DD224023A1

DD224023A1 - Verfahren zur anaeroben mikrobiologischen abproduktverwertung

Info

Publication number: DD224023A1
Application number: DD84262898A
Authority: DD
Inventors: Willi Neumann; Helmut Rueckauf
Original assignee: Tech Hochschule C Schorlemmer
Priority date: 1984-05-10
Filing date: 1984-05-10
Publication date: 1985-06-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur anaeroben Abproduktverwertung von biologisch abbaubaren, organische Stoffe enthaltenden waessrigen Dispersionen, so Abprodukte der Landwirtschaft wie Guellen, so Abprodukte der Lebensmittelindustrie wie Schlaechtereiabfaelle, so Ueberschussschlaemme der Abwasserreinigung und Abprodukte der stoffwandelnden Industrie. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, neue Verfahren zur anaeroben mikrobiologischen Abproduktverwertung zu entwickeln, die geeignet sind, gegenueber herkoemmlichen Verfahren eine hoehere Mikroorganismendichte, ein verbessertes Kohlenstoff/Stickstoffverhaeltnis und damit eine hoehere Raum-Zeitausbeute an Biogas zu erreichen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass kohlenstoffhaltige Zuschlagstoffe in ihrer natuerlichen Koernung in Mengen von 0,1-500 Massenprozent des in der waessrigen Dispersion enthaltenen Feststoffes eingesetzt werden. Als Zuschlagstoffe werden Holzprodukte wie Holzwolle, Holzschnitzel, Saegespaene, Schleifstaub, Torf, Braunkohle, Steinkohle oder Abfaelle aus der Papier- und Textilindustrie oder Lebensmittelindustrie verwendet.

Description

Titel der Erfindung;

Verfahren zur anaeroben mikrobiologischen Abproduktverwertung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft anaerobe mikrobiologische Verfahren zur Abproduktverwertung, die geeignet sind, wäßrige Dispersionen, die biologisch abbaubare organische Stoffe enthalten, so Abprodukte der Landwirtschaft wie Güllen, so Abprodukte der Lebensmittelindustrie wie Schlächtereiabfälle, so Überschußschlämme der Abwasserreinigung und Abprodukte der stoff wandelnden Industrie, zu sogenanntem Biogas und hochwertigen natürlichen Düngemitteln umzuwandeln.

Charakterisierung der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß organische Stoffe, bevorzugt Abprodukte aus verschiedenen Produktionszweigen, mikrobiologisch unter anaeroben Bedingungen in ein hochwertiges, brennbares Gas, sogenanntes Biogas, umgewandelt werden können. Dabei erfolgt der Abbau der organischen Bestandteile, vorwiegend Kohlenhydrate, Eiweiße und Fette, zweistufig. Sogenannte säurebildende Bakterien spalten die Kohlenhydrate, Biweiße und Fette

in niedermolekulare Fettsäuren, die dann weiter durch. methanbildende Bakterien in Methan und Kohlendioxid umge-\ wandelt - werden.

Bs ist weiter bekannt, daß die Schaffung großer spezifischer-Ansiedlungsflachen für die aktiven Mikroorganismen, die durch die Zugabe von inerten Zuschlagstoffen erreicht werden,, hohe aktive Mikroorganismendichten zu erreichen gestattet. Als inerte Zuschlagstoffe werden eingesetzt (DB-OS 2531593, DB-OS 2905391, DE-OS 2930812) Kohle z. B. Aktivkohle, Koks, Schlacke, poröse Steine wie Bimsstein und Keramik. Auch Füllkörper mit -definierter Form-und Oberfläche, z. 3. ßaschigringe (DE-OS 2520742) werden angewendet. Diese festen Zuschlagstoffe werden in der¹Form eines Fließbettes, d. h. weitgehend als Suspension oder als Festbett, als sogenanntes mikrobiologisches Filter, angewendet. , ' . -

