بيوگاز

. امروزه با افزايش جمعيت و گسترش دائمي شهرها, نياز انسان به مواد مصرفي روز به روز بيشتر مي شود و زياد شدن مواد مصرفي موجب افزايش زباله مي گردد كه انسانها به نحو فزاينده اي آنها را به محيط زيست تحميل مي نمايند. بايد توجه داشت كه اين زباله ها از عوامل آلودگي به شمار مي رود و نه تنها زندگي حيوانات و گياهان را به خطر مي اندازند بلكه به آلودگي خاك, آبهاي زير زميني و در برخي موارد مرگ و مير آبزيان منجر مي شود. بطور مثال در ايران فقط طي سالهاي ۶۵- ۱۳۳۵ بمدت ۳۰ سال جمعيت شهرها از حدود ۶ ميليون به ۲۶ ميليون افزايش يافته و اين در حالي است كه جمعيت روستاها از ۱۳ به ۲۲ ميليون رسيده است و اين ارقام گوياي رشد نامتناسب شهرها و توليد زباله بيشتر را در پي خواهد داشت.

اخيراً در جهان در رابطه با طرح تبديل و استفاده از گاز حاصل از مواد دفعي () موج جديدي ايجاد شده است. مثلاً در آمريكا اين موج بيشتر ناشي از بندهاي مربوط به نيروگاههاي كوچك در قانون معروف به  بوده است.
گاز متان كه خود ۶۰% از  را تشكيل ميدهد يكي از گازهاي گلخانه اي است كه از لحاظ پتانسيل ايجاد پديده گلخانه اي, هم ارزش  است و در ضمن علاوه بر اينكه اين ماده قابل انفجار است در صورت عدم كنترل صحيح مي تواند باعث آلودگي آبهاي زير زميني شود.

گروهي از افراد عادي فكر مي كنند كه چون اين گاز از زباله ها و مواد دفعي حيوانات بدست آمده است گازي خطرناك است و سوختن آن نيز نا مطمئن است ولي بايد گفت موضوع بر عكس است در واقع بايد متذكر شد كه از لحاظ مواد حاصل از احتراق () گاز متان داراي آلودگي كمي باشد و چون دماي شعله آن پائين است ميزان  آن حدود ۶۰ درصد كمتر از احتراق گاز طبيعي خواهد بود و از لحاظ علمي اين گاز از انجام مجموعه اي از واكنشهاي زيست شيميايي بر روي مواد آلي تجزيه پذير موجود در مواد دفعي طي شرايط بي هوازي توليد مي گردد.

طي ساليان اخير در اروپا نيز تكنولوژي بيوگاز بسيار مورد توجه قرار گرفته و بزرگترين مركز بيوگاز اروپا بنام مركز  در وين پايتخت اتريش قرار دارد كه در آن از گاز حاصل از دفن زباله ها براي توليد ۸ مگاوات الكتريسيته استفاده مي شود و گروه ديگري از كشورها حتي از اين هم فراتر رفته اند و بدنبال آن هستند كه از اين گاز حاصله در تكنولوژي پيل سوختي خود استفاده نمايند تا بدين وسيله ارزش افزوده محصول توليدي را بالاتر برند.
محل مصرف بيوگاز از انعطاف پذيري بالايي برخوردار است و از كوره يك آبگرمكن ساده تا يك پيل سوختي را شامل مي ود.
طبق اطلاعات بدست آمده پتانسيل استانهاي مختلف كشور جهت توليد گاز  (بيوگاز) در تحقيقي بعنوان “برآورد قابليت گاز از محلهاي دفن زباله شهري براي استانهاي ايران” مورد مطالعه قرار گرفته است. اين نتايج بيانگر آن است كه بر اساس آناليز زباله شهرهاي مختلف امكان استحصال حجم قابل توجيهي از بيوگاز در كشور وجود دارد و البته حجم گازهاي توليدي از مراكز دفن را مي توان افزايش داد.

۲٫ تاريخچه بيوگاز :
۱-۲ بيوگاز چيست؟
مجموعه گازهاي توليد شده از تجزيه و تخمير فضولات حيواني و انساني و گياهي در نتيجه فقدان اكسيژن و فعاليت باكتري هاي غير هوازي متان كه در يك محفظه هضم () تخمير به وجود مي آيد كه اصطلاحاً بيوگاز نام دارد. اين اصطلاح در هندوستان به گبار گاز در چين مارش گاز در آلمان به بي هوگاز و درزبان فارسي به گاز ؟؟؟ مشهور است.

