Η αποδοτικότητα της αναερόβιας χώνευσης εξαρτάται από μερικές κρίσιμες παραμέτρους, έτσι είναι σημαντικό να παρέχονται οι κατάλληλοι όροι για τους αναερόβιους μικροοργανισμούς. Η ανάπτυξη και η δραστηριότητά τους επηρεάζεται σημαντικά από τον αποκλεισμό του οξυγόνου, την θερμοκρασία, την τιμή του pH, τον ανεφοδιασμό με θρεπτικές ουσίες, την ένταση της ανάδευσης, καθώς και από την παρουσία και την ποσότητα ανασταλτικών παραγόντων (π.χ. αμμωνία).
Θερμοκρασία
Η διεργασία της αναερόβιας χώνευσης μπορεί να πραγματοποιηθεί σε διαφορετικές θερμοκρασίες, που χωρίζονται σε τρία θερμοκρασιακά εύρη: ψυχρόφιλη (κάτω από 25 oC), μεσόφιλη (25-45 oC), και θερμόφιλη (45-70 oC). Υπάρχει μια άμεση συσχέτιση μεταξύ της θερμοκρασίας της διεργασίας και του υδραυλικού χρόνου παραμονής (HRT - Hydraulic Retention Time), όπως φαίνεται και στον πίνακα που ακολουθεί:
Θερμικό στάδιο |
Θερμοκρασίες διεργασίας |
Ελάχιστος χρόνος παραμονής |
ψυχρόφιλη |
< 20 °C |
70 έως 80 ημέρες |
μεσόφιλη |
30 έως 42 °C |
30 έως 40 ημέρες |
θερμόφιλη |
43 έως 55 °C |
15 έως 20 ημέρες |
Η σταθερότητα της θερμοκρασίας έχει καθοριστική σημασία. Στην πράξη, η θερμοκρασία λειτουργίας επιλέγεται σε συνάρτηση με την χρησιμοποιούμενη πρώτη ύλη και η θερμοκρασία διεργασίας συνήθως παρέχεται από ειδικά συστήματα συστήματα θέρμανσης, μέσα στον χωνευτήρα τα οποία αποτελούνται είτε από εναλλάκτες στο εσωτερικό του αντιδραστήρα είτε εναλλάκτες θερμότητας εξωτερικά του αντιδραστήρα.
pH
Η τιμή του pH είναι το μέτρο της οξύτητας/αλκαλικότητας του διαλύματος (αντίστοιχα με το μίγμα του υποστρώματος) και εκφράζεται σε μέρη ανά εκατομμύριο (ppm). Το pH του υποστρώματος επηρεάζει την αύξηση των μεθανογενών μικροοργανισμών, και μπορεί να έχει επιπτώσεις στο διαχωρισμό μερικών ενώσεων που έχουν σημασία για την διεργασία (αμμωνία, σουλφίδιο, οργανικά οξέα). Η εμπειρία δείχνει ότι ο σχηματισμός του μεθανίου πραγματοποιείται μέσα σε ένα σχετικά μικρό εύρος pH, περίπου από 5,5 έως 8,5, με ένα βέλτιστο εύρος 7-8 για τους περισσότερους μεθανογενείς οργανισμούς. Οι οξικογενείς οργανισμοί έχουν, σε πολλές περιπτώσεις, μια χαμηλότερη τιμή του βέλτιστου pH.