Tfeiterhin. ist bekannt/ daß als Zuschlagstoffe aktiviertes Aluminiumoxid oder makroporöse Adsoberharae (DE-OS 2722401) sowie gezielt hergestellte inerte Produkte, wie Gemische aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Eisenoxid' und Kaliumcarbonat, die zusätzlich metallische Spurenelemente enthalten, ver- >. wendet werden (DE-AS 2648892).. Die inerten synthetischen Zusatzstoffe weisen hohe spezifische Oberflächen zwischen

^% ' 2

4500 - 9000 cm /g und Korndurchmesser unter 50 Mikrometer auf.

Es ist bekannt, daß für eine effektive anaerobe Abproduktverrwertung'zur Bildung einer produktiven Mikroorganismenpopulation ein optimales Kohleristoff/Stickstoffverhältnis von 10 : 1 bis 16 : 1 im Substrat vorhanden sein muß. .

Bs"ist weiter bekannt, daß der Ausfaulungsgrad von Abwasser, welches¹ aerob abgebaut wurde und anschließend einer anaeroben Faulung unterworfen wird, steigt, wenn "frisches Abwasser mit

einer höheren Konzentration an abbaubaren Produkten der anaeroben Stufe zugemischt wird (DE-OS 2722401). ·..

7/eiter ist bekannt, daß FriGchpflanzen bei der anaeroben fermentation hohe Gasausbeuten liefern, während verholzte und inkohlte Produkte als inerte Trägersubstanzen angesehen v/erden. :

Inerte Trägersubstanzen werden bei den bekannten Verfahren nur zu Erzeugung von Ansiedlungsflächen, zum. Zurückhalten von Mikroorganismen als biologisches Filter oder zur Sr- . leichterung der Abtrennung nach der Faulung und nachfolgender Rezirkulation der Mikroorganismen zusammen mit den Trägersubstanzen, verwendet, Somit ergeben sich große Verweilzeiten für die Trägersubstanzen im Biogasprozeß. Dabei verändern die z. T. in organischen Trägermaterialien enthaltenen abbaubaren Inhaltsstoffe das Kohlenstoff/Stickstoffverhältnis und damit die Biogasausbeute nicht.

Ziel der Erfindung;

Ziel der Erfindung ist es, neue Verfahren zur anaeroben mikrobiologischen Abproduktverwertung zu entwickeln, die geeignet sind', eine.höhere Mikroorganismendichte, ein verbessertes Kohlenstoff/Stickstoffverhältnis und damit eine höhere Raum/ Zeitausbeute an Biogas zu erreichen.

Darlegung des V/es ens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, gegenüber den bekannten technischen Lösungen Zuschlagstoffe solcher Eigenschaften einzusetzen.·, die zum einen Ansiedlungsflachen für Mikroorganismen darstellen und zum anderen verfügbaren Kohlenstoff enthalten und somit in' Verbindung mit den Substraten abgebaut werden und so das Kohlenstoff/Stickstoffverhältnis wesentlich erhöhen.

Erfindungsgemäß werden als Zuschlagstoffe feste, in Wasser unlösliche, kohlenstoffhaltige Stoffe verwendet, die den wäßrigen, organische Stoffe .enthaltenen Dispersionen, so Abprodukte der Landwirtschaft wie Güllen, so Abprodukte der Lebensmittelindustrie wie Schlächtereiabfällen, so Überschußschläimnen der Abwasserreinigung und Abprodukten der stoffwandelnden Industrie, die als Substrate verwendet' werden, in Anteilen von 0,1 - 500 Masseprozent, vorzugsweise 20 - 150 Masseprozent, bezogen auf den 'Trockensubstanzgehalt der Dis- persionen, zugesetzt werden.