قسمت اعظم اين گاز عموماًاز متان و گاز كربنيك تشكيل شده است و تركيبات مختلف به نوع مواد اوليه بستگي دارد كه براي توليد گاز مصرف مي شود حجم و فرم ساختماني دستگاه توليد كننده به ميزان حرارت و زمان ماند مواد در مخزن تجزيه بستگي كامل دارد.
اين دستگاه ها وسيله اي هستند كه مي توان تحت شرايط ويژه مواد فساد پذير حيواني و… را در محوظه مربوطه تجزيه نمود و در نتيجه يك سلسله عمليات شيشميايي و بيو شيميايي قسمتي از مواد آنرا كه كاملاً تحت تأثير عكس العملهاي بيولوژيكي واقع مي شوند به بيوگاز تبديل نمايد.

۲-۲ تاريخچه بيوگاز :
قديمي ترين توضيحات در مورد خروج گاه به گاه گاز از طبقات زيرين زمين و استعمال ناقص آن توسط پيلينيوس () انجام گرفته است. شناسائي بيشتر گازهاي قابل استعمال در سال ۱۳۶۰ ميلادي توسط وان هلمونت () بوقوع پيوست. در آن زمان ۱۵ نوع گاز قابل اشتعال بوسيله نامبرده شناسايي گرديده كه يكي از آنها گازي است كه از مواد قابل تجزيه يا مواد غذايي تخمير شده در داخل دستگاه گوارش بوجود مي آيد از سوي ديگر دانشمندي بنام شرلي گاز مرداب () را در سال ۱۶۶۷ كشف نموده است.

در هر صورت به نظر مي رسد اصولي ترين تاريخ علمي گاز متان كه اساسي ترين تركيب بيوگاز مي باشد حاصل از مواد قابل تخمير توسط ولتا () در سال ۱۷۷۶ شروع شده است. او پس از مطالعات زياد دريافت كه :
الف) مقدار گاز متان توليد شده به مقدار خاك و برگ پوسيده گياهان بسيار وابسته است كه در طبقات زيرين و رسوبي خاك بوجود آمده و خارج مي شود.
ب) نسبت معيني از گاز متان در صورتي كه با هوا تركيب شود توليد انفجار مي كند. ضمناً اولين تجزيه گاز متان بوسيله نامبرده صورت گرفته است.

گاين شاگرد لوئي پاستور در سال ۱۸۸۴ ميلادي از نتيجه تخمير يك متر مكعب كود در ۳۵ درجه سانتي گراد, ۱۰۰ ليتر متان تهيه كرد. شروع تحقيقات در زمينه تخمير غير هوازي و كاربرد آن در كشاورزي مربوط به شخصي بنام ديوي () است او در سال ۱۸۰۸ از طريق تخمير كود گاوي و با استفاده از تقطير در خلاء ۳/۰ ليتر متان توليد نمود در سال ۱۸۹۷ در شهر بمبعي دستگاه بيوگاز ساخته شده كه گاز متان حاصل از آن به مصرف روشنائي مي رسيده و در سال ۱۹۰۷ اولين موتور گازسوز با استفاده از اين روش به بهره برداري رسيده و اين روند ادامه پيدا كرد تا امروزه و در هر مرحله اين كشورها به پيشرفتهاي قابل توجه رسيدند.

در كشور ما ايران گفته مي شود كه احتمالاً حمام شيخ كه ساختمان آن مربوط به قرن سوم هجری است بوسيله گاز متان گرم شده بطوريكه شعله اي از اين گاز جهت گرم نمودن آب مستقيماً مورد استفاده قرار مي گرفته است, در سالهاي اخير با توسعه اين تحقيقات در نقاط مختلف كشور مطالعات پراكندي اي در زمينه بيوگاز به عمل آمده است كه اميد مي رود با توجه به پيشنهادات ارائه شده هر چه بيشتر و بهتر مورد بررسي قرار گيرد. در كشور ما طبق يك بررسي كلي تا كنون حدود ۶۰ دستگاه آزمايشي بيوگاز به شكلهاي مخلف (چيني, هندي) ساخته شده و مورد بهره برداري قرار گرفته است . (شكل ۱)

شكل ۱: نماي كلي از يك دستگاه بيوگاز و اجزاء مختلف آن
۳- بيوگاز و مكانيزمهاي اصلي توليد
۱-۳ توليد شدن متان از تجزيه كنندگان بي هوازي: گازمتان از مولكولهاي متان تشكيل شده است و هر ملكول متان شامل يك اتم كربن و چهار اتم هيروژن است. () انرژي حاصل از يك فوت مكعب آن برابر با انرژي معادل ۲۵۰ كيلو كالري است. اين گاز طبيعي يك سوخت فسيلي است كه قرنها پيش توسط () ميكرواورگانيزمهاي بي هوازي كه روي مواد ألي تأثير گذاشته اند توليد شده است و بعد از يافتن معادن و ذخائر نفتي و زغال سنگ پيدا شده است.
همان باكتري هايي كه گاز طبيعي را توليد كرده اند امروزه متان را توليد مي كنند (بي هوازي ها) و آنها همان باكتري هايي هستند كه سالها پيش روي كره زمين زندگي مي كردند. اين باكتري ها با تجزيه و فسا مواد آلي در غياب اكسيژن توليد بيوگاز كرده كه يك محصول اضافي و فرعي است ،كه گاز متان هم جزء اين گاز به حساب مي آيد.

