Proces fermentacji metanowej zachodzi w warunkach beztlenowych przy udziale mikroorganizmów. Produktami powstającymi w wyniku tego procesu jest biogaz oraz masa pofermentacyjna, nazywana pofermentem (Rosik-Dulewska Cz., 2015). Na wydajność i szybkość przebiegu fermentacji wpływają czynniki fizyczne i chemiczne (Głaszczka A i in. 2010). Do najistotniejszych czynników w produkcji biogazu zaliczamy m.in. bakterie fermentacji metanowej. W fermentacji metanowej biorą udział bakterie z grup : kwasotwórczych, octanowych i metanogennych, spełniające określone funkcje w procesie fermentacji. (Chmiel A., 1991) Pierwszym etapem fermentacji jest hydroliza, w której, przy udziale enzymów rozkładane są związki organiczne, takie jak białka—do aminokwasów, węglowodory—do cukrów prostych, tłuszcze—do alkoholi wodorotlenkowych i kwasów tłuszczowych np.: C6H10O4+ 2H2O → C6H12O6 (cząstka organiczna glukoza) Kolejno następuje faza acidogenna tzw. kwasogeneza. Rozkładane są tutaj produkty hydrolizy do krótkołańcuchowych kwasów organicznych do lotnych kwasów tłuszczowych—mrówkowy, octanowy, propionowy, masłowy, walerianowy, kopranowy, do alkoholi—metanol i etanol, aldehydów i produktów gazowych CO2 i H2, oraz octanów, np.: C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2CO2 (glukoza → etanol) C6H12O6 + 2H2 → 2CH3CH2COOH + 2H2O (glukoza → kwas propionowy) W procesach hydrolizy i acidogenezy biorą udział bakterie obligatoryjne, oraz fakultatywne beztlenowce, będące mało podatne na wpływ pH i temperatury. np. Aerobacter, Alcaligenes, Clostridium, Escherichia, Flavobacterium, Pseudomonas, Lactobacterium. (Cebula J., Latocha L., 2005) Faza acetogenna, jest procesem podczas którego następuje przetworzenie etanoli i lotnych kawsów tłuszczowych do octanów, dwutlenku węgla, oraz wodoru, przy udziale bakterii acetogennych. Ustanie aktywności bakterii acetogennych powoduje kumulacje lotnych kwasów organicznych, a co za tym idzie obniżenia odczynu i zahamowanie wzrostu bakterii metanogennych. Najważniejszymi reakcjami acetogenezy są: C6H12O6 + 2H2O → 2CH3COOH + 2CO2 + 4H2 (glukoza → octan) CH3CH2OH + 2H2O → CH3COO- + 2H2 + H2 + H+ (etanol → octan) 2HCO3- + 4H2 + H+ → CH3COO- + 4H2O (wodorowęglan → octan) Ostatnim procesem jest metanogeneza. Bakterie metanowe—obligatoryjne beztlenowce, produkują metan, który w 75 % wytwarzany jest z octanów i alkoholi. Około 25 % gazu powstaje poprzez redukcję dwutlenku węgla wodorem. CH3CH3OH + CO2 → 2CH3COOH + CH4 CH3COOH → CH4 + CO2 CH3OH + H2O → CH4 + H2O CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O Do prawidłowego przebiegu procesu fermentacji, konieczne jest spełnienie odpowiednich warunków fizycznych i chemicznych. Dzięki zachowaniu odpowiednich parametrów można wpływać na wydajność procesu oraz zapobiegać powstawaniu czynników niekorzystnych spowalniających lub całkowicie hamujących proces metanogenezy. Czynnikiem odgrywającym znaczącą rolę w procesie fermentacji jest temperatura. Wyróżniamy trzy rodzaje fermentacji w zależności od temperatury (Oniszk-Popławska A., i in. 2009): • Psychrofilna w temperaturze 10-25oC • Mezofilna w temperaturze 32-38 oC— • Termofilna w temperaturze 52-55 oC Fermentacja psychrofilna jest procesem powolnym, w którym powstaje niewielka ilość biogazu ( Klein J., 2002). Wymaga ona dostarczania do bioreaktora wsadu, o podwyższonej temperaturze, oraz znacznie lepszej izolacji komory fermentacji, zapewnienie tych warunków sprawia, że proces jest znacznie bardziej energochłonny. Ponadto bakterie termofilne są bardzo wrażliwe na wahania temperatury, które nie mogą być większe niż 2-6 oC (Buraczewski G., 1986). Przekroczenia tych wartości może powodować wzrost stężenia lotnych kwasów tłuszczowych, zmianę pH. (Podkówka W.,i in., 2013). Najbardziej opłacalna przy produkcji biogazu jest fermentacja mezofilna, z której korzysta większość krajów europejskich (Głaszczka A., i in. 2010). Mieszanie, ma zapewnić równomierne tempo przebiegu procesów w komorze fermentacyjnej, utrzymanie jednolitej konsystencji oraz temperatury, ułatwienie odgazowywania, oraz minimalizowanie zawartości CO2, a także umożliwić wydzielanie wody nadosadowej i zagęszczanie biomasy. Fermentacja metanowa wymaga odpowiednich warunków chemicznych. Ważnym czynnikiem jest pH. Najkorzystniejszy jest odczyn pH=7, poniżej (pH<6) lub powyżej (pH >8) tej wartości proces