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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Biotreibstoff. Zusammensetzung der Rohstoffe und Parameter ihrer Verarbeitung. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Mikrobiologie Die Herstellung von Biogas und Biodüngern aus organischen Abfällen basiert auf der Eigenschaft von Abfällen, bei der Zersetzung im anaeroben, d.h. biologischen Prozess, Biogas freizusetzen. sauerstofffreie Bedingungen. Dieser Prozess wird Methanfermentation genannt und erfolgt in drei Stufen als Ergebnis der Zersetzung organischer Substanzen durch zwei Hauptgruppen von Mikroorganismen – Säure und Methan. Drei Stufen der Biogasproduktion Der Biogasproduktionsprozess kann in drei Stufen unterteilt werden: Hydrolyse, Oxidation und Methanbildung. An dieser komplexen Reihe von Transformationen sind viele Mikroorganismen beteiligt, von denen die wichtigsten Methan produzierende Bakterien sind, von denen in Abb. drei Arten dargestellt sind. 8.
Hydrolyse In der ersten Stufe (Hydrolyse) wird organisches Material von außen durch extrazelluläre Enzyme (Ballaststoffe, Amylase, Protease und Lipase) von Mikroorganismen fermentiert. Bakterien zerlegen lange Ketten komplexer Kohlenwasserstoffe sowie Proteine und Lipide in kürzere Ketten. Fermentation Säureproduzierende Bakterien, die an der zweiten Stufe der Biogasbildung beteiligt sind, zerlegen komplexe organische Verbindungen (Ballaststoffe, Proteine, Fette usw.) in einfachere. Gleichzeitig erscheinen im Fermentationsmedium primäre Fermentationsprodukte – flüchtige Fettsäuren, niedere Alkohole, Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Essig- und Ameisensäure usw. Diese organischen Substanzen sind eine Nahrungsquelle für methanbildende Bakterien, die organische Substanzen umwandeln Säuren in Biogas. Methanerzeugung Methanproduzierende Bakterien, die an der dritten Stufe beteiligt sind, zersetzen niedermolekulare Spezies. Sie nutzen Wasserstoff, Kohlendioxid und Essigsäure. Unter natürlichen Bedingungen kommen methanproduzierende Bakterien unter anaeroben Bedingungen vor, beispielsweise unter Wasser oder in Sümpfen. Sie reagieren sehr empfindlich auf Umweltveränderungen, daher hängt die Intensität der Gasemission von den Bedingungen ab, die für das Leben methanproduzierender Bakterien geschaffen werden. Symbiose von Bakterien Methan- und säurebildende Bakterien interagieren in Symbiose. Einerseits schaffen säurebildende Bakterien eine Atmosphäre mit idealen Parametern für methanproduzierende Bakterien (anaerobe Bedingungen, chemische Strukturen mit niedrigem Molekulargewicht). Methanproduzierende Mikroorganismen hingegen nutzen Zwischenverbindungen säureproduzierender Bakterien. Würde diese Wechselwirkung nicht stattfinden, würden im Reaktor ungeeignete Bedingungen für die Aktivität beider Arten von Mikroorganismen entstehen. Parameter und Optimierung des Fermentationsprozesses Säurebildende und methanbildende Bakterien kommen überall in der Natur vor, insbesondere in tierischen Exkrementen. Beispielsweise enthält das Verdauungssystem von Rindern eine ganze Reihe von Mikroorganismen, die für die Gärung von Gülle notwendig sind, und der Prozess der Methangärung selbst beginnt im Darm. Daher wird Rindermist oft als Rohmaterial verwendet, das in einen neuen Reaktor geladen wird. Um den Fermentationsprozess zu starten, reicht es aus, die folgenden Bedingungen bereitzustellen:
