способ метанового сбраживания навозных стоков

Формула изобретения

1. Способ метанового сбраживания навозных стоков, отличающийся тем, что в навозные стоки вводят ассоциацию, содержащую культуры Corynebacterium species, Pseudomonas species, Arthrobacter simplex, перерабатывающие навоз в органические кислоты, и метаногенерирующие культуры Methanobacterium omelianskii и Methanococcus mazei, причем соотношение указанных метаногенерирующих:к перерабатывающим навоз культурам составляет от 0,5:2 до 2:1, а общее количество вводимой в навозный сток влажностью от 92 до 98 вес.% биосуспензии микробной ассоциации с общим титром указанных культур от 10 ⁵ до 10⁸ КОЕ/мл составляет от 1 до 10 вес.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс проводят при перемешивании среды в периодическом или непрерывном режиме, обеспечивая время сбраживания навозного стока от 7 до 15 суток.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс проводят при поддержании рН среды в диапазоне 6,5-7,8, при температуре в диапазоне 36,0-37,5°С, причем большие значения указанных параметров обеспечивают на конечной стадии процесса.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при засеве используют соотношение культур Methanobacterium omelianskii:Methanococcus mazei, равное 2:1-0,5:2.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при засеве используют соотношение культур Corynebacterium species:Pseudomonas species:Arthrobacter simplex, равное 2:1:0,5-1:1:1.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в сбраживаемый навозный сток добавляют комплекс микроэлементов, содержащий соли металлов Сu, Zn, Fe, Mg, Se, Co, Cr.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в сбраживаемый навозный сток добавляют предварительно измельченные до размера частиц 1-10 мм растительные отходы в количестве от 5 до 35 вес.% от массы сбраживаемого навозного стока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области переработки жидкого сырья с использованием биотехнологических процессов, а именно к области утилизации смыва отходов жизнедеятельности животных и птиц с получением в качестве одного из целевых продуктов биогаза, и может быть использовано в животноводческих фермах и птицеводческих хозяйствах, использующих, предпочтительно, бесподстилочное содержание и гидросмыв отходов жизнедеятельности животных и птиц.

Широкое внедрение установок получения биогаза определяется решением двух основных задач:

- утилизация органических отходов (решение экологической проблемы);

- получением теплой и электрической энергии, обеспечивающих работу собственно установки получения биогаза, а также получение избыточных теплой и электрической энергии для реализации.

Для эффективной работы биогазовых установок необходимо оптимизировать для конкретных условий работы и используемого сырья микробиологические и технологические параметры процесса, а также конструктивные характеристики используемых биореакторов.

В то же время рационально организованная биогазовая установка при оптимизированном способе ее работы позволяет осуществлять переработку органических отходов с получением достаточно дешевой тепловой и электрической энергии, в частности при использовании в качестве сырья продуктов жизнедеятельности животных и птиц.

Экологическая безопасность применения и калорийность биогаза (от 5 до 7 ккал/м³) в сочетании с простотой технологией его получения, а также огромное количество отходов, подлежащих переработке - все это является положительным фактором для дальнейшего развития и распространения биогазовой технологии при переработке сельскохозяйственных отходов.

Следует отметить, что переработка различных органических отходов методом анаэробного сбраживания с образованием биогаза становится в последние годы приоритетным направлением при создании различных агрокомплексов, заводов по утилизации муниципальных отходов, станций очистки вод и др. При этом, наряду с решением экологической задачи по утилизации отходов, биогазовые установки используют для производства более дешевой электроэнергии и тепловой энергии.

Навозные стоки от животноводческих комплексов наряду с биотехнологией их переработки на различные компосты, биоорганические удобрения, могут быть эффективно использованы в качестве сырья для биогазовых установок.

Образующийся в процессах метаногенеза жидкий или твердый шлам - отходы от работающей биогазовой установки, вывозят на поля и используют в качестве органических удобрений. Данное применение обусловлено условиями метаногенерации, при которой патогенные энтеробактерии, энтеровирусы, а также паразитарные популяции практически полностью погибают в процессе метагенеза.

