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20.09.2019
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Monitoring/Prozesskontrolle von Biogasanlagen

Für den Biogasanlagenbetreiber ist es wichtig, den mikrobiologischen Abbauprozess stabil zu halten, um einen problemlosen und somit wirtschaftlichen Betrieb zu ermöglichen. Vor allem der Prozess der Inbetriebnahme einer neuen Anlage, aber auch der laufende Betrieb soll unter Beobachtung bleiben.

In der Praxis werden Biogasanlagen oftmals ohne Planung der Inbetriebnahme hochgefahren. Früher oder später werden auch jene Anlagen funktionieren, bei denen einfach zu „füttern“ begonnen wurde. Wird jedoch der Start-Up einer Anlage geplant und die wichtigsten Analysenparameter kontrolliert, kann der Zustand der Mikrobiologie beurteilt und somit auftretende Probleme frühzeitig erkannt und verhindert werden. (Resch, Kirchmayr, Braun 2005: 5)

Eine rasche und kontrollierte Inbetriebnahme weist folgende Vorteile auf:

  • Rascher Aufbau einer dichten, stabilen und stressresistenten Mikroorganismen-Population
  • Anlagenteile werden nur kurz im unwirtschaftlichen Teillast betrieben
  • Durch eine rasche Inbetriebnahme kann der erhöhte Personaleinsatz dieser Phase reduziert werden (Resch, Kirchmayr, Braun 2005: 6)
Beim laufenden Betrieb zur Ökostromerzeugung werden folgende Ziele angestrebt:
  • gleichmäßige, hohe Methanproduktion
  • gleichmäßige, hohe Auslastung des Motors
  • ökonomisch günstiger Einsatz von Substraten

Eine automatische Regelung wichtiger Parameter ist zurzeit noch nicht möglich. Sämtliche Analysenparameter stellen daher nur Kontrollwerte dar. Im Grunde genommen basiert die Regelung einer Biogasanlage durch den Anlagenbetreiber auf Versuch und Irrtum. Daher sind Analyseparameter zur Optimierung der Regelung einer Biogasanlage besonders wichtig. (Resch, Kirchmayr, Braun 2005: 9)

Analysenparameter zur Beurteilung des Fermenterzustandes: (Laaber 2005)

  • pH-Wert:
Der optimale pH-Wert für Bakterienstämme im Fermenter liegt zwischen 6,8 und 7,5. In diesem Bereich ist Stoffwechsel und Wachstum möglich. Sinkt der pH-Wert zu stark sind die Methanbakterien als erste in ihrem Stoffwechsel gestört.

  • Freie Flüchtige Fettsäuren:
Dies sind Stoffwechselzwischenprodukte der Mikroorganismen. Ein Anstieg dieses Wertes ist ein Indikator für ein Ungleichgewicht in der Abbaukette und kann bei erhöhter Konzentration toxisch auf Mikroorganismen wirken. Der Gärprozess wird somit gehemmt.

  • UFA (undissoziierte Freie Flüchtige Fettsäuren):
Dieser Wert ist von der Kont´zentration Freier Flüchtiger Fettsäuren, vom pH-Wert und von der Prozesstemperatur abhängig und wirkt mit zunehmender Konzentration toxisch auf die Mikroorganismen. Folge ist die Hemmung des Gärprozesses.

  • CSB (chemischer Sauerstoffbedarf):
Zu hohe CSB-Werte weisen auf einen geringen Abbaugrad des Faulschlamms oder auf einen hohen Rohfaseranteil im Fermenter hin.

  • TS (Trockensubstanz):
Der Trockensubstanz-Gehalt gibt Rückschlüsse über die Qualität der Durchmischung. Eine gute Durchmischung ist Voraussetzung für einen homogenen Fermentationsverlauf. Steigt der TS-Gehalt wird unweigerlich auch der Stromverbrauch der Rührwerke ansteigen.

  • OTS (organische Trockensubstanz):
Dieser Wert gibt Auskunft über den bereits abgebauten organischen Anteil im Faulschlamm und steht damit in direktem Zusammenhang mit dem CSB.

  • TKN (Gesamtstickstoff nach Kjeldahl):
Dieser Parameter gibt den gesamten organisch gebundenen und freien Stickstoff (Ammonium-N) an. Ein hoher Anteil an gebundenem Stickstoff ist ein Indiz für unabgebaute Proteine.

  • NH4-N (Ammoniumstickstoff):
Ein hoher Anteil an Ammoniumstickstoff weist auf einen hohen Abbaugrad der Proteine hin.

  • UAN (nicht ionisierter Ammoniumstickstoff):
Dieser Wert errechnet sich aus dem Ammoniumstickstoff, dem pH-Wert und der Prozesstemperatur. Eine zu hohe Konzentration wirkt toxisch auf die Mikroorganismen und hemmt den Gärprozess.

Für Biogasanlagebetreiber ist es wichtig, diese Parameter regelmäßig zu kontrollieren um den Zustand des anaeroben Abbauprozesses beurteilen zu können. Eine Grenzwertüberschreitung einzelner Parameter bedeutet nicht unbedingt eine drohende Belastung des Fermenters bzw. den „Absturz“ der Biogasanlage. Mikroorganismen sind zum Teil sehr anpassungsfähig und können sich bis zu einem gewissen Grad auf veränderte Bedingungen einstellen. Liegt der Wert mehrerer Parameter im roten Bereich ist es jedoch ratsam, Kontakt mit Experten aufzunehmen und Maßnahmen zu treffen, die einen sicheren Betrieb gewährleisten. (Laaber 2005)

Das Zusammenspiel aus technischen Größen eines Fermenters und die Wechselwirkungen der chemischen, physikalischen und biologischen Faktoren des anaeroben Abbaus bestimmen die Stabilität des mikro¬biologischen Prozesses. Die Beurteilung des Prozesszustands erfolgt durch Analyse der Analysenparameter unter Berücksichtigung der technischen Gegebenheiten.


Quellen:

Laaber, M. (2007). Aufbau eines Bewertungssystems für Biogasanlagen – „Infoblatt Fermentationsparameter“.

Resch, C., Kirchmayr, R. und Braun, R. (2005), Start-Up und Prozesskontrolle. Unterlagen zum Anlagenbetreiberkurs.


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