Jede der verschiedenen Bakterienarten, die an den drei Stadien der Methanbildung beteiligt sind, wird von diesen Parametern unterschiedlich beeinflusst. Zudem besteht eine enge gegenseitige Abhängigkeit zwischen den Parametern (z. B. hängt der Zeitpunkt der Fermentation von der Temperatur ab), so dass es schwierig ist, den genauen Einfluss jedes einzelnen Faktors auf die erzeugte Biogasmenge zu bestimmen. Aufrechterhaltung anaerober Bedingungen im Reaktor Die lebenswichtige Aktivität methanproduzierender Bakterien ist nur in Abwesenheit von Sauerstoff im Reaktor einer Biogasanlage möglich, daher ist darauf zu achten, dass der Reaktor dicht ist und kein Sauerstoff in den Reaktor gelangt. Einhaltung der Temperaturbedingungen Temperaturbereich des Fermentationsprozesses Die Aufrechterhaltung einer optimalen Temperatur ist einer der wichtigsten Faktoren im Fermentationsprozess. Unter natürlichen Bedingungen erfolgt die Bildung von Biogas bei Temperaturen von 0 °C bis 97 °C. Unter Berücksichtigung der Optimierung des Prozesses der Verarbeitung organischer Abfälle zur Herstellung von Biogas und Biodünger werden jedoch drei Temperaturregime unterschieden:
Minimale Durchschnittstemperatur Das Ausmaß der bakteriologischen Methanproduktion nimmt mit steigender Temperatur zu. Da jedoch auch die Menge an freiem Ammoniak mit der Temperatur zunimmt, kann sich der Fermentationsprozess verlangsamen. Im Durchschnitt zeigen Biogasanlagen ohne Reaktorheizung erst dann eine zufriedenstellende Leistung, wenn die Jahresdurchschnittstemperatur bei etwa 20 °C oder mehr liegt oder wenn die durchschnittliche Tagestemperatur mindestens 18 °C erreicht. Bei Durchschnittstemperaturen von 20-28°C steigt die Gasproduktion überproportional an. Liegt die Biomassetemperatur unter 15 °C, ist die Gasausbeute so gering, dass eine Biogasanlage ohne Wärmedämmung und Heizung nicht mehr wirtschaftlich ist8. Optimale Rohstofftemperatur Informationen zum optimalen Temperaturregime sind für verschiedene Arten von Rohstoffen unterschiedlich, basieren jedoch auf empirischen Daten aus den Anlagen der in Kirgisistan betriebenen „Fluid“-Anlage für gemischten Mist von Rindern, Schweinen und Geflügel, der optimalen Temperatur für das mesophile Temperaturregime beträgt 36 - 38 °C, für thermophile 52 - 55 °C. Psychophile Temperaturverhältnisse werden in unbeheizten Anlagen beobachtet, in denen keine Temperaturregelung erfolgt. Die stärkste Freisetzung von Biogas im psychophilen Modus erfolgt bei 23 °C. Rohstofftemperatur ändert sich Der Biomethanisierungsprozess reagiert sehr empfindlich auf Temperaturänderungen. Der Grad dieser Empfindlichkeit wiederum hängt vom Temperaturbereich ab, in dem die Rohstoffe verarbeitet werden. Während des Fermentationsprozesses ändert sich die Temperatur innerhalb der folgenden Grenzen:
Thermophiler oder mesophiler Modus? Zu den Vorteilen des thermophilen Fermentationsprozesses gehören: eine erhöhte Zersetzungsgeschwindigkeit der Rohstoffe und damit eine höhere Biogasausbeute sowie die nahezu vollständige Zerstörung der in den Rohstoffen enthaltenen pathogenen Bakterien. Die Nachteile der thermophilen Zersetzung sind: der große Energieaufwand zum Erhitzen der Rohstoffe im Reaktor, die Empfindlichkeit des Fermentationsprozesses gegenüber minimalen Temperaturänderungen und die etwas geringere Qualität der resultierenden Biodünger. Beim mesophilen Fermentationsmodus bleibt die hohe Aminosäurezusammensetzung von Biodüngern erhalten, die Desinfektion der Rohstoffe ist jedoch nicht so vollständig wie beim thermophilen Modus. Nährstoffe Für das Wachstum und die Funktion von Methanbakterien ist das Vorhandensein organischer und mineralischer Nährstoffe in den Rohstoffen notwendig. Neben Kohlenstoff und Wasserstoff erfordert die Herstellung von Biodüngern ausreichende Mengen an Stickstoff, Schwefel, Phosphor, Kalium, Kalzium und Magnesium sowie einige Spurenelemente – Eisen, Mangan, Molybdän, Zink, Kobalt, Selen, Wolfram, Nickel und andere. Gängige organische Rohstoffe – Tiermist – enthalten eine ausreichende Menge der oben genannten