تجزيه كنندگان بی هوازی كه در طبيعت وجود دارند را مي توان در باتلاقها و زمينهاي غرقاب يا زمينهاي كشت برنج و در گل ولاي عمق درياچه ها و نيز در سيستم هضم و گوارش حيوانات بزرگ جثه نيز پيدا كرد.

(تجزيه هوازي يا كمپوست شدن به مقدار زيادي اكسيژن نياز دارد و گرما توليد مي كند).
فرآيند تخمير بي هوازي مي تواند به يك محفظه در بسته هدايت شده و در آنجا قرار گيرد و يا با پوشش ايجاد شده بر روي مواد مردابي و يا كود فضولات حيواني و يا شهري در يك محفظه حوض مانند عمل تخمير صورت گرفته و گاز جمع آوري شود.

بيوگاز توليد شده در اين روند ۵۰ تا ۸۰ درصد متان و ۵۰-۲۰ درصدي اكسيدكربن و گونه هاي ديگري از گازها را تشكيل ميدهد.
۳-۲ عمليات تخمير و هضم بي هوازي توسط باكتري ها: اصول عمل هضم در تانك تخمير يا مخزن تجمع مواد در دستگاه هاي بيوگاز شامل ۲ مرحله اصلي و اساسي است كه هر مرحله توسط دسته خاص از اورگانيزم ها انجام مي گيرد.
مرحله اول: تجزيه مواد پيچيده آلي به تركيبات ساده توسط باكتري هاي اسيد ساز در اين مرحله چند نوع از اين باكتري ها با سرعت رشد و توليد مثل مي نمايند درجه حساسيت اين نوع باكتري ها نسبت به محيط چندان زياد نيست.

باكتري هايي اسيد زا هستند مواد پيچيده آلي را تجزيه كرده و در درجه اول مواد را به اسيد استيك () و اسيد پروبيوتيك () تبديل كرده و در اين مرحله آمونياك و  توليد مي شود.
مرحله دوم: اورگانيزمهاي متان ساز اسيدها را به  و متان تجزيه مي نمايند. رشد و نمو و توليد مثل اين گروه از باكتري ها به كندي صورت گرفته و نسبت به محيط خود بسيار حساس هستند و آنچه مسلم است در مخزن تخمير بيوگازي بايد تعادل اين گروه از باكتري ها به صورتي باشد كه متان سازها فقط اسيدهايي را كه اسيد سازها توليد مي كنند به مصرف برسانند.
لازم به ذكر است زمانيكه اسيد سازها فعاليت بيشتري نسبت به متان سازها داشته باشند  محلول كاهش يافته و جلوي رشد باكتري هاي متان ساز گرفته مي شود تا سر انجام عمل هضم متوقف گردد

انواع تخمير :

معمولاً تخمير را مي توان بر مبناي شرایط محيطي تقسيم بندي كرد:
۱٫ تخمير پسيكروفيلي (زمان اقامت پيش از ۱۰۰ روز و دماي واكنش ۲۰-۱۰ درجه سانتي گراد)
۲٫ تخمير مزوفيلي (زمان اقامت بيش از ۲۰ روز و دماي واكنش ۳۵-۲۰ درجه سانتي گراد.)
۳٫ تخمير ترموفيلي ( زمان اقامت آن ۸ روز و دماي واكنش ۶۰-۵۰ درجه سانتي گراد است.)
نوع سوم روش مورد نظر در واحدهاي ساده بيوگاز مورد استفاده قرار نمي گيرد و  مورد نظر ۸-۷ و در همان محدوده بايد قرار گيرد و تغيير نكند يعني نه اسيدي و نه قليائي شود.

