So wählen Sie das Inokulum für die Biogasanlage aus – Teil II

Die spezifische methanogene Aktivität (Weiterführende Schule): Realisierung und Interpretation der Testergebnisse.

Neuveröffentlichung eines Artikels von Mario A.. Rosé weiter Agronotizie

Im Teil I. In diesem Artikel haben wir gezeigt, wie die biologische Aktivität eines Inokulums gemessen wird, indem eine bestimmte Menge Referenzsubstrat in einen Testreaktor eingeführt und diese für jedes Gramm CSB überprüft wird (Chemischer Sauerstoffbedarf) werden mindestens produziert 350 Ncm3 von Methan.

Lassen Sie uns dies analysieren Teil II des Artikels le Besonderheiten des Tests der spezifischen methanogenen Aktivität (Weiterführende Schule).

Wie man den SMA-Test in der Praxis durchführt

Die wissenschaftliche Literatur zu den Beweisen Weiterführende Schule es ist sehr unterschiedlich in Bezug auf die zu verwendenden Substrate (Ref.[ich]).
Der erste Zweifel, den der Anfänger lösen muss, bevor er einen Test der methanogenen Aktivität startet, ist daher: welches Substrat verwendet werden soll? Allgemein gesagt, jedes Substrat 100% verdaulich wird produzieren 350 Ncm3 CH4/gCOD, als die Tabelle 1.

Tabelle 1: Cod e Bmp(Methanpotential) von einigen reinen Substraten und 100% verdaulich, einfach zu finden. Berechnung des CSB durch den Autor anhand der Stöchiometrie der Gesamtoxidation, und theoretisches BMP, erhalten mit der Buswel- und Symons-Formel (UNI-Normen 11723, Anhang B.2)

Aus formaler Sicht, Aber, Ein Test, der mit einem Substrat durchgeführt wird, das nicht Natriumacetat oder Essigsäure ist, ist sicherlich ein Test der biologischen Aktivität, Ein spezifischer Test der methanogenen Aktivität kann jedoch nicht in Betracht gezogen werden. Beispielsweise, Ein mit Zucker anstelle von Acetat durchgeführter Test umfasst zwei Gruppen von Mikroorganismen: fermentative Bakterien, das wird den Zucker in Essigsäure umwandeln, und das Archaea, Dadurch wird die Essigsäure in Methan und Kohlendioxid umgewandelt. Wenn der Test ein negatives Ergebnis liefert: Wie können wir mit Sicherheit sagen, welche der beiden Gruppen von Mikroorganismen fehlt oder gehemmt ist??

Der zweite zu berücksichtigende Aspekt betrifft die Menge Essigsäure oder Natriumacetat, die in den Testreaktor eingeführt werden soll. Die RegelEINHEITEN 11703:2018 empfiehlt, parallel zu jedem Bmp-Test eine positive Kontrolle durchzuführen, um die Qualität des Inokulums festzustellen. Die Norm legt jedoch nicht fest, wie hoch das Impfverhältnis ist: Substrat (I / S.) adoptiert werden, was bedeutet, dass es sein muss “größer als 2” wie bei jedem Bmp-Test. Im besonderen Fall von Essigsäure, Das I / S-Verhältnis sollte jedoch viel größer sein als 10, Andernfalls besteht die Gefahr, dass der pH-Wert zu stark gesenkt wird, und auch die Reaktion der Säure mit den im Inokulum vorhandenen Carbonaten und Bicarbonaten erzeugt reichlich Schaum, bis der Reaktor überläuft. Natriumacetat, stattdessen, es verändert den pH-Wert des Inokulums nicht, da es ein Salz ist, aber ein I / S-Verhältnis zu nahe 2 Es kann verursachen “falsche Negative” weil Natrium ein Inhibitor von ist Archaea, wie wir bereits in einem anderen Artikel in dieser Spalte gezeigt haben (Die elektrische Leitfähigkeit ist für die Verwaltung der Biogasanlage unzuverlässig).