Elemente. Gärzeit Die optimale Fermentationszeit hängt von der Reaktorbeladungsdosis und der Temperatur des Fermentationsprozesses ab. Wird die Fermentationszeit zu kurz gewählt, werden beim Entladen der fermentierten Biomasse Bakterien schneller aus dem Reaktor ausgeschwemmt als sie sich vermehren können und der Fermentationsprozess kommt praktisch zum Erliegen. Das zu lange Halten der Rohstoffe in einem Reaktor erfüllt nicht das Ziel, in einem bestimmten Zeitraum die größtmögliche Menge an Biogas und Biodünger zu gewinnen. Reaktorumlaufzeit Bei der Ermittlung der optimalen Fermentationsdauer wird der Begriff „Reaktordurchlaufzeit“ verwendet. Die Reaktordurchlaufzeit ist die Zeit, in der frisches, in den Reaktor geladenes Ausgangsmaterial verarbeitet und aus dem Reaktor ausgetragen wird. Bei Systemen mit kontinuierlicher Beladung wird die durchschnittliche Fermentationszeit durch das Verhältnis des Reaktorvolumens zum täglichen Einsatzmaterialvolumen bestimmt. In der Praxis wird die Reaktorumschlagszeit in Abhängigkeit von der Fermentationstemperatur und der Zusammensetzung des Rohstoffs in folgenden Intervallen gewählt:
Tägliche Dosis des Ladens von Rohstoffen Die tägliche Dosis der Rohstoffbeladung wird durch die Reaktorumschlagszeit bestimmt und steigt mit steigender Temperatur im Reaktor. Wenn die Reaktordurchlaufzeit 10 Tage beträgt, beträgt der tägliche Beladungsanteil 1/10 des Gesamtvolumens der beladenen Rohstoffe. Wenn die Reaktordurchlaufzeit 20 Tage beträgt, beträgt der tägliche Anteil der Beladung 1/20 des Gesamtvolumens der beladenen Rohstoffe. Bei Anlagen, die im thermophilen Modus betrieben werden, kann der Beladungsanteil bis zu 1/S des gesamten Reaktorbeladungsvolumens betragen. Verarbeitungszeit des Rohmaterials Die Wahl der Fermentationszeit hängt auch von der Art des verarbeiteten Rohstoffs ab. Für folgende Rohstoffarten, die unter mesophilen Temperaturbedingungen verarbeitet werden, beträgt die Zeit, in der der größte Teil des Biogases freigesetzt wird, etwa:
Säure-Basen-Gleichgewicht pH Methanproduzierende Bakterien eignen sich am besten für das Leben unter neutralen oder leicht alkalischen Bedingungen. Bei der Methanvergärung ist die zweite Stufe der Biogasproduktion die aktive Phase der Säurebakterien. Zu diesem Zeitpunkt sinkt der pH-Wert, das heißt, die Umgebung wird saurer. Im normalen Prozessverlauf ist jedoch die lebenswichtige Aktivität verschiedener Bakteriengruppen im Reaktor gleichermaßen wirksam und die Säuren werden von Methanbakterien verarbeitet. Der optimale pH-Wert variiert je nach Rohstoff zwischen 6,5 und 8,5. Mit Lackmuspapier können Sie den Säure-Basen-Haushalt messen. Die Werte des Säure-Basen-Gleichgewichts entsprechen der Farbe, die das Papier beim Eintauchen in den fermentierbaren Rohstoff annimmt. Das Verhältnis von Kohlenstoff und Stickstoff Einer der wichtigsten Einflussfaktoren auf die Methanvergärung ist das Verhältnis von Kohlenstoff und Stickstoff in den verarbeiteten Rohstoffen. Wenn das C/N-Verhältnis zu hoch ist, wirkt sich der Stickstoffmangel als limitierender Faktor für den Methan-Fermentationsprozess aus. Ist dieses Verhältnis zu niedrig, entsteht so viel Ammoniak, dass es für Bakterien giftig wird. Mikroorganismen benötigen sowohl Stickstoff als auch Kohlenstoff für die Aufnahme in ihre Zellstruktur. Verschiedene Experimente haben gezeigt, dass die Biogasausbeute bei einem Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis von 10 bis 20 am größten ist, wobei das Optimum je nach Rohstoffart variiert. Um eine hohe Biogasproduktion zu erreichen, werden die Rohstoffe gemischt, um ein optimales C/N-Verhältnis zu erreichen. Tabelle 2. Stickstoffverhältnis und Kohlenstoff-zu-Stickstoff-Verhältnis für organische Stoffe.
