DE102015112882B4

DE102015112882B4 - Methoden zur Regelung der Verlaufsbedingungen für biologische Prozesse, Reaktor zur Umsetzung dieser Methode sowie System zur Regelung der Verlaufsbedingungen von Prozessen in biologischen Reaktoren

Info

Publication number: DE102015112882B4
Application number: DE102015112882.9A
Authority: DE
Inventors: Andrzej VOGT; Stanisław Strzelecki; Slawomir JABLONSKI; Marcin LUKASZEWICZ
Original assignee: Uniwersytet Wroclawski
Current assignee: Uniwersytet Wroclawski
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2015-08-05
Publication date: 2022-06-30
Anticipated expiration: 2035-08-06
Also published as: US20160060590A1; DE102015112882A1; US10023835B2

Abstract

Methode der Kontrolle des pH-Wertes im Milieu während der elektrolytischen Gärungsprozesse von organischen Substraten, dadurch gekennzeichnet, dass sie folgende Schritte umfasst:- Eingabe der biologischen und chemischen Reagenzien in den Gärungstank,- Einführung von mit einer Gleichstromversorgung (6) gespeisten Elektroden in die Kammern des Gärungstanks,- Einschalten einer Gleichspannung von 0,1 bis 50 V zur Initiierung von elektrolytischen Prozessen,- Erzeugung von H+- oder OH--Ionen an den Elektroden (4) und (5),- Ablesung der Daten der Glaselektrode (9),- Änderung von Speiseparametern der Elektroden in Abhängigkeit vom pH-Sollwert der Reaktionsumgebung,- Einschalten der Flüssigkeits-Dosierpumpe aus der Zusatzkammer (2) in die Gärungskammer (1) durch eine Dosierkupplung (12).

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Kontrolle des pH-Wertes im Milieu in Gärungsprozessen in wässrigen Medien, ein Reaktor für solche Verfahren sowie ein System zur Kontrolle des pH-Wertes im Milieu in Gärungsprozessen in wässrigen Medien.
Außerdem befasst sich die Erfindung mit der Anwendung des Wasserelektrolyseverfahrens zur Kontrolle des pH-Wertes im Milieu in der Gärungskammer.
Der Gegenstand der Erfindung kann in elektrolytischen Gärungsprozessen in wässrigen Medien eingesetzt werden.
Die entsprechenden Systeme zur Durchführung der Gärung mit Beteiligung von Mikroorganismen bestehen aus Reaktoren, die mit Vorrichtungen verbunden sind, in denen kontrollierte Entwicklungsbedingungen für Mikroorganismen herrschen. Bei solchen Systemen werden Parameter wie pH oder Verfügbarkeit von Nährstoffen mithilfe einer Dosieranlage für Fluide (Gase oder Flüssigkeiten) korrigiert, was zum Ausgleich von bestimmten durch die Aktivität von Mikroorganismen hervorgerufenen Milieu-Veränderungen führen soll.
Mit der Kultivierung von Mikroorganismen geht oft eine Änderung des pH-Wertes im Milieu einher, hervorgerufen durch die Erzeugung oder Entnahme von sauren oder basischen Substanzen aus dem Nährboden. Da die Lebensvorgänge von Mikroorganismen in großem Maße von den Wachstumsbedingungen abhängen, muss der pH-Wert im Milieu zur Aufrechterhaltung der Kulturergebnisse geregelt werden.
Bei der gewöhnlichen Vorgehensweise wird die Regelung des pH-Koeffizienten des Milieus während der Gärungsprozesse mit einer Vorrichtung vorgenommen, bestehend aus einem Sensor (Glaselektrode mit pH-Meter) und einem Peripheriegerät (Pumpe), welches eine konzentrierte Lösung des Neutralisierungsmittels (Säure oder Lauge) dosiert. Das Neutralisierungsmittel wird in den Reaktor dosiert, sofern der Sensor eine Überschreitung des vom Bediener eingegebenen Sollwerts registriert.
In dem amerikanischen Patent Nr. US7250288B2 wird ein Konzept der Nutzung von Elektroden mit immobilisierten biologischen Katalysator (ganze Mikroorganismen oder Enzyme) als Lieferant der Reaktionskraft zur Durchführung von enzymatischen Reaktionen oder Gärungsprozessen vorgestellt.