fermentacji ustaje. Kolejnym aspektem jest potencjał redox, wielkość, która przy zachowaniu odpowiednich warunków pozwala określić ilość substancji utleniająco-redukujących w komorze fermentacji (www.ioze.pl.).Potencjał redox tworzą metan CH4, dwutlenek węgla CO2, proton H+ i wodór H2. Podwyższenie potencjału redox skutkuje spowolnieniem procesu fermentacji. Stosunek węgla do azotu C:N, od którego uzależnione jest rozmnażanie i wzrost bakterii nie powinien przekraczać 100:3. W przypadku zbyt dużej ilości azotu w substracie, akumulowany jest on w postaci amoniaku, który działa toksycznie na bakterie metanowe. Poza węglem i azotem, do prawidłowego wzrostu bakterii w komorze fermentacyjnej konieczna jest również obecność mikro i makroelementów, m.in. K, Na, Fe, Mg, Ca, oraz pierwiastków śladowych: Mg, Cu, Zn, Co, Ni, Sn, których przyswajalność może ograniczać siarkowodór. Niedobory wyżej wymienionych pierwiastków dotyczą głównie substratów zawierających duże ilości węglowodorów lub tłuszczów, w których istnieje konieczność uzupełniania azotem (zielonka, kiszonka z całych roślin kukurydzy, korzenie buraków, ziemniaki, słoma) (Podkówka W., 2007). Obciążenie komory fermentacyjnej, czyli masa substratu wprowadzonego do 1m3 objętości roboczej bioreaktora wyrażanej w kg SSO / m3d lub ChZT/ m3d. (Jędrczak A.,2007). Dla optymalizacji procesu fermentacji najkorzystniejsze jest obciążenie 5 kg SSO / m3*d. (Rusak S., i in.2007) Rozdrobnienie substratu, jest istotne ze względu na powierzchnię oddziaływania enzymów na substrat. Im mniejsza cząstki substratu tym większa powierzchnia, na którą oddziałują enzymy, co przyśpiesz proces rozkładu beztlenowego. Szczególnie ważna jest wielkość cząstek substratu, w przypadku wsadu o dużej zawartości węglowodanów strukturalnych, odpornych na rozkład biologiczny. Rozdrobnienie wpływa również na jakość mieszania wsadu w komorze, im mniejsze cząstki tym efektywniejszy praca mieszadeł zamontowanych w bioreaktorze (Podkówka W., 2013). Proces powstawania biogazu w bioreaktorze może być stymulowany lub hamowany poprzez różnego rodzaju substancje. W wyniku ich działania może wystąpić intensyfikacja, spowolnienie lub całkowite zahamowanie procesu fermentacji. Dwa ostatnie są zjawiskiem niepożądanym—znajomość oddziaływania substancji i mechanizmów na proces fermentacji jest niezbędna szczególnie ze względów ekonomicznych produkcji biogazu (Buraczewski G. 1991). Inne czynniki wpływające na proces fermentacji takie jak wypełniacze komory umożliwiają prawidłowy rozwój bakterii. Konieczność ich umieszczenia następuje w przypadku produkcji biogazu z substancji mającej charakter roztworu wodnego, np. serwatki. Uzasadnione jest dodawanie wypełniaczy, w celu stworzenia bakteriom podłoża do zasiedlania. Stosowanymi w biogazowaniach wypełniaczami są azbest włóknisty, węglan wapnia, złoża ceramiczne, żwir, oraz koks. (Buraczewski G. Bartoszek B., 1990) W wyniku fermentacji metanowej w warunkach kontrolowanych (w bioreaktorze) wytwarzany jest metan CH4.(Kowalczyk-Juśko A.,Szymańska M. 2015). Ilość wytwarzanego metanu to ok. 60 %. (Romaniuk W. Biskupska K.,Hortpress). Ponadto wydzielany jest CO2, nieznaczne ilości H2, siarkowodoru H2S, azotu N2, pary wodnej i innych gazów. Skład gazu powstałego w wyniku fermentacji jest zmienny. Głównym czynnikiem odpowiadającym za zawartość poszczególnych związków jest typ wsadu użytego do procesu. W biogazie największe znaczenie ma ilość uzyskanego metanu. Biogaz często zanieczyszczony jest siarkowodorem H2S, który niekorzystnie wpływa na wartość opałową gazu (Ermich S., Pruszyńska E, 2008). Biogaz oczyszczany jest metodami biologicznymi, fizycznymi i chemicznymi. Ze względu na ekonomikę procesu preferowane jest użycie metody biologicznej oczyszczania biogazu. Proces nie wymaga dużych nakładów pieniężnych oraz nie oddziałuje negatywnie na środowisko. Oczyszczanie biogazu z niepożądanych związków, w tym H2S ważne jest ze względu na późniejsze wykorzystanie biogazu, w układach kogeneracyjnych, silnikach samochodowych, kotłach gazowych, ogniwach paliwowych. Nadmiar H2S w biogazie wykorzystanym w wymienionych instalacjach sprzyja nie tylko wzmożonej korozji, wymagana staje się częstsza wymiana oleju, z czym wiążą się większe koszty eksploatacji, dłuższe przestoje, szybsze zużycie urządzeń końcowych, a nawet awarie (Żarczyński i in. 2014).