۴- موارد مورد استفاده در واحدهاي بيوگاز:
اصولاً بيوگاز را مي توان از هر ماده آلي بدست آورد ماده اوليه شامل موادی مثل ساقه غلات كه ابتدا بايد قبل از هضم بصورت كمپوست باشد و كاملاً خرد شده باشد (كوتاه) دوره كمپوست پيش بيني شده براي مواد ليگنن زماني است كه آب بنفش متمايل به آبي از آن بدست آيد كه تقريباً بايد بيش از ۱۰ روز پوسيدگي بطول انجامد. لازم به ذكر است كه توليد بيوگاز با اضافه شدن زمان پوسيدگي به ۲۰ روز خيلي بهتر مي شود. در عمل هضم مواد آلي و در جريان آن مواد معدني و فلزات موجود در آن بعنوان عاملی براي بهتر انجام شدن عمل تخمير محسوب مي گردند.

۵- ميكرو ارگانيزم هاي توليد كننده متان :
اركئو باكترها نسبت به ديگر باكتري ها متفاوت بوده و از چندين لحاظ قابل تمايز از باكتريهاي ديگر هستند. از نظر محيط زندگي اغلب در محيطي اشباع زندگي مي كنند.
يكي از گونه هاي مختلف اركئوباكترها هالوباكترها هستند اغلب در محيطي با غلظت نمك () بالاتر از  زندگي كرده و در غلظت كمتر از  قادر به رشد نيستند. لازم بذكر است كه آب دريا تنها داراي   است.

سولفولوبوسها يكي از انواع آركئوباكترها بوده و  مناسب براي ادامه حيات و زندگي ۲ الي ۳ بوده و درجه مناسب زندگي ۸۰-۷۰ درجه سانتي گراد است, عموماً در محيطهايي بنام  زندگي مي كنند. سولفوريا اسيد سولفوريك را اكسيد كرده و داراي انواع مختلفي هستند كه از روي تأتير هاي متفاوتي كه روي سولفورها دارند و روشهاي خاص مورد استفاده به انواع مختلف تقسيم بندي مي شوند و. فاقد ديواره سلولي اند و بدون تروبوپلاسما هستند دماي اپتبم آنها ۵۵ درجه سانتي گراد و  متوسط براي ادامه حيات حدود ۲ است.

در راستاي معرفي گونه هاي اركئوباكتريا مي توان متانوژنزها را نيز نام برد كه در بحث مورد نظر ما داراي اهميت بيشتري هستند.
متانوژنزها : باكتري هاي بي هوازي هستند كه معمولاً بايد در محيطي وجود داشته باشند كه يك ماده اكسيد شونده با قدرت ۲۰۰ در آن محيط باشد و از طرفي در عين حال بي هوازي بودن محیط زندگی مهم است. و از طرفی وجود الكترون پذيرهايي مانند نيتروژن بسيار مهمتر از غياب اكسيژن در مورد بقاء اين باكتريها است.

در ادامه نيز باكتريهاي سولفات ردوكتاز و سولفيت ودوكتاز نيز جزء اين دسته از باكتري ها هستند كه از هيدروژن محيط استفاده نموده و محيط رشد و تكثير ساده تري دارند. اما بطور كلي باكتري هاي توليد كننده متان از  و  براي توليد انرژي استفاده مي كنند.
۱-۵ توليد متان و ميكرواورگا نيز مهايي كه در آن درگير هستند.
تخمير متان يك تكنولوژي منحصر به فرد است كه قادر است تمام پلی مرهاي موجود در مواد را به متان و  تبديل كند. اين عمل توسط ميكرواورگانيزمها در شرايط بي هوازي انجام مي شود.

از ميكرواورگانيزمهايي كه در جريان اين عمل فعاليت دارند مي توان: اسيد وژنزها- توليد كننده هاي هيدروژن – استوژنزها و متانونزها را نام برد.
۱-۱-۵ هيدروليز كننده ها و تخمير كننده هاي متان از جمله استرژنزها :
عمل تخمير حاصل از برخورد متابوليكي گونه هاي مختلف ميكرواورگانيزمها است.
اين ميكرواورگانيزمها و درجه اول برپايه يك آنزيم مخفي مواد پلي مريك را هيدروليز كرده و بر مونومرهاشيان تبديل مي كنند. بطور مثال در مرحله اول گلوكوز و اسيد آمينو كه هر كدام از آنها در نهايت به اسيدهاي چرب,  و اسيد استيك تبديل مي شوند و در درجه دوم هيدروژن و اسيدهاي چرب توليد شده بواسطه باكتريهاي استرژيتك به پروپيون و اسيد بوتريك تبديل شده و سپس به  و  و اسيد استيك تبديل مي كنند.

ليپدها و پروتئينها كه مواد پلي مريك هستند در درجه اول توسط يك آنزيم خارج سلولي در باكتريهاي حاضر در مرحله اول بنام هيدرولاز, هيدروليزي می شوند.
آنزيم هاي هيدروليز كننده (لپياز, پروتئاز, سلولاز, آميلاز و…) مواد پلي مريك را تبديل به مولكولهاي مونومر تشكيل دهنده كوچكتر كرده و سپس باكتريها با بلعين اين مواد به كار خود ادامه مي دهند.