Im amerikanischen Patent US005443706A wurde eine ähnliche Methode zur Reinigung von Abwasser aus biogenen Stoffen verwendet. Der mit einem entsprechenden Elektrodensatz ausgestattete Reaktor diente zum biologischen Abbau von Nitraten aus wässrigen Lösungen zu freiem Stickstoff unter Verwendung der durch die Elektroden gelieferten Reaktionskraft. Durch diese Methode war auch die Herstellung von Methan durch die Kohlendioxid-Reduktion möglich. Beide Prozesse nutzten Kulturen von Mikroorganismen mit entsprechenden Stoffwechselfähigkeiten.
Der in der Erfindung beschriebene Reaktor und das entsprechende System sind zur Kultivierung von Mikroorganismen unter kontrollierten Bedingungen mit computergesteuerten elektrolytischen und/oder hydraulischen System vorgesehen.
In dem Reaktor befinden sich ein Gärungstank sowie ein Zusatztank, die mit einem elektrolytischen Schlüssel verbunden sind (dadurch ist ein Ionenaustausch mit eingeschränkter Vermischung der Lösungen möglich). Durch eine Öffnung im oberen Deckel des Gärungstanks werden in den Tank eine Glaselektrode zur Messung von Veränderungen des pH-Wertes im Milieu sowie eine Elektrode als Bestandteil des Elektrolysesystems eingefügt. In der Zusatzkammer befindet sich die zweite Elektrode des Elektrolysesystems. Die Elektroden des Elektrolysesystems sind an eine Gleichstromversorgung angeschlossen. Je nach verfügbaren Materialien sind die Elektroden aus Edelstahl oder Kohlenstoff ausgeführt bzw. aus Keramik gesintert und mit einer Metall- oder Grafitschicht bedampft. Zusätzlich können die Elektroden (oder eine davon) in eine Drehbewegung versetzt werden, damit die sich daran ansammelnde Ionenschicht gemindert wird. Die Einstellung der Reaktorergiebigkeit kann auf verschiedene Arten erfolgen: zum Beispiel können das Ein-/Ausschalten, die Leistung oder die Polarisation durch einen Steuerungscomputer auf Basis der Ablesungen des pH-Messsystems geregelt werden. Andere Möglichkeit besteht in der Korrektur der pH-Änderungen durch das Umpumpen der Flüssigkeit aus der Zusatzammer in die Gärungskammer mittels einer computergesteuerten Pumpe beim Dauerbetrieb des Elektrolysesystems.
Die Gärungskammer kann mit einem Mischorgan, einem Temperatursensor sowie einer Wärmequelle (Heizung oder Wassermantel), die zur Aufrechterhaltung von konstanten thermischen Bedingungen für den Gärungsprozess notwendig sind, sowie mit Anschlüssen ausgestattet sein, durch die Flüssigkeitsgabe, Probenentnahme sowie Abführung der Gasprodukte der Gärung möglich sind und die gewöhnlich bei der Konstruktion von Bioreaktoren verwendet werden.
Die Erfindung besteht in der Methode der Kontrolle des pH-Wertes im Milieu während der elektrolytischen Gärungsprozesse von organischen Substraten, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie folgende Schritte umfasst:

- Eingabe der biologischen und chemischen Reagenzien in den Gärungstank,
- Einführung von mit einer Gleichstromversorgung gespeisten Elektroden in die Kammern des Gärungstanks,
- Einschalten einer Gleichspannung von 0,1 bis 50 V zur Initiierung von elektrolytischen Prozessen,
- Erzeugung von H⁺- oder OH^--Ionen an den Elektroden,
- Ablesung der Daten der Glaselektrode,
- Änderung von Speiseparametern der Elektroden in Abhängigkeit vom pH-Sollwert der Reaktionsumgebung,
- Einschalten der Flüssigkeits-Dosierpumpe aus der Zusatzkammer in die Gärungskammer durch eine Dosierkupplung.

Vorteil: Die Änderung von Speiseparametern der Elektroden in Abhängigkeit vom pH-Sollwert der Reaktionsumgebung besteht darin, dass in einer Umgebung mit pH < 7 die erste Elektrode negativ und die zweite Elektrode positiv geladen wird.