Метановое сбраживание представляет собой многостадийный процесс микробиологической переработки органического вещества до конечных продуктов, в основном метана и углекислого газа. При этом метанобразующие бактерии развиваются только в анаэробных условиях.

Микробиологический процесс метанового сбраживания протекает постадийно: сначала анаэробные микроорганизмы осуществляют ферментативный гидролиз органики сырья (белки, липиды, полисахариды) до низкомолекулярных жирных кислот и спиртов, далее происходит их окисление ацетогенными микроорганизмами с образованием низкомолекулярных органических кислот (молочной, пропионовой, уксусной и др.). В процессе ферментативного гидролиза образуются также водород и углекислый газ. Далее происходит развитие метанобразующих бактерий, использующих как органический субстрат, так и образовавшуюся в процессе газовую смесь водорода и углекислого газа.

В большинстве случаев в процессе биосинтеза на стадии метанообразования используют ассоциации культур. Лучшие показатели достигаются при применении таких культур, как культуры рода Methanobacterium, Methanococcus и др., обеспечивающих максимальную скорость метанообразования при 33-37°C (мезофильный режим) при поддержании оптимального соотношения C:N, состава микро- и макроэлементов минерального питания клеток в ферментационной среде, ее перемешивании, рН среды и других параметров процесса.

Определенные преимущества имеют термофильные культуры, развивающиеся при 50-54°C, что обеспечивает повышение интенсивности (ускорение) процесса, однако это требует больших затрат тепловой энергии на поддержание в метанотенке такой высокой температуры и не всегда экономически оправдано.

В странах среднего климата предпочтение отдают мезофильному режиму ферментации, при котором на поддержание процесса тратят меньше энергии и не нужна столь тщательная теплоизоляция оборудования и коммуникаций.

Для получения биогаза путем метанового сбраживания жидких навозных стоков наиболее экономичными признаны установки непрерывного действия, обеспечивающие равномерный выход биогаза и навоза. Оптимально процесс реализуют в двух соединенных последовательно реакторах или в одном реакторе, разделенном на секции. В первом реакторе (секции) происходит процесс анаэробного разложения органики с образованием кислот, окислов углерода и водорода (кислотная стадия). Полученная бражка поступает во второй реактор (секцию), в котором происходит процесс образования метана. В такой системе можно независимо варьировать условия ферментации (скорость протока, pH, температуру) в каждом реакторе (секции) с учетом создания оптимальных условий для развития микроорганизмов деструкторов в первом реакторе (секции) и метаногенов - во втором реакторе (секции). В целом, применение такой биосистемы позволяет существенно увеличить выход биогаза с установки.

Выход биогаза в основном зависит от состава и вида используемого сырья.

В частности, при переработке навоза крупного рогатого скота (КРС) в метанотенке выход биогаза, в частности, существенно зависит от состава используемого навоза, определяемого рецептурой кормления животных, наличием растительных остатков в навозе, содержанием органических веществ и лигноцеллюлозного комплекса.

Выбор условий проведения процесса метанового сбраживания и развития микробного сообщества (применение природных ассоциаций или селекционированных консорциумов микроорганизмов) является существенным фактором, определяющим выход биогаза, скорость процесса и содержание метана в газе, что, в конечном счете, определяет эффективность работы биогазовой установки.

Навозные стоки образуются на животноводческих фермах при применении гидравлических или самотечных систем удаления навоза из помещений. Содержание органических веществ в этих стоках составляет от 1 до 2% в зависимости от способа удаления навоза и количества смывной воды, расходуемой на технологические нужды фермы.

Обычно такие стоки подвергают биологической очистке до норм их сброса в открытые водоемы или используют как удобрение для орошения сельскохозяйственных культур после многократного (4-10) разбавления их чистой водой (Нормы технологического проектирования систем удаления и подготовки навоза к использованию ОНТП 17-99 Минсельхоз РФ).

Недостатками этих способов является то, что при биологической очистке удаляются практически все органические вещества (исходные по БПК - 10-15 г/л, а после очистки - 50-150 мг/л), а также теряется значительное количество других биогенных веществ. В результате удобрение полей такими стоками неэффективно. Кроме того, при биологической очистке образуется около 10% избыточного активного ила, который представляет опасность для окружающей среды, а использование его для удобрения полей возможно только после продолжительного хранения - до 6 месяцев, и подсушки на иловых площадках.