Πτητικά λιπαρά οξέα
Η ευστάθεια της διεργασίας επηρεάζεται από την συγκέντρωση των ενδιάμεσων προϊόντων όπως είναι τα πτητικά λιπαρά οξέα (VFA). Τα πτητικά λιπαρά οξέα είναι ενδιάμεσες ενώσεις (οξικά, προπιονικά, βουτυρικά, γαλακτικά άλατα), που παράγονται κατά τη διάρκεια της ακετογένεσης, με μια αλυσίδα άνθρακα από έξι ή λιγότερα άτομα. Στις περισσότερες περιπτώσεις, αστάθεια στη διεργασία θα οδηγήσει στη συσσώρευση VFA μέσα στον χωνευτήρα, και αυτό μπορεί να οδηγήσει σε πτώση της τιμής του pH. Η συσσώρευση VFA, εντούτοις, δεν εκφράζεται πάντοτε ως πτώση του pH, λόγω της ικανότητας ανάσχεσης μερικών τύπων βιομάζας. Π.χ. τα ζωικά περιττώματα έχουν ένα πλεόνασμα αλκαλικότητας, το οποίο σημαίνει ότι η συσσώρευση VFA πρέπει να υπερβεί ένα ορισμένο επίπεδο προτού να μπορέσει να ανιχνευθεί λόγω της σημαντικής μείωσης της τιμής του pH. Σε ένα τέτοιο σημείο, η συγκέντρωση οξέων στο χωνευτήρα θα είναι τόσο υψηλή ώστε η διεργασία της αναερόβιας θα έχει ήδη εμποδιστεί σοβαρά.
Ιχνοστοιχεία, θρεπτικές ουσίες και τοξικές ενώσεις
Τα ιχνοστοιχεία όπως ο σίδηρος, το νικέλιο, το κοβάλτιο, το σελήνιο, το μολυβδαίνιο ή το βολφράμιο είναι εξίσου σημαντικά για την αύξηση και την επιβίωση των μικροοργανισμών της αναερόβιας χώνευσης όπως είναι ο άνθρακας, το άζωτο, ο φώσφορος και το θείο. Η βέλτιστη αναλογία των θρεπτικών στοιχείων άνθρακα, αζώτου, φωσφόρου, και θείου (C:Ν:P:S) είναι 600:15:5:1. Η ανεπαρκής παροχή θρεπτικών ουσιών και ιχνοστοιχείων, καθώς επίσης και η πάρα πολύ υψηλή χωνευτικότητα του υποστρώματος μπορούν να προκαλέσουν παρεμπόδιση και διαταραχές στη διεργασία της αναερόβιας χώνευσης. Ένας άλλος παράγοντας που επηρεάζει τη δραστηριότητα των αναερόβιων μικροοργανισμών είναι η παρουσία τοξικών ενώσεων. Αυτές μπορούν να μεταφερθούν στο σύστημα της αναερόβιας χώνευσης μαζί με την πρώτη ύλη, αλλά μπορούν επίσης να παραχθούν κατά τη διάρκεια της διεργασίας.
Είναι δύσκολη η εφαρμογή κατώτατων οριακών τιμών για τα τοξικά υλικά, αφενός μεν επειδή αυτά τα είδη των υλικών μπορούν συχνά να δεσμευθούν με χημικές διεργασίες και αφετέρου επειδή οι αναερόβιοι μικροοργανισμοί είναι σε θέση να προσαρμοστούν, εντός ορισμένων ορίων, στις περιβαλλοντικές συνθήκες, δια του παρόντος με την παρουσία τοξικών ενώσεων.
Αναστολείς της αναερόβιας χώνευσης
Ως αναστολείς της αναερόβιας χώνευσης θεωρούνται εκείνες οι ουσίες οι οποίες έχουν αρνητική επίδραση στους μικροοργανισμούς χωρίς να τους σκοτώνουν άμεσα. Η διεργασία μπορεί να ανασταλεί με διάφορους τρόπους από ενδογενή και εξωγενή αίτια. Η ενδογενής αναστολή προκύπτει από συνθήκες ή υλικά που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια της χώνευσης ενώ η εξωγενής οφείλεται σε εξωτερικούς παράγοντες. Γενικότερα, τα δύο τελευταία στάδια της αναερόβιας χώνευσης είναι απόλυτα προσαρμοσμένα μεταξύ τους, με συνέπεια την αναστολή του ενός να διαδέχεται η αναστολή και του άλλου. Παράλληλα, λόγω του ότι η δράση τους αποτελεί τον αποφασιστικό παράγοντα που καθορίζει την ταχύτητα και την απόδοση ολόκληρης της διεργασίας.Η αμμωνία, τα οξέα, το οξυγόνο και διάφορες θειικές ενώσεις δρουν ανασταλτικά για την αναερόβια χώνευση, κάθε μια με διαφορετικό τρόπο.