Анаэробные бактерии – это микроорганизмы, использующие кислород в минимальных количествах для своей жизнедеятельности.
Обычно для окисления органики живые существа используют вдыхаемый кислород (углерод окисляется, кислород восстанавливается). Однако в областях, бедных кислородом, встречаются анаэробные бактерии, обходящиеся без кислорода и пользующиеся каким-нибудь другим окислителем.
Анаэробные микроорганизмы были открыты французским ученым Луи Пастером в 1861 г. Это открытие стало сенсацией для ученых-биологов, полагавших, что жизнь невозможна без дыхания и использования кислорода.
В дальнейшем оказалось, что спорообразующие анаэробы – не какие-нибудь редко встречающиеся диковинки, а очень широко распространенные по всей поверхности Земли организмы. Последующие исследования многих микробиологов показали, что самые различные природные среды, в том числе полностью лишенные молекулярного кислорода, населены множеством микроскопических организмов, принимающих самое активное участие в круговороте веществ на Земле.
Глубокое изучение обмена веществ анаэробов позволило использовать их в промышленности как продуцентов ряда ценных для народного хозяйства соединений.
В настоящее время промышленность и жилые массивы производят большое количество отходов, которые необходимо утилизировать и переработать. Из органических отходов можно получить биогаз. В анаэробных условиях бактерии разлагают органический субстрат, а биогаз является промежуточным продуктом их обмена веществ.
В мире в настоящее время используется или разрабатывается около 60 разновидностей технологий получения биогаза. Наиболее распространённый метод – анаэробное сбраживание в метатанках (резервуары для биологической переработки), без доступа воздуха, или анаэробных колоннах. Часть энергии, получаемой в результате утилизации биогаза, направляется на поддержание процесса.
Бактерии перерабатывают биомассу в биогаз при температуре свыше 25°С. В странах с жарким климатом нет необходимости подогревать метатанк.
Процесс основан на разложении (гниении) под воздействием бактерий, принадлежащих к двум большим семействам асидогенов и метаногенов, предварительно сортированного ТБО (органические отходы, густая грязь) в металлических емкостях без доступа воздуха при средней температуре около + 55°C. Этот газ подается под давлением в очистительную систему, а потом выделяется в два компонента – метан и углекислый газ.
Биогаз состоит из 55-75% метана и 25-45% углекислого газа, включая небольшие примеси сероводорода. Период образования качественного биогаза составляет от 7 до 15 дней.
Процесс разложения происходит в четыре этапа, в каждом из которых участие принимают разные группы бактерий.
На первом этапе аэробные бактерии перестраивают высокомолекулярные органические субстанции (белок, углеводы, жиры, целлюлозу) с помощью энзимов на низкомолекулярные соединения, такие как моносахариды, аминокислоты, жирные кислоты и воду. Этот процесс называется гидролиз.
Далее расщеплением занимаются кислотообразующие бактерии. В этом процессе частично принимают участие анаэробные бактерии, употребляющие остатки кислорода и образующие тем самым необходимые для метановых бактерий анаэробные условия. На этом этапе вырабатываются: кислоты (уксусная, муравьиная, масляная, пропионовая, капроновая и молочная), спирты и кетоны (метанол, этанол, пропанол, бутанол, глицерин и ацетон), газы (двуокись углерода, углерод, сероводород и аммиак). Этот этап называют этапом окисления.
После этого кислотообразующие бактерии создают из органических кислот исходные продукты для образования метана: уксусную кислоту, двуокись углерода и водород.
На последнем этапе образуется метан, двуокись углерода и вода. 90% всего метана вырабатывается на этом этапе, 70% происходит из уксусной кислоты. Таким образом, образование уксусной кислоты (то есть третий этап расщепления) является фактором, определяющим скорость образования метана.
Получение биогаза экономически оправдано при переработке постоянного потока отходов, например на животноводческих фермах.
Россия ежегодно накапливает до 300 млн тонн в сухом эквиваленте органических отходов: 250 млн тонн в сельскохозяйственном производстве, 50 млн тонн в виде бытового мусора. Эти отходы являются сырьем для производства биогаза. Потенциальный объем ежегодно получаемого биогаза может составить 90 млрд куб. м.
Биогаз собирают, предотвращая загрязнение атмосферы, и используют в качестве топлива для производства: электроэнергии, тепла или пара, или в качестве автомобильного топлива. С учетом российских условий метан, выработанный из биогаза, или биогаз в основном его виде могут использоваться в виде топлива для малых котельных, автотранспорта и выработки электроэнергии.
Выделенный метан из биогаза является сырьем для получения многих ценных продуктов химической промышленности – метанола, формальдегида, ацетилена, сероуглерода, хлороформа, синильной кислоты, сажи.
Оставшийся высококачественный компост и обогащенное азотом удобрение продаётся предприятиям сельского хозяйства и частным лицам.
Данная технология считается полностью безотходным производством, где каждый компонент имеет свое применение.
Материал подготовлен на основе информации открытых источников