Известно (Итоги науки и техники. Биотехнология. ВИНИТИ, М., т.29, стр.47-51, 1991 г.) анаэробное сбраживание навозных стоков в специальных метантенках (анаэробные биофильтры, реакторы с восходящим или нисходящим потоком, контактные реакторы), приспособленных для сбраживания низкоконцентрированных отходов. В этом случае анаэробные реакторы выполняют роль устройств для предварительной очистки навозных стоков, что также ведет к значительной потере биогенных веществ, без которых использование навозных стоков в качестве удобрения бесполезно. Кроме того, они не обеззараживаются от гельминтов и других болезнетворных бактерий и не обезвреживаются от семян сорных растений.

Известен (патент RU 2098933) способ получения органических удобрений, включающий анаэробное сбраживание навозных стоков. Недостатком данного способа является невозможность обработки навозных стоков с влажностью более 98%, а также невозможность обработки твердого подстилочного навоза, имеющего влажность менее 90%, так как не происходит первичной стадии метанового брожения (гидролиз) и массообмена между метаногенными бактериями и органическими веществами, при этом происходит накопление избытка летучих жирных кислот (более 2000 мг/л), которые ингибируют процесс.

Известен способ переработки свиного бесподстилочного навоза на удобрение (авторское свидетельство SU 950217, 1982). Согласно известному способу свиной бесподстилочный навоз, в том числе и получаемый гидросмывом, из животноводческого помещения поступает в навозоприемник, снабженный устройством для перемешивания, предназначенным для предотвращения разделения поступившего навоза на фракции. Из указанного навозоприемника навоз посредством насоса перекачивают в смеситель. В процессе перекачивания происходит дополнительное измельчение остатков корма, присутствующего в навозе. Одновременно в смеситель поступает измельченный торф, очищенный от инородных примесей.

Загруженные в смеситель торф и навоз подвергают гомогенизации и смешению. Затем полученную смесь перекачивают в накопительную емкость. После заполнения указанной емкости смесь перекачивают по замкнутому контуру, включающему электрогидравлическую дробилку. При достижении заданной однородности смеси она поступает в хранилище готового продукта.

Недостатком известного способа следует признать его низкую питательную ценность получаемого удобрения, обусловленную отсутствием стадии ферментации навоза, т.е. глубинной переработки навоза.

Известен (патент CN 101372666) способ приготовления органического удобрения из навоза путем разжижения навоза, его сбраживания в метантенках при использовании метанобразующих бактерий с получением органического удобрения и незначительного количества биогаза.

К недостаткам данного способа относятся невысокая питательная ценность низкое качество удобрения из-за отсутствия микроэлементов и большей части органических веществ, высокое содержание патогенных микроорганизмов, а также низкое качество выделяющегося биогаза по содержанию топливного метана.

Известен (патент GB 1059888) также способ приготовления органических удобрений путем многостадийного анаэробного сбраживания в метантенке углеводородного сырья в смеси с измельченным органическим сырьем, в котором с целью ускорения процесса сбраживания использована ассоциация культур микроорганизмов, в основном перерабатывающих углеводороды, а также метанобразующие бактерии. Получаемый при этом биогаз является побочным продуктом.

Для сбраживания (авторское свидетельство SU 1104152) растительных отходов тепличного хозяйства и навоза крупного рогатого скота была разработана ассоциация продуцентов метана, содержащая Methanosarcina majei, Methanothrix Soehugenii, Methanobacterium formicicum № 1002.

Недостатком известной ассоциации следует признать длительность индукционного периода, а также достаточно малый выход биогаза.

Известен способ (авторское свидетельство SU 1776643) получения биогаза сбраживания смеси углеводного сырья и жидкого навоза. Содержание влаги в навозе составляет до 15%. На первой стадии в перерабатываемую массу вводят стерилизующий агент, затем в стерилизованную массу вводят глюкозобродящую бактерию, в частности Escherichia Coli, создающую анаэробные условия для разложения глюкозы с получением водорода, углекислого газа, кислот и спирта. Отделяют газы с последующим их разделением, а также отделяют от сбраживаемой массы кислоты и спирт. Затем сбраживаемую массу повторно стерилизуют и вводят в стерилизованную массу целлюлозоразрушающие бактерии, в частности Clostridium thermocellum, от сбраживаемой массы повторно отделяют образующиеся кислоты и спирт, кислоты перекачивают в метатенк, добавляют культуру метанобразующих бактерий, в частности Methanobacterium formicium, способную генерировать метан и углекислый газ.

Способ крайне сложен, трудоемок, выход метана незначителен.

Наиболее близким аналогом разработанного технического решения можно признать (авторское свидетельство SU 1049537). Согласно известному техническому решению известна синтрофная ассоциация, содержащая кислотогенную группу микроорганизмов, в состав которой входят Sareina maxima и Sareina ventriruli, а также метаногенная группа, в состав которой входят Methanosareina mazei и Methanobacterium thermoantotrophicum.

Недостатком способа все же следует признать недостаточный для промышленного применения выход биогаза, обусловленный, вероятно, неоптимальным подбором культур бактерий в предложенной ассоциации.

Техническая задача, решаемая посредством разработанного способа, состоит в оптимизации процесса метанового сбраживания навозных стоков.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного способа, состоит в повышении скорости образования биогаза при одновременном увеличении его выхода и повышении содержания метана в биогазе.

Для повышения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ сбраживания навозных стоков. Согласно разработанному способу в навозные стоки вводят ассоциацию, содержащую культуры Corynebacterium species, Pseudomonas species и Arthrobacter simplex, перерабатывающие навоз в органические кислоты, и метаногенерирующие культуры Methanobacterium omelianskii и Methanococcus mazei, причем соотношение указанных метаногенерирующих к перерабатывающим навоз культурам составляет 0,5:2 до 2:1, а общее количество вводимой в навозный сток влажностью от 92 до 98 вес.% биосуспензии микробной ассоциации с общим титром указанных культур от 10⁵ до 10⁸ (КОЕ/мл) составляет от 1 до 10 вес.%. Процесс проводят в анаэробных условиях при перемешивании среды в периодическом или непрерывном режиме, обеспечивая время сбраживания навозного стока от 7 до 15 суток. Желательно проводить процесс при поддержании рН среды в диапазоне 6,5-7,8 и при температуре в диапазоне 36,0-37,5°C, причем большие значения указанных параметров обеспечивают на конечной стадии процесса. Предпочтительно при засеве используют соотношение культур Methanobacterium omelianskii : Methanococcus mazei=2:1-0,5:2, a также соотношение культур Corynebacterium species : Pseudomonas species : Arthrobacter simplex=2:1:0,5-1:1:1. Обычно в сбраживаемый навозный сток добавляют комплекс микроэлементов, содержащий соли металлов Cu, Zn, Fe, Mg, Se, Co, Cr. Для увеличения выхода метана в сбраживаемый навозный сток до засева или в процессе сбраживания добавляют предварительно измельченные до размера частиц 1-10 мм растительные отходы в количестве от 5 до 35 вес.% от массы сбраживаемого навозного стока. В частности, добавляют резаную солому, измельченную ботву сельскохозяйственных культур, измельченные остатки растительных кормов сельскохозяйственных животных и т.д.

Исходный навозный сток независимо от типа навоза содержит достаточно незначительные количества органических кислот - веществ, перерабатываемых метанобразующими бактериями с образованием метана, наиболее существенной части биогаза. Поэтому в предлагаемом способе была составлена ассоциация бактерий, содержащая микроорганизмы, способные утилизировать компоненты навозного стока с выделением жирных кислот, а также метанобразующие бактерии, способные утилизировать образующие жирные кислоты с образованием компонентов биогаза. Одновременно с указанной ассоциацией переработку навозных стоков осуществляет и изначально присущая навозному стоку микрофлора. Поскольку навозные стоки, получаемые в результате жизнедеятельности различных сельскохозяйственных животных и птиц, содержат различную, присущую только им, микрофлору, то процесс сбраживания навоза под действием природной микрофлоры не оптимальным образом направлен на получение биогаза, т.е. выход биогаза и содержание в нем метана не оптимальны.

