Auswirkungen einer erhöhten Faulraumbelastung auf die Prozessbiologie bei der Vergärung

Untersuchung unter besonderer Berücksichtigung der aktuellen Situation der Biogasproduktion in Nordrhein-Westfalen

Effects of an increased organic load on the biology of the fermentation process of renewable crops in farm scale biogas plants

Studies under regard of the current circumstances of biogas production in Northrhine-Westfalia, Germany

by Arne Dahlhoff
Doctoral thesis
Date of Examination:2007-11-15
Date of issue:2009-02-23
Advisor:Prof. Dr. Wolfgang Lücke
Referee:Prof. Dr. Wolfgang Lücke
Referee:PD Dr. Engel Hessel
Referee:Prof. Dr. Ludwig Theuvsen
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-1975

 

 

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Abstract

English

In order to clarify the issues to which height the possible organic load in the fermentation of maize silage may be increased, which parameters are able to indicate disorders early in the fermentation process and whether an increased organic load has an impact on the efficiency of the fermentation process, fermentation experiments are operated in an especially configured biogas plant in the semi-scale (35 m³ net fermentation volume). In doing so, the extent organic load in the fermentation process is increased until inhibitions occur in the fermentation process and the process finally dies down. The critical organic load can be determined in the three experiments from 5.5 to 7.7 kg organic dry matter per cubic meter fermentation volume and day. While increasing the organic load and after the 'overturning' of the fermentation process, various practical measurement and analysis methods are investigated to check their values and their suitability as parameters for monitoring the fermentation process. It turns out that the various parameters are differently reliable and therefore, the isolated consideration of individual parameters brings no adequate reliability in evaluation of the fermentation process state. Because of this, only the analysis and evaluation of different, complementary parameters for process control are recommended.
Keywords: fermentation process; digester; organic load; inhibition

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Zur Klärung der Fragen wie hoch die Faulraumbelastung bei der Vergärung von Maissilage gesteigert werden kann, welche Parameter auftretende Störungen im Gärprozess frühzeitig anzeigen können und ob eine erhöhte Faulraumbelastung sich auf die Effizienz des Gärprozesses auswirkt, werden Gärversuche in einer speziell ausgestatteten Biogasanlage im halbtechnischen Maßstab (35 m³ Netto-Gärvolumen) durchgeführt. Dabei wird die Faulraumbelastung im Gärsubstrat soweit gesteigert, bis zunächst Hemmungen im Gärprozess eintreten und schließlich der Prozess zum erliegen kommt. Die auf diese Weise ermittelte, kritische Faulraumbelastung liegt in den drei durchgeführten Versuchen zwischen 5,5 und 7,7 kg oTS/m³*d-1. Während der Steigerung der Faulraumbelastung, bis nach dem 'Umkippen' des Gärprozesses werden verschiedene praxisrelevante Mess- und Analysewerte ermittelt, sowie deren Eignung als Prozessparameter zur Überwachung des Gärprozesses untersucht. Dabei stellt sich heraus, dass die verschiedenen Parameter unterschiedlich zuverlässig sind und daher die isolierte Betrachtung einzelner Parameter keine ausreichende Sicherheit bei der Beurteilung des Prozesszustandes bieten kann. Daher kann nur die Auswertung und Beurteilung verschiedener, sich ergänzender Parameter zur Prozesskontrolle empfohlen werden.
Schlagwörter: Biogas; Faulraumbelastung; Raumbelastung; Hemmung; Prozessbiologie
 
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