Agrartechnische Forschung - Deutsche Ausgabe

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Monofermentation von Nahrungsmittelabfällen in Biogasanlagen : Laboruntersuchungen
(2004) Adolph, Jan; Beck, Jürgen; Mukengele, Michael; Jungbluth, Thomas
In einem Gemeinschaftsprojekt der Partner Ing. Friedrich Bauer GmbH aus Kemmelbach, ?-sterreich, der Firma Enersys GmbH, Donaueschingen und den Instituten für Agrartechnik sowie für Umwelt- und Tierhygiene mit Tierklinik (Leiter: Prof. Dr. R. Böhm) der Universität Hohenheim wird ein Verfahren zur Monofermentation von Speiseresten entwickelt. In einem Laborversuch wurden systematische Untersuchungen über einen Zeitraum von 126 Tagen mit zwölf liegenden Laborfermentern mit jeweils 16 l Nettovolumen durchgeführt. Nach einer Einlauf-phase zur Adaption der Mikroorganismen an das Substrat wurden in drei Teilexperimenten die Einflüsse von unterschiedlichen Temperaturbereichen (mesophil bei 40 °C und thermophil bei 55 °C) und verschiedenen Raumbelastungen (hoch mit 5,1 kg oTS/m³ Reaktorvolumen (RV) ?EUR? d und niedrig mit 3,5 kg oTS/m³ RV ?EUR? d) getestet. Darüber hinaus wurde ein zwei stufiges Verfahren mit doppelter Raumbelastung und 10,1 kg oTS/m³ RV ?EUR? d simuliert. Hydrolyse und Methanisierung liefen hierbei in zwei nacheinander geschalteten Reaktoren getrennt voneinander ab. Die eingesetzten Speisereste waren aufgrund ihres hohen Energie-inhaltes von durchschnittlich 18,3 MJ ME / kg TS für eine Monofermentation in Biogasanlagen geeignet. Beim Vergleich der unterschiedlichen Temperaturniveaus waren die reaktorspezifischen Methanerträge zu-nächst gleich hoch mit etwa 2,12 l CH4/l RV ?EUR? d. Im letzten Drittel fiel die Leistung der mesophilen Varianten jedoch bis auf 50 % der thermophilen Vergleichsreaktoren. Bei der Variation von Raumbelastung in Wechselwirkung mit dem Temperaturbereich ergab die thermophile Variante mit hoher Raumbelastung die höchsten reaktorspezifischen Methan-erträge mit 2,25 l CH4/l RV ?EUR? d im Vergleich zu nur 0,86 l CH4/l RV ?EUR? d in der mesophilen Variante mit niedriger Raumbelastung. Durch Aufteilung der Faulung in Hydrolyse- und Methanisierungsstufe in der abschließenden zweistufigen Fermentation gelang es, den Prozess weitgehend stabil zu halten.
Monofermentation von Nahrungsmittelabfällen in Biogasanlagen : Pilotbiogasanlage
(2004) Adolph, Jan; Beck, Jürgen; Jungbluth, Thomas
In einem Gemeinschaftsprojekt der Partner Ing. Friedrich Bauer GmbH aus Kemmelbach, ?-sterreich, der Firma Enersys GmbH, Donaueschingen als Generalplaner der Pilotanlage, der Firma Biogas-Systemtechnik Deutsch-land GmbH als Bauherr und den Instituten für Agrartechnik sowie für Um-welt- und Tierhygiene mit Tierklinik (Leiter: Prof. Dr. R. Böhm) der Universität Hohenheim wurde ein Verfahren zur Monofermentation von strukturarmen Materialien mit hohem Energieinhalt entwickelt und getestet. Zu Beginn des Forschungsvorhabens wurden im Biogaslabor des Instituts für Agrartechnik der Universität Hohenheim grundlegende systematische Untersuchungen zur Monofermentation von Speiseresten, um Informationenüber das Gärverhalten und die Leistungsfähigkeit des Substrats zu erhalten. In einem zweiten Schritt folgten umfangreiche verfahrenstechnische und hygienische Untersuchungen an der Pilotanlage. Die Versuche beinhalteten zwei Phasen über einen Zeitraum von insgesamt192 Tagen. In Phase I wurde der Vergärungsprozess gestartet und die Rohrfermenter der Anlage zuerst ausschließlich mit Impfmaterial und anschließend mit langsam steigenden Speiserestmengen befüllt. Nach 130 Tagen war Phase I Ende November 2002 abgeschlossen. In den Rohrfermentern wurde während dieser Zeit im Durchschnitt 0,971 m3 CH4 m-3 RV d-1, in der zweiten Fermenterstufe 0,431 m3 CH4 m-3 RV d-1 bei einer Raumbelastung von3,18 kg oTS m-3 RV d-1 und einer theoretischen Verweilzeit des Gärmaterials in beiden Fermenterstufen von etwa 118 d erzeugt. Die Gasqualität betrug durchschnittlich 56,3 % CH4 und 36,1 % CO2. Eine fehlerhafte Temperaturmessung in den Rohrfermentern in Kombination mit einer defekten Gasmengenerfassung führte Anfang Oktober zu überhöhten Beschickungsmengen mit Frischsubstrat. Daraus resultierte eine ?oeberlastung der Rohrfermenter, so dass es zu einem starken Anstieg der Fettsäurekonzentrationen auf bis zu 16500 ppm kam, wobei vor allem die Propionsäurekonzentration bis auf 4690 ppm stark zunahm. Infolgedessen sank der pH - Wert in den Rohrfermentern auf bis zu 6,4 ab. Durch ?oeberimpfung mit Gärmaterial aus der zweiten Fermenterstufe konnte die Methanerzeugung in den Rohrfermentern wieder neu gestartet werden. In Phase II wurden über eine Dauer von 62 Tagen nach vorher wieder stabilisierten Betriebsbedingungen durchschnittlich 0,95 m3 CH4 m-3 RV d-1 in den Rohrfermentern und 0,64 m3 CH4m-3 RV d-1 in der zweiten Fermenterstufe mit 58,7% CH4 und 36,6 % CO2imMischgas erzeugt. Die Fettsäurekonzentration lag in diesem Versuchsabschnitt bei durchschnittlich 5070 ppm Essigsäure und 3680 ppm Propionsäure. Das sowohl im Labormaßstab als auch unter Praxisbedingungen untersuchte Verfahren bestätigt, dass eine Monovergärung von Speiseresten technisch realisierbar ist. In verfahrenstechnischer und gärbiologischer Hinsicht gibt es dabei Ansatzpunkte zu Optimierungsstrategien und technischen Weiterentwicklungen.

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