Добавление подобранной микробной ассоциации в виде суспензии с концентрацией клеток от 10 ⁵ до 10⁸ (КОЕ/мл) в количестве 1-10 вес.% к массе навозного стока позволяет существенно ускорить процесс метанообразования, повысить выход биогаза и содержание метана в нем.

В ходе разработки опытным путем была составлена ассоциация из пяти видов микроорганизмов, совместная деятельность которых при реализации экспериментально выбранных условиях проведения процесса метанового сбраживания позволяет получить максимальные результаты генерирования биогаза и его оптимальный состав.

В дальнейшем приведено влияние признаков, введенных в формулу изобретения, на достижение указанного технического результата.

ПРИМЕР 1

Лабораторный процесс метанового сбраживания проводили, используя реакторные колбы. В реакторную колбу загружали исходный навозный сток КРС (влажностью 97,5%) и герметично ее закрывали, предварительно внося суспензию исследуемого микробного консорциума Methanobacterium omelianskii и Methanococcus mazei, входящего в состав сформированной ассоциации. Рабочий объем колбы составлял 700 мл, количество вносимой микробной суспензии (инокулят) составляло 15 мл (2% к массе навоза). Колбу помещали в термостат. В термостате устанавливали температуру 37,5°C, поддерживая ее автоматически. Перемешивание (слабое) навозного стока в колбе осуществляли с исользованием магнитной мешалки и 3 раза в сутки интенсивным встряхиванием колбы.

Аналогичные условия проведения процесса были для контрольной колбы, где сбраживание навозного стока проводили без добавления микробной суспензии за счет естественной микрофлоры навоза. Ее также устанавливаемой в термостате с теми же температурными параметрами.

Как указано ранее, в качестве микробной ассоциации использовали в первом эксперименте консорциум метаногенерирующих культур Methanobacterium omelianskii и Methanococcus mazei. Процесс осуществляли в периодическом режиме в течение 10 суток.

При визуальном сравнении хода процесса было отмечено, что уже на 2-е сутки в опытной колбе происходило интенсивное газовыделение и объем биогаза в мерной колбе начал увеличиваться, особенно заметно процесс интенсировался после встряхивания колбы.

В контрольной колбе (сбраживание навоза естественной микрофлорой) процесс был заметно менее интенсивным и только на 3-4 сутки было отмечено увеличение объема биогаза в мерной колбе. Титрующий агент в колбы не подавали. Замеры значений pH среды: исходное значение pH - 7,8 для контрольной колбы pH - 7,5, для опытной колбы pH - 7,0 (процесс протекал интенсивнее)

Как следует из экспериментальных данных, процесс метаногенерации с использованием консорциума микроорганизмов Methanobacterium omelianskii и Methanococcus mazei А-2 протекал более интенсивно и обеспечил больший выход биогаза (за 10 суток периодического процесса 84,3 мг/г сухого навоза в опыте при 31,4 мг/г сухого навоза при контроле).

Так, в частности, в опытной колбе уже на 3-й день выделилось 50 мл биогаза, а в контрольной практически только начал проявляться процесс метанообразования. В 8 день эксперимента (наибольший выход биогаза) в опытном процессе было выделено 325 мл биогаза в сутки, а в контроле - только 130 мл, следовательно, увеличение составило 2,5 раза. За 10 дней проведения процесса в опытном процессе выделилось 1430 мл биогаза, а в контрольном (на навозе) только 580 мл, т.е увеличение составило 2,46 раза. Таким образом, эффективность выбранного консорциума метанобразующих бактерий относительной естественной микрофлоры навоза очевидна.