Auswahl der richtigen Rohstofffeuchte Voraussetzung für eine hohe Bakterienaktivität ist ein ungehinderter Stoffwechsel der Rohstoffe. Dies ist nur möglich, wenn die Viskosität des Rohstoffs die freie Bewegung von Bakterien und Gasblasen zwischen der Flüssigkeit und den darin enthaltenen Feststoffen ermöglicht. Landwirtschaftliche Abfälle enthalten verschiedene feste Partikel. Feststoffe und Trockenmasse in Rohstoffen Feste Partikel, zum Beispiel Sand, Ton usw., verursachen die Bildung von Sedimenten. Leichtere Stoffe steigen an die Oberfläche des Rohmaterials und bilden auf dessen Oberfläche eine Kruste. Dies führt zu einer Verringerung der Gasbildung. Daher wird empfohlen, Pflanzenreste (Stroh, Abfälle usw.) vor dem Einfüllen in den Reaktor gründlich zu zerkleinern und darauf zu achten, dass das Rohmaterial keine Feststoffe enthält. Der Trockenmassegehalt wird durch den Feuchtigkeitsgehalt der Gülle bestimmt. Bei einer Luftfeuchtigkeit von 70 % enthält das Rohmaterial 30 % Trockenmasse. Der ungefähre Feuchtigkeitsgehalt von Mist und Exkrementen (Mist und Urin) für verschiedene Tierarten ist in Tabelle 4 angegeben. Tabelle 3. Menge und Feuchtigkeit von Mist und Exkrementen pro 1 Tier
Die Luftfeuchtigkeit der in den Reaktor der Anlage geladenen Rohstoffe muss im Winter mindestens 85 % und im Sommer 92 % betragen. Um den richtigen Feuchtigkeitsgehalt der Rohstoffe zu erreichen, wird Gülle normalerweise mit heißem Wasser in einer Menge verdünnt, die durch die Formel RH = NP((B2 – B1):(100 – B2)) bestimmt wird, wobei H die Menge der geladenen Gülle ist , B1 ist der anfängliche Feuchtigkeitsgehalt der Gülle, B2 ist die erforderliche Feuchtigkeit der Rohstoffe, RH – Wassermenge in Litern. Die Tabelle zeigt die erforderliche Wassermenge, um 100 kg Mist auf 85 % und 92 % Feuchtigkeit zu verdünnen. Tabelle 4. Wassermenge zur Erreichung des erforderlichen Feuchtigkeitsgehalts pro 100 kg Gülle
Regelmäßiges Mischen Für einen effizienten Betrieb der Biogasanlage und die Aufrechterhaltung der Stabilität des Fermentationsprozesses der Rohstoffe im Reaktor ist eine periodische Durchmischung erforderlich. Die Hauptzwecke des Mischens sind:
Bei der Auswahl einer geeigneten Mischmethode und Methode muss berücksichtigt werden, dass der Fermentationsprozess eine Symbiose zwischen verschiedenen Bakterienstämmen ist, das heißt, Bakterien einer Art können eine andere Art ernähren. Wenn die Gemeinschaft zusammenbricht, ist der Fermentationsprozess unproduktiv, bis sich eine neue Bakteriengemeinschaft gebildet hat. Daher ist zu häufiges oder längeres und intensives Rühren schädlich. Es wird empfohlen, die Rohstoffe alle 4 bis 6 Stunden langsam umzurühren. Prozess-Inhibitoren Die fermentierte organische Masse sollte keine Stoffe (Antibiotika, Lösungsmittel etc.) enthalten, die die lebenswichtige Aktivität von Mikroorganismen negativ beeinflussen. Einige anorganische Stoffe tragen auch nicht zur „Arbeit“ von Mikroorganismen bei, sodass Sie beispielsweise das nach dem Waschen von Kleidung mit synthetischen Reinigungsmitteln verbleibende Wasser nicht zum Verdünnen von Mist verwenden können. Auch wenn bei der Biogaserzeugung keine giftigen Stoffe verwendet werden, kann eine zu hohe Konzentration einzelner Stoffe oder Speisesalz das Wachstum von Bakterien und damit die Biogasproduktion hemmen. Die Obergrenze einiger der häufigsten anorganischen Stoffe ist in Tabelle 5 angegeben. Tabelle 5. Verzögerungsgrenzen für gängige anorganische Inhibitoren
Arten von Rohstoffen Rindermist Für die Verarbeitung in Biogasanlagen ist Rindermist der am besten geeignete Rohstoff, da im Magen von Rindern bereits methanproduzierende Bakterien enthalten sind. Aufgrund der Homogenität von Rindermist können wir ihn für den Einsatz in kontinuierlichen Vergärungsanlagen empfehlen. Typischerweise wird frischer Mist mit Wasser gemischt und daraus unverdautes Stroh ausgewählt, um Sedimente und Krustenbildung zu verhindern. Rinderurin erhöht die Menge an produziertem Biogas erheblich, daher empfiehlt es sich, Bauernhöfe mit Betonboden und direkter Ableitung der Exkremente in einen Behälter zum Mischen der Rohstoffe zu bauen. Schweinegülle Bei der Haltung von Schweinen in Ställen und Ställen ohne befestigten Untergrund (Beton, Holz usw.) darf nur Gülle verwendet werden. Um die richtige Konsistenz für die Verarbeitung zu erreichen, muss es mit Wasser verdünnt werden. Mit Wasser verdünnter Mist muss sich in einem Behälter absetzen, damit sich Sand und kleine Steine im Mist absetzen und nicht in den Reaktor gelangen. Andernfalls sammeln sich Sand und Erde, die in den Reaktor gelangen, am Boden des Reaktors an und müssen häufig gereinigt werden. Wie beim Rindermist empfiehlt es sich, Bauernhöfe mit Betonboden und direkter Ausleitung der Exkremente in einen Mischbehälter zu bauen. Schaf- und Ziegenmist Bei Schafen und Ziegen, die ohne Gehweg gehalten werden, ist die Situation ähnlich wie beim Schweinegülle beschrieben. Da praktisch nur auf einem Ziegenhof ausreichende Mengen an Gülle gesammelt werden können, und selbst dann nur mit Stroheinstreu, ist der Rohstoff für eine Biogasanlage hauptsächlich eine Mischung aus Gülle und Stroh. Die meisten Systeme, die solche Rohstoffe verarbeiten, arbeiten im Batch-Charging-Modus, bei dem eine Mischung aus Gülle, Stroh und Wasser ohne vorherige Vorbereitung zugeführt wird und länger im Reaktor verbleibt als reine Gülle.
РљСѓСЂРёРЅС ‹Р№ помет Um Hühnerkot zu verarbeiten, empfiehlt es sich, die Vögel in Käfigen zu halten oder auf einer begrenzten Fläche, die zum Sammeln von Hühnerkot geeignet ist, eine Sitzstange aufzustellen. Werden Vögel auf dem Boden gehalten, ist der Anteil an Sand, Sägemehl und Stroh im Kot zu hoch. Es ist notwendig, mögliche Probleme zu berücksichtigen und den Reaktor häufiger zu reinigen als bei der Arbeit mit anderen Rohstoffarten. Hühnermist passt gut zu Rindermist und kann zusammen mit diesem verarbeitet werden. Bei der Verwendung von reinem Geflügelmist als Rohstoff besteht die Gefahr hoher Ammoniakkonzentrationen. Dies kann zu einer schlechten Installationseffizienz führen. Kot Werden Fäkalien in Biogasanlagen verarbeitet, sollten Toiletten so gestaltet sein, dass die Fäkalien mit einer geringen Menge Wasser gespült werden. Es ist darauf zu achten, dass kein Wasser aus anderen Quellen in die Toilette gelangt und die Spülwassermenge sollte auf 0 - 1 Liter Wasser begrenzt werden, um eine übermäßige Verdünnung des Rohstoffs zu verhindern.
Gasleistung und Methangehalt Der Gasausstoß wird üblicherweise in Litern oder Kubikmetern pro Kilogramm Trockenmasse im Mist berechnet. Die Tabelle zeigt die Werte der Biogasausbeute pro Kilogramm Trockenmasse für verschiedene Rohstoffarten nach 10–20 Tagen Fermentation, wