DE3912418C1 - Degradation of hydrogen sulphide and fatty acids in bio-gas - by using chromatium species DSM 5080 together with rhodopseudomonas species FDSM 5020 in alkaline culture - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Elimination von Schwefelwas­ serstoff und Gärungsstoffwechselprodukten mittels einer Mischkultur phototropher Bakterien unter anaeroben Be­ dingungen im Licht und einen bestimmten Mikroorganismus (vgl. die Patentansprüche).

Die bakterielle Mischkultur phototropher Bakterien soll zum einen übelriechende kurzkettige flüchtige Fettsäu­ ren und zum anderen den Anteil an giftigem korrosivem Schwefelwasserstoff aus dem Biogas anaerob betriebener Bioreaktoren entfernen, um das Gas mit einem Anteil von 75% Methan für eine Verbrennung als auch zur Stromer­ zeugung mittels Gasmotoren nutzen zu können.

Es ist bekannt, den Schwefelwasserstoffanteil im Biogas zu senken, indem entweder durch Zusätze von Schwerme­ tallen (z. B. Eisen) im Reaktorzulauf eine Sulfidbil­ dung eingeleitet wird oder über die Zugabe von Luftsau­ erstoff eine Hemmung des Wachstums desulfurisierender Bakterien herbeigeführt wird oder indem das schwefel­ wasserstoffhaltige Biogas über eisenhydroxidhaltige Reinigungsmassen geleitet wird oder indem in einem mik­ robiellen Oxydationsprozeß eine Sulfidoxydation durch­ geführt wird.

Das Verfahren zur Senkung von Schwefelwasserstoff im Biogas durch Zusatz von Schwermetallen im Biogasreaktor hat den Nachteil, daß der Schadstoff im System ver­ bleibt. Eine Zudosierung von Luftsauerstoff kann in Gegenwart von Methan zu einem explosiven Gemisch führen. Die Prozesse zur Elimination an Raseneisenerz erzeugen Eisensulfid als Abfallstoff.

Bei der mikrobiellen Sulfidoxydation wird ein sulfathaltiges Abwasser in den Abwasser­ reinigungsprozeß der Kläranlage zurückgeführt, so daß eine erneute Desulfurikation unter aneroben Bedingungen einsetzen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das entstan­ dene Biogas einer Anaerob-Anlage mikrobiell mittels einer phototrophen Mischkultur unter aneroben Bedin­ gungen im Licht von Schwefelwasserstoff und flüchtigen Gärungsstoffwechselprodukten zu reinigen und hierfür geeignete Mikroorganismen zur Verfügung zu stellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Biogas durch eine alkalische Mischkultur der phototro­ phen Bakterien geleitet wird (vgl. Patentanspruch 2). Hierbei lösen sich Schwe­ felwasserstoff, Kohlendioxid und flüchtige organische Fettsäuren in der mineralischen Nährsalzlösung.

Der Stamm Chromatium spez. DSM 5083 oxidiert Schwefelwasserstoff anaerob im Licht zu elementarem Schwefel und speichert ihn in dieser Form in der Zelle. Bei Mangel von Schwe­ felwasserstoff tritt eine weitere Oxidation bei der As­ similation von Kohlendioxid bis zum Sulfat ein.

Schwefelwasserstoff kann bis zu einem Konzentrationsbe­ reich in der Kultur von 7,1 mg/l-14 mg/l verwertet werden. Der Bakterienstamm nutzt vorwiegend Strahlungen im nahen Infrarotbereich zwischen 700-800 nm.

Der Stamm Rhodospeudomonas spez. DSM 5020 baut sowohl anaerob im Licht als auch mikroaerob im Dunkeln niedermolekulare organische Abbauprodukte des Gärungsstoffwechsels ab. Ferner ist er in der Lage, Schwefelwasserstoff geringer Konzentration im Bereich von 1,4 mg/l-2,8 mg/l im Licht zu oxidieren. Der dabei entstehende Schwefel wird in die Kultur ausgeschieden und nicht in der Zelle ge­ speichert. Der Stamm produziert während des Wachstums Biotin, das dem Stamm Chromatium spez. DSM 5083 als Wuchsstoff dient. Rhodopseudomonas spez. DSM 5020 nutzt ebenfalls vorwiegend Strahlungen im nahen Infrarotbereich zwischen 700-900 nm.

Der mikrobielle Abbau der o. g. Schadstoffe des Biogases in der Kulturlösung erfolgt in einem lichtdurchströmten Röhrenreaktor.

Die anschließend schadstofffreie Kulturlösung wird er­ neut zur Biogaswäsche eingesetzt.

Der Anteil an Schwefelsäure als Endprodukt des mikrobi­ ellen Abbauprozesses wird dem System durch Bildung von Calciumsulfat entzogen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen ins­ besondere darin, daß der Prozeß zur Biogasreinigung ge­ trennt zu dem der Biogaserzeugung abläuft. Auf diese Weise kann der mikrobielle Abbau unter optimierten Bedingungen in einem regel- und steuerbaren Anlagenteil erfolgen.

Ferner wird der Schwefel dem System durch Erzeugung ei­ nes wiederverwertbaren Stoffes (als Gips = Calcium­ sulfat) entzogen.

Die Anzucht der Bakterien erfolgt in einem Nährmedium:
(mg/l): NaHCO₃: 0,8; NH₄CL: 0,1; MgSO₄ × 7 H₂O: 0,08; CaCl₂ × 2 H₂O: 0,01; K₂HPO₄: 0,2; Citronensäure: 0,05; FeCl₃ × 6 H₂O: 0,0005; Vitamin B₁₂: 0,0002; Hefeex­ trakt: 0,05; Na₂S × 9 H₂O: 0,25; Na-Acetat: 0,2; Lei­ tungswasser.

Die statische Kultivierung wird in hoher Schicht bei einer Temperatur von 22-28°C, einem pH-Wert von 7- 7,5 und einer Beleuchtungsstärke von 500-1000 Lux im Lichtspektrum einer Wolframglühlampe durchgeführt.

Die Anzuchtdauer beträgt 72 Stunden.

Anwendungsbeispiele

Methangas aus einem anaeroben Prozeßreaktor wird durch die bakterielle Mischkultur mit einem pH-Wert von 7,5-9 geführt. Hierbei werden die Schwefelwasser­ stoffanteile (H₂S) des Biogases, das Kohlendioxid (CO₂) und die kurzkettigen organischen Fettsäuren in der mineralischen Nährlösung gelöst.

Zur Erzeugung von Wachstum und Elimination der Schad­ stoffe fließt die beladene Mischkultur im Kreis über einen Bypass durch einen lichtbestrahlten Röhrenreak­ tor (500-1000 Lux, Wolframlampenlicht) in einem temperierten Teilbereich der Anlage.

Nach Durchlauf des Röhrenreaktors sind die o. g. Schad­ stoffe mikrobiell abgebaut, so daß die Nährlösung er­ neut im Gaswaschanlagenteil beladen werden kann. Der pH- Wert, Temperatur, Nährsalzgehalt oder Mischkultur in der Anlage werden überwacht und geregelt.

Claims (2)

1. Chromatium spez. DSM 5083.

2. Verwendung des Stammes nach Anspruch 1 in Mischkultur mit Rhodopseudomonas spez. DSM 5020 in alkalischer Kultur zum Abbau von Schwefelwasserstoff und flüchtigen Fettsäuren im Biogas in einem lichtdurchströmten Röhrenreaktor.