Możliwość wykorzystania substratów organicznych w procesie fermentacji

Ocenę podatności odpadów na rozkład biochemiczny można dokonać na podstawie ich właściwości fizyczno-chemicznych. Zalecanym parametrem jest stosunek C/N, oraz dodatkowo BMP (biochemiczny potencjał biogazowy) dla rozkładu beztlenowego oraz AT4 (test respiracyjny) dla procesów tlenowych. Substratem do produkcji biogazu mogą być odpady komunalne jak i pochodzące z przemysłu rolno-spożywczego. Atrakcyjnym substratem do fermentacji metanowej są również odpady z rolnictwa, w tym z chowu zwierząt. Jednak ich wadą jest konieczność wprowadzenia dodatkowych substratów w celu zapewnienia prawidłowego przebiegu procesu fermentacji. Na przykład pomiot kurzy z uwagi na wysoką zawartość substancji organicznych charakteryzuje się wysoką produkcję biogazu, jednak wysoka zawartość azotu amonowego przyczynia się do inhibicji procesu fermentacji. Fermentacja metanowa pomiotu kurzego wymaga więc zbilansowania stosunku C/N przez wprowadzanie odpowiedniej ilości dodatkowych ko-substratów, bogatych w węgiel organiczny. Ko-substratami tymi mogą być: odpady szklarniowe (łęty pomidorów, ogórków), odpady rolnicze (obierki, wysłodki, melasa), biomasa w tym rośliny energetyczne (kiszonki kukurydzy, traw), frakcja organiczna odpadów komunalnych i osady ściekowe. W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczące oceny możliwości wykorzystania wybranych substratów organicznych w procesie fermentacji. Ocenę dokonano na podstawie właściwości fizyczno-chemicznych, stosunku C/N, BMP (biochemiczny potencjał metanowy oraz AT4 (test respiracji tlenowej). W badaniach stosowano rozdrabniane do wymiarów < 20 mm następujące substraty: kiszonka kukurydzy, podłoże pieczarek, pomiot kurzy, trawa oraz łęty pomidorów. Skład fizyczno-chemiczny oceniano na podstawie następujących parametrów: zawartość suchej masy, suchej masy organicznej (LOI), ChZT, pH, stężenia azotu Kjeldahla, azotu amonowego i fosforu. Podatność tych substratów na biodegradację beztlenową oceniano na podstawie stosunku C/N oraz w teście BMP. W badaniach dodatkowo określano dla substratów podatność na biodegradację tlenową z zastosowaniem testu AT4. Wyznaczony dla substratów stosunek C/N mieścił się w zakresie od 11 do 57. Najwyższą wartość stosunku C/N uzyskano dla kiszonki kukurydzy. Spośród badanych substratów tylko dla podłoża pieczarek wyznaczony stosunek C/N = 31 był zbliżony do optymalnego zakresu dla fermentacji metanowej. Największą produkcję metanu (320 d3/kg s.m.) w teście BMP uzyskano z rozkładu beztlenowego kiszonki kukurydzy, przy wyznaczonej wartości ilorazu C/N na poziomie 57. Wyniki badań wykazują, że największą wartość AT4 na poziomie 200 g O2/kg s.m. uzyskano dla kiszonki kukurydzy, a najniższą 53 g O2/kg s.m. dla podłoża pieczarek. Dla substratów uzyskano niską korelację między BMP i AT4 a ilorazem C/N. Uzyskane wartości R2 wnosiły kolejno: 0,6 i 0,5. Niskie wartości R2 potwierdzają, że iloraz C/N nie jest jednoznacznym parametrem określającym podatność substratów na rozkład biochemiczny, zarówno beztlenowy jak również tlenowy. W przypadku substratów o ilorazie C/N < 20 uzyskiwano wysokie wartości BMP jak i AT4. Przedstawione w pracy wyniki badań potwierdzone przez innych autorów wskazują, że zarówno BMP jak i AT4 są odpowiednimi wskaźnikami do oceny podatności substratów na rozkład. Z praktycznego punktu widzenia AT4 jest bardziej rekomendowany ze względu na krótki czas pomiaru, a zatem powinien być wskaźnikiem wykorzystywanym do oceny podatności substratów również na rozkład beztlenowy.

Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
Dziedziny: nauki inżynieryjno-techniczne, nauki ścisłe i przyrodnicze
Dyscypliny: inżynieria środowiska, górnictwo i energetyka, nauki o ziemi i środowisku