Name: Kontinuierlich-gerührt anaeroben Faulbehälter zu Bio-Abfälle in Biogas umwandeln: System-Setup und Grundlagen der Bedienung (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-07-13T12:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 31 s
Description: Lernen Sie den Aufbau und Betrieb eines kontinuierlich gerührten anaeroben Labor-Faulbehälters zur Umwandlung von Bio-Abfällen in Biogas. Diese Methode ermöglicht die Bewertung organischer Substrate für die nachhaltige Energiegewinnung.

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Diese Forschung wird unterstützt durch das USDA durch die National Institutes of Food and Agriculture (NIFA), Grant Number 2007-35504-05381 unterstützt; durch Grant No. 58872 von NYSERDA und NYC-123444 durch die Cornell University Agricultural Experiment Station der föderalen Formel Mitteln aus dem USDA NIFA.

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Keine Interessenskonflikte erklärt.

Die anaerobe Vergärung System in diesem Artikel vorgestellten bietet eine allgemeine Einführung und einige grundlegende Richtlinien für die Behandlung von den meisten Substraten in einem experimentellen Kontext. Die Vielfalt der Arten Substrat, Fermenter-Konfigurationen, Betriebsparameter und auch die einzigartige Ökologie des gemischten mikrobiellen Gemeinschaft hinter diesen Systemen schließt umreißt harte quantitative Kennzahlen, die universell eingesetzt werden können. Trotz all dieser Variabilität, folgen alle anae...

Vergärung (AD) ist eine ausgereifte Technologie mit den biologisch vermittelte Umwandlung von komplexen organischen Abfälle in nützliche Substrate Biogas mit Methan als Energieträger. Es gibt viele Vorteile der anaeroben Behandlung, einschließlich der minimalen Energie-und Nährstoffzufuhr und reduzierte Biofeststoffe Produktion im Vergleich zu aeroben Behandlung 10. Darüber hinaus macht die Vielseitigkeit des gemischten mikrobiellen Gemeinschaft innewohnenden zu diesen Systemen eine Vielzahl von organischen Substraten geeignet als Einsatzstoffe 11,12. Tatsächlich ist es aufgrund dieser Vorteile, dass eine wachsende Zahl von Anwendungen für die AD wird außerhalb der konventionellen kommunalen Abwasserreinigung, insbesondere in den industriellen, städtischen (zB Speisereste), 4,7,13 und Landwirtschaft verabschiedet. AD erlebte seine erste große Verbreitung zu Beginn in den 1980er Jahren als Reaktion auf die nationale Energiekrise des vergangenen Jahrzehnts. Die Welt steht vor einer wachsenden globalen Energiekrise,gekoppelt mit Umweltzerstörung, wird mehr Aufmerksamkeit nun auf Biokraftstoff-Technologien und dem Waste-to-Energie-Konzept insbesondere platziert. Zum Beispiel in den USA, können anaerobe Vergärung erzeugt 5,5% der gesamten elektrischen Energie benötigt 8. Dies hat die Nachfrage nach gut kontrollierten experimentellen Forschung an der Pilot-und Labor-Maßstab vergrößert, um die Eignung der neuen organischen Reststoffen und Abfällen Mischungen für die anaerobe Vergärung 14 zu beurteilen. Wir beabsichtigen, ein generisches Modell für den Bau, Impfung, Betrieb und Überwachung eines im Labormaßstab anaeroben Faulbehälter, die als geeignet für robuste Abschätzungen liefern. Biogasanlagen gibt es in vielen verschiedenen Konfigurationen. Ein paar gemeinsame Konfigurationen beinhalten die: Tankreaktor (CSTR) mit kontinuierlicher Zulauf Fütterung kontinuierlich gerührt; ständig gerührt Faulbehälters (CSAD) mit periodischen Zulauf Fütterung; Plug-Flow (PF), Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB); anaeroben wandernde Decke Reaktor (AMBR); anaeroben Reaktor verwirrt (ABR) und anaeroben Sequencing Batch Reactor (ASBR) Konfigurationen 9,15. Der CSTR und CSAD Konfiguration wurden weitgehend für Labor-Experimente durch seine einfache Einrichtung und günstigen Betriebsbedingungen angenommen. Durch kontinuierliches Mischen, ist die hydraulische Verweilzeit (HRT) gleich der Schlammverweilzeit (SRT). Die SRT ist die wichtige Design-Parameter für ADS. Die Konfiguration ist auch förderlich für kontrollierte Experimente, weil eine größere räumliche Gleichförmigkeit von Parametern, wie z. B. chemische Spezies Konzentration, die Temperatur und Diffusionsraten. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass die optimale Full-Scale-Konfiguration für eine anaerobe digester auf den speziellen physikalischen und chemischen Eigenschaften des organischen Substrats unter anderem nicht-technische Aspekte, wie Soll Ablaufqualität abhängt. Zum Beispiel, verdünnen Abfallströme mit relativ hohen Gehalt löslichen organischen und little Partikel, wie zB Abwasser in der Brauerei, in der Regel mehr erleben Energieumwandlung in einem High-Rate Upflow Bioreaktor-Konfiguration (zB UASB) statt einer CSAD Konfiguration. Unabhängig davon gibt es grundlegende Betriebsparameter, die wesentlich für erfolgreiche Verdauung und relevant für alle Konfigurationen, die eine generische Explikation mit dieser Konfiguration zu rechtfertigen sind. In der Tat wird jeder Anzeige-System enthält eine vielfältige, offene Gemeinschaft von anaeroben Mikroben seriell verstoffwechseln das Substrat zu Methan (das letzte End-Produkt mit der niedrigsten verfügbaren freien Energie pro Elektron). Die Stoffwechselwege in diesen Prozess eingebunden bilden ein komplexes Nahrungsnetz locker in vier trophische Stufen eingeteilt: Hydrolyse, Säurebildung; Acetogenese; und Methanogenese. In Hydrolyse werden von organischen Polymeren (z. B. Kohlenhydrate, Lipide und Proteine) bis auf die jeweiligen Monomere (z. B. Zucker, langkettige Fettsäuren und Aminosäuren) durch hyd defektrolyzing, fermentative Bakterien. In Acidogenese, werden diese Monomere von säurebildenden Bakterien flüchtigen Fettsäuren (VFAs) und Alkohole, die im Acetogenese, ferner zu Acetat und Wasserstoff werden homoacetogenic und obligatorische Wasserstoff-produzierenden Bakterien oxidiert, respektvoll 5 fermentiert. Im letzten Schritt der Methanogenese werden Acetat und Wasserstoff zu Methan und acetoklastische hydrogenotrophe methanogenen metabolisiert. Es ist wichtig zu erkennen, dass die Gesamtanzahl AD-Prozesses, indem auf eine miteinander verbundene Reihe von Stoffwechsel von verschiedenen Gruppen von Mikroben, werden über die erfolgreiche Funktion jedes Elements ab, bevor das System als Ganzes optimal ausführen soll. Die Konzeption und den Bau eines AD-Bioreaktor-System sollte immer in Betracht ziehen, um die Anforderung vollständig zu versiegeln den Bioreaktor. Klein Löcher in der Oberseite des Bioreaktors (Trennen des Headspace) oder in der Gasphase-Handling-System kann es schwierig sein zu erkennen, und daher sollte das System Druckunterschiedesicher, dass vor dem Einsatz überprüft. Nachdem sichergestellt wurde, eine leckfreie Setup, Ausfälle mit anaeroben Faulbehälter Studien resultieren oft aus Fehlern bei der Impfung, Kultivierung, und Tag für Tag den Betrieb. Als Ergebnis haben Fermenter einen Ruf als intrinsisch instabil und anfällig für unerwartete Ausfälle. Warum ist es dann, dass Full-Scale Fermentern unter stabilen Bedingungen für Jahrzehnte 13 operiert worden? Das Scheitern ist wahrscheinlich durch unsachgemäße Handhabung durch den Bediener ergeben sich, vor allem während des Starts, während der die mikrobielle Gemeinschaft langsam auf die organischen Abfälle Zusammensetzung und Stärke muss akklimatisieren. Deshalb ist es unser Ziel, nicht nur eine Methodik für den Aufbau eines AD-System bieten, sondern auch Aufklärung der Prozesse der Impfung, den Betrieb und die