DD221347A1 - Verfahren zur gewinnung von futtermitteln aus guelle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Futtermitteln durch Kultivierung von Bakterien auf Guelle bzw. auf in der Guelle enthaltenen Feststoffpartikeln. Nach bekannten Verfahren der Gewinnung von Futtermitteln oder Futtermittelzusaetzen wird die Guelle aerob fermentiert, wobei Bioschlaemme von nicht verfuetterungsfaehiger Qualitaet anfallen. Fuer eine Nachbehandlung oder Beeinflussung der Fermentation muessen grosse Rohstoffmengen in die Guelleverwertung einbezogen werden, so dass derartige Verfahren der biotechnologischen Guelleverwertung noch nicht allgemeine Praxis sind. Eine hoehere Prozessstabilitaet und damit Vereinheitlichung der Mikroorganismenflora ist durch anaerobe Fermentation erreichbar, wobei bisher thermophile Verfahren angewendet wurden. Das anfallende Biogas gestattet eine oekonomischere Verfahrensgestaltung. Diese thermophilen Verfahren erfordern aber einen hohen Prozessenergiebedarf. Die erhoehten Stoffwechselleistungen thermophiler Bakterien bewirken eine geringere Biomassenmenge. Das Ziel der Erfindung besteht in der Gewinnung eines verfuetterungsfaehigen Produktes durch anaerobe Fermentation von Guelle im mesophilen Bereich. Das Ziel wird erreicht, indem die Guelle in einem Fermentor anaerob behandelt wird, wobei sich die Biomasse an die in der Guelle enthaltenen Feststoffpartikel anlagert. Nach der Fermentation werden die Feststoffe durch ein Trennaggregat dem Fermentationsprodukt entnommen und koennen verfuettert werden. Durch das waehrend der Fermentation anfallende Biogas ist eine ideale Verfahrenskombination zwischen Futtermittelgewinnung und Energiegewinnung gegeben. Die Erfindung kann eingesetzt werden in Anlagen der industriellen Tierproduktion sowie Anlagen, in denen Guelle anfaellt.

Description

.Titel der Erfindung Verfahren zur Gewinnung von

Futtermitteln aus Gülle

Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Futtermitteln aus Gülle, insbesondere Rinder- und Schweinegülle durch anaerobe Fermentation bei gleichzeitiger Energiegewinnung

Die Erfindung gehört in das Gebiet der technischen Mikrobiologie und kann in Anlagen der industriellen Tierproduktion sowie allen Anlagen, in denen Gülle anfällt, genutzt werden. Die Erfindung ist in die IPK A 23 K 1/00 (0 02 C) einzuordnen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: In den bekannten biologischen Abwasserreinigungsverfahren zur Aufbereitung von Gülle - wie in DD - PS 98 819 beschrieben wird nach dem Abtrennen des Feststoffes die Gülleflüssigkeit in mehreren Stufen belüftet. Der dabei anfallende Bioschlamm wird teilweise im Kreislauf geführt, um die biologische Aktivität des Schlammes in den Belüftungsbecken aufrechtzuerhalten. Die im Kreislauf entnommene Biomasse soll für Fütterungszwecke geeignet sein.

Durch Zugabe von zerkleinertem Feststoff als Kohlenstoffquelle soll die Biomasseproduktion erhöht werden (DD-PS 118 797)

V/eitere Verbesserungen werden u. a. in DD-PS 128 067 beschrieben, indem nach der ersten Abbaustufe der gebildete Bioschlamm abgetrennt wird und der geklärte stickstoffhaltige Überstand nach Zugabe einer externen Kohlenstoffquelle erneut einem biologischen Abbauprozeß unterworfen wird. Die dabei erhaltenen Bioschlämme unterscheiden sich in ihrer Qualität und werden in

unterschiedlicher Weise zu Futtereiweiß aufgearbeitet. Diese Verfahren sind zur gezielten Synthese von Biomasse mit verfütterbarer Qualität ungeeignet, da sich der Belüftungsprozeß in offenen Erdbecken bei ständig wechselnden Milieubedingungen bezüglich Homogenität, Durchflußmenge, Temperatur und pH-Wert, was eine Vereinheitlichung der Mikroorganismenflora nicht zuläßt, vollzieht.

