Biogaserzeugung Grundlagen Rohstoffe Anlagen Flashcards
Erkläre Das 4-Stufen-Modell der Biomethanisierung
1. Stufe Aufspaltung der Makromoleküle 2. Stufe Vergärung der Spaltprodukte 3. Stufe Bildung von methanogenen Substraten 4. Stufe Biogasbildung (Gülle Stallmist Biomasse) Kohlenhydrate, Fette, Eiweiße ->Zucker, Fettsäuren, Aminosäuren, Basen ->Carbonsäuren, Gase, Alkohole -> Essigsäure, Wasserstoff, Kohlendioxid -> (Biogas)Methan, Kohlendioxid
(Zw. 1-2)hydrolytische (Zw. 2-3)fermentative
Bakterien
(Zw. 3-4)acetogene (Zw. 4-5)methanogene
Bakterien
acetogenotroph CH3COOH»_space;> CH4 + CO2 (etwa 70% aller Methanbakterien)
hydrogenotroph CO2 + 4 H2»_space;> CH4 + 2 H2O (etwa 30% aller Methanbakterien)
Biogasbildung und Prozessparameter
stabile Temperatur mesophil (25 - 35 °C) thermophil (45 - 55 °C) anaerob pH–Wert ca. 7,5 hydraulische Verweilzeit 40 - 50 Tage Vermeidung von Hemmstoffen
Was wirkt auf den Fermenter?
Luft- und Lichtabschluss Faultemperatur OTS- Gehalt Mischintensität Abbaubarkeit der organischen Substanz Nährstoffe Verweilzeit pH- Wert Redoxpotential Hemmstoffe/ Schadstoffe (z.B. Antibiotika)
Nenne Eigenschaften von säure- und methanbildenden
Bakterien (Teil 1)
Einflussfaktoren(EF) säurebildende Bakterien (Sb)methanbildende Bakterien(MB)
vorherrschende Mikroorganismen (EF) ->
fakultativ anaerobe Bakterien (SB) -> obligat anaerob (MB)
Empfindlichkeit gegen Temperaturschwankungen (EF) ->
kaum (SB) -> sehr empfindlich bereits ab Schwankungen um 1 °C bis 3 °C irreversible Schädigungen (MB)
pH–Wert Bereiche(EF) -> saurer Bereich (5,0 bis 6,5) (SB) ->alkalischer Bereich (6,5 bis 7,5) (MB)
Wachstumsraten (EF) -> rel. kurze Verdopplungszeit;
i. d. Regel kleiner als 24 h (SB) -> rel. lange Verdopplungszeit zwischen 2 und 10 Tagen (MB)
Eigenschaften von säure- und methanbildenden
Bakterien (Teil 1)
Einflussfaktoren(EF) säurebildende Bakterien (Sb) methanbildende Bakterien(MB)
Stoffwechselprodukte /EF) -> organische Säuren,
Wasserstoff, Kohlendioxid (SB) ->Methan, Kohlendioxid (MB)
Medium(EF)-> wäßrig (Wassergehalt größer 60 %) (SB&MB)
Empfindlichkeit gegen Zellgifte (EF) -> geringer(SB) größer (MB)
Anforderungen an die Nährstoffzusammensetzung (EF) -> ausgeglichenes Nährstoffangebot (SB&MB)
Besonderheiten (EF) -> lebensfähig mit und
ohne Sauerstoff (SB) ->lebensfähig nur bei Abwesenheit von freiem Sauerstoff und Dunkelheit (MB)
Nenne Optimale Bedingungen für die CH4
-Bildung
Temperatur:
psychrophile Bakterien (unterhalb von 20 °C)
mesophile Bakterien (zwischen 20 °C und 40 °C)
thermophile Bakterien (zwischen 40 °C und 60 °C)
pH-Wert:
im neutralen Bereich zwischen pH 7,0 und 7,2
Konzentration an flüchtigen Fettsäuren:
bei frischem Substrat: 3.000 bis 10.000 mg/l
bei ausgegorenem Substrat: unter 1.000 mg/l
Ammoniakgehalt:
unter 3.000 mg/l
mindestens 20 mg/l als Nährstoff
Schwefelwasserstoff:
unter 3 mMol/l bzw. 100 mg Sulfid/l Substrat das entspricht einem Anteil von 1 Vol.% im Gas
Redox-Potential:
unter 250 mV
Kohlenstoff/Stickstoffverhältnis:
nicht größer als 100:3
Phosphor: 1 mg/l
Nickel, Kobalt, Selen: 0,1 mg (in fast allen Substraten in ausreichender Menge vorhanden)
Nenne Hemmstoffe und ihre Wirkung
Sauerstoff: > 0,1 mg/l O, Hemmung der obligat anaeroben Methanbakterien.
