Анализ эффективности биогазовой установки на основе математического моделирования процессов мезофильного сбраживания

В статье представлена математическая модель биохимических процессов, происходящих в биогазовой установке при мезофильном режиме сбраживания. Целью исследований было – повышение эффективности работы биогазовых установок за счет разработки математических моделей биохимических процессов. Модель основана на системе дифференциальных уравнений, учитывающих динамику ключевых компонентов субстрата, таких как влага, зола, безазотистые экстрактивные вещества (БЭВ), жиры, протеины и клетчатка. Определен ряд факторов, которые могут оказывать влияние на скорость реакций, в том числе температурный режим, водородный показатель реакции среды, а также содержание аммиака и летучих жирных кислот, проявляющих способность к ингибированию. В ходе расчетов были получены временные зависимости изменения концентраций основных компонентов субстрата и построены графически. Как результат была получена зависимость объемного выхода биогаза от параметров субстрата. Результаты моделирования показали высокую точность прогнозирования выхода биогаза, особенно для навоза поросят (R² > 0,96). Модель также учитывает динамику микробной биомассы и накопление промежуточных продуктов, таких как метан и углекислый газ. Полученные результаты свидетельствуют о том, что разработанная математическая модель биохимических процессов биогазовой установки обладает высокой точностью и может быть использована для прогнозирования ключевых параметров анаэробного сбраживания в мезофильном режиме. Разработанный подход может быть интегрирован в системы управления биогазовыми комплексами для оптимизации загрузки субстрата и повышения эффективности генерации энергии. Перспективы работы включают адаптацию модели к термофильным условиям и сложным субстратам.