Das Foto 1 zeigt das Beispiel eines Tests, der an derselben Inokulumprobe durchgeführt wurde, mit unterschiedlichen Mengen Natriumacetat.

Foto 1: Ein Test des anaeroben Aufschlusses von Natriumacetat, vom Autor an einer einzelnen Inokulumprobe angefertigt, aber mit unterschiedlichen I / S-Verhältnissen
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Zu praktischen Effekten, das Hinweise auf methanogene Aktivität Es muss mit einer Dosierung von Natriumacetat hergestellt werden – oder Essigsäure – niedrig genug, um nicht auszulösen “falsche Negative” aufgrund der hemmenden Wirkung dieser Substrate. Um das zu vermeiden “falsche Negative”, Die Natriumacetat-Dosierung sollte niemals die Hemmschwelle überschreiten. Das Wissenschaftliche Literatur Es ist nicht eindeutig, wie hoch dieser Schwellenwert ist. Es gibt Werte von 7 g Acetat / l Inokulum (Ref.[ich]), al Bereich 4-8 g / l gültig wenn – wie so oft in landwirtschaftlichen Biogasanlagen– Das Inokulum hat einen pH-Wert> 7,5 (Ref.[ii]) bis zu einem Minimum von 2 g / l (Ref.[iii]). Es ist zu beachten, dass sich alle oben angegebenen Erfahrungen auf die Gärung aus Kläranlagen beziehen, Der Autor hat gute Ergebnisse mit Acetatkonzentrationen bis zu erzielt 12 g / l Inokulum. Für Tests mit Gärresten aus landwirtschaftlichen Pflanzen, Es erscheint daher vernünftig, eine Grenze von gleich anzunehmen 10 g Acetat / l landwirtschaftlicher Gärrest. Wenn Sie stattdessen Essigsäure verwenden, Die Gesamtkonzentration sollte i nicht überschreiten 2,4 g / l Inokulum, Andernfalls besteht die Gefahr, dass der pH-Wert zu stark gesenkt wird (Ref. [iv]). Wenn Sie keine reine Essigsäure haben, Diese Konzentration wird mit 40 ml Essig / l Inokulum erreicht(Der Essig enthält etwa 6% Volumen Essigsäure).


Die Maßeinheit von Weiterführende Schule

Die Atemfrequenz eines Lebewesens wird in Nm ausgedrückt3 Gas pro Einheit Lebendgewicht, pro Zeiteinheit. Im Falle eines Gärrests, Die Masse der Bakterien wird durch flüchtige Feststoffe dargestellt (SV), normalerweise ausgedrückt in g / Liter. Die methanogene Aktivitätskurve wird durch Auftragen der täglichen Methanflussrate pro Einheit flüchtiger Feststoffe im Inokulum auf der Y-Achse aufgetragen, als Funktion der Zeit, auf der X-Achse. Die SMA ist der numerische Wert, der entspricht dem Peak dieser Kurve, normalerweise ausgedrückt in Ncm3 bei CH4 / (g SVImpfung x Tag).

Das Foto 2 zeigt die methanogenen Aktivitätskurven, die dem gleichen Test entsprechen, der in Foto 1 gezeigt ist.
Allgemein, ein Wert von SMA > 10 Ncm3/g SV . d hält sich für gut.

Foto 2: Methanogene Aktivität eines Gärrests aus einer landwirtschaftlichen Pflanze, gemessen mit unterschiedlichen I / S-Verhältnissen. In diesem konkreten Fall, Die maximale SMA trat mit I / S = auf 4 entsprechend einer Dosierung von 12 g Acetat / l Inokulum
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Eine echte Fallstudie

Eine Biogasanlage muss nach außerordentlicher Wartung neu gestartet werden. In der Gegend gibt es zwei Pflanzen, aus denen das Inokulum entnommen werden könnte, in verschiedenen Entfernungen. Die Kosten für den Transport des Inokulums von Werk A betragen 3,65 Euro / Tonne und das aus Werk B ist 4 Euro / Tonne. Die Sma der Inokula sind die in angegebenen Foto 3. Lassen Sie uns analysieren, welche der beiden Inokula verwendet werden soll.

Aus rein biologischer Sicht, das InokulumB. ist besser als’EIN, aber beide sind noch gültig, wie sie Sma haben> 10 Ncm3/g SVinoc . d während die spezifischen Kosten unterschiedlich sind (Inokulum A.: 3,65 Euro / 14 = 0,26 Euro pro Einheit SMA- und B-Inokulum: 4 Euro / 18 = 0,22 Euro pro Einheit SMA).

Das Kriterium allgemein beginnt von a Annahme: wenn die zum Starten der Pflanze erforderliche Inokulummenge direkt proportional zur biologischen Aktivität ist, dann müssen wir prüfen, ob es zweckmäßig ist, das billigere Inokulum in einer größeren Menge oder einer kleineren Menge des teureren Inokulums zu verwenden. Aus wirtschaftlicher Sicht ist es bequemer, die Anlage mit Inokulum B zu starten (blaue Kurve, Foto 3), dessen Transport ist aber teurer, mit einer größeren methanogenen Aktivität, wird eine kleinere Menge erfordern.

Foto 3: SMA von zwei Inokula aus verschiedenen Implantaten. Rot = Pflanze A., Blau = Pflanze B.
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Schlussfolgerungen

Der Test der spezifischen methanogenen Aktivität (Weiterführende Schule) Es ist ein ziemlich schneller und billiger Test: Mit dieser Option können Sie das biologisch aktivste Inokulum auswählen, um die Inbetriebnahme einer Biogasanlage mit minimalen Kosten zu beschleunigen. Die Implementierung ist recht einfach, Es gibt jedoch noch keine Norm für ein eindeutiges Verfahren. Der Schlüssel zu einem erfolgreichen Test ist die Aufrechterhaltung der Natriumacetatkonzentration – oder Essigsäure– unterhalb der Hemmschwelle von Archaea, sonst könnte es Götter erzeugen “falsche Negative”. Allgemein gesagt, eine Dosierung von 10 g Acetat / l Inokulum, oder 2,4 g Essigsäure / l Inokulum (Äquivalent 40 ml Essig / l Inokulum) Es wird als vernünftig genug angesehen, anaerobe Inokula aus landwirtschaftlichen Einrichtungen zu testen.


Literaturhinweise und empfohlene Erkenntnisse

[ich] Athar Hussain,  Shashi Kant Dubey; Spezifischer methanogener Aktivitätstest für den anaeroben Abbau von Einflüssen; Appl Water Sci (2017) 7:535–542; DOI 10.1007 / s13201-015-0305-z.
[ii] Arjen Rinzema, Jules van Lier, Gatze Lettinga, Natriumhemmung von acetoklastischen Methanogenen in körnigem Schlamm aus einem UASB-Reaktor, Enzym- und mikrobielle Technologie, Volumen 10, Problem 1, 1988, Seiten 24-32, ISSN 0141-0229.
[iii] Satoshi Fukuzaki, Naomichi Nishio und Shiro Nagai; Kinetik der methanogenen Fermentation von Acetat; Angewandte und Umweltmikrobiologie, Okt.. 1990, p. 3158-3163 Vol. 56, Nein. 10.
[iv] Souto, T.F., Nicht hier, S.F., Silva, S.Q. et al.Einfluss der Inkubationsbedingungen auf den spezifischen methanogenen Aktivitätstest. Biodegradation 21, 411–424 (2010).
[v] Franke-Whittle IH, Walter A., Ebner C., Insam H.Untersuchung der Wirkung hoher Konzentrationen flüchtiger Fettsäuren bei der anaeroben Verdauung auf methanogene Gemeinschaften. Abfallwirtschaft. 2014; 34(11):2080-2089.

Siehe auch:
M. A.. Rose, S.. Stromberg; Schneller Neustart einer Biogasanlage und Kostenminimierung von Mikronährstoffen mit AMPTS II Light, Anwendungshinweis, Bioprozesskontrolle.

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