So wählen Sie das Inokulum für die Biogasanlage aus – Teil I.

Die spezifische methanogene Aktivität (Weiterführende Schule): Ein sehr nützlicher Test, der aber noch normalisiert werden muss. Neuveröffentlichung eines Artikels von Mario A.. Rosé weiter Agronotizie

“Ich sage das oft, wenn du kannstmessen Über was redest du, und drücke es in Zahlen aus, dannsai etwas davon; aber wenn du nicht kannstMesse Es, wenn Sie es nicht in Zahlen ausdrücken können, Ihr Wissen ist dürftig und unbefriedigend; Es kann der Beginn des Wissens sein, aber er wird es dir nicht erlaubt haben, in Deiner Vorstellung, im Fortschritt von voranzukommenWissenschaft, was auch immer die Disziplin”.
  William Thomson, Die Barone von Kelvin (Lektion weiter “Elektrische Maßeinheiten”, 3 Kann 1883)

Das Auswahl des am besten geeigneten Inokulums, anfangen (oder neu starten) eine Biogasanlage, es ist ein praktisches Problem oft unterschätzt. Eine Biogasanlage ist eine Bakterienfarm, Daher basiert die optimale Bewirtschaftung auf den gleichen Grundsätzen wie eine Tierfarm: Auswahl der am besten geeigneten Rasse und sorgfältige Überwachung der Gesundheit jedes einzelnen Tieres. Im Falle eines Viehzüchters, Die Unterscheidung zwischen Fleisch- und Milchvieh ist offensichtlich und ein Besuch beim Tierarzt reicht aus, um den allgemeinen Gesundheitszustand der Herde zu bestimmen.

Aber wie kann der Manager einer Biogasanlage das am besten geeignete Inokulum auswählen, um maximale Produktivität zu erzielen?, in kürzester Zeit? Wie messen Sie ein so schwer fassbares Konzept wie “der Gesundheitszustand” von Bakterien?

In der Biogasindustrie liegen verschiedene und meist nutzlose Methoden im Trend, weil sie auf indirekten Beweisen und logischen Irrtümern beruhen (wir sehen uns: Ändern der Wichtigkeit des Fos / Tac-TestsDie elektrische Leitfähigkeit des Gärrests ist für den Betrieb der Biogasanlage unzuverlässig eDer Schaummesser für Biogasanlagen). Oft nutzen Unternehmen, die Biogasanlagen mit biologischer Unterstützung versorgen, unzählige – und teuer– chemische Analysen, Diese sind auch relativ nutzlos, da die Anwesenheit oder Abwesenheit einer Verbindung nicht unbedingt die biologische Aktivität des Gärrests garantiert.

Der einfachste Weg, die Lebensfähigkeit von Bakterien zu quantifizieren, ist zu messen ihre Atemfrequenz.
Dies ist ein sehr nützlicher Beweis dafür, warum:

  • Es ist sehr selektiv. Abhängig vom verwendeten Referenzsubstrat (Kohlenhydrate, Proteine, Lipide, Essigsäure) Es ist möglich, die Konsistenz und Lebensfähigkeit verschiedener Gruppen von Bakterien zu messen – Hydrolyse, proteolitici, Lipolytika, methanogen- das macht die Flora des Fermenters aus.
  • Es ist sehr einfach, direkt in der Anlage zu machen. Sie müssen kein Biochemiker oder Biologe sein, Sie müssen sich nur mit der richtigen Ausrüstung ausstatten und einer ganz bestimmten Methode folgen.

Der Test besteht aus der Entnahme einer Gärrestprobe, eine bekannte Menge Essigsäure hinzufügen (oder Natriumacetat), und beobachten Sie die Gesamtmenge an produziertem Methan und die Produktionsrate. Konzeptionell scheint es eine einfache Lösung zu sein, aber leider müssen wir uns mit dem auseinandersetzen 13° Murphys Gesetz heißt es: “Die einfache Lösung eines Problems führt immer zu einem schwierigeren Problem”. In diesem Fall besteht das schwierigste Problem darin, einen universellen Konsens zu erzielen, über den das zu verwendende Referenzsubstrat betrachtet werden sollte, in welcher Menge, Wie lange sollte der Test dauern?, und wie man die akzeptable Schwelle für die methanogene Aktivität definiert.


KABELJAU, SV, BMP e SMA: Einige nützliche Definitionen für die Navigation im Dschungel der Kriterien

Der erste Schritt, um etwas messen zu können, ist Definieren Sie die Maßeinheit. Im speziellen Fall der Messung der methanogenen Aktivität, Praktisch jeder Forscher hat eine andere Methode erfunden, um den Test durchzuführen und die Ergebnisse auszudrücken. Obwohl das in der Literatur am häufigsten zitierte Referenzsubstrat Natriumacetat oder Essigsäure ist, Viele Studien zur methanogenen Aktivität wurden mit anderen Substraten durchgeführt: Gemische flüchtiger Fettsäuren in unterschiedlichen Anteilen, die Salze der gleichen Säuren, Methanol, Ethanol, Glucose, Saccharose, Phenol… In der Literatur gibt es Studien, die auch mit Substraten durchgeführt wurden, die sicherlich nicht berücksichtigt werden können “der Referenz” weil sie in ihrer Zusammensetzung sehr variabel sind: Melasse, Biermalz und Rohrohrzucker.

Dies ungleiche Kriterien stellt ein Problem für diejenigen dar, die eine Biogasanlage rational verwalten möchten, basierend auf messbaren wissenschaftlichen Beweisen und nicht auf indikativen Tabellen oder selbstreferenziellen Aussagen von selbst gestalteten “Biologie”. Es ist daher notwendig Standardeinheiten und Messmethoden definieren, so dass die auf unterschiedliche Weise ausgedrückten Ergebnisse miteinander verglichen werden können. Weil die Verwirrung so groß ist, sogar unter den “Biologie” und Insider, Es ist nützlich, einen kleinen Überblick über die Grundlagen zu geben, bevor wir uns mit den Techniken zur Durchführung des SMA-Tests und seiner praktischen Anwendung auf Biogasanlagen befassen.

  • Das anaerober Abbau von Essigsäure durch dieArchaea Acetoclastiche Es ist ein Prozess, der durchgeführt werden kann “in Zahlen ausdrücken” unter Verwendung der folgenden stöchiometrischen Formel: C.2H.4DAS2 (Sie. anaerob) -> CH4 + CO2
    In Zahlen: 1 Mol Essigsäure (60 Gramm) macht ein Mol Methan (16 Gramm oder 22,4 Ndm3) plus ein Mol Kohlendioxid (44 Gramm oder 22,4 Ndm3). In Einheitswerten, Die Methanausbeute an reiner Essigsäure ist daher gleich 373 Ncm3/Gramm.
  • Wenn wir Natriumacetat anstelle von Essigsäure betrachten:
    C.2H.3Nein2 + H.2DAS (Sie. anaerob) -> CH4 + NaHCO3
    Wie im vorherigen Fall, ein Maulwurf (82 Gramm) von Natriumacetat macht 22,4 Ndm3 von Methan, oder 273 Ncm3/Gramm. Der einzige Unterschied zum vorherigen Fall besteht darin, dass Natrium in wässrigem Medium vorliegt “Erfassung” Kohlendioxid, Bildung von Natriumhydrogencarbonat (Bikarbonat), deshalb – in der Theorie– Das aus dem Reaktor austretende Biogas ist reines Methan.
  • Durch eine stöchiometrische Berechnung kann gezeigt werden, dass bei der anaeroben Vergärung organischer Stoffe immer CH entsteht4 e CO2, in Menge und Anteil, die von den Mengen und Anteilen von C abhängen., H und O in Biomasse vorhanden. Es gibt drei Maßeinheiten für die Menge an C in organischer Substanz: dasC.VON (Chemischer Sauerstoffbedarf oder die Menge an O.2 notwendig für die vollständige Oxidation des Substrats), ichS.V. (Flüchtige Feststoffe, oder der Anteil an Trockenmasse ohne Asche) und dasT.OK (Organischer Kohlenstoff insgesamt). Die ersten beiden sind am beliebtesten, da ihr Messverfahren einfacher ist.
    Mal schauen Was sind die Unterschiede unter den verschiedenen Kriterien:
      • • KABELJAU. Wenn wir Natriumacetat als nehmen “Molekülmodell” der anaeroben Verdauung, seine Gesamtoxidation kann mit den folgenden Gleichungen dargestellt werden:
    C.2H.3Nein2 + 2DAS2 -> 2CO2 + H.2DAS + NaOH
    2C.2H.3Nein2 + 4DAS2 -> 4CO2 + 3H.2DAS + Auf2DAS
    Im ersten Fall werden zwei Mol benötigt (64 Gramm) von Sauerstoff, um die vollständige Oxidation eines Mols zu erzeugen (82 Gramm) Natriumacetat, im zweiten Fall wird es notwendig sein, Sauerstoff für doppeltes Acetat zu verdoppeln. Deshalb, In beiden Fällen ist der Natriumacetat-Kabeljau der gleiche, gleich 64/82 = 0,78 Gramm O.2/Gramm Acetat.
    Wenn wir stattdessen Essigsäure als nehmen “Molekülmodell”:
    C.2H.4DAS2 + 2DAS2 -> 2H.2DAS + 2CO2
    Daher ist der Essigsäurecode gleich 1,066 Grammi O.2/Gramm oder, unter Berücksichtigung seiner Dichte, 1,12 Grammi O.2/cm3.
      • •S.V.. Wenn wir andererseits Natriumacetat nach seinem Sv charakterisieren wollen, Wir stehen vor einem Problem, weil die im vorherigen Punkt dargestellten Gleichungen zwei Lösungen darstellen, abhängig von der Oxidationsreaktion – Dies hängt von den experimentellen Bedingungen ab, unter denen der Sv. Deshalb 82 Gramm wasserfreies Acetat werden austreten 40 Gramm Asche in einem Fall oder 164 Gramm Acetat werden produzieren 62 Gramm Asche in der anderen. Zur Definition, die Sv sind daher gleich:
    SV1 [%] = 100 x (SS – Asche) / SS = 100 (82 Gramm– 40 Gramm)/82 Gramm = 51,2%
    SV2 [%] = 100 x (SS – Asche) / SS = 100 (164 Gramm – 62 Gramm)/164 Gramm = 62,2%
    In der Praxis, Wir werden immer Werte von Sv erhalten, die zwischen den beiden oben angegebenen theoretischen Grenzen liegen, abhängig von der Kalzinierungstemperatur der Acetatprobe.
    Wenn wir stattdessen Essigsäure als nehmen “Molekülmodell”, es ist unmöglich, es in Bezug auf Sv zu charakterisieren: per definitionem ist es 100% flüchtig, als Flüssigkeit und frei von Mineralien.
  • Aus den vorhergehenden Absätzen leiten wir die folgenden praktischen Zusammenhänge ab:
      • BMP Natriumacetat = 273 [Ncm3/Gramm Acetat] / 0,78 [CSB-Gramm / Acetat-Gramm] = 350 Ncm3/Gramm Nachnahme. Da der SV des Acetats je nach Kalzinierungstemperatur variieren kann, Es ist nicht zuverlässig, diesen Parameter zu verwenden.
      • BMP Essigsäure = 373 Ncm3/Gramm /1,066 CSB Gramm / Gramm = 350 Ncm3/Gramm Nachnahme.
      • Es kann mathematisch nachgewiesen werden, dass der BMP einer organischen Matrix immer 350 Ncm beträgt3/Gramm Nachnahme, vorausgesetzt jedoch, dass diese Matrix ist 100% verdaulich. Gleiches gilt nicht für SVs: Die Variabilität des BMP als Funktion des SV ist nicht parametrisierbar, Sie sind also keine Maßeinheit “komfortabel” die methanogene Aktivität eines Gärrests zu bewerten. Um die methanogene Aktivität zu messen, reicht es daher aus, sie in den Reaktor einzuführen “1 Gramm Nachnahme” (unabhängig von der Substanz, die Sie wählen oder im Moment haben) und beobachten, ob es 350 Ncm abgibt3 von Methan. Wir werden in der sehen Teil II Was heißt das “1 Gramm Nachnahme” einer organischen Matrix.