Пример 2

Условия эксперимента аналогичны примеру 1, но в качестве микробной ассоциации в реакторную колбу объемом 700 мл (опыт) добавляли 30 мл (4% к массе навоза) суспензии, содержащей дополнительно кроме метаногенерирующих культур Methanobacterium omelianski, Methanococcus mazei в соотношении 1:1, дополнительно 3 культуры, эффективно сбраживающие навоз с образованием органических кислот и др. продуктов синтеза, а именно:

Corynebacterium species - эффективно перерабатывающий растительные и органические субстраты и используемый при получении компостов,

Pseudomonas species - используемый при переработке навоза в удобрение,

Arthrobacter simplex - растущей на растительном сырье с образованием органических кислот, спиртов.

Таким образом, новая предлагаемая микробная ассоциация (консорциум) А-5 содержит Methanobacterium omelianskii, Methanococcus mazei, а также Corynebacterium species, Pseudomonas species и Arthrobacter simplex.

Следует отметить, что согласно опубликованным данным при производстве биогаза культуры Corynebacterium species, Pseudomonas species и Arthrobacter simplex ранее не использовали ни по отдельности, ни совместно, хотя указанные культуры для получения других целевых продуктов без участия метанобразующих бактерий ранее использовали.

Соотношение культур в ассоциации (консорциум А5) составляло:

Метаногенерирующие культуры (Methanobacterium omelianskii, Methanococcus mazei): культуры, сбраживающие навоз с образованием органических кислот (Corynebacterium species, Pseudomonas species, Arthrobacter simplex)=1:1 при равной доли указанных культур (1:1:1).

Суспензию указанной микробной ассоциации (консорциум А5) добавляли в опытную реакторную колбу в количестве 30 мл на 700 мл навозного стока, содержащего 5,0% сух. веществ и проводили процесс метанового сбраживания при температуре 37°C.

В параллельной (контрольной) реакторной колбе процесс сбраживания проводили с применением ранее использованной ассоциации (консорциум «А-2) метаногенерируюших культур (Methanobacterium omelianskii, Methanococcus mazei), добавленной в количестве 30 мл суспензии к 700 мл того же навозного стока, содержащей 5,0% сухих веществ.

Экспериментально было установлено, что при сбраживании навозного стока влажностью 95% (5% сухих веществ) на третий день эксперимента при использовании консорциума А-5 суточный выход биогаза был в два раза больше, чем при использовании консорциума А-2, на седьмой день соответственно в полтора раза.

Всего за 10 суток процесса, было получено: при использовании консорциума (А-2) метаногенерирующих культур (Methanobacterium omelianskii, Methanococcus mazei) 3150 мл биогаза, а при использовании консорциума (А-5) содержащего Methanobacterium omelianskii, Methanococcus mazei, а также Corynebacterium species, Pseudomonas species и Arthrobacter simplex 4450 мл биогаза. Это свидетельствует о значительно большей эффективности консорциума А5 как по скорости образования биогаза, так и по его количеству.

Эффективность ассоциации, содержащей кроме консорциума метанобразующих бактерий бактерии, утилизирующие компоненты навоза с образованием жирных кислот, по сравнению с использованием только консорциума метанобразующих бактерий, очевидна. Таким образом, новая ассоциация, состоящая из 5 выбранных бактериальных культур, значительно эффективней.

Следующие эксперименты проводили в метанотенках большего объема, сравнивая эффективность процесса с применением разработанной микробной ассоциации (консорциум А5) с процессом метанового сбраживания естественной микрофлорой навоза.

Пример 3

Проводили процесс метанового сбраживания на пилотной установке в емкости 50 л. Емкость заполняли навозным стоком, содержащим 5% сухих веществ при pH 7,0 и добавляли в емкость 4 дм³ (8% к массе навоза) суспензии предварительно выращенной ассоциации микроорганизмов (консорциум А5), состоящий из культур Methanobacterium omelianskii, Methanococcus mazei, Corynebacterium species, Pseudomonas species, Arthrobacter simplex.

Соотношение культур в ассоциации (консорциум А5) составляло:

Метаногенерирующие культуры (Methanobacterium omelianskii, Methanococcus mazei): культуры, сбраживающие навоз с образованием органических кислот (Corynebacterium species, Pseudomonas species, Arthrobacter simplex)=0,5:2. Причем соотношение культур Corynebacterium species, Pseudomonas species, Arthrobacter simplex составляло между собой (2:1:0,5).

