Khắc phục những hạn chế của quá trình lên men các chất hữu cơ bằng công nghệ siêu âm

Giới hạn kỹ thuật của quá trình lên men và khắc phục những giới hạn này bằng siêu âm

Lên men kỵ khí trên chất nền hữu cơ (sinh khối) là một công nghệ đã hoàn thiện, được ứng dụng từ lâu. Sinh khối được phân hủy bởi vi khuẩn trong máy lên men ở nhiệt độ khoảng 37 ° C. Khí sinh học được tạo ra như một sản phẩm trao đổi chất, có thành phần chính và chất mang năng lượng thực tế là mêtan. Tuy nhiên, quá trình phân hủy kỵ khí sinh học diễn ra rất chậm, vì sinh khối rắn rất khó để vi khuẩn phân hủy. Bước đầu tiên trong chuỗi phân hủy được gọi là thủy phân với nhiệm vụ chính là giảm kích thước hạt hoặc phân tử từ đó nâng cao tốc độ của toàn bộ quá trình phân hủy.

Sóng siêu âm làm giảm kích thước các hạt, nâng cao tốc độ quá trình phân hủy sinh khối

Sóng siêu âm được thêm vào nhằm khắc phục nhược điểm của giai đoạn thủy phân. Các dao động siêu âm không chỉ ảnh hưởng đến cấu trúc của chất nền (phá vỡ tế bào) mà còn tác động đến sự hoạt động của các vi sinh vật (kích thích thông qua dao động áp suất âm thanh và sự xâm thực, ngăn ngừa sự hình thành kết tụ, giải phóng các enzym). Do đó, quá trình thủy phân sinh học được hỗ trợ hoặc thay thế hoàn toàn bằng việc sử dụng hệ thống siêu âm được diễn ra với tốc độ nhanh hơn, đạt hiệu quả cao hơn.

Tăng cường lên men thông qua siêu âm

Siêu âm tăng cường lên men trên các công trình khí sinh học. Các vi sinh vật lên men tạo ra các enzym (exoenzyme) cần thiết cho quá trình phân hủy chất hữu cơ. Khi thiết bị siêu âm công suất cao được sử dụng, ngay cả khi chỉ có một năng lượng đầu vào nhỏ cũng giúp tăng cường giải phóng các enzym để kích thích hoạt động của vi sinh vật. Thiết bị sóng siêu âm cũng gây ra sự gia tăng bề mặt phân cách giữa pha lỏng và pha rắn tạo điều kiện cho sự tấn công của enzym. Việc cung cấp thêm năng lượng cũng phá hủy thành tế bào vi khuẩn và thực vật, do đó dẫn đến việc giải phóng các chất hữu cơ hòa tan trong tế bào, những chất này rất dễ bị phân hủy bởi quá trình lên men. Kết quả cuối cùng là tăng cường quá trình phân hủy với sự phân hủy sâu hơn của các chất hữu cơ và tăng sản lượng khí sinh học.

Quá trình lên men được tăng cường nhờ sóng siêu âm

Do đó, bằng cách sử dụng sóng siêu âm, một mặt có thể tạo ra nhiều khí sinh học hơn từ cùng một loại thức ăn sinh khối; mặt khác giúp giảm lượng thức ăn với sản lượng khí sinh học không thay đổi. Ngoài ra, chất lượng của khí sinh học được cải thiện nhờ sự gia tăng hàm lượng khí mê-tan. Do sử dụng sinh khối nông nghiệp khó phân hủy, tỷ lệ khí mêtan được tạo ra bởi các công trình khí sinh học thông thường đôi khi nhỏ hơn 50%. Ngoài ra, thiết bị sóng siêu âm còn làm giảm độ nhớt của thành phần chất lên men và giúp dung dịch trở nên lỏng hơn. Điều này làm giảm tiêu thụ điện năng của máy khuấy và máy bơm.