Biogas -- Methangärung Organischer Abfallstoffe: Grundlagen Und Anwendungsbeispiele

ISBN-13: 9783709186763 / Niemiecki / Miękka / 2011 / 204 str.

R. Braun

Opis

Zur fortschrittlichen Losung technischer Probleme in einem interdisziplina ren Wissensgebiet wie der Biogastechnologie bedarf es einer gemeinsamen Sprache und einheitlichen Betrachtungsweise aller aus verschiedenen Bereichen wie Maschinenbau, Bauingenieurwesen, Verfahrenstechnik, Biologie und Chemie kommenden Ingenieure, Techniker und Biologen. Mit diesem Buch wurde daher der Versuch untemommen, moglichst alle an der Biogastechnologieinteressierten Personengruppen anzusprechen und diesen neben Grundlagen der Mikrobiologie und Biochemie auch eine Verfahrensstrategie als Entscheidungsgrundlage ftlr Planung, Errichtung und Betrieb einer Biogasanlage zu liefem. Fur den gebildeten Laien stellt das Buch zudem eine Entscheidungshilfe bei der Beurteilung einer spezifIschen Problematik dar. Die wissenschaftliche Basis stellt eine mehr als zehnjahrige Tatigkeit in Forschung und Lehre am Institut ftlr angewandte Mikrobiologie der Universitat ftlr Bodenkultur in Wien dar, deren wichtigste Konsequenz das BewuBtsein der Notwendigkeit einer Intensivierung des mikrobiologischen Prozesses der Methan bildung war. ln den vergangenen Jahren wurde die Methangarung daher besonders im Hinblick auf eine okologisch sowie okonomisch guhstige Entsorgungsmoglich keit organischer Abfallstoffe und Abwasser schwerpunktsmaBig untersucht. Gerade in einem Wissensgebiet, dessen nicht unerhebliche praktische Bedeu tung bereits einmal auf Grund des Fehlens adaquater Technologie verlorenging, ist die Bedeutung von Forschung und Entwicklung sehr groB. Die Zeit epoche machender punktueller Entdeckungen und Entwicklungen ist jedoch schon lange einer Phase des Entstehens einer unheirnlichen Fulle von Arbeiten gewichen.

Spis treści

1. Mikrobiologie der Methangärung.- 1.1 Ökologie der Methangärung.- 1.1.1 Bedeutung der Methanbildung im Stoffkreislauf der Natur.- 1.1.2 Historische Reaktionsmodelle für die Methanbildung.- 1.1.3 Das Dreistufenmodell der Methanbildung.- 1.2 Wechselwirkungen verschiedener Organismen.- 1.2.1 Die Bildung von Wasserstoff.- 1.2.2 Die Reduktion von Nitrat und Sulfat.- 1.3 Systematik der beteiligten Organismen.- 1.3.1 Stoffwechseltypen.- 1.3.2 Nicht methanbildende Bakterien.- 1.3.3 Hydrolytische Bakterien.- 1.3.4 Acetogene und homoacetogene Bakterien.- 1.3.5 Methanbakterien.- 1.4 Biochemie der Methanbildung.- 1.4.1 Hydrolyse und Fermentation.- 1.4.2 Methangärung.- 2. Physiologie und Milieueinflüsse.- 2.1 Die Bedeutung von Sauerstoff.- 2.2 Einfluß der Temperatur.- 2.3 Emährungsphysiologie.- 2.4 Einfluß von Substratkomponenten.- 2.4.1 DasC:N-Verhältnis.- 2.4.2 Ammoniakbildung.- 2.4.3 Flüchtige Fettsäuren.- 2.4.4 pH-Wert.- 2.4.5 Schwefelwasserstoff.- 2.4.6 Schwermetalle.- 2.4.7 Seltene Hemmstoffeinflüsse.- 3. Kinetik der Methanbildung.- 3.1 Die Bedeutung von Reaktionsmodellen.- 3.2 Kultivierungssysteme.- 3.2.1 Einstufig homogene kontinuierliche Reaktoren.- 3.2.1.1 Einfluß der Wachstumsrate.- 3.2.1.2 Einfluß der Substratkonzentration.- 3.2.2 Einstufig kontinuierliche Kultur mit Biomasserückführung.- 3.2.3 Nicht homogene einstufig kontinuierliche Reaktoren.- 3.2.4 Rohrreaktoren.- 3.2.5 Mehrstufige Rührkesselreaktoren.- 4. Reaktorbauarten.- 4.1 Geschichtliche Entwicklung.- 4.2 Einfache Reaktorbauarten.- 4.3 Klassische Reaktorbauarten.- 4.4 Neuere Reaktorbauarten.- 4.4.1 Zielsetzung.- 4.4.2 Der Kontaktprozeß.- 4.4.2.1 Die Bildung von Aggregaten.- 4.4.2.2 Funktionsweise.- 4.4.2.3 Anwendungsfalle.- 4.4.3 Das Anaerobfilter.- 4.4.3.1 Oberflächen Wachstum von Mikroorganismen.- 4.4.3.2 Funktionsweise.- 4.4.3.3 Anwendungsfälle.- 4.4.3.4 Kombinierte Verfahren.- 4.4.3.5 Fixed-Füm-Reaktoren.- 4.4.4 Der Schlammbettreaktor.- 4.4.4.1 Verfahrensentwicklung.- 4.4.4.2 Funktionsweise.- 4.4.4.3 Anwendungsfälle.- 4.4.5 Plug-Flow-Reaktor.- 4.4.5.1 Ältere Bauarten.- 4.4.5.2 Neuere Bauarten.- 4.4.5.3 Kombinierte Anlagen.- 4.4.6 Vergleich verschiedener Reaktorbauarten.- 5. Methangärung diverser Substrate.- 5.1 Substrate für die Methangärung.- 5.2 Landwirtschaftliche Abfälle.- 5.2.1 Exkremente aus Intensivtierhaltungen.- 5.2.2 Gülle und Mist von Schweinen.- 5.2.3 Rinder- und Hühnermist.- 5.2.3.1 Labor- und Pilotversuche.- 5.2.3.2 Ergebnisse aus Praxisanlagen.- 5.2.4 Sonstige landwirtschaftliche Abfälle.- 5.3 Energieplantagen.- 5.4 Industrieabläufe.- 5.4.1 Eigenschaften von Industrieabläufen.- 5.4.2 Abläufe der Lebensmittelindustrie.- 5.4.3 Abläufe der Gärungsindustrie.- 5.4.4 Sonstige Industrieabläufe.- 5.5 Kommunalabfälle.- 5.5.1 Klärschlamm.- 5.5.2 Abwasser.- 5.5.3 Müll.- 5.5.3.1 MüUfraktionierung.- 5.5.3.2 Biogasproduktion.- 6. Auslegung und Betrieb von Biogasanlagen.- 6.1 Zweck der Biogasproduktion.- 6.2 Charakterisierung des Substrates.- 6.2.1 Konzentration und Energiebñanz.- 6.2.2 Ungelöste Feststoffe und Reaktorwahl.- 6.3 Dimensionierung des Reaktors.- 6.3.1 Raumbelastung.- 6.3.2 Hydraulische Verweilzeit.- 6.4 Allgemeine Konstruktionsmerkmale.- 6.4.1 Substrataufbereitung.- 6.4.2 Substratförderung.- 6.4.3 Gärbehälter.- 6.4.4 Mischeinrichtungen.- 6.4.5 Beheizung.- 6.5 Inbetriebnahme des Reaktors.- 6.5.1 Substrateigenschaften.- 6.5.2 Impfmaterial.- 6.5.3 Einarbeitung.- 6.5.4 Betriebskontrolle.- 6.5.5 Störungen der Gärung.- 6.5.5.1 Ursachen.- 6.5.5.2 Gegenmaßnahmen.- 6.6 Produkte der Methangämng.- 6.6.1 Bewertung.- 6.6.2 Biogas.- 6.6.2.1 Bauvorschriften und Zusammensetzung.- 6.6.2.2 Speicherung.- 6.6.2.3 Verwertung und Eigenschaften.- 6.6.2.4 Reinigung.- 6.6.2.4.1 Zweck.- 6.6.2.4.2 Konventionelle Reinigungsverfahren.- 6.6.2.4.3 Biologische Reinigungsverfahren.- 6.6.3 Faulschlamm und Faulwasser.- 6.6.3.1 Bedeutung.- 6.6.3.2 Verwertung als Dünger.- 6.6.3.3 Hygienische Aspekte.- 6.6.3.4 Alternative Verwertungsmöglichkeiten.- 6.6.3.5 Beurteilung.- 7. Analytische Methoden.- 7.1 Bedeutung von Analysenmethoden.- 7.2 Gärversuche.- 7.3 Charakterisierung des Prozesses.- 7.3.1 Massenbilanz.- 7.3.2 Gasanalyse.- 7.3.2.1 Gasmenge.- 7.3.2.2 Gaszusammensetzung.- 7.4 Kontrolle des Prozesses.- 7.4.1 Elementaranalyse.- 7.4.2 Bestimmung der flüchtigen Fettsäuren.- 7.4.2.1 Alkahtät.- 7.4.2.2 Flüchtige Fettsäuren.- 7.4.2.3 Trennung der flüchtigen Fettsäuren.- 7.4.3 Messung des Redoxpotentials.- 7.5 Mikrobiologische Untersuchungen.- 7.5.1 Bakteriengehalt.- 7.5.1.1 Klassische Methoden.- 7.5.1.2 Indirekte chemische Methoden.- 7.5.1.3 Bestimmung via ATP.- 7.5.1.4 Bestimmung via Coenzym F420.- 7.5.2 Isoherung und Reinzucht.- 7.5.2.1 Milieuansprüche.- 7.5.2.2 Rollagar-Technik.- 7.5.2.3 Anaerobierkammem.- 7.5.3 Nachweise pathogener Keime und Parasiten.- 7.5.3.1 Vorkommen.- 7.5.3.2 Pathogene Bakterien.- 7.5.3.3 Viren.- 7.5.3.4 Parasiten.- 8. Ökonomie der Methangärung.- 8.1 Biomassepotential.- 8.1.1 Rolle der Methangärung.- 8.1.2 Verfügbare Biomasse.- 8.1.2.1 Klärschlamm und Müll.- 8.1.2.2 Gülle und Mist.- 8.1.2.3 Pflanzüche Abfälle.- 8.1.2.4 Industrieabfälle.- 8.2 Kosten der Biogaserzeugung.- 8.2.1 Kostenbestimmende Faktoren.- 8.2.2 Investitionswert.- 8.2.3 Jahreskosten.- 8.2.3.1 Kapitalkosten.- 8.2.3.2 Betriebskosten.- 8.2 4 Rentabüität.- 8.2.4.1 Jahreserlös.- 8.2.4.2 Gewinn.- 8.3 Volkswirtschaftliche Aspekte.