Überwachung dieser Systeme. Der erste Abschnitt des Artikels wird erklärt, wie die CSTR oder CSAD System zu konstruieren, während der zweite Abschnitt wird ein Verfahren für die Fermenter aktive Impfung mit methanog bietenENIC Biomasse. Es ist praktischer und weniger zeitaufwendig zu Faulbehälter mit aktiver Biomasse aus methanogenen impfen die Mixed-Schnaps oder Abwasser eines Betriebssystems Kocher, der eine ähnliche Behandlung von Substrat, als zu versuchen, um eine ausreichende Biomasse aus einer beginnenden Kultur entwickeln wird. Der dritte Abschnitt des Artikels wird decken die Überlegungen, wie Fütterung Substrat, Dekantieren Abwasser und Behebung verschiedener Probleme Reaktor. Zuführen Substrat und Dekantieren Abstrom für dieses System wird auf der semi-kontinuierlicher Basis durchgeführt werden (dh periodische Zuführen und Dekantieren, während die meisten der Biomasse und gemischte Flüssigkeit bleibt im Bioreaktor). Die Häufigkeit, in der die digester gefüttert / dekantiert ist das Vorrecht des Betreibers. In der Regel wird Fütterung / Dekantieren häufiger und in regelmäßigen Abständen für eine stärkere Fermenter Stabilität und Konsistenz in der Leistung zwischen Fütterung Zyklen. Der vierte Abschnitt stellt eine grundlegende Monitoring-Protokoll, um während der Erfah verwendet werdenrimentellen Periode. Mehrere Standard-Analysen, die in Standard-Methoden zur Prüfung von Wasser und Abwasser 16 (Tabelle 1, 2) beschrieben werden, werden für die Charakterisierung des Substrats und der richtigen System-Monitoring erforderlich. Zusätzlich zu den Messgrößen, ist ein wichtiger Aspekt der Überwachung, um zu überprüfen, dass die Kochersystem Komponenten ordnungsgemäß funktionieren. Die regelmäßige Wartung, um den Fermenter System zuvorzukommen großen System Probleme, die sonst gefährden könnten die langfristige Performance und Stabilität des Kochers. Zum Beispiel könnte ein Ausfall des Heizelements, was zu einem Absinken der Temperatur, die Ansammlung von flüchtigen Fettsäuren durch Verringerung der metabolischen Rate von methanogenen verursachen. Dieses Problem würde verstärkt, wenn das System nicht über ausreichende Alkalität, den pH oben hemmende Ebenen für Methanogenen aufrecht zu erhalten. Es ist auch wichtig zu erkennen und zu schließen, mögliche Leckagen nach unerwarteten Rückgang der Biogasproduktion Rattees. Daher Überschneidungen innerhalb des experimentellen Designs durch, zum Beispiel laufen zwei Bioreaktoren Side-by-Side unter die genauen Einsatzbedingungen, ist wichtig, unerwartete Performance-Verluste, die durch Fehlfunktionen des Systems, wie zum Beispiel kleine Lecks verursacht werden.

<table border="1"><tbody><tr><td> Reactor Ausrüstung </td><td> Firma </td><td> Katalog-Nummer </td><td> Kommentare </td></tr><tr><td> Beheizte Umwälzkühler </td><td> VWR Scientific </td><td> VWR 13271-063 </td><td> Zur Verwendung mit einem Heizmantel Reaktorsystem </td></tr><tr><td> Variabler Drehzahl Lab Stirrer </td><td> Cleveland Mixer Co. </td><td> (Modell 5VB) </td><td> Dieser Mischer Modell erleichtert die Montage mit einem Ring-Stand </td></tr><tr><td> Nass-Precision Gaszähler </td><td> Ritter Gaszähler </td><td> (Modell TG-01) </td><td> Dieses Modell braucht eine Mindestmenge von (0,1 l / h) und kann einen maximalen Durchfluss von 30 l / h verarbeiten </td></tr><tr><td> Gas-Sprudler </td><td> Chemglass </td><td> (Modell AF-0513-20) </td><td></td></tr><tr><td> Gas Entnahmerohr </td><td> Chemglass </td><td> (Modell CG-1808) </td><td></td></tr><tr> &lt;td&gt; Axiallaufrad </td><td> Lightnin &#39; </td><td> R04560-25 Cole-Parmer </td><td> Laufradschaufeln mit 7,9375 mm Bohrungsdurchmesser </td></tr><tr><td> Laufradwelle </td><td> Grainger </td><td> 2EXC9 Grainger </td><td> 1,83 