Die ungenügende Qualität des BioscHkmmes drückt sich in einem hohen Aschegehalt, geringem Rohproteingehalt und einer breit gefächerten Mikroorganismenflora aus. Die Rückführung des Belebtschlammes bewirkt außerdem eine Selektion schwer verdaulicher Mikroorganismen.

Durch derartige Verfahren ist es wegen der aufgezeigten Mangel und Nachteile nicht möglich, eine für Fütterungszwecke geeig-, nete Biomasse von hoher Qualität auf der Basis von Gülle zu gewinnen.

Zur Verbesserung der Qualität sind zahlreiche Verfahren zur Nachbehandlung der Bioschlammprodukte bekannt. Die DE-OS 2414 255 beinhaltet ein Verfahren der mikrobiellen Gülleaufbereitung mit anschließender Sterilisation des Überschußschlammes bei 80 bis I60 ⁰C. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, den Putterwert durch Zugabe insbesondere der schwefelhaltigen essentiellen Aminosäuren zu steigern. Verschiedene Autoren schlagen Hydrolyseverfahren für die Gülle- und Bioschlammverwertung vor, wobei insbesondere nach erfolgter Säurehydrolyse Hydrolysate anfallen, die zur Kultivierung von Futterhefen einsetzbar sind.

Nach DE-OS 2 242 377 wird der Belebtschlamm nach mechanischer Entwässerung auf 5 bis 15 % TS einer Schocktrocknung bei 120 bis 140 ⁰G innerhalb von 10 bis 20 see. auf einem Zweiwalzensumpftrockner unterzogen.

Die Aufarbeitung von Überschußschlämmeη durch Extrusion wurde ebenfalls mehrfach beschrieben, wobei die wesentlichen Unterschiede der Verfahren im empfohlenen, je nach Extruderart erforderlichen TS-Gehalt, in der Temperatur, dem Druck und der Dauer der Extrusion liegen.

Weitere Erfindungsbeschreibungen zur Gewinnung von Futtermitteln oder Futtermittelzusätzen aus Gülle zielen darauf, durch Vereinheitlichung der Mikroorganismen durch Verbesserung der Fermentationsbedingungen eine höhere Biomassequalität zu er-

reichen.

In DD-PS 146 616 wird die Gülle einer einstufigen kontinuierlichen Fermentation gegebenenfalls unter Zusatz von Kohlenstoff- und Phosphorträgern unterworfen.

In dem in DD-PS 213 157 beschriebenen Verfahren erfolgt die Verwertung der Inhaltsstoffe von Güllefugateti durch ein- oder mehrstufige kontinuierliche Intensivfermentation, vorzugsweise im schwach sauren Bereich bei Temperaturen bis zu 60 ⁰C mit und/oder ohne Nährstoffausgleich durch Premd-C-Quellen. Die Biomasse wird einer Säurewäsche zur Reduzierung der Salzbelastung unterzogen.

Diese Verfahren der biotechnologischen Glilleverwertung sind bisher noch nicht allgemeine Praxis, da neben unerwünschten Inhaltsstoffen in den Produkten große Rohstoffmengen in die Gülleverwertung einbezogen werden müssen und sich aus diesen Erfordernissen bestimmte Vorbehalte gegen die Verfahren ableiten.

Neben diesen aeroben Verfahren gewinnen in letzter Zeit Bemühungen an Bedeutung, die während anaerober Güllebehandlungsverfahren anfallende Biomasse zu Putterzwecken zu nutzen. In US-PS 38 38 199 wird die Gülle im thermophilen Bereich anaerob fermentiert, das anfallende Biogas wird als Prozeßenergie bereitgestellt und die Biomasse durch Zentrifugation vom Reaktionsgemisch abgetrennt.

Das so erhaltene Produkt ist ohne weitere Behandlung verfütterbar. Allerdings sind die Aufwendungen zur Gewährleistung der Prozeßenergie für thermophile Verfahren hoch, und aufgrund der höheren Stoffwechselleistungen thermophiler Mikroorganismenpopulationen ist die Besiedlungsdichte und damit die Biomassemenge gering.

In dem in US-PS 39 73 043 beschriebenen Verfahren ist der anaeroben Stufe mit Biogaserzeugung eine aerobe Fermentation, durch die ein proteinreiches Produkt erzeugt wird, nachgeschaltet. Pur die aerobe Verfahrensstufe gelten die eingangs genannten Hachteile, wobei der für aerobe Verfahren notwendige Kohlenstoffanteil weiter vermindert ist.