Vorteil: Die Änderung von Speiseparametern der Elektroden in Abhängigkeit vom pH-Sollwert der Reaktionsumgebung besteht darin, dass in einer Umgebung mit pH > 7 die erste Elektrode positiv und die zweite Elektrode negativ geladen wird.
Vorteil: In einer Umgebung mit pH < 7 werden an der Elektrode OH^--Ionen erzeugt.
Vorteil: In einer Umgebung mit pH > 7 werden an der Elektrode H⁺-Ionen erzeugt.
Die Erfindung besteht weiterhin in einem Reaktor zur Durchführung von elektrolytischen Gärungsprozessen von organischen Substraten, umfassend mindestens einen Gärungstank mit einer von einer Gleichstromversorgung gespeisten Elektrode, der sich dadurch auszeichnet, dass der pH-Wert der Aktivmischung durch die Erzeugung von H⁺- oder OH^--Ionen an den Elektroden infolge der Einschaltung von Gleichspannung kontrolliert wird.
Vorteil: Die Reaktortanks bilden eine Gärungskammer, verbunden durch einen elektrolytischen Schlüssel mit der Zusatzkammer.
Vorteil: Die erste, in der Gärungskammer des Reaktors eingebaute Elektrode wird mit einem Motor bewegt. Die zweite Elektrode ist in der Zusatzkammer eingebaut.
Vorteil: Die Elektrode wirkt als Mischorgan.
Vorteil: Im Reaktor ist eine Dosierpumpe eingebaut, mit der die Flüssigkeit aus der Zusatzkammer in die Gärungskammer durch eine Dosierkupplung dosiert werden kann.
Vorteil: Die Gleichstromversorgung des Reaktors wird durch die Steuerungseinheit auf Basis der Anzeigen der Glaselektrode gesteuert.
Die Erfindung besteht weiterhin in einem System zur Durchführung von elektrolytischen Gärungsprozessen von organischen Substraten, ausgestattet mit einem Reaktor, umfassend mindestens einen Gärungstank mit von einer durch eine Steuerungseinheit, die Signale der in der Gärungskammer eingebauten Glaselektrode empfängt, kontrollierte Gleichstromversorgung gespeisten Elektroden, der sich dadurch auszeichnet, dass der pH-Wert der Aktivmischung durch die Erzeugung von H⁺- oder OH^--Ionen im Gärungstank infolge der Einschaltung von Gleichspannung kontrolliert wird.
Vorteil: Die Systemtanks bilden eine Gärungskammer, verbunden durch einen elektrolytischen Schlüssel mit der Zusatzkammer.
Vorteil: Eine Elektrode ist in der Gärungskammer des Reaktors eingebaut und/oder wird mit einem Motor bewegt. Die zweite Elektrode ist in der Zusatzkammer eingebaut.
Vorteil: Die Elektrode wirkt als Mischorgan.
Vorteil: Im System ist eine Dosierpumpe eingebaut, mit der die Flüssigkeit aus der Zusatzkammer in die Gärungskammer durch eine Dosierkupplung dosiert werden kann.
Vorteil: Die Gleichstromversorgung wird durch die Steuerungseinheit auf Basis der Anzeigen der Glaselektrode gesteuert.
Anwendung des Wasserelektrolyseverfahrens zur Kontrolle des pH-Wertes im Milieu in der Gärungskammer.
Vorteil: Die Gärungskammer verfügt über mindestens zwei über einen elektrolytischen Schlüssel verbundene Tanks.
Vorteil: In der Gärungskammer sind zwei von einer Gleichstromversorgung gespeisten Elektroden eingebaut, wobei sich jede dieser Elektroden im gesonderten Tank befindet.
Vorteil: Die Gärungskammer ist mit einem Mischorgan und/oder Temperatursensor und/oder Wärmequelle und/oder Anschlüsse zum Einleiten von Fluiden und/oder zur Probenentnahme und/oder zur Abnahme von Gasprodukten ausgestattet.