m Stab aus rostfreiem Stahl mit 7,9375 mm AD (muss auf entsprechende Größe zugeschnitten werden) </td></tr><tr><td> Gusstopfträger Ständer </td><td> American Educational Products </td><td> (Modell 7-G16) </td><td> Für Montage-Mischer </td></tr><tr><td> Dreipoligen Erweiterung Clamp </td><td> Kralle </td><td> VWR 21572-803 </td><td> Für Montage-Mischer </td></tr><tr><td> Regelmäßige Klemmhalter </td><td> Kralle </td><td> VWR 21572-501 </td><td> Für Montage-Mischer </td></tr><tr><td> Schlauchpumpen </td><td> Masterflex </td><td> WU-07523-80 Cole-Parmer </td><td> Für Abwasser Dekantieren </td></tr><tr><td> L / S Standard Pumpenkopf </td><td> Masterflex </td><td> EW-07018-21 Cole-Parmer </td><td> Für Abwasser dekantierenING-Zubehör, um Schlauchpumpe </td></tr><tr><td> L / S Präzisions-Pumpenschlauch </td><td> Masterflex </td><td> EW-06508-18 Cole-Parmer </td><td> Für Abwasser Dekantieren - Zubehör zum Schlauchpumpe </td></tr><tr><td> Analyse Geräte / Reagenzien </td><td> Firma </td><td> Katalog-Nummer </td><td> Kommentare </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> pH-Wert-Analyse </td></tr><tr><td> pH-Meter </td><td> Thermo Fisher Scientific - Orion </td><td> 1212000 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Total und flüchtigen Feststoffen Analysis (Standard Methods: 2540-B, E) </td></tr><tr><td> Glass Vakuumexsikkator </td><td> Kimax </td><td> WU-06536-30 Cole-Parmer </td><td></td></tr><tr><td> Porzellan Abdampfschalen </td><td> VWR </td><td> VWR 89038-082 </td><td></td></tr><tr><td> Laborofen </td><td> Thermo Fisher Scientific </td><td> (Modell 13-246-516GAQ) </td><td></td></tr><tr><td> Mittlere Kammer Muffelofen </td><td> Barnstead / Thermolyne </td><td> F6010 Thermo Scientific </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Total Volatile Fatty Acid Analysis (Standard Methods: 5560-C) </td></tr><tr><td> Großraum-Variable Speed-Zentrifuge </td><td> Sigma </td><td> WU-17451-00 Cole-Parmer </td><td></td></tr><tr><td> Laborheizplatte </td><td> Thermo Scientific </td><td> (Modell HP53013A) </td><td></td></tr><tr><td> Großen Kondensator </td><td> Kemtech Amerika </td><td> (Modell C150190) </td><td></td></tr><tr><td> Essigsäure-Reagenz [CAS: 64-19-7] </td><td> Alfa Aesar </td><td> AA33252-AK </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td> &lt;td&gt; Chemischer Sauerstoffbedarf (Standard Methods: 5520-C) </td></tr><tr><td> CSB-Heizblock </td><td> HACH </td><td> (Modell DRB-200) </td><td></td></tr><tr><td> Borosilikat-Culture Tubes </td><td> Pyrex </td><td> (Modell 9825-13) </td><td></td></tr><tr><td> Kaliumdichromat Reagenz [CAS: 7778-50-9] </td><td> Avantor Performance Materials </td><td> 3090-01 </td><td></td></tr><tr><td> Mercury II-Sulfat-Reagenz [CAS: 7783-35-9] </td><td> Avantor Performance Materials </td><td> 2640-04 </td><td></td></tr><tr><td> Ferroin-Indikatorlösung [CAS: 14634-91-4] </td><td> Ricca Chemical </td><td> R3140000-120C </td><td></td></tr><tr><td> Ammonium-Eisen (II)-Sulfat-Hexahydrat [CAS: 7783-85-9] </td><td> Alfa Aesar </td><td> 13448-36 </td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> Gas-Zusammensetzung durch Gaschromatographie-Analyse </td></tr><tr><td> Gaschromatograph </td><td> SRI Instruments </td><td> Modell 8610C </td><td> Muss mit einer thermischen Leitfähigkeit (TCD) ausgestattet sein, mit unten genannten Säule und Trägergas bei einer isothermen Temperatur von 105 ° C betrieben </td></tr><tr><td> Helium-Gas </td><td> Airgas </td><td> Er HP300 </td><td> Um als Trägergas verwendet werden </td></tr><tr><td> Verpackt-Spalte </td><td> Restek </td><td> 80484-800 </td><td> Um sich für N 2, CH 4 verwendet werden, und CO 2-Abtrennung </td></tr></tbody></table>