Ziel der Erfindung:

Das Ziel der Erfindung ist es, durch anaerobe Fermentation von Gülle ein verfütterungsfähiges Produkt entsprechend den Erfordernissen der Tierernährung zu erhalten bei gleichzeitiger Gewinnung von Energie in Form von Biogas.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die in der Gülle vorhandenen anorganischen und organischen Inhaltsstoffe in Biomasse zu konvertieren und dabei Energie in Form von Methan zu gewinnen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Gülle oder die in der Gülle enthaltenen Feststoffe einer anaeroben Fermentation unterzogen werden, daß aus dem Fermentorablauf die Feststoffe abgetrennt und in eine-verfütterungsfähige Form überführt werden und daß das anfallende Biogas als Energieträger verwendet wird.

Auf diese V/eise wird eine ideale Kombination der Gewinnung von Futtermitteln und Energie aus Gülle realisiert. Die anaerobe Fermentation von Gülle in einem geschlossenen Fermentor gestattet, ein stabiles Betriebsregime zu realisieren, so daß eine reproduzierbare Führung des biotechnologischen Prozesses möglich wird und damit eine konstante Zusammensetzung des Fermentationsproduktes garantiert ist.

Die verwendeten Kulturen bestehen aus definierten Mischkulturen, in denen Methanbakterien eine dominante Rolle spielen. Derartige Methanbakterien sind wegen des F_ehlens.von U-Acetylmuraminsäure und damit Murein in der Zellwand außerordentlich gut verdaulich. Ihre Fähigkeit, Vitamine zu synthetisieren (Vitamin B^)» steigert den Futterwert des Produktes. Der Fermentationsprozeß ist gekennzeichnet durch

- eine Temperatur von 20 ⁰C bis 60 ⁰C, vorzugsweise zwischen 30 ⁰C und 40 ⁰C

- einen pH-Wert zwischen 6 und 9

- eine Verweilzeit von 3 bis 30 Tagen, vorzugsweise 10 bis 25 Tagen.

Diese langen Verweilzeiten führen im angegebenen Temperaturbereich zu einer Hygienisierung der Gülle durch Abtöten der pathogenen Bestandteile und Keime.

Die Mikroorganismen lagern sich während des Fermentationsprozesses an die in der Gülle enthaltenen Feststoffe an, so daß

eine einfache Gewinnung der Biomasse über Abtrennung der Peststoffe möglich wird.

Zur Trennung der Feststoffe von der Fermentorflüssigkeit wird der Fermentorablauf gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Eindickers einem entsprechenden Trennaggregat zugeführt. Die Isolierung der Peststoffe erfolgt durch Absieben (Bogensieb mit Rüttler) und/oder Auspressen (Schneckenpresse, Siebbandpresse) oder durch Zentrifugation (Dekanter). Das auf diese Weise erhaltene verfütterungsfähige Produkt zeichnet sich gegenüber dem nicht fermentierten Peststoff durch einen geringen Rohaschegehalt, eine bessere Rohproteinqualität und einen höheren Gesamtfettgehalt aus. Durch die StoffWechseltätigkeit fermentativer Bakterien ist der Rohfasergehalt ebenfalls erhöht.

Die wesentlichen Vorteile des Verfahrens gegenüber gegenwärtig angewandten Verfahren zur Futtermittelgewinnung aus Gülle sind;

- Ökonomischere Verfahrensgestaltung durch Kombination von Futtermittel- und Energiegewinnung

- Stabiler Fermentationsprozeß unter definierten konstanten Bedingungen

- Höhere Qualität der Peststoffe durch Anlagerung der Biomasse

- Keine Zuführung von zusätzlichen Rohstoffen oder Zuschlagstoffen.

Ausführungsbeispiel:

Die im Rahmen des Verfahrensbeispieles eingesdzte Gülle entstammt einer industriellen Schweinezuchtanlage. Die Größenordnung und die Methoden der Tierhaltung einschließlich des angewendeten Fütterungsregimes bedingen eine in bestimmten Grenzen gleichbleibende Zusammensetzung der Rohgülle. Zur Ermittlung des Energieanteils aus der Fermentation.der Feststoffe wurden die Feststoffe vor der Fermentierung über Bogensieb/Schneckenpresse abgetrennt und der abgetrennte Flüssiganteil durch V/asser ersetzt.