Schlussfolgerungen

Die Messung der spezifischen methanogenen Aktivität (Weiterführende Schule) ist eine Technik, um das numerisch auszudrücken “lebenswichtige Konstanten” desArchaea, welche sind die Gruppe von Mikroorganismen, die für die Produktion von Methan verantwortlich sind, letzte Stufe der anaeroben Verdauung. Die Messung der SMA basiert auf der Tatsache, dass dieArchaea Acetoklastische Methanogene ernähren sich ausschließlich von Essigsäure (oder sein Salz, Natriumacetat), jedoch unverdauliche Substanz für die anderen Mikroorganismen, aus denen die Flora des Gärrests besteht. Deshalb, Hinzufügen einer bekannten Menge dieser Substanz zu einer bekannten Menge von Gärrest, und beobachten, wie viel Methan freigesetzt wird, Es kann abgeleitet werden, ob der Gärrest tatsächlich eine aktive Population von hatArchaea.

Außerdem, die Beziehung zwischen der Methanflussrate und der Masse der im Gärrest enthaltenen organischen Substanzliefert ein numerisches Maß für die Atemfrequenz, das heißt, die biologische Aktivität der Bevölkerung vonArchaea.

Im Teil II In diesem Artikel werden wir sehen, welche die sind “Tricks des Handels” dass ein guter Biogasanlagenbetreiber wissen muss, wie man einen Test richtig durchführt und wie man die Ergebnisse interpretiert, um den Gewinn zu optimieren.

Hinterlasse eine Antwort

Deine Email-Adresse wird nicht veröffentlicht. erforderliche Felder sind markiert *