Zur optimalen Steuerung einer Biogasanlage und damit einer Erhöhung der Gasausbeute und Gasqualität, ist die Kenntnis einer Reihe von verfahrenstechnischen Kenngrößen notwendig.
Substrat
Die Substrateigenschaften bestimmen maßgeblich den Prozessverlauf und die Biogasausbeute.
- Temperatur: Der optimale anaerobe Abbau findet üblicherweise bei rund 38°C bzw. oder 57°C statt.
- Feststoffgehalt: Die Kenntnis des Trockenmasseanteils (TM, TS) ist für die Zusammenstellung eine optimalen Substratmischung notwendig, um eine zu hohe Raumbelastung zu vermeiden.
- organische Fraktion: Maßgebend für den Biogasertrag ist der Anteil an zu vergärendem Substrat, ausgedrückt als organische Trockenmasse (oTM, oTS). Weiterhin ist die Art des Substrats entscheidend. Hier geben Rohfaser, Rohfett, Rohprotein und die stickstofffreien Extraktstoffe in Verbindung mit Verdaulichkeitsquotienten gute Hinweise.
- Nährstoffgehalt: Die zu vergärenden Substrate sollten genügend Nährstoffe und Spurenelemente enthalten. Empfohlen ist hier ein Verhältnis von Kohlenstoff (C) zu Stickstoff (N) zu Phosphor (P) von 100-200 zu 4 zu 1. Andere Nährstoffe wie Natrium, Kalium und Calcium sowie Spurenelemente (z.B. Eisen, Zink, Kupfer, Molybdän, Mangan, Cobalt, Nickel, Selen) können, vor allem bei der Vergärung von Monosubstraten, Mangelerscheinungen auslösen.
- Hemmstoffe: Bei unbekannter Herkunft oder Zusammensetzung können verschiedene Stoffe hemmend auf das Bakterienwachstum wirken. Hier sind vor allen Desinfektionsmittel, Pflanzenschutzmittel, Antibiotika oder Tenside (bei der Vergärung von Abwässern) zu beachten.
verfahrenstechnisch relevante Größen
- Trockenmasse, organische Trockenmasse, CSB-Gehalt: Zur Ermittlung der Raumbelastung des entsprechenden Substrats, ist die Messung der Trockenmasse und der organischen Trockenmasse notwendig. Bei sehr wasserhaltigen Substraten (Abwässer) erfolgt die Bestimmung des CSB, da hier bei einer Trocknung z.B. niedere Fettsäuren mit verdampfen.
- pH-Wert: Die methanbildenden Bakterien haben in einem sehr engen pH-Bereich ihr Optimum. Dieses liegt im neutralen bis schwach alkalischen Milieu (7-8). Weicht der pH-Wert wesentlich davon ab, verschlechtern sich die Lebensbedingungen und die Biogasbildung wird vermindert.
- Temperatur: In der Regel werden Biogasanlagen bei rund 38°C oder 57°C betrieben, da hier die entsprechenden Bakterienstämme ihr Wachstumsoptimum haben. Eine Veränderung bedingt eine stark zunehmende Inaktivität bzw. einen stark verlangsamten Abbau der Substrate.
- Redoxpotential: Da die Methanbildung nur unter Sauerstoffausschluss stattfindet, sollte dass Redoxpotential möglichst niedrig sein. Der Eintrag von Oxidationsmitteln und auch gebundenem Sauerstoff (Nitrat, Sulfat,…) ist zu vermeiden.
- FOS/TAC: Das Verhältnis der flüchtigen, organischen Säuren (FOS) und dem gesamten anorganischem Kohlenstoff (TAC) sollte nicht über 0,3 liegen. Bei höheren Gehalten kann es schnell zu einer Versauerung im Fermenter kommen, die unmittelbare Auswirkung auf die Gasausbeute hat.
- Säure-/Basenkapazität: Die Säure- und Basenkapazität gibt das Puffervermögen des Substrats gegenüber Säuren und Laugen an.
- Gehalt an niederen Fettsäuren: Die organischen Säuren (Essig-, Propion- und Buttersäure) sind ein Zwischenprodukt im Vergärungsprozess. Bei Normalbetrieb werden die gebildeten Säuren mit der gleichen Rate zu Methan umgewandelt. Kommt es zu Störungen im Betrieb wird das Gleichgewicht dieser Abbauschritte gestört und es kommt zu einer Anreicherung der niederen Fettsäuren.
- Ammoniumgehalt: Durch den Abbau von stickstoffhaltigen Substraten im reduktiven Milieu entsteht Ammonium bzw. Ammoniak (im Gas). Dies wirkt in höheren Konzentrationen hemmend bzw. toxisch auf die Bakterien.
- Schwefel/ Schwefelwasserstoff: Bei hohen Schwefelgehalten kann es im anaeroben Milieu zu Schwefelwasserstoffbildung kommen. Dieser wirkt toxisch auf die methanbildenden Bakterien.
- Nährstoffe, Spurenelemente, Hemmstoffe: Bei Betriebsstörungen sollte der Gehalt dieser Stoffe überprüft werden.
unsere Leistungen
Wir unterstützen Sie gern beim Betrieb bzw. der Optimierung Ihrer Biogasanlage. Dabei umfasst unser Leistungsportfolio u.a.:
- Bestimmung relevanter Parameter der Biogasanlage
- Durchführung von Gärversuchen
- Probenahme von Silagen, etc.
Für Ihr spezielles Anliegen, sprechen Sie uns gerne an. (Kontakt)