در جريان تخمير متان يك سري پلي مرهاي آلي وجود دارند كه داراي فعاليتهاي هيدروليكي هستند كه در اين راستا اهميت به سزايي دارند.
ليپاز: ليپيدها را به زنجيره اي از اسيدهاي چرب تبديل مي كند در اين مرحله در يك ميلي ليتر ساده مورد نظر جمعيتي حدود ۱۰۵ – ۱۰۴ تجزيه كننده وجود دارد.
از باكتري هايي كه عامل توليد آنزيم ليپاز خارج سلولي هستند.  و  را ميتوان نام برد.
زنجيره اي اسيد چرب توليد شده اضافي توسط  تنزل پيدا كرده و به توليد استبل كوآنزيم  هدايت مي شوند.
پروتئین : معمولاً به اسيدهاي آمينه تبديل شده كه اين عمل توسط پروتوآزها انجام مي شود كه از توليد كننده هاي اين آنزيم مي توان :

 نام برد.
اسيدهاي آمينه توليد شده مي توانند به اسيدهاي چرب از جمله به استات, پروپيونات و بوتيرات و آمونياك تبديل شوند كه باكتريهاي توليد كننده و اسيدهاي چرب به شرح زير هستند.

پلي مرهايي از تبديل نشاسته- سلولز- پكتين بوسيله سلولاز- آميلاز و پكتينار هيدروليز شده كه سلولازهاي ميكروبي متشكل از سه گونه است و اين سه آنزيم داراي ساختماني كربستالي بوده و در توليد گلوكز هر سه با هم همكاري دارند.

a) 
b) 
c) 

قند ها و اسيد هاي چرب و اسيدهاي آمينه توليد شده بواسطه باكتريهاي تجزيه كننده داراي متابوليزم پي در پي هستند كه اين باكتري ها عموماً مواد را به استات, پروپیونات, بوتریتات لاكتات اتانول  و هيدروژن تخمير مي كنند.
۲-۱-۵ استوجنزها و دهيدروژنزها :
اگر در يك محيط مقدار ۲۰ درصد استات و ۴ درصد  را با هم مخلوط كنيم توسط باكتريهاي استوجنيك به قند و اسيد آمينه تبديل مي شوند كه اين مواد توليد شده توسط اين باكتري در شرايط بهتر به اسيدهاي چرب تبديل مي شوند.
باكتريهاي استوجنيك توليد كننده  ناچار به توليد استات و هيدروژن از اسيدهاي چرب هستند باكتريهاي  و  در تجزيه اسيدهاي چرب دخالت دارند.
روند تجزيه اسيدهاي چرب توسط باكتري 

ششش

۳-۱-۵ 
به مجموعه بيولوژيكي از توليد كننده هاي بي هوازي متان اتلاق مي گردد.
متانوجنزها كه ناچاراً بي هوازي هستند به يك پتاسيل كاهش كمتر از  ۳۰۰ براي رشد و نمو نياز دارند استات و نسبت با هم به عنوان عامل مهم و لازم براي تبديل فرمات, متانول, متيل آمينها و  به  در محيط طبيعي به حساب مي آيد.
تقسيم بندي متانوجنزها : متانوجيزها به ۲ گره تبديل مي شوند ۱- محتاج به استات 
۲- محتاج به  
استات بواسطه ۲ باكتري  و  استفاده مي شود كه هر كدام داراي اشكال مختلف هستند:

انرژي لازم براي توليد متان :
سسس
۶ ـ اصولي از ساختمان دستگاههاي بيوگاز:
ساختمان يك دستگاه بيوگاز عموماً به طور كلّي از دو حوضچة ورودي و خروجي، يك محفظة تخمير و يك محفظة گاز تشكيل مي‌شود كه با توجه به شرايط خاص اقليمي و امكانات فني و مالي به شكلهاي مختلف ساخته شده و بهره‌برداري مي‌شود.
آنچه مسلم است در همة روشهاي دستگاهي بيوگاز سعي بر اين است تا مواد اوليه با آب مخلوط شده و از طريق حوضچه ورودي به داخل محفظة تخمير فرستاده شود. اين مواد پس از تخمير و توليد گاز با اضافه شدن مواد جديد و با استفاده از خاصيت ظروف مرتبط از طريق مجراي ويژه‌اي به حوضچة خروجي يا حوضچة كمپوست منتقل مي‌گردد. محفظه گاز به طور عام در قسمت بالاي مخزن تخمير قرار گرفته است و عمل جمع‌آوري و ذخيره گاز را انجام مي‌دهد. پس از شروع كار دستگاه گاز مورد نظر روزانه با از طريق شير مخصوص گاز كه در بالاي اين مخزن قرار دارد به محل مصرف فرستاده خواهد شد.

تعبية مخزن براي مخلوط نمودن مواد اوليه در حوضچة ورودي و نيز محفظة تخمير عملياتي است كه اخيراً در بسياري از دستگاههاي بيوگازي معمول گرديده است. اين عمل موجب تسريع و بهبود عمل تخمير است كه نتيجتاً موجب توليد گاز بيشتري مي‌گردد.
اخيراً طرحهايي كاملاً مختلف و متفاوت ويژة مناطق گرمسيري و نيز آب و هواي معتدله تدوين يافته و در دست احداث است.
طرح پيوسته با سر ريز شدن در بسياري از محلهاي زندگي، كودها و فضولات و يا فاضلاب را در مرداب يا حوض جمع كرده و آن را مي‌پوشانند و بيوگاز توليد شده را در دام انداخته و از نيروي آن براي كارهاي متفاوت استفاده مي‌كنند.
واحدهاي بيوگازي اصولاً به ۲ گروه دسته‌بندي مي‌شود:
۱)‌ واحدهاي پيوسته ()
۲)‌ واحدهاي ناپيوسته

۱ ـ ۶ واحدهاي پيوسته
طرح پيوسته با سر ريز شدن بطور خودكار خالي مي‌شود و طرح ناپيوسته بعد از گذشت زمان مشخص بايد خالي شود كه متشكل از يك منبع بزرگ يا چندين منبع است. از طرفي انواع واحدها از روي نوع محل جمع‌آوري گاز به سه گروه: بالني، مخزن گاز ثابت و مخزن گاز شناور تقسيم مي‌شوند.
براي مدل واحدهاي پيوسته سه مدل وجود دارد:
مدل اول: يك تانك و مخزن عمودي داشته باشد.

مدل دوم: مخزن افقي
مدل سوم: چند مخزني با مخزن بزرگ
در عمل يك طرح صحيح براي توليد و تهيه كردن بيوگاز مورد استفادة طرح  پيش‌بيني شده است.
در مدل ناپيوسته مخزن تجزيه براي ساختن خيلي ساده است. اين عمل بدين خاطر است كه براي مواد آلي عمل تجزيه تكرار شود و عمل تجزيه با اين كار تحريك شود. براي نگهداري و حبس اين مواد بايد نظارت کافی را به عمل آورد و فاكتورهاي ديگر را توسعه داد و يك تجزيه زماني تمام مي‌شود كه مواد باقي‌مانده برگشت‌ناپذير باشند و بايد اين مواد را عوض كرد.

شکل ۲- یک مخزن ناپیوسته
مدل پيوسته:
مواد آلي بطور منظم استفاده مي‌شوند و فساد انجام مي‌شود به اين صورت كه مواد جديد جايگزين مواد قديمي شده و مواد آلي هميشه در داخل مخزن داراي راندمان بالايي هستند.
مواد جديد با وارد شدن با يك نيروي مكانيكي مواد تخمير شده و كهنه را به خارج از مخزن هل داده و خارج مي‌كنند.

شکل۳ – یک مخزن پیوسته
۲-۶ يك سيستم تجزية خوب
بايد به سيستم گرماي اندازه داده شود و دما متعادل نگهداري شود و نيز تغييرات در آن تكرار نشود چون ممكن است كه فعاليت ميكرواورگانيزمها برعكس شود و باكتري برعكس عمل كند. دادن يك دماي مناسب به يك سيستم باعث افزايش راندمان توليد بيوگاز مي‌شود. بهترين دما براي سيستم طي مطالعات انجام شده  () است.
نماي كلي يك مولد بيوگاز و چگونگي بهره‌برداري از آن

شکل ۴-
۷ ـ عوامل محيطي مؤثر در فرآيند توليد بيوگاز:
۱ ـ ۷ درجه حرارت:
واكنشهاي غير هوازي در دستگاههاي بيوگاز عموماً در گرماي ۱۱۰ الي ۶۰ درجه سانتي‌گراد صورت مي‌گيرد. باكتري‌هاي فعال در درجه حرارت ۳۰ الي ۴۰ درجه سانتي‌گراد به مزوفيليك () و آنهايي كه در ۴۵ تا ۶۰ درجه سانتي‌گراد فعاليت حياتي دارند به باكتري‌هاي ترموفيليك () مشهور هستند. برحسب معمول اغلب دستگاههاي بيوگاز در حد فعاليت باكتري‌هاي مزوفيليك عمل نموده و درجه مطلوب آنها معادل ۳۵ درجه سانتي‌گراد است.

