuromonas, Desulfobulbus,

Desulfobacter, Desulfococcus, Desulfosarcina, Desulfonema i Desulfotomaculum biorą udział

w proces, który używa energii wypuszczonej przez egzoenergetyczną reakcję.

TAK CH WSPÓŁOCH HS CO HCO H Och

TAK CH CHOHCOOH HS CH

4 3 2 3 2

4 3 3

2

22 2

− − −

− −

+ + + +

+ + WSPÓŁOCH CO + 2+HCO3−+H2O

2.1.4

Faza Methanogenic

W czwartej stadium, formacja {kształtowanie} metanu ma miejsce pod dokładnie beztlenowym

warunki. Ta reakcja jest kategorycznie egzoenergetyczna. Jak następuje od opisu

methanogenic drobnoustroi, cały methanogenic gatunek nie zwyrodnieją

wszystkie substraty. Jeden może podzielić substraty dopuszczalne dla methanogenesis na

chodzenie za trzema grupami: 6)

CO 2 typ: CO 2 , HCOO − , CO

Typ metylu: CH 3 OCH, CH 3 NH 3 , (CH 3 ) 2 NH 2 + , (CH 3 ) 3 NH + ,

CH 3 SH, (CH 3 ) 2 S

Typ octanu: CH 3 GRUCHANIE −

Reakcje 7) są pokazane w Tabela 2.2 .

Ścieżka dla formacji {kształtowania} metanu od octanu i/lub CO 2 w drobnoustrojach

ma być zobaczony w Rysunek 2.6 . Długo - węglowodory łańcucha są włączone {zaangażowane} taki

jak methanofuranes (na przykład R - C 24 H 26 N 4 Och 8 ) i H 4 TMP (tetrahydromethanopterin) jak

Co - czynniki. Corrinoids to cząsteczki, które mają cztery zmniejszone pierścienie pirolu w

wielki pierścień i może być reprezentowany {przedstawiony} przez C wzoru empirycznego 19 H 22 N 4 .

Kiedy formacja {kształtowanie} metanu pracuje, acetogenic faza też pracuje bez

problemy. Kiedy formacja {kształtowanie} metanu jest zaniepokojona, overacidifi kation zdarza się.

Problemy mogą zdarzyć się kiedy acetogenic bakterie mieszkają w symbiozie zamiast

z methanogenic gatunkiem z innymi organizmami, używając H 2 . W wodzie ściekowej

technologia, symbioses może zdarzyć się z drobnoustrojami, które zmniejszają siarczan do

wodoru sulfi de. Dlatego oni potrzebują wodoru i współzawodniczą z methanogenics.

Methanogenics dostają mniej zasilanie i forma mniej metanu. Dodatkowo,

wodoru sulfi de dotyka methanogenics toksycznie. 9)

Cały metan - kształtujące się reakcje mają różnych energii wydajności {plony, dochody}.

Utlenianie kwasu octowego to, w porównaniu do redukcji CO 2 + H 2 , tylko

trochę {mały} egzoenergetycznego:

CH WSPÓŁOCH CH CO przy G kJ/kmol

CO BADH/H CH 2H Och NAD

3 4 2

0

2

+

4 2

↔  

+ + +

 31

4 4 + przy G0 = 136 kJ/kmol

Niemniej jednak, tylko 27 - 30% z metanu powstają od redukcji, podczas gdy 70%

powstaje od octanu podczas methanation. To też jest w morskich osadach.

Octan - używający methanogenics jak Methanosarcina barkeri, Methanobacterium

s ö hngenii i Methanobacterium thermoautotrophicum rosną w octanie bardzo powoli,

teoretycznie z czasem regeneracji przynajmniej 100 h, podczas gdy CO 2 skręcili {odwrócili się}

poza by być zasadniczy dla wzrostu. Kiedy substrat, który jest bogaty w energii może

bądź używany, jak, na przykład, metanol albo metyloamina, wtedy okres pokolenia {czas generacji} jest

niższy (40 h z Methanosarcina na metanolu). Jednak teoretycznie dane

okresy pokolenia {czasy generacji} mogą być znacznie dłuższe pod rzeczywistymi warunkami.

---