In dem System befinden sich ein Gärungstank sowie ein Zusatztank, die mit einem elektrolytischen Schlüssel verbunden sind (dadurch ist ein Ionenaustausch mit eingeschränkter Vermischung der Lösungen möglich). Durch eine Öffnung im oberen Deckel des Gärungstanks werden in den Tank eine Glaselektrode zur Messung von Veränderungen des pH-Wertes im Milieu sowie eine Elektrode als Bestandteil des Elektrolysesystems eingefügt. In der Zusatzkammer befindet sich die zweite Elektrode des Elektrolysesystems. Die Elektroden des Elektrolysesystems sind an eine Gleichstromversorgung angeschlossen. Je nach verfügbaren Materialien sind die Elektroden aus Edelstahl oder Kohlenstoff ausgeführt bzw. aus Keramik gesintert und mit einer Metall- oder Grafitschicht bedampft. Zusätzlich können die Elektroden (oder eine davon) in eine Drehbewegung versetzt werden, damit die sich daran ansammelnde Ionenschicht gemindert wird. Die Einstellung der Systemergiebigkeit kann auf verschiedene Arten erfolgen: zum Beispiel können das Ein-/Ausschalten, die Leistung oder die Polarisation durch einen Steuerungscomputer auf Basis der Ablesungen des pH-Messsystems geregelt werden. Andere Möglichkeit besteht in der Korrektur der pH-Änderungen durch das Umpumpen der Flüssigkeit aus der Zusatzammer in die Gärungskammer mittels einer computergesteuerten Pumpe beim Dauerbetrieb des Elektrolysesystems.
Die Gärungskammer kann mit einem Mischorgan, einem Temperatursensor sowie einer Wärmequelle (Heizung oder Wassermantel), die zur Aufrechterhaltung von konstanten thermischen Bedingungen für den Gärungsprozess notwendig sind, sowie mit Anschlüssen ausgestattet sein, durch die Flüssigkeitsgabe, Probenentnahme sowie Abführung der Gasprodukte der Gärung möglich sind und die gewöhnlich bei der Konstruktion von Bioreaktoren verwendet werden.
Durch die Verwendung des Reaktors entsprechend der Erfindung ist die Kontrolle des pH-Wertes im Milieu in der Gärungskammer ohne Zugabe von neutralisierenden Stoffen lediglich durch die Elektrolyse von Wasser möglich.
Das charakteristische Merkmal des Reaktors und des Systems besteht in deren Konstruktion, mit der die Nutzung der Änderungen des pH-Wertes im Milieu während der Elektrolyse von Wasser zur Kontrolle des pH-Wertes während der Kultivierung von Mikroorganismen in einem wässrigen Medium möglich ist. Der Stromfluss durch das Elektrolysesystem bewirkt die Wanderung der Ionen zwischen den Kammern der Vorrichtung und verhindert die pH-Änderungen des Nährbodens im Reaktor infolge der Freisetzung von sauren oder basischen Stoffwechselprodukten durch die Mikroorganismen in den Nährboden. Dadurch kann ein entsprechend gesteuertes Elektrolysesystem im Reaktor die gewöhnlichen Methoden zur Kontrolle des pH-Wertes in Bioreaktoren erfolgreich ersetzen.
Der in der Erfindung beschriebene Reaktor und das dort beschriebene System ohne die gewöhnliche pH-Kontrolle durch das Dosieren von neutralisierenden Substanzen erlauben die Kontrolle der pH-Änderungen während des Gärungsprozesses insbesondere dann, wenn die Vermeidung der Versalzung des Nährbodens besonders wichtig ist. In den in 4 und 5 gezeigten Diagrammen wurde dargestellt, dass mit dem Fortschreiten des Gärungsprozesses der pH-Wert in der Lösung sinkt (bei der Kontrollprobe ohne Spannung an den Elektroden, 4), wogegen nach dem Anlegen der Spannung an die Elektroden mit Erzeugung von OH^--Ionen an der Elektrode in der Gärungskammer sowie H⁺-Ionen in der Zusatzkammer der pH-Wert bis zum Ursprungsniveau ansteigt.
Im besonderen Fall der Methangärung besteht der zusätzliche Nutzen der Anwendung dieses Systems neben der pH-Regelung in der Steigerung des Methangehalts im erzeugten Biogas durch die Nutzung des an der Kathode entstehenden Wasserstoffs (vorrangig im „in statu nescendi“-Zustand) zur Reduktion von Kohlendioxid.
Der Gegenstand der Erfindung wurde im Ausführungsbeispiel sowie im Bild erklärt. Dabei zeigt 1 das Schema des Standes mit einer computergesteuerten Stromversorgung, 2 das Schema des Standes mit einer computergesteuerten Stromversorgung und einer rotierenden Elektrode und 3 das Schema des Standes mit einer dauerhaft betriebenen Stromversorgung und einer computergesteuerten Dosierpumpe, 4 zeigt den Graphen des Verlaufs der optischen Dichte (rosa Quadrate) über die Zeit sowie des pH-Wertes über die Zeit (dunkelblaue Linie) für die Kontrollprobe, 5 zeigt den Graphen des Verlaufs der optischen Dichte (rosa Quadrate) über die Zeit sowie des pH-Wertes über die Zeit (dunkelblaue Linie) für die tatsächliche Probe.
Die optische Dichte ist ein Maß der Trübung der Lösung, die zu der Menge an Bakterien im Kulturmedium direkt proportional ist.
Beispiel 1 (Aufbau des Reaktors/Systems gemäß Fig. 1)
Zum Anfahren des Reaktors wird der Gärungstank 1 und die Zusatzkammer 2 mit einem Nährboden (Inhalt z. B. Hefeextrakt - 3 g/l, Pepton - 17 g/l, Glucose - 10 g/l, NaCl - 5 g/l)mit Nährstoffen und Ionen wie: Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, NH₄ ⁺, SO₄ ^2-, HPO₄ ^2-, NO₃ ^-, HCO₃ ^- befüllt. Anschließend wird auf dem Nährboden eine Mikroorganismen-Kultur zur Initiierung des Gärungsprozesses ausgesetzt (z. B. Escherichia coli PCM 1144). Kommt es in der Kultur zur Verringerung des pH-Wertes infolge der Ansammlung von sauren Stoffwechselprodukten der Mikroorganismen (organische Säuren aus der Methangärung, Milchsäure aus Bakterien-Kulturen der Sorte Lactococcus), wird dies von der Glaselektrode 9 aufgenommen, die ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 7 sendet. Auf Basis der Intensität dieses Signals schaltet die Steuereinheit 7 die Gleichstromversorgung 6 ein, wodurch die Elektroden polarisiert werden (Elektrode 4 negativ und Elektrode 5 positiv). Durch diese Polarisierung der Elektroden werden OH^--Ionen an der Elektrode in der Gärungskammer 1 sowie H⁺-Ionen in der Zusatzkammer erzeugt 2, was im Ergebnis zur Steigerung des pH-Wertes in der Gärungskammer 1 und zur Wiederherstellung des ursprünglichen pH-Niveaus führt. Nach der Wiederherstellung des pH-Sollwertes schaltet die Steuerungseinheit 7 die Gleichstromversorgung 6 ab, damit die Lösung im Gärungstank 1 nicht zu basisch wird. Die angelegte Spannung beträgt 50 V (90 mA). Der Prozess läuft in einer Temperatur von 37 °C und bei einer Mischfrequenz von 1 Hz ab.
Bei einer Kultivierung von Mikroorganismen mit Alkalisierung des Milieus wirkt die Steuerung auf gleiche Weise mit dem Unterschied, dass die Polarität umgedreht wird: Die Elektrode in der Gärungskammer wird positiv und die Elektrode in der Zusatzkammer negativ geladen. Durch das Anlegen solcher Ladungen werden H⁺-Ionen an der positiven Elektrode in der Gärungskammer erzeugt und der pH-Wert der sich darin befindlichen Lösung gesenkt.
Beispiel 2 (Reaktor/System, aufgebaut gemäß dem Schema in Fig. 2)
Der Reaktor für Gärungsprozesse nach Zeichnung in 2 arbeitet ähnlich dem im Beispiel 1. beschriebenen System, jedoch mit dem Unterschied, dass die eingebaute Elektrode gleichzeitig als Mischorgan dient, welches vom Motor 10 bewegt wird. Das System ermöglicht die Verringerung der Ionenschicht auf der Elektrodenoberfläche und des Systemwiderstands.
Beispiel 3 (Reaktor/System, aufgebaut gemäß dem Schema in Fig. 3)
In dem nach 3 aufgebauten System bleibt die der Elektrolysereaktion liefernde Stromversorgung 6 während des Gärungsprozesses ständig eingeschaltet. Fließen zu viele Ionen zwischen den Kammern durch und bewirken eine zu starke pH-Änderung, welche mittels der Messeinrichtung 8 und 9 an die Steuereinheit 7 gemeldet wird, wird die Dosierpumpe 11 eingeschaltet und bewirkt den Fluss der Flüssigkeit von der Zusatzkammer 2 in die Gärungskammer 1 durch die Dosierkupplung 12, wodurch die zu hohen pH-Änderungen ausgeglichen werden.
Beispiel 4
Das Verfahren gemäß der Erfindung erfolgt im Reaktor mit zwei Kammern, verbunden durch einen elektrolytischen Schlüssel 3, ausgestattet mit den Elektroden 4 und 5 sowie die Glaselektrode 9 zur pH-Messung, Dosierpumpe 11 und Dosierkupplung 12. Der Reaktor ist mit der Stromversorgung 6, Steuereinheit 7 und Messeinrichtung 8 und 9 verbunden.
Zum Anfahren des Reaktors wird der Gärungstank 1 und die Zusatzkammer 2 mit einem Nährboden (Inhalt z. B. Hefeextrakt - 3 g/l, Pepton - 17 g/l, Glucose - 10 g/l, NaCl - 5 g/l)mit Nährstoffen und Ionen wie: Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, NH₄ ⁺, SO₄ ^2-, HPO₄ ^2-, NO₃ ^-, HCO₃ ^- befüllt. Anschließend wird auf dem Nährboden eine Mikroorganismen-Kultur zur Initiierung des Gärungsprozesses ausgesetzt (z. B. Escherichia coli PCM 1144). Kommt es in der Kultur zur Verringerung des pH-Wertes infolge der Ansammlung von sauren Stoffwechselprodukten der Mikroorganismen (organische Säuren aus der Methangärung, Milchsäure aus Bakterien-Kulturen der Sorte Lactococcus), wird dies von der Glaselektrode 9 aufgenommen, die ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 7 sendet. Auf Basis der Intensität dieses Signals schaltet die Steuereinheit 7 die Gleichstromversorgung 6 ein, wodurch die Elektroden polarisiert werden (Elektrode 4 negativ und Elektrode 5 positiv). Durch diese Polarisierung der Elektroden werden OH^--Ionen an der Elektrode in der Gärungskammer 1 sowie H⁺-Ionen in der Zusatzkammer erzeugt 2, was im Ergebnis zur Steigerung des pH-Wertes in der Gärungskammer 1 und zur Wiederherstellung des ursprünglichen pH-Niveaus führt. Nach der Wiederherstellung des pH-Sollwertes schaltet die Steuerungseinheit 7 die Gleichstromversorgung 6 ab, damit die Lösung im Gärungstank 1 nicht zu basisch wird. Die angelegte Spannung beträgt 0,1 V. Der Prozess läuft in einer Temperatur von 37 °C und bei einer Mischfrequenz von 1 Hz ab.
Bei einer Kultivierung von Mikroorganismen mit Alkalisierung des Milieus muss auf gleiche Weise mit dem Unterschied verfahren werden, dass die Polarität der Elektronen umgedreht werden soll: die Elektrode in der Gärungskammer soll positiv und die Elektrode in der Zusatzkammer negativ geladen werden. Durch das Anlegen solcher Ladungen werden H⁺-Ionen an der positiven Elektrode in der Gärungskammer erzeugt und der pH-Wert der sich darin befindlichen Lösung gesenkt.