طبق بررسي‌هاي بعمل آمده ميزان توليد گاز در درجه حرارتهاي بالاتر از ۴۵ درجه سانتي‌گراد بيشتر از حرارتهاي پائين است. بديهي است نگهداري سيستم در حرارت بالاتر موجب هزينة بالا و بروز اشكالاتي در مايعات مخزن خواهد بود.
ازدياد درجه حرارت تا حدود چند درجه تغييرات مهمّي در عكس‌العملها و شرايط باكتري‌ها بوجود نمي‌آورد ولي كاهش ناگهاني اين حرارت موجب توقف فعاليت باكتري‌هاي متان ساز شده و همانگونه كه گفته شد موجب توقف توليد گاز خواهد شد. افزايش حرارت مخزن تخمير به صورتهاي گوناگون امكان‌پذير است اصولاً سبك ساختماني دستگاههاي بيوگاز در مناطق سردسير و گرمسير تفاوت زيادي دارد. دستگاههاي چيني بعلت قرارگرفتن در عمق خاك نقش بسيار زيادي در ازدياد درجه حرارت و نگهداري گرما مي‌نمايد.

 

شکل ۵ – عوامل فيزيكي و شيميايي مؤثر در انجام عمليات تجزية بي‌هوازي
عوامل حد مناسب عوامل جهت انجام گرفتن عمليات
حرارت ۳۵ پائين‌تر از ۱۵ درجه سانتي‌گراد توليد گاز خيلي كم است
پ هاش براي مواد زائد كشاورزي بين ۵/۲ تا ۵/۸
زمان نگهداري مواد در مخزن ۱۵ روز در حـرارت ۳۵ درجـه و بيشتـر از ۶۰ روز در حـرارتهـاي ۲۰ ـ ۱۵
ميزان بارگيري بصورت مواد آلي ۵ تا ۶ كيلوگرم بر هر متر مكعب ظرفيت مخزن در روز مواد قابل احتراق

توليد گاز ۴/۰ تا ۶/۰ متر مكعب بر هر كيلوگرم مواد خشك قابل تجزيه
نسبت رقيق كردن مواد ۹ ـ ۵ درصد مواد خشك
مخلوط كردن مواد در داخل مخزن الزامي نيست
نسبت كربن به ازت ۱: ۳۰ ـ ۲۰ برحسب وزن كربن قابل تجزيه
مواد سمّي سولفيدها كمتر از ۲۰۰ ميلي‌گرم در ليتر ـ جيوه كمتر از ۲ ميلي‌گرم در ليتر ـ آمونياك كمتر از ۲۵۰۰ ميلي‌گرم در ليتر

در مدل‌هاي هندي با عايق‌كاري مخزن تخمير بوسيله كاه و كلش و امثال آن اين مخازن را گرم نگه مي‌دارد.
استفاده از انرژي خورشيدي و نيز تعبية روشهاي مختلف از قبيل لوله‌هاي آب گرم و مبدّلهاي حرارتي نيز در بسياري از دستگاههاي صنعتي معمول است. بهر حال توليد گاز بستگي زيادي به درجه حرارت مخزن تخمير داشته است. درجه حرارت در تانك تخمير موجب اضمحلال بسياري از باكتري‌هاي بيماري‌زا و انگلها گرديده و شرايط ويژه‌اي را در تهية كود بهداشتي بوجود مي‌آورند.

شکل ۶ – منحني تبديل مواد زائد به گاز در ۳۷ درجه سانتيگراد
۲ ـ ۷ مواد آلي:
در صورتي كه بصورت مايع در تانك تخمير تخليه شوند تنها قسمتي از آنها به گاز متان و معدود گازهاي ديگر تبديل مي‌شوند.
بخشي از اين مواد تخمير نشده و در تانك باقي مي‌ماند و يا بصورت لجن و پس‌مانده از تانك خارج مي‌شوند.

