Dipl.-Ing. Timo Sandmann
Datum des Kolloquiums: 22. Januar 2010
Diese Arbeit befasst sich mit der Planung, Bau und Betrieb einer Gärversuchsanlage im Labormaßstab, zur Bestimmung des Biogaspotenziales von Substraten, um durch Veränderungen der Substratzusammensetzung oder Veränderung von Verweilzeiten eine optimale Ausnutzung der eingesetzten Substrate, die für den Biogasprozess angebaut oder eingesetzt werden, zu erreichen. Eine Optimierung des Biogasprozesses ist immer wieder ein Ansatz der Biogasbetreiber, um die Wirtschaftlichkeit der Biogasanlagen zu steigern. Ebenso könnte die Gärversuchsanlage eine Aussage zu einem Restgaspotenzial von Gärresten oder anderen Substraten, wie zum Beispiel Flotatfetten oder ähnlichen Reststoffen aus der Industrie und der kommunalen Entsorgung treffen.
Als Grundlage zur Auslegung und Auswertung der Versuche wurde die VDI 4630 (Vergärung organischer Stoffe) gewählt. Die Versuchsanlage wurde als Batch-Versuchsanlage gebaut und betrieben. Die Anlage ist unterteilt in ein Metallbecken, in dem die Gäransätze in Laborflaschen durch ein Silikonöl, das als Wärmeträger dient, und ein Thermostat auf 40°C erwärmt werden und ein zweites Metallbecken in dem Messzylinder in einer Sperrflüssigkeit stehen, mit denen die Gaserfassung realisiert wird. Die Gärversuchsflaschen wurden durch eine Schlauchleitung mit den Messzylindern verbunden. Es wurde hierbei darauf geachtet das die Länge der Schlauchleitungen so kurz wie möglich bemessen wurden.
Gesamtbild der Versuchsanlage
Durch eine veränderte Strömungsführung des erwärmten Silikonöles konnte eine Temperaturdifferenz in dem beheizten Becken von ± 1°C erreicht werden. Somit liegt diese Differenz unter der Vorgabe der VDI 4630, welche eine maximale Temperaturdifferenz von 2°C festlegt.
Nach der DIN 38414-8 sollte eine Sperrflüssigkeit, durch die Zugabe von Säure, in einem sauren pH-Wert überführt werden. Dies ist sehr wichtig, da sich ansonsten das entstehende Kohlenstoffdioxid in der Flüssigkeit lösen würde, und so Messfehler entstehen würden. Es wird zu dem noch erwähnt das Methylorange, als Indikator, und Natriumsulfat-Decahydrat hinzugegeben werden muss, dies führt zu einer verbesserten Pufferkapazität der Sperrflüssigkeit. Da sich zeigte, dass sich das Methylorange im Laufe des Versuchszeitraumes stark verfärbte wurde hierauf verzichtet. Ebenfalls wurde auf die Zugabe von Natriumsulfat-Decahydrat verzichtet. Um eine pH-Wert-Änderung frühzeitig zu erkennen, wurde stattdessen wöchentlich mit einem pH-Messgerät der pH-Wert kontrolliert und gegebenenfalls etwas Säure nachdosiert, was allerdings bisher nicht nötig war. Bei den Einwaagen der jeweiligen Substrate zeigte sich, das ein organischer Trockensubstanzgehalt von 5 g nicht überschritten werden sollte, da sich ansonsten im Extremfall, das entsehende Gas durch das vorhandene Volumen der Messzylinder nicht auffangen lässt und ein mehrmaliges abziehen des Gases am Tag nötig macht. Dieses ist gerade am Wochenende schwer zu realisieren.
Bei den Messzylinder waren von einem Glasbläser eine Glasolive zum Einbringen des Gases und ein Kegelhahn für die Gasentnahme angebracht worden. Diese Veränderungen sind in der Abbildung 2 zu sehen.
Detailansicht eines Messzylinders
Die Gasentnahme wurde mit einem Infrarotmessgerät der Firma Binder durchgeführt und im Versuchsverlauf einmal durch eine Kontrollmessung mit einem Gaschromatographen überprüft. Diese Kontrolle ergab für die Methankonzentration nur eine geringe Abweichung. Somit wurde das Infrarotmessgerät als geeignetes Messinstrument für die Gärversuche benutzt, da durch die Messung ebenfalls die Gassäule aus den Messzylindern gesaugt werden konnte und so ein Absaugen mit einer Vakuumpumpe überflüssig war. Somit konnte die tägliche Arbeit an den Gärversuchen minimiert werden.