überraschenderweise wurde gefunden, daß ein.großer Zusatz von kohlenstoffhaltigen Feststoffen wie Holz, Holzwolle, Holzschnitzel, Sägespäne, Schleifstaub, Abfällen aus der.Papier- und Textilindustrie, festen Abprodukten der Lebensmittelindustrie, die Kohlehydrate, Fette und Eiweiße einzeln oder gemeinsam enthalten, Torf und Braunkohle, Steinkohle und andere vorzugsweise Cellulose enthaltende Abprodukte in natürlicher Körnung zwischen 50 und 0,001 mm.neben der.langzeitigen Wirkung zur Erhöhung der Mikroorganismendichte-über die Schaffung von Ansiedlungsflachen auch zu wesentlichen Gasausbeutesteigerungen durch partiellen Abbau der Zuschlagstoffe führt. Werden Zuschlagstoffe in erfindungsgemäßen Mengen zugesetzt, so daß. sich durch die enthaltenen abbaubaren organischen Inhaltstoffe.das Kohlenstoff/Stickstoffverhältnis verbessert,, wird eine wesentliche Steigerung der Biogasproduktion erreicht. 'Dabei setzt die "Steigerung der Gasentwicklung unmittelbar nach der Zugabe der Zuschlagstoffe mit- einer Zeitverzögerung von mitunter nur 30 min bis 1 Stunde nach Zugabe der Zuschlagstoffe ein und ist von ihrer Menge und 'Verweilseit abhängig.

Das Verfahren kann kontinuierlich, diskontinuierlich oder quasikontinuierlich durchgeführt werden. Die Betrieöstemperatur liegt dabei' mesophil zwischen 25 und 4-0, C oder thermophil zwischen 40 und^-60⁰ C. . , ',

Ausfuhrungsbeispiele Beispiel 1 .

Als Vergleich, wurden folgende Bedingungen gewählt: Zu 10 kg eines standardisierten Faulschlammes mit einem Feststoffgehalt von 60 g Trockensubstanz pro Liter und einem Gehalt von 0,2 g/l Essigsäureäquivalent an flüchtigen Fettsäuren werden 1,5.kg Schweinegülle mit einem Feststoffgehalt von 80 g Trockensubstantgehalt pro Liter und einem Gehalt ' von 15 g/l Essigsäureäquivalent an flüchtigen Fettsäuren in einem Biogasreaktor zudosiert. Dieser Reaktor produzierte bei 35 ⁰C in den ersten 24 Stunden nach der Dosierung 14 1 Biogas, das entspricht einem Produktivitätskoeffizienten· von K_Tr =

3 3

1,22 m Biogas pro m Reaktionsvolumen und 24 Stunden. Zwischen der 24· Stunde und der 48. Stunde produziert der Reaktor 10 Biogas, das entspricht einem Produktivitätskoeffizienten von Κ_γ = 0,87 m³/m³ d.

Die Faulung wurde analog der 3tandardfaulung unter Zusatz von 0,5 kg ostelbischer Rohbraunkohle mit einer Körnung von 2 mm und einem 7/as sergehalt von ca. 20 Ma. -% wiederholt. Dabei wurden nach 24 Stunden 17,9 1 Biogas (K,, =

2-2 V

1,50 mr/mr d) und nach-48 Stunden 32,9 1 Biogas (K„ =

3 3 1,25 m /m d) erhalten. Die Gasausbeute wurde durch den ^: Rohbraunkohlezusatz um 22 % für die ersten 24 Stunden und um 44 % für die zweiten 24 Stunden bzw. um 31 % bezüglich der kumulativen Gasausbeute erhöht.

Beispiel 2 , .

Die Faulung wurde analog der Standardfaulung s. Beispiel 1 unter Zusatz von 200 g Holzschleifstaub durchgeführt. Dabei wurden nach 24 Stunden 17,2 1 und nach 48 Stunden 30,5 1 Biogas gebildet. Somit stieg die Gasausbeute in den ersten 24 Stunden um 21 % und in den zweiten 24 Stunden um 31 ^.