شکل ۷- ميزان توليد گاز متان برحسب نوع فضولات
نوع فضولات متان توليد شده برحسب فوت مكعب در مجموع مواد خشك
خوك ۸ ـ ۶
گاو ـ هندوستان ۷/۴ ـ۱/۳
مرغ ۹ ـ ۶
چمن ـ علف ۵/۶ ـ ۶
گياهان سبز و پس‌مانده ميوه ۵/۶ ـ ۶

شکل ۸ –
نوع مواد درصد گاز متان در بيوگاز توليد شده درصد مواد
فضولات مرغي ۸/۵۹ ۱۰۰
فضولات مرغي و خمير كاغذ ۶۰ ۶۹  ۳۱
فضولات مرغي و روزنامه ۱/۶۶ ۵۰
فضولات مرغي و علف چمني ۱/۶۸ ۵۰
پهن گاو ۲/۶۵ ۱۰۰
پهن گاوي و علف چمني ۱/۵۱ ۵۰
جلبكها ۶۳
ساقة غلات ۵۹
برگها ۵۸
زباله آشپزخانه ۵۰

۳ ـ ۷ رطوبت و آب مورد نياز:
ميزان آب در مواد اوليه‌اي كه قرار است مورد عمل تخمير قرار گيرند بايد حدود ۹۰ درصد از وزن كل مواد را تشكيل دهد. وزن ساير موادي كه قابليت خشك شدن را دارند تا حدود ۱۰ درصد برآورده شده است آنچه مسلم است ازدياد و نقصان زياده بر حد رطوبت مواد اوليه در تانك تخمير تأثير مستقيمي در توليد گاز دارد. بطور كلي بر اساس آزمايشهاي انجام شده در بسياري كشورها نسبت آب به مواد اوليه نصف يا چيزي در حدود بررسي گرديده و مورد تأييد قرار گرفته است.

۴ ـ ۷  :
باكتري‌هاي متان‌ساز نسبت به  محيط حساسيت خاصي دارند. محدوديت براي فعاليت اين‌گونه باكتري‌ها از ۸/۶ الي ۲/۷ بررسي گرديده است. قابل تذكّر است كه بطور كلّي فعاليّت باكتري‌هاي متان‌ساز و ديگر اورگانيزمهاي غير هوازي عموماً در محيطي با  ۸/۶ الي ۸ امكان‌پذير است. نوسان شديد محيط و كم و زياد شدن نابهنگام شرايط آن از نظر اسيدي در دو صورت باعث متوقف شدن عمل تخمير و قطع گاز مي‌گردد.
افزودن فضولاتي كه داراي خاصيت اسيدي باشند باعث كم‌شدن  يعني اسيديته زياده بر حد محيط گرديده، در نتيجه باكتري‌هاي ويژة مولّد گاز نمي‌توانند با سرعت كافي مواد اسيدي را تخمير نمايند. بنابراين عمل تجزيه تا زمان برقراري تعادل يعني رشد كافي باكتري‌ها متوقف مي‌گردد. در صورتيكه  افزايش يابد يعني محيط زياده بر حد بازي شود (قليائي) عمل تخمير به كندي صورت مي‌گيرد تا به اندازة كافي  تهيه شده و در نتيجه محيط تخمير در حد متناسب اسيدي گرديده و تعادل خود را حفظ نمايد. تخمير كامل فضولات حيواني در حرارت متناسب در حدود ۵۰ روز بطول می انجامد. بدين صورت بيش از گاز در هفته اول و در هفتة دوم توليد شده و مابقي گاز تا اواخر هفتة ششم ادامه خواهد يافت. افزودن مواد خام تازه با درصد زيادي مي‌تواند باعث اسيدي شدن مواد در حال تخمير گردد.

بر اساس مطالعات انجام شده در چين افزودن آهك براي برقراري  بين ۷ الي ۸ همواره نتايج خوبي به بار آورده است.

۵ ـ ۷ نسبت كربن به ازت:
مواد خام مورد مصرف دستگاههاي بيوگاز مستقيماً از پهن گاوي يا مخلوطي از بقاياي گياهي و نيز مدفوع و ديگر فضولات انساني تشكيل مي‌شود.
وجود فضولات حيواني و گياهي در محفظة تخمير موجب خواهد شد تا با وجود سلولز گياهي و مواد ازته در محلول نسبت كربن به ازت كه از اساسي‌ترين شرايط محيط در اين مخزن است تنظيم شود.

باكتري‌هاي بي‌هوازي براي زندگي و انجام فعاليتهاي خود احتياج به كربن و ازت دارند. در اين حالت ميـزان مصرف كربن آنها تقريباً ۳۰ تا ۳۵ برابر سريعتر از ازت است. كربن بصورت () و ازت به شكل نيتريت () و تركيبات آمونياكي غذاي اصلي باكتري‌ها مي‌باشند.
اصولاً كربن براي توليد انرژي و ازت به منظور ترميم ساختمان سلول باكتري‌ها بكار برده مي‌شود. بنابراين اضافه نمودن مواد خام گياهي و دقّت در تركيب مواد اوليّه دستگاهي بصورتي كه نسبت حدود ۳۰ باشد اقدام مؤثري براي بهبود وضع فعاليّت باكتري‌هاي غير هوازي و در نتيجه سرعت در عمل تخمير مي‌باشد.