Untersuchungen zur zweiphasigen Vergärung von Grassilage

Abstract

The anaerobic digestion of grass silage as a single substrate, which is a problematic substrate in CSTR digesters, was researched at the State Institute of Agricultural Engineering and Bioenergy at the University of Hohenheim. Lab research was conducted at a two-phase biogas plant consisting of a leach bed reactor and an anaerobic filter. The research goal was to identify and to optimize relevant process parameters, to be able to judge if this biogas process is a possible alternative to biogas processes that are in use in praxis. At the test biogas plant, which consists of five pairs of reactors, we observed the effects of the varied parameters on the methane yield and its distribution to the two phases, the degree of degradation and the amount of leached COD from the leach bed reactor. The results show that the separation of the phases could be improved by frequent exchange of the leachate. The research into the leach bed reactor temperature shows that the fastest and highest methane production of the two-phase biogas plant occurs at a temperature of 55°C. The use of different substrates result in individual digestion characteristics that majorly affect the quality of the phase separation. In total, a stable digestion process was observed in all experiments, and at optimal parameters of the test plant, methane yields comparable to one phase reference systems were reached. However, the retention time of one kilogram of organic dry matter was only 25 days. The experiments showed the efficiency of the discontinuous two-phase anaerobic digestion process with a leach bed reactor and an anaerobic filter. Relevant aspects for the operation and the optimisation of the process were discovered.

Zur Monofermentation des in Rührkesselreaktoren problematischen Substrates Grassilage wurden an der Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie der Universität Hohenheim Laboruntersu-chungen an einem zweiphasigen Biogasverfahren, bestehend aus einem diskontinuierlich beschick-ten Perkolationsfermenter und einem Festbettmethanreaktor, durchgeführt. Das Ziel war es die relevanten Betriebsparameter zu identifizieren und zu optimieren um festzustel-len, ob dieses Verfahren eine mögliche Alternative zu den bisher in der Praxis angewandten Ver-fahren darstellt. An der aus fünf Reaktorpaaren bestehenden Versuchsbiogasanlage wurden dazu unter anderem die Auswirkungen der variierten Parameter auf den Methanertrag und dessen Verteilung auf die Prozessphasen, den Abbaugrad und die CSB-Ausbeute aus den Perkolationsfermentern betrach-tet. Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass die Trennung der beiden Prozessphasen verbessert werden kann, je mehr und je öfter Perkolat zwischen den Phasen ausgetauscht wird. Die Untersu-chung der Perkolationsfermentertemperatur ergab die schnellste und höchste Methanbildung in der zweiphasigen Biogasanlage bei einer Temperatur von 55 °C. Bei der Verwendung unterschiedlicher Substrate wurde ein individuelles Gärverhalten beobachtet, das sich vor allem auf die Trennschärfe des Prozesses auswirkte. Insgesamt zeigte sich bei den Versuchen ein stabiles Gärverhalten und bei einer optimierten Betriebsweise der Anlage wurden Methanerträge wie in einphasigen Refe-renzsystemen erreicht. Die Verweilzeit für einen Kilogramm organische Trockensubstanz betrug dabei jedoch nur noch etwa 25 Tage. Es wurde die Leistungsfähigkeit dieses Verfahrens nachgewiesen und eine wesentliche Grundlage für den Betrieb und die Optimierung von diskontinuierlichen zweiphasigen Biogasanlagen mit Per-kolationsfermenter und Festbettreaktor geschaffen.