kontinuierlich-gerührt anaeroben faulbehälter zu bio-abfälle in biogas umwandeln: system-setup und grundlagen der bedienung

Continuously-stirred Anaerobic Digester to Convert Organic Wastes into Biogas: System Setup and Basic Operation

Anaerobe Vergärung (AD) ist eine Bioprozess, die häufig verwendet wird, um komplexe organische Abfälle in ein nützliches Biogas umwandeln mit Methan als Energieträger 3.1. Zunehmend wird AD in industriellen, landwirtschaftlichen und kommunalen Abfällen (Wasser-) Behandlung Anwendungen 4,5 verwendet. Die Verwendung von AD-Technologie ermöglicht Anlagenbetreibern Entsorgungskosten reduzieren und ausgleichen Energieversorger Aufwendungen. Neben der Behandlung von organischen Abfällen, werden Energiepflanzen in die Energieträger Methan 6,7 umgewandelt. Da die Anwendung der AD-Technologie erweitert für die Behandlung von neuen Substraten und Co-Substrat-Gemische 8, auch die Nachfrage nach einer zuverlässigen Testmethode in der Pilot-und Labormaßstab. Vergärung Systeme verfügen über eine Vielzahl von Konfigurationen, einschließlich der kontinuierlichen Rührkessel (CSTR), Plug-Flow (PF) und anaeroben Sequencing Batch Reactor (ASBR) Konfigurationen 9 </sup&gt;. Der CSTR wird häufig in der Forschung aufgrund seiner Einfachheit in Design und Bedienung, sondern auch für seine Vorteile in der Erprobung. Im Vergleich mit anderen Konfigurationen, stellt die CSTR eine größere Einheitlichkeit der Systemparameter, wie z. B. Temperatur, Mischung, chemische Konzentration, und Substratkonzentration. Letztlich bei der Gestaltung eines Full-Scale-Reaktor, wird die optimale Konfiguration Reaktor auf den Charakter eines gegebenen Substrats unter vielen anderen nicht-technischen Erwägungen abhängen. Allerdings teilen sich alle Konfigurationen grundlegende Design-Merkmale und die Betriebsparameter, die den CSTR für die meisten vorläufigen Abschätzungen zu machen. Wenn ein Forscher und Ingenieure Zulaufstrom verwendet mit relativ hohen Konzentrationen von Feststoffen, kann dann im Labormaßstab Bioreaktor Konfigurationen nicht kontinuierlich aufgrund von Verstopfungen Probleme im Labormaßstab Pumpen mit Feststoffen oder Ablagern von Feststoffen innerhalb Schlauch zugeführt werden. Aus diesem Szenario unter ständigem Mischen Anforderungen werden im Labormaßstab Bioreaktoren regelmäßig gefüttertund beziehen wir uns auf solche Konfigurationen als ständig gerührt Faultürmen (CSADs). Dieser Artikel stellt eine allgemeine Methodik für die Konstruktion, Impfen, Betrieb und Überwachung eines CSAD System zum Zwecke der Prüfung der Eignung eines organischen Substrats für eine langfristige anaeroben Vergärung. Der Bau dieses Artikels umfassen die Errichtung der Laborreaktor System. Die Impfung Abschnitt wird erklärt, wie eine anaerobe Umgebung geeignet für die Aussaat mit einer aktiven methanogenen Impfstoff zu schaffen. Das operative Abschnitt werden die Bedienung, Wartung und Fehlerbehebung. Die Überwachung Abschnitt stellt Ihnen Prüfprotokolle unter Verwendung von Standard-Analysen. Die Verwendung dieser Maßnahmen ist ausreichend für eine zuverlässige Experimenten zur Beurteilung der Eignung für AD Substrats. Dieses Protokoll sollte einen größeren Schutz gegen ein häufiger Fehler in AD-Studien gemacht, die zu dem Schluss, dass Reaktor Versagen durch das Substrat verursacht worden ist, biete ichn Einsatz, wenn es wirklich falsche User-Betrieb 10 war.

Labor-Faultürmen den Wissenschaftlern ermöglichen, neue Wege der Optimierung bestehender Anwendungen von anaeroben biotechnologische Forschung und die Methan bildende Potenzial von verschiedenen organischen Abfällen zu bewerten. Dieser Artikel stellt eine verallgemeinerte Modell für den Bau, Impfung, Betrieb und Überwachung eines im Labormaßstab kontinuierlich gerührt anaeroben Faulbehälter.

Kontinuierlich-gerührt anaeroben Faulbehälter zu Bio-Abfälle in Biogas umwandeln: System-Setup und Grundlagen der Bedienung

Die anaerobe Vergärung (AD) ist ein Bioprozess, der häufig eingesetzt wird, um komplexe organische Abfälle in ein nützliches Biogas mit Methan als Energieträger umzuwandeln ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, den Aufbau, die Inokulation, den täglichen Betrieb und die ordnungsgemäße Überwachung eines laborstäbchenmaßstabes zu demonstrieren. Kontinuierlich gerührter anaerober Vergärer, um die Eignung eines bestimmten organischen Substrats für eine langfristige anaerobe Vergärung zu beurteilen. Dies wird erreicht, indem zunächst ein anaerober Vergärersystem aufgebaut wird.Der zweite Schritt besteht darin, den Fermenter durch Schaffung eines geeigneten anaeroben Milieus innerhalb des Bioreaktorsystems mit aktiver methanogener Biomasse zu beimpfen. Anschließend wird der korrekte Betrieb des Fermentersystems beschrieben, einschließlich Abfluss, Abstich, Beschickung und Fehlerbehebung. Der letzte Schritt ist die Einführung einer Überwachungsstrategie zur Beurteilung der Leistung und Stabilität des Fermenters mithilfe von Standardanalysen, die üblicherweise im Bereich der anaeroben Biotechnologie angewendet werden.Letztendlich zeigen die Ergebnisse die Wirksamkeit der anaeroben Vergärung bei der Behandlung eines organischen Substrats zur Energiegewinnung und Verringerung der organischen Belastung durch ein gut kontrolliertes, regelmäßig überwachtes anaerobes Vergärungssystem im Labormaßstab. Viele Personen, die neu im Bereich der AOB-Vergärung sind, werden dies als herausfordernd empfinden, da man eine sauerstofffreie Umgebung für die strikt anaerobe Biomasse aufrechterhalten muss. Außerdem werden Anwender die Anlaufphase als etwas langsam und mühsam empfinden, da es lange dauert, bis sich ausreichend Methanogene vermehrt haben, um eine Biomassekonzentration zu erreichen, die in der Lage ist, eine bestimmte organische Belastungsrate zu verarbeiten.Doch es sollte bekannt sein, dass, wenn man dem in diesem Artikel detailliert beschriebenen Protokoll sorgfältig folgt, diese Probleme vermieden werden können. Und schließlich, nachdem eine stabile Verdauung erreicht ist, können Sie mit diesen Systemen experimentieren. Dies kann jedoch auch Probleme für die Experimentatoren verursachen, da wir mit komplexen biologischen Systemen arbeiten, die sehr empfindlich gegenüber äußeren oder umweltbedingten Störungen sind.Die Vergärungstechnologie kann außergewöhnliche Stabilität und Vorhersagbarkeit aufweisen, wenn sie mit Konsistenz, Regelmäßigkeit und Methode betrieben wird. Dies ist eine Botschaft, die wir in diesem Video vermitteln möchten. Um mit dem Bau eines Vergärers zu beginnen, wählen Sie ein Gefäß aus, das die hier gezeigten Merkmale mit dem gewünschten Arbeitsvolumen aufweist.Falls das Gefäß nicht mit einer beheizten Wasserjacke ausgestattet ist, stellen Sie es in eine temperaturgesteuerte Umgebung, wie beispielsweise ein beheiztes Wasserbad oder eine Inkubationskammer. Befestigen Sie das Gefäß in senkrechter Position in einem Bereich mit ausreichend horizontalem Platz auf der Laborbank für die Aufstellung der verbleibenden Komponenten. Stellen Sie den Gefäßdeckel wie hier gezeigt her. Die Anschlüsse der Ablauf- und Überlaufrohre sollten breit genug sein, um ein Verstopfen der Rohre im Inneren zu verhindern. Der Bioreaktor sollte ausreichend lang sein, um während des Abstichs im Gärschlamm untergetaucht zu bleiben und gleichzeitig aus der Oberseite des Deckels herauszuragen. Um die Befestigung von Schläuchen zu ermöglichen, sollte die Ummantelung des Rührwerks so weit wie möglich in das Medium des Fermenters hineinragen.Tragen Sie Silikon-Vakuumfett auf die Kontaktfläche des Deckels auf und befestigen Sie diesen an der Oberseite des Aufschlussgefäßes. Sichern Sie mithilfe eines Stativs und Klemmen den Rührer mit variabler Drehzahl parallel zur vertikalen Achse des Aufschlussgefäßes und befestigen Sie anschließend die Rührwelle. Aufgrund von Vibrationen und Bewegungen des Rührermotors ist es wichtig, ein unabhängiges und frei bewegliches Stativ zu verwenden.Verbinden Sie ein Stück flexiblen Schlauchs mit dem Zulauf- und dem Ablaufrohr und anschließend ein weiteres Schlauckstück mit dem Gasanschluss, der als Gasschlauch dient. Der Schlauch sollte fester sitzen als in der Abbildung gezeigt, um Leckagen zu vermeiden. Im nächsten Schritt wird die Biogasleitung mit den verschiedenen Komponenten verbunden und diese auf den Regalen über dem Digester platziert. Verbinden Sie zunächst den Gasprobennahmeanschluss, der sich in der Nähe des Reaktorkopfraums befinden sollte.Als Nächstes verbinden Sie die Schaumfalle, die mindestens 25 % des Reaktorvolumens betragen sollte und zwei Anschlüsse enthalten sollte, einen für die Biogas-Zuleitung und einen weiteren für die Biogas-Ableitung. Das Einlassrohr sollte tiefer reichen als das Auslassrohr. Stellen Sie den Schwefelwasserstoffwäscher aus einem langen Glasrohr mit einem Innendurchmesser von zwei Zentimetern her.Füllen Sie es mit Stahlwolle, um eine ausreichende Oberfläche zum Abscheiden zu gewährleisten, jedoch nicht so dicht, dass der Biogasfluss blockiert wird. Bringen Sie an beiden Enden des Rohrs einen Biogas-Zu- und -Ablauf an. Schließlich stellen Sie einen Gasspeicher aus jedem zusammenlegbaren, luftdichten Material her, beispielsweise aus einem dicken Gummiballon oder Luftballon mit einem Volumen, das mehr als das Doppelte des geplanten Zulaufvolumens beträgt.Fügen Sie dann den Bubbelierer und den Gaszähler hinzu, falls das System über eine zirkulierende Wasserheizung temperaturgesteuert wird. Platzieren Sie das Gerät oberhalb des Flüssigkeitsniveaus der Heizjacke und verbinden Sie es mit flexiblen Schläuchen mit der Heizjacke. Stellen Sie die Heizung auf die geeignete Temperatur für mesophile oder thermophile Vergärung ein.Führen Sie einen Dichtheitstest des Systems durch. Füllen Sie zunächst den Fermenterbehälter mit Wasser. Anschließend verwenden Sie Gas, um die Zulaufleitung leicht auf einen Druck von weniger als fünf PSI zu pressurisieren, und verbinden Sie nun das anaerobe Gas mit der Zulaufleitung.Als Nächstes die Biogasleitung und die Ablaufleitungen abklemmen und mithilfe von Seifenwasser um den Reaktordeckel herum auf Lecks überprüfen; danach die Absperrung der Biogasleitung entfernen, um das gesamte Gasmanagementsystem auf Dichtheit zu testen. Impeller und Heizelement einschalten und über Nacht laufen lassen, um sicherzustellen, dass der Mischer und die Heizung einen kontinuierlichen Betrieb aufrechterhalten können, um den Vergärer zu beimpfen. Falls erforderlich, Wasser verwenden, das mit einem anaeroben Gas durchgespült wurde, um das Inokulum auf ein Volumen zu verdünnen, das den Vergärer vollständig füllt.Entfernen Sie Wasser aus dem anaeroben Fermenter vor der Inokulation. Spülen Sie das leere Fermentersystem mehrere Minuten lang mit anaerobem Gas durch, indem Sie es an das Zulaufrohr anschließen, die Ablaufleitung abklemmen und den Zwischenraum zwischen Rührwerk, Achse und Mantel abkleben. Um Verlust von anaerobem Gas zu vermeiden, stellen Sie sicher, dass der Gasbehälter ebenfalls durchgespült wird.Als Nächstes schließen Sie einen Trichter an die Zuführungsleitung an und geben das Inokulum hinzu. Achten Sie darauf, es regelmäßig zu mischen, um eine gleichmäßige Verteilung zu gewährleisten. Schließen Sie das anaerobe Gas erneut an die Zuführungsleitung an.Schalten Sie den Mischer ein und spülen Sie den Inhalt des Digesters mindestens 15 Minuten lang durch. Das Mischen ist jedoch nicht erforderlich. Trennen Sie dann die Gaszange, das Zulaufrohr und lösen Sie die Klemmung des Gasspeichers.Der Vergärer befindet sich nun im Betrieb und sollte einige Tage lang laufen, bevor mit der Beschickung begonnen wird. Nach der Berechnung einer konservativen anfänglichen organischen Belastungsrate oder OLR wird die OLR schrittweise erhöht, bis der Zielwert erreicht ist. Bereiten Sie das Beschickungsgemisch vor und lagern Sie es bei vier Grad Celsius, bis die Beschickung erfolgt.Decantieren Sie den Ausfluss aus dem Fermenter, indem Sie die Ausflussleitung an eine Pumpe anschließen, und entfernen Sie ein Volumen, das dem Volumen des zuzuführenden Substrats entspricht. Lagern Sie den Ausfluss bei vier Grad Celsius für spätere Analysen. Um das Substrat zuzugeben, verbinden Sie einen Trichter mit dem Zulaufrohr und gießen das Substrat ein, wobei sichergestellt werden muss, dass die Feststoffe mit der Hauptflüssigkeit mitgeführt werden.Überwachen Sie das System, indem Sie während des Betriebs regelmäßig den Digester und seine Komponenten überprüfen. Achten Sie besonders auf die Misch- und Heizsysteme, da unzureichendes Mischen einen plötzlichen Abfall der Konzentration an Feststoffen im Abfluss verursacht. Prüfen Sie regelmäßig, ob das Öl oder Wasser im Gaszähler auf dem richtigen Stand ist, und ersetzen Sie die Stahlwolle in der Schwefelwasserstofffalle, da diese schwarz und glänzend wird.Durch Reaktion mit Schwefelwasserstoff und Bildung von Eisensulfid. Führen Sie abschließend die in der schriftlichen Anleitung beschriebene Analyse durch und überprüfen Sie, ob die Werte innerhalb des vorgegebenen optimalen Bereichs liegen. Ein erfolgreicher Inokulation des Digesters zeigt sich durch die Produktion von Biogas innerhalb weniger Tage.Im Verlauf der Eingewöhnungsphase steigt das Verhältnis von Methan zu Kohlendioxid im Biogas an, da mehr methanogene Biomasse rekrutiert wird. Das langsame Wachstum der Methanogene im Vergleich zu den Säurebildnern erfordert lange Eingewöhnungszeiträume und schrittweise Betriebsänderungen. Hier zeigen wir die dynamische Reaktion eines Digesters, wenn in einer frühen Phase des Anfahrprozesses eine zu hohe spezifische Belastung (OLR) eingeführt wird.In diesem Beispiel war die Menge an Meth-Biomasse unzureichend, um die flüchtigen Fettsäuren oder VFAs zu entfernen, die im Substratabbauschritt der Acidogenese entstanden. Dies führte zu einer Anreicherung von VFAs und anschließend zu einer pH-Reduktion. Um diese Situation zu beheben, wurde die OLR verringert, um die Produktion von VFAs durch ENS einzuschränken und eine stärkere Anogen-Rekrutierung zu ermöglichen, bevor zur höheren OLR zurückgekehrt wurde.Die Fermenter zeigten anschließend eine stabile Vergärung über drei hydraulische Verweilzeiten. Eine stabile Vergärung oder Pseudo-Steady-State-Bedingungen können angenommen werden, wenn die gemessenen Parameter wie die Biogasproduktionsraten, die Gesamtkonzentration an flüchtigen Fettsäuren, die Konzentration an flüchtigen Feststoffen und die pH-Werte über einen Mindestzeitraum von einer HRT oder 25 Tagen hinweg konstant innerhalb von 10 % ihrer Durchschnittswerte gehalten werden. Die Bedeutung zeigt sich in dieser Abbildung, die die verlängerte Reaktion des CSTR-Systems auf eine Störung aufgrund unzureichender Durchmischung veranschaulicht.Die fehlende ordnungsgemäße Durchmischung führte dazu, dass sich die Feststoffe im Reaktor absetzten, wodurch weniger Feststoffe entfernt wurden. Während des Abziehens des Abflusses führte ihre Anreicherung zu höheren Feststoffkonzentrationen im Abfluss. Nach Wiederherstellung einer ausreichenden Durchmischung dauerte es etwa eine HRT, bis der Digester wieder eine normale Feststoffkonzentration im Abfluss erreichte.Ein anaerober Digester ist ein biologisches System und weist daher eine gewisse innere Variabilität und Leistung auf. Diese Variabilität muss quantifiziert werden, bevor der Experimentator die spezifischen Effekte erkennen kann, die durch experimentelle Störungen verursacht werden, die dem System auferlegt werden. Drei HRT-Perioden sind erforderlich, bevor eine experimentelle Änderung am Reaktorsystem vorgenommen wird.Da dies im Allgemeinen als ausreichender Zeitraum angesehen wird, um stabile Konzentrationen chemischer Spezies in der Belebtschlammbrühe anzunehmen, sollte der Experimentator am Ende dieses Intervalls eine zuverlässige Grundlinie für jeden gemessenen Parameter erstellen können. Diese Grundlinie dient als Vergleichsgrundlage für zukünftige Experimente gemäß diesem Verfahren. Andere Methoden wie der biochemische Methanpotenzialtest, der methanogenetische Aktivitätstest und der enterotoxikologische Test können durchgeführt werden, um Fragen zu beantworten wie: Wie hoch ist die maximale Methanausbeute, die mit einem bestimmten Substrat erzielt werden kann?Welche metabolische Aktivität weist die Meth-Biomasse im Reaktorsystem auf? Und inwieweit sowie wie lange beeinflusst eine substratbedingte Toxizität die anaerobe Biomasse? Die Durchführung dieser Analysen ermöglicht es dem Bediener, das Substrat besser zu charakterisieren und die Eignung der IC-Behandlung für die Verarbeitung dieser Art organischer Abfälle besser einzuschätzen.Vielen Dank.

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