Schwefelwasserstoff: > 50 mg/l H2S, Hemmwirkung sinkendem pH-Wert.
Flüchtige Fettsäuren: > 2.000 mg/l HAc (pH = 7,0),
Hemmwirkung steigt mit sinkendem pH-Wert.
Hohe Adaptionsfähigkeit der Bakterien.
Ammoniumstickstoff: > 3.500 mg/l NH3,
Hemmwirkung steigt mit steigendem pH-Wert und steigender Temperatur. Hohe Adaptionsfähigkeit der Bakterien.
Schwermetalle: Cu > 50 mg/l, Zn > 150 mg/l,
Cr > 100 mg/l,
Nur gelöste Metalle wirken inhibierend. Entgiftung durch Sulfidfällung.
Desinfektionsmittel, Antibiotika:
ab ca. 1 bis 100 mg/l Hemmungen können, müssen aber nicht auftreten, anaerobe B. sprechen nicht auf alle Antibiotika an; z.B. wirkt Penicillin auf die
Zellwandsynthese von aeroben Bakterien;
Was sind Methanogene Archaea und wasserstoffoxidierende Bakterien?
Methanbildner oder methanogene Bakterien =
Gruppe der Archaea-Bakterien, die unter Ausschluss von Sauerstoff (O2) Methan bilden
Wieso gibt es Gemischte Mikrokolonien? Aus welchen Bakterien bestehen diese?
Zur besseren Kooperation organisieren sich Bakterien und Archaea-Bakterien in globularen Mikrokolonien an
- Fermentative Bakterien
- Acetogene Bakterien
- Methanogene Archaea-Bakterien
Nenne die Zusammensetzung des Biogases in [Vol.%]
Methan 50 - 75 Kohlendioxid 25 - 50 Wasserdampf 1 - 10 Stickstoff 0 - 5 Sauerstoff 0 - 2 Wasserstoff 0 - 1 Ammoniak 0 - 1 Schwefelwasserstoff ppmv 50 - 6.000
Einteilung der Verfahren zur Biogaserzeugung
nach verschiedenen Kriterien
Anzahl der Prozessstufen: einstufig, zweistufig,
mehrstufig
Prozesstemperatur: psychrophil, mesophil, thermophil
Art der Beschickung: diskontinuierlich, quasidiskontinuierlich, kontinuierlich
Trockensubstanzgehalt der Substrate: Nassvergärung,
trockenvergärung
Nenne Risiken einer Biogasanlage
Hygiene, Unfall
Umwelt?
Nenne Hygienerisiken von Fäkalien & Biogasanlagen
Human- und Tierpathogene: Bakterien, Pilze, Viren, Parasiten
Pflanzenpathogene: Bakterien, Pilze, Viren, Parasiten,
(Unkrautsamen)
sonstige Risiken: Gerüche, allergisierende Stoffe,
chemische Verbindungen mit Risikopotenzial
Die Hygienerisiken können durch geeignete
Behandlungsverfahren minimiert werden!
Inaktivierungszeiten in Biogasanlagen
Wie werden sie gemessen?
(Nenne Bsp.)
Von Bakterien!
D-Werte (in h) von Bakterien in Co-Fermentationsanlage
D-Wert = Dezimalreduktionszeit, d. h. die für eine
Keimreduktion um eine log-Stufe erforderliche Zeit
Temperatur 30 °C 55 °C
EHEC 78,48 0,08
Salmonella Senftenberg 56,40 0,11
Enterococcus faecalis 186,24 1,70
Inaktivierungszeiten in Biogasanlagen
Wie werden sie gemessen?
(Nenne Bsp.)
Von Viren!
D-Werte (in h) von Viren in Co-Fermentationsanlagen
Temperatur 55 °C
Parvovirus (Schwein) ca. 6 h
MKS-Virus ca. 12 min
ESP ca. 12 min
AK ca. 6 min
ASP ca. 12 min
