2.1. Аеробна ферментација
Дигестијата на органските цврсти материи е метод на стабилизација на талогот кој користи бактерии за да ги распадне, односно да го намали мирисот и да ја намали патогеноста на организмите во цврстите органски материи. Преку процесот на аеробна дигестија се намалува вкупната маса на органските материи, а постојат вкупно седум видови на аеробна дигестија и тоа:
1. Конвенционална аеробна дигестија со помош на воздух (AD-Air)
2. Конвенционална аеробна дигестија со помош на кислород (AD-Oxygen)
3. Конвенционална автотермичка термофилична аеробна дигестија со воздух (ATAD-Air)
4. Конвенционална автотермичка термофилична аеробна дигестија со кислород (ATAD-Oxygen)
5. Вертикална дигестија со воздух (VSD-ATAD-Air)
6. Вертикална дигестија со кислород (VSD-ATAD-Oxygen)
7. Криофилична аеробна дигестија
Процесот на аеробна дигестија е биолошки процес кој вклучува директна оксидација на биоразградливите и микробиолошките состојки со помош на активни организми. Ова е прикажано преку следните реакции во присуство на микроорганизми.
органска материја + O2 → клеточна материја + CO2 + H2O
клеточна материја + O2 → дигестиран талог + CO2 + H2O
Втората реакција која се вика ендогена респирација е најчеста реакција при аеробна дигестија. Ендогената респирација е процес при кој микроорганизмите ги метаболизираат сопствените протоплазми, а процесот за конвенционалната аеробна дигестија е со времетраење од 15 до 20 денови. Системите за аеробна дигестија се најчесто составени од еден резервоар со опрема за мешање на талогот, а самиот процес на аеробна дигестија е помалку зависен од условите во животната средина споредено со анаеробната дигестија. Процесот на аеробна дигестија е главно наменет за добивање на компост [3].
При аеробна дигестија, крајните продукти вообичаено се јаглероден диоксид (CO2) и вода (H2o), но доколку биоразградливите почетни состојки содржат азот, фосфор или сулфур тогаш во крајните продукти ќе се забележи присуство на нитрати (NO3), фосфати (PO4) и сулфати (SO4) [4].
2.2. Анаеробна ферментација
Анаеробна дигестија е биолошки процес при кој се добиваат значајни продукти кои можат да бидат понатамошно искористени. Претворената енергија е во форма на биогас кој воглавно е мешавина од метан (70% масен удел), јаглероден диоксид (29% масен удел) и мал процент на водород сулфид, а исто така се добиваат и течни и цврсти вештачки ѓубрива составени од азот и фосфор кои се користат во земјоделието [5].
Процесот на анаеробна дигестија и создавањето на метан (CH4) е поделен во три фази преку кои јасно се прикажуваат микробиолошките процеси, а тоа се: хидролиза, формирање на киселини и создавање на метан (метаногенеза). Анаеробната дигестија е успешна само тогаш кога процесот се одвива симултано во сите три фази зашто фазите се меѓусебно поврзани. Во продолжение се објаснети трите фази [6].
Хидролиза
комплексни јаглеводороди → едноставни шеќери
комплексни липиди → масни киселини
комплексни протеини → аминокиселини
Формирање на киселини
едноставни шеќери + масни киселини + аминокиселини → органски киселини + ацетати + алкохоли
Ацетогенеза (создавање на ацетати)
органски киселини + алкохоли → ацетати
Создавање на метан (метаногенеза)
ацетат → метан + јаглероден диоксид
водород + јаглероден диоксид → метан
метанол → метан + вода
Потенцијалот за претворање на енергијата во форма на метан при анаеробна дигестија е од практична важност, бидејќи метанот има топлинска моќ околу 50400 kJ/kg. Кога метанот би се користел за добивање на електрична енергија, вкупната топлинска енергија не би можела целосно да се претвори во електрична енергија бидејќи КПД на моторите СВС е околу 30% додека кај новите турбини КПД достигнува до 50%.
2.2.2. Анаеробни дигестори
Анаеробните дигестори, познати како дигестори за добивање на метан, го „фаќаат“ и третираат биогасот, а потоа го праќаат во уреди за добивање на електрична енергија кои како погонско гориво користат метан (котли или мотори СВС). Придобивките при користење на анаеробни дигестори се многубројни; дигесторите ја намалуваат емисијата на стакленички гасови притоа намалувајќи го мирисот од шталското ѓубре, а исто така претставуваат и обновлив извор за добивање на електрична енергија која може да се користи на фармата или да се продаде на дистрибутивната мрежа. На слика 1 е дадена основната поделба на дигесторите кои можат да бидат поставени надземно или да бидат полувкопани во земјата [8].
Слика 1. – Поделба на анаеробните дигестори
2.2.3. Загревање и изолација на дигесторите
Најчест проблем поврзан со анаеробните дигестори е загубата на топлина и одржувањето на оптимална температура потребна за изведување на процесите, а варијациите на температура дури и за неколку степени влијаат на сите биолошки активности во дигесторот, посебно забавувајќи ги анаеробните бактерии. Соодветното мешање на состојките во дигесторот го оневозможува создавањето на температурни разлики во поединечни делови од состојките. Анаеробните бактерии се активни во две температурни подрачја: мезофилни (30 – 35 степени Целзиусови) и термофилни (50 – 60 степени Целзиусови) подрачја, но повеќето анаеробни бактерии се активни во мезофилното подрачје [6].
Слика 2. – Температурни подрачја при кои се одвива процесот на дигестија
За постигнување на најефикасен циклус на анаеробна дигестија потребно е дигесторите да се загреваат со помош на надворешен извор со цел одржување на температурата во дигесторот од околу 35 степени Целзиусови. Најдобар начин за загревање на дигесторот е со циркулација на загреана вода низ топлиноизменувачи сместени во дигесторот, а водата може да биде загреана со помош на сончеви колектори за добивање топла вода или преку котли што работат на метан (CH4). При изолација на дигесторите, потребно е висока претпазливост бидејќи метанот е запалив и експлозивен гас (при концентрации во воздухот од 9% во затворени простории). Препорачлив изолационен материјал е стиропор кој иако е запалив, сепак претставува подобро решение од стаклената волна која ги „заробува“ запаливите гасни смеси [4].