' 6

Bezüglich der kumulativen Gasausbeute wurde.für die ersten 48 Stunden eine Erhöhung der Gasausbeute von 25 % bezogen auf die Standardfaulung erreicht.

Beispiel 3 ' .

Die Paulüng wurde analog der Standardfaulung s. Beispiel 1 unter Zusatz' von 500 g Hindengranulat, das als Abfall bei der Holzaufbereitung, bzw. in der Zellstoff- bzw. Papierindustrie anfällt, durchgeführt. Dabei, wurden, nach .24 Stunden 19 1 und nach 48 Stunden.34 1 Biogas.gebildet. Somit stieg die Gasausbeute in den ersten 24 Stunden'um 30 %. Bezüglich der kumulativen Gasausbeute wurde für die ersten 48 Stunden eine Erhöhung der¹ Gasausbeute von.36 % bezogen auf die Standardfaulung erreicht..

Beispiel 4 " ° ' . ' ' " . '

Die Paulung wurde analog der Standardfaulung s. Beispiel 1 unter Zusatz von 700 g Sägespänen durchgeführt.Dabei.wurden nach 24 Stunden 16,V 1 und nach 48 Stunden 27,3 1 Biogas gebildet .·Somit.stieg die Gasausbeute in den ersten 24 Stunden um 7 % und in den zweiten 24 Stunden um 4 %· Bezüglich der kumulativen Gasausbeute wurde für die ersten 48 Stunden, eine , Erhöhung der Gasausbeute von 6 % bezogen auf die Standardfaulung erreicht. · / · , . .

Beispiel 5 · . ' ' ' _N

Die Paulung wurde analog der Standardfaulung s. Beispiel 1 unter Zusatz von 400 g Torf durchgeführt. Dabei wurden nach. 24 Stunden 16 1 und nach 48 Stunden 27,1 1 Biogas gebildet. Somit stieg die Gasausbeute in den ersten 24 Stunden um 11 % und in den zweiten 24 Stunden um 7,6 %. Bezüglich der kumulativen Gasausbeute wurde für die ersten 48 Stunden eine Erhöhung der Gasausbeute von 9,-5 % bezogen auf die Standardfaulung erreicht.

Claims

Erfindungs ansprach'

1. Verfahren zur anaeroben mikrobiologischen Abproduktverwertang wäßriger, organische Stoffe enthaltender Dispersionen, so Abprodukte der Landwirtschaft wie Güllen, so Abprodukte der Lebensmittelindustrie wie Schlächtereiabfälle, so Überschußschlätnme der Abwasserreinigung und Abprodukte der stoffwandelnden Industrie, gekennzeichnet dadurch, daß solche feste in Wasser unlösliche kohlenstoffhaltige Zuschlagstoffe in ihrer natürlichen Körnung in Mengen von 0,1 - 500 Masseprozent des in der wäßrigen Dispersion.enthaltenen Peststoffes eingesetzt werden.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Zuschlagstoff aus Holzproduktion, wie Holzwolle, Holzschnitzel, Sägespänen, Schleifstaub aus der Holzverarbeitung; Torf; Braunkohle und Braunkohlenstaub; Steinkohle oder Abfällen .aus der Papier- und Textilindustrie oder festen Abprodukten der Lebensmittelindustrie, die Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße einzeln oder gemeinsam enthalten, besteht.

3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Körnung der Zuschlagstoffe zwischen 50 und 0,001 am liest.

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4· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, ,daß die Zuschlagstoffe vorzugsweise 20 - 150 Masseprozent., des in den v/äßrigen Dispersionen enthaltenen Feststoffes betragen.

5· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Verfahren kontinuierlich, diskontinuierlich oder quasikontinuierlich durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die ^v Betriebstemperatur tnesophil zwischen 25 und 40 ⁰G oder thermophil zwischen 40 und 60 ⁰C liegt.