Метановое брожение или биометаногенез - процесс превращения органического вещества в анаэробных условиях под действием бактериальной флоры. Биогаз, получается входе в биометаногенеза, представляет собой смесь газов; кислорода, азота, водорода, углекислого газа, из которых 50-80% составляет метан.

Согласно современным представлениям, анаэробное превращение практически любой биомассы в метан проходит через четыре последовательных этапа: фаза гидролиза (расщепления), сложных биополимерных молекул (белков, липидов, полисахаридов) на более простые, например, мономеры, аминокислоты, углеводы и другие; фаза ферментации образовавшихся мономеров до ещё более простых веществ- низших кислот и спиртов, аммиака и сероводорода; ацетогенная фаза (образование Н2, СО2, формиата и ацетата) и непосредственно метаногенная фаза, которая приводит к конечному продукту расщепления- метану [17].

Исследователи, кроме четырёх этапов конверсии биомассы в метан, отдельно выделяют две стадии. У разных авторов они имеют разные названия: “неметаногенная” и “метаногенная”, “кислотная” и “слабощелочная” и т.д. Первая стадия (кислотная) связана с образованием летучих жирных кислот как основных промежуточных продуктов разложения органических веществ до метана, вторая стадия (слабощелочная или метаногенная)- с физико-химической характеристикой среды и образованием метана.

Технологически метановое брожение делят на этап созревания метанового биоценоза и этап ферментации (непрерывный и периодический).

В течении первого этапа развиваются группы микроорганизмов, участвующие в разложении исходных сложных субстратов и продуктов их распада. В результате физиологической деятельности этих микроорганизмов создаются оптимальные условия для активного метангенерирования (четвёртая фаза). По достижении этих условий ферментация переводится на непрерывный или периодической режим.

Метановое брожение может протекать при температуре 10-60°С. Термофильное метановое брожение (45-65°С) в 2-3 раза интенсивнее мезофильного брожения (25-35°С), причём изменение температуры влияет лишь на скорость процесса, а не на качественный состав образующихся продуктов. [Приложение 2].

Метанобразующие бактерии или метаногены являются анаэробами, чувствительными к кислороду. Группа метанобразующих организмов насчитывает на сегодняшний день около 50 видов, по температурному режиму подразделяющихся на психрофилов (существуют при температуре 4-25°С), мезофилов (30-35°С) и термофилов (50-70°С). Для обеспечения нормальной жизнедеятельности метаногенов необходимо:

1) постоянство температуры и давления;

2) строгий анаэробиоз;

3) отсутствие света;

4) нейтральная или слабощелочная среда.

Выделение в окружающую среду горючих и токсичных веществ, входящих в состав биогаза, оказывает отрицательное воздействие на природу, является причиной взрывов и пожаров. На рекультивированных землях газ вытесняет из корневой системы воздух, что отрицательно сказывается на их росте.

Мировой опыт свидетельствует, что извлечение биогаза из толщи твёрдых бытовых отходов (ТБО) и его использование экологически необходимо (в том числе, с точки зрения безопасности).

В силу достаточно низкого содержания в ТБО органических веществ и при их малой влажности – главный показатель, влияющий на образование газа, получение из них биогаза неэффективно без использования дополнительных компонентов. В качестве такой добавки можно использовать осадок сточных вод (ОСВ). В соответствии с требованиями СНиП 2.04.03.-85 соотношение компонентов смеси ТБО и ОСВ должно быть стабильным и составлять 2:1 по массе. Иловые осадки, имеющие повышенную влажность - 98%, как бытовой мусор, имеющий низкую влажность – 45% , компенсируются и утилизируются сепаратно кратно неэффективно. Оптимальная влажность органического субстрата, которая обеспечивает интенсивные анаэробные процессы, составляет 60-70%. В тих условиях происходит эффективное биотермическое обезвоживание ОСВ и ТБО, а так же активное разложение органического субстрата с выделением биогаза за счёт взаимодействия компонентов, способствующих интенсификации процесса; в частности, достигается оптимальное соотношение углерода и азота, повышается пористость иловых осадков, уменьшается относительное содержание в смеси инертных включений. Совместная переработка ТБО и ОСВ позволяет сократить требуемые площади примерно на 20% и количество обслуживаемого персонала. При этом сокращаются и энергетические затраты, поскольку обеззараживание осадка достигается в процессе компостирования без применения каких-либо дополнительных устройств. Компостирование смеси ОСВ и ТБО позволяет вести биотермические процессы при температуре 50-70°С, что обеспечивает эффективное обезвреживание всей массы. Процесс биотермического разложения органических веществ, по данным исследований, приводит к гибели яиц гельминтов, личинок мух и резкому сокращению патогенных микроорганизмов.