Die aus der Rohgülle durch Bogensieb/Schneckenpresse abgetrennten Feststoffe sind bei einem TS-Gehalt von 54,87 % durch folgende Stoffkennwerte charakterisierbar: Rohasche 12,59 %_f Rohprotein 9,61 % der TS, Gesamtfett 0,83 % der TS und Rohfaser 32,06 % der TS.

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Die Fermentation verläuft bei einer Temperatur von 33 C, einem pH-Wert von 8,2 und einer mittleren Verweilzeit von 20 Tagen. Zur Herabsetzung des Rohaschegehaltes im Fermentationsprodükt wurde mit 1,7 g oTS/l.d eine geringe Raumbelastung gewählt. Die spezifische Biogasausbeute beträgt 0,23 l/g oTS. Der Fennentorauslauf wird wiederum über Bogensieb abgetrennt und mittels Schneckenpresse in die verfütterungsfähige Form überführt.

Das auf diese V/eise erhaltene Produkt hat u. a. folgende Stoffkennwerte: Rohprotein 9,44 % der TS, Gesamtfett 0,96 % der TS, Rohfaser 39,15 % der TS.

Die Qualität des Rohproteins ist gegenüber dem Feststoff in nicht fermentierter Gülle deutlich erhöht, wie die Aminosäurespektren von Ausgangs- und Endprodukt belegen.

Aminosäuren in g/16 g H (SS vom Rohprotein)

Güllefeststoff Güllefeststoff fermentiert roh

ΙΰΓβ 4,60 2,93

His 1,76 1,27

Arg 3,88 2,07

Asp 7,81 5,24

Thr 3,88 2,68

Ser 3,85 2,69

GIu 8,52 6,15

Pro 4,05 2,35

GIy . 5,68 3,59

AIa 5,41 3,64

VaI 4,64 2,62

Heu 3,80 1,96

Leu 6,46 4,29

Tyr 1,54 1,17

Phe 3,08 2,79

Cys 2,01 1,52

Met 1,45 1,02

Try 0,92 0,54

Claims (3)

1. Erfindungsanspruch.

   1. Verfahren zur Gewinnung yon Futtermitteln aus Gülle bei gleichzeitiger Gewinnung von Biogas gekennzeichnet dadurch, daß Rohgiille, vorbehandelte Rohgülle oder Güllefeststoff in einem Behälter gesammelt wird, daß aus diesem Behälter die Gülle mittels bekannter Hilfsmittel in einen Permentor gefördert wird, daß die Gülle in diesem Permentor unter Verwendung definierter Mischkulturen aus Mikroorganismen, in denen Methanbakterien eine dominierende Rolle spielen, einer anaeroben mikrobiologischen Behandlung bei einer Temperatur von 20 ⁰C bis 60 ⁰C, vorzugsweise von 30 ⁰C bis 40 ⁰C, einem pH-Wert zwischen 6 und 9 und bei einer mittleren Verweilzeit von 3 bis 30 Tagen, vorzugsweise von 10 bis 25 Tagen, unterzogen wird, daß der Permentorablauf mit oder ohne Zwischenschaltung eines bekannten Eindickers in einem Trennaggregat - Bogensieb mit Rüttler und/oder Schneckenpresse oder Siebbandpresse, oder Dekanter - in eine feste und flüssige Komponente getrennt wird, und daß die feste Komponente unmittelbar als Futtermittel oder auch als anteiliger Subchfucnt _zu einem konventionellen Futtermittel eingesetzt wird. .
2. 2. Verfahren nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß das im genannten Permentor entstehende Biogas vollständig oder teilweise zur Deckung des Energiebedarfs des Prozesses genutzt wird.
3. 3. Verfahren nach Punkt 1. und 2 gekennzeichnet dadurch, daß die nach der genannten Trennung anfallende flüssige Komponente, weiter als Nährstoffquelle-für aerobe Verfahren der Biomassegewinnung genutzt wird, und daß dabei wahlweise ein Teil des im Permentor gewonnenen Methans als externe Kohlenstoffquelle eingesetzt wird.