Claims

Methode der Kontrolle des pH-Wertes im Milieu während der elektrolytischen Gärungsprozesse von organischen Substraten, dadurch gekennzeichnet, dass sie folgende Schritte umfasst: - Eingabe der biologischen und chemischen Reagenzien in den Gärungstank, - Einführung von mit einer Gleichstromversorgung (6) gespeisten Elektroden in die Kammern des Gärungstanks, - Einschalten einer Gleichspannung von 0,1 bis 50 V zur Initiierung von elektrolytischen Prozessen, - Erzeugung von H⁺- oder OH^--Ionen an den Elektroden (4) und (5), - Ablesung der Daten der Glaselektrode (9), - Änderung von Speiseparametern der Elektroden in Abhängigkeit vom pH-Sollwert der Reaktionsumgebung, - Einschalten der Flüssigkeits-Dosierpumpe aus der Zusatzkammer (2) in die Gärungskammer (1) durch eine Dosierkupplung (12).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung von Speiseparametern der Elektroden in Abhängigkeit vom pH-Sollwert der Reaktionsumgebung darin besteht, dass in einer Umgebung mit pH < 7 die Elektrode (4) negativ und die Elektrode (5) positiv geladen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung von Speiseparametern der Elektroden in Abhängigkeit vom pH-Sollwert der Reaktionsumgebung darin besteht, dass in einer Umgebung mit pH > 7 die Elektrode (4) positiv und die Elektrode (5) negativ geladen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Umgebung mit pH < 7 an der Elektrode (4) OH^--Ionen erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Umgebung mit pH > 7 an der Elektrode (5) H⁺-Ionen erzeugt werden.
Reaktor zur Durchführung von elektrolytischen Gärungsprozessen von organischen Substraten, umfassend mindestens einen Gärungstank mit einer von einer Gleichstromversorgung (6) gespeisten Elektrode, der sich dadurch auszeichnet, dass der pH-Wert der Aktivmischung durch die Erzeugung von H⁺- oder OH^--Ionen an den Elektroden infolge der Einschaltung von Gleichspannung kontrolliert wird.
Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Systemtanks eine durch einen elektrolytischen Schlüssel (3) mit der Zusatzkammer (2) verbundene Gärungskammer (1) bilden.
Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, in der Gärungskammer (1) eingebaute Elektrode (4) mit einem Motor (10) bewegt wird und die zweite Elektrode (5) in der Zusatzkammer (2) eingebaut ist.
Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (4) als Mischorgan wirkt.
Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass darin eine Dosierpumpe (11) zum Dosieren der Flüssigkeit aus der Zusatzkammer (2) in die Gärungskammer (1) durch eine Dosierkupplung (12) eingebaut ist.
Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstromversorgung (6) durch die Steuerungseinheit (7) auf Basis der Anzeigen der Glaselektrode (9) gesteuert wird.
System zur Durchführung von elektrolytischen Gärungsprozessen von organischen Substraten, ausgestattet mit einem Reaktor, umfassend mindestens einen Gärungstank mit von einer durch eine Steuerungseinheit (7), die Signale der in der Gärungskammer (1) eingebauten Glaselektrode (9) empfängt, kontrollierte Gleichstromversorgung (6) gespeisten Elektroden, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der Aktivmischung durch die Erzeugung von H⁺- oder OH^--Ionen im Gärungstank infolge der Einschaltung von Gleichspannung kontrolliert wird.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Systemtanks eine durch einen elektrolytischen Schlüssel (3) mit der Zusatzkammer (2) verbundene Gärungskammer (1) bilden.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (4) in der Gärungskammer (1) eingebaut ist und/oder mit einem Motor (10) bewegt wird und die Elektrode (5) in der Zusatzkammer (2) eingebaut ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (4) als Mischorgan wirkt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass darin eine Dosierpumpe (11) zum Dosieren der Flüssigkeit aus der Zusatzkammer (2) in die Gärungskammer (1) durch eine Dosierkupplung (12) eingebaut ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstromversorgung (6) durch die Steuerungseinheit (7) auf Basis der Anzeigen der Glaselektrode (9) gesteuert wird.
Anwendung des Wasserelektrolyseverfahrens zur Kontrolle des pH-Wertes im Milieu in der Gärungskammer.
Anwendung des Wasserelektrolyseverfahrens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gärungskammer (1) über mindestens zwei über einen elektrolytischen Schlüssel verbundene Tanks verfügt.
Anwendung des Wasserelektrolyseverfahrens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gärungskammer (1) zwei von einer Gleichstromversorgung gespeisten Elektroden eingebaut sind, wobei sich jede dieser Elektroden im gesonderten Tank befindet.
Anwendung des Wasserelektrolyseverfahrens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gärungskammer (1) mit einem Mischorgan und/oder Temperatursensor und/oder Wärmequelle und/oder Anschlüsse zum Einleiten von Fluiden und/oder zur Probenentnahme und/oder zur Abnahme von Gasprodukten ausgestattet ist.