В навозную среду при засеве дополнительно внесли комплекс микроэлементов Cu, Zn, Fe, Mg, Se, Co, Cr в количестве 10 г при соотношении указанных катионов 10:2:9:0,4:0,6:1,8:1,2. Процесс проводили при температуре 36,5°C, в периодическом режиме в течение 15 суток при периодическом ручном перемешивании среды в емкости. На 10 сутки процесса в опытную емкость для регулирования величины pH добавили титрующий агент (щелочь), доведя pH среды до оптимальной величины=7,7 ед. и подняв температуру в термостате до 37,5°C.

Пилотный метанотенк с рабочим объемом 50 дм³, представляющий собой бутыль с пробкой, был помещен в термостат (Т=36,5-37,5°C) и имел отвод образуемого биогаза. Ежесуточно (не менее 4 раз в день по 15-20 мин) проводили энергичное встряхивание (перемешивание) сбраживаемого навоза.

Удельный выход биогаза в пилотном опыте составил 220 дм³/кг сухого в-ва навоза, а содержание метана в биогазе составило 64%. В контрольном процессе (сбраживание микрофлорой навоза) выход составил 130 дм³/кг сухого вещества навоза, а содержание метана в биогазе 58%.

Высокая эффективность выбранной ассоциации из пяти культур бактерий относительной естественной микрофлоры навоза очевидна.

Пример 4

Процесс метанового сбраживания навозного стока с влажностью 93% (7% сухих веществ) проводили в реакторе с рабочим объемом 15 м³. В заполненный навозным стоком реактор в непрерывном режиме подавали каждые 6 часов (4 раза в сутки) по 0,3 м³ навозного стока в смеси с измельченными до размера 1-10 мм растительными отходами (кочерыжка, стебли кукурузы). Доля растительных отходов в подаваемой смеси колебалась от 7 до 12 вес.% к массе навозного стока. При этом среднее расчетное время пребывания сбраживаемого навоза в реакторе составляло 12,5 суток. В реакторе поддерживали pH 7,5 и температуру в аппарате 36°C. Перемешивание осуществляли с использованием циркуляционного насоса. Биогаз непрерывно отбирали в газгольдер, измеряя содержание метана в нем.

В навозный сток дополнительно вводили предварительно выращенную суспензию микробной ассоциации с концентрацией клеток 10⁷ КОЕ/мл в количестве 50 дм³ (3% к массе навоза в аппарате). Ассоциация (консорциум А5) состояла из культур Methanobacterium omelianskii, Methanococcus mazei, Corynebacterium species, Pseudomonas species, Arthrobacter simplex.

Соотношение культур в ассоциации (консорциуме) составляло:

Метаногенерирующие культуры (Methanobacterium omelianskii, Methanococcus mazei): культуры, сбраживающие навоз с образованием органических кислот (Corynebacterium species, Pseudomonas species Arthrobacter simplex)=2:1. Причем соотношение культур Corynebacterium species, Pseudomonas species, Arthrobacter simplex составляло между собой (1:1:1).

После выхода на стабильный режим (через 2 недели) ежесуточный объем образуемого биогаза в процессе составлял:

300-320 м³/сутки биогаза, а выход по метану - в среднем 200 м³/сутки.

При проведении процесса непрерывного сбраживания на аналогичном навозном стоке без добавления суспензии указанной микробной ассоциации процесс стабилизировался только через 3 недели и ежесуточный объем составлял 120-150 м³ биогаза в сутки при содержании метана в нем 55-57%.

В ходе осуществления разработки способа не было выявлено влияние на достижение технического результата конкретных штаммов указанных культур, а также типа навоза - свиной, птичий или крупнорогатого скота.

Хотя используемая ассоциация микроорганизмов так же как и ближайший аналог содержит две группы бактерий: кислотогенерирующую и метаногенерирующую, но используемые в предлагаемой ассоциации виды бактерий, их соотношение, и параметры процесса позволили увеличить выход биогаза при повышенном содержании в нем метана.

Указанные примеры не ограничивают предлагаемый способ.