Die Auswahl des Inokulums für die Biogasanlage – III Teil

Für jedes Nebenprodukt sein Gärrest!

Neuveröffentlichung eines Artikels von Mario A.. Rosé weiter Agronotizie

Im Teil I. In diesem Artikel haben wir erklärt, wie ein anaerobes Verdauungssystem funktioniert, indem wir es mit einem vergleichen “Züchtung von Bakterien”. Für das ordnungsgemäße Funktionieren einer Biogasanlage muss der Manager wissen, wie das Inokulum gemäß den Nebenprodukten ausgewählt wird, mit denen der Fermenter gespeist wird, So wie ein Züchter die zu züchtende Rasse entsprechend dem Geschäftszweck auswählt, zum Beispiel Milch- oder Rinder. Am Rande der Überprüfung der methanogenen Aktivität (SMA) – erklärt in Teil II dieses Artikels – Es ist wichtig, die Fähigkeit des Inokulums zu überprüfen, komplexe organische Matrices abzubauen, wie Cellulose, Proteine ​​und Fette.



Um zu verstehen, warum der Sma-Test nicht ausreicht, oben beschrieben, wir beobachten in der Foto 1 die verschiedenen Abbau-Schritte, die jede organische Matrix durch die verschiedenen Gruppen von Mikroorganismen durchläuft, aus denen das anaerobe Inokulum besteht. Jede Bakteriengruppe trägt zur Reduktion der Makromoleküle bei, aus denen eine bestimmte Biomasse besteht, Sie produzieren allmählich einfachere Moleküle, bis sie sich in die Essigsäure verwandeln, die sie benötigen Archaea Leben. Ein solcher biologischer Prozess (Atmung) setzt Methan frei, Kohlendioxid und Wasser.


Das Schema des anaeroben Aufschlussprozesses
Foto 1: Das Schema des anaeroben Aufschlussprozesses
(Fotoquelle: Mario A. Rosato (Ref.[ich]))


Wie jedes Ökosystem, auch der aus einer Biogasanlage verdauen es entwickelt sich, um sich an das Substrat anzupassen, mit dem der Fermenter gespeist wird. In Italien, über den 90% von Biogasanlagen werden regelmäßig in unterschiedlichen Anteilen mit Viehdung gefüttert. Es scheint daher, dass die Auswahl der “Rennen” von Bakterien zu Beginn – oder neu starten– Eine bestimmte Pflanze ist ein Prozess, der nur auf gesundem Menschenverstand beruht: ob die Pflanze kommt mit pflanzlichen Substanzen gefüttert, Das Inokulum wird einer Anlage entnommen, die mit dem gleichen Substrattyp arbeitet, oder wir werden uns mit Rinderdung eindecken, Schaf, Ziege, oder Pferde, als Pflanzenfresser haben sie natürlich eine Darmbakterienflora, die zur Verdauung von Cellulosesubstanzen geeignet ist.

In Pflanzen mit tierischen Nebenprodukten gefüttert Es ist zweckmäßig, ein Inokulum zu verwenden, das aus einem System stammt, das mit Schweine- oder Geflügelmist gefüttert wird, als monogastrische Tiere verdauen Proteine ​​und Fette besser.
In Wirklichkeit ist dies nicht ganz der Fall: Manchmal sind in der Nähe der zu startenden Anlage keine permanent laufenden Biogasanlagen in Betrieb, in anderen Fällen sind die Pflanzen da, Sie werden jedoch mit Biomasse eines anderen Typs gespeist als der, die voraussichtlich in Ihrer Anlage verwendet wird. Dies bedeutet nicht, dass diese Inokula nicht verwendet werden können, Es reicht aus zu überprüfen, ob sie die richtige Bakterienpopulation haben, um jeden Bestandteil der Biomasse oder des Nebenprodukts von unserem Interesse zu verdauen.


Die Familien der anaeroben Mikroorganismen und die Referenzsubstrate zur Überprüfung ihrer biologischen Aktivität

Organische Stoffe bestehen aus Kohlenhydraten, Proteine ​​und Lipide in unterschiedlichen Anteilen. Mikroorganismen, die sich überwiegend von einer dieser Komponenten ernähren, werden jeweils genannt: Hydrolyse, Proteolytika und Lipolytika. Der rationale Weg, um die biologische Aktivität jeder Gruppe von Mikroorganismen, aus denen ein anaerobes Inokulum besteht, selektiv zu verifizieren, besteht darin, einen Test des Methanigenpotentials durchzuführen (Bmp), unter Verwendung eines reinen Referenzsubstrats.

ich Referenzsubstrate am häufigsten sind:

  • Zellulose. Es ist das komplexeste Kohlenhydrat, das abgebaut wird. Wenn ein Inokulum Cellulose abbauen kann, kann es auch Hemicellulose abbauen, Pektin, la chitina (die strukturelle Komponente von Pilzen) und pflanzliche Biomasse im Allgemeinen. Der UNI-Standard 11703:2018 (Ref.[ii]) empfiehlt die Verwendung von monokristalliner Cellulose. Für industrielle Tests werden häufig andere billigere und leichter zu kaufende Cellulosequellen verwendet, wie z: Toilettenpapier und Papiertaschentücher (Bianchi, ohne gedruckte Designs) weiße Baumwolle und Laborfilterpapier. Die theoretische Bmp von Cellulose ist 415 Ncm3/g SV, Ein Inokulum, das mindestens 80% dieses Wertes erreichen kann, wird als akzeptabel angesehen. Der Test wird mit einem Impfbericht durchgeführt: Substrat (I / S.) zwischen 2 e 3, und dauert durchschnittlich fünfzehn bis zwanzig Tage.
  • Tiergelee (Isinglass in Laken, Gelatinepulver ohne Farbstoff oder Geschmack). Es ist reines Protein, praktisch wasserfrei, fast aschefrei und leicht zu dosieren. Alternative, Eiweiß kann verwendet werden, Tofu (Sojaprotein) und Kasein. Sein theoretischer Bmp ist von 496 Ncm3/g SV. Wie im vorherigen Fall, Ein Inokulum, das mindestens 80% dieses Wertes erreichen kann, wird als akzeptabel angesehen. Der Test wird mit einem Impfbericht durchgeführt: Substrat (I / S.) zwischen 2 e 3 und dauert zehn bis zwanzig Tage.
  • Pflanzenöl (Girasole, Oliventrester, Mehr, Erdnuss). Typischerweise dauert ein lipolytischer Aktivitätstest dreißig bis sechzig Tage. Es ist unmöglich, den Kabeljau mit den üblichen Kits von vordosierten Fläschchen zu messen(Chemischer Sauerstoffbedarf) von Ölen, weil außerhalb des Bereichs der Methode und wegen der Unmöglichkeit, die Probe mit destilliertem Wasser zu verdünnen. Der Test wird unter der Annahme durchgeführt, dass das Öl hat 2,9 g Code / g Produkt (trocken). Die theoretische Bmp von Ölen und Fetten ist 1014 Ncm3/g trockenes Produkt. Dieser Test erfordert einen I / S-Bericht > 5 (5 g Inokulum SV für jedes g Öl) weil Lipide oft dazu neigen, die biologische Aktivität des Inokulums zu hemmen.


Ein praktisches Beispiel

Eine Biogasanlage, die mit einer vielfältigen Mischung von Nebenprodukten betrieben wurde, konnte dies nicht überwinden 50-60% seiner Nennleistung. Das “Biologe” im Dienst hatte er beschlossen – wie in Europa üblich, ohne irgendeinen Beweis zu machen – dass die Ursache die Mischung war “zu heterogen”, für die die Pflanze nur mit Maissilage gefüttert wurde. Die Umstellung auf reine Silagefütterung reduzierte die Produktivität weiter.
Das Foto 2, 3 e 4 wird es uns erlauben verstehen warum.

Es wird beobachtet, dass die Test mit Zellulose es erreicht kaum das akzeptable Minimum und zeigt einen unregelmäßigen Trend, der sich vom klassischen Sigmoid unterscheidet. Das versuchen Sie es mit Gelatinea beginnt mit normalen Werten, zeigt aber ab dem zehnten Tag Anzeichen einer Hemmung. Das versuche es mit Sma weist eindeutig darauf hin, dass das Inokulum eine zu geringe methanogene Aktivität aufweist. Die Fütterung mit einer abwechslungsreichen Mischung komplexer Substanzen ermöglichte eine geringe Produktivität, aber konstant, weil die hydrolytischen Bakterien Essigsäure mit ungefähr der gleichen Geschwindigkeit produzierten, mit der die methanogene Flora diese in Methan umwandelte. Die Umstellung auf eine Maissilage-Diät führte nur zur Hemmung des Prozesses, gerade weil dieses Substrat leicht hydrolysierbar ist. Die hydrolytischen Bakterien produzierten daher Essigsäure mit einer höheren Geschwindigkeit als die Archaea Acetoklastika konnten methanisieren. Dies führte zur Anreicherung von Essigsäure, die abrupte Absenkung des pH, und schließlich der Block des biologischen Prozesses.

Foto 2: Hydrolytische Aktivität
Foto 3: Proteolytische Aktivität
Foto 4: Spezifische methanogene Aktivität

Schlussfolgerungen

Der SMA-Test ist sehr nützlich, allein reicht es jedoch nicht immer aus, die Qualität des Gärrests zu bestimmen. Ein Screening der spezifischen biologischen Aktivitäten jeder der Gruppen von Mikroorganismen, aus denen der Gärrest einer Biogasanlage besteht, gibt einen klaren Überblick über die Robustheit des Prozesses. Dies sind relativ einfache Tests, erfordern kostengünstige und leicht verfügbare Zutaten wie: Zellulose, Gelatine und Essig. Ein kostengünstiges Kit wie das auf dem Eröffnungsfoto des Artikels gezeigte reicht aus, um dies zu tun Tests in kurzer Zeit und mit guter Genauigkeit.


Literaturhinweise und empfohlene Erkenntnisse

[ich] Rosato, M.A.; Handbuch für den Betreiber der Biogasanlage, Editorial Delfino, 2015.
[iiUNI / TS-Normen 11703:2018 Methode zur Messung der potenziellen Methanproduktion aus nassem anaerobem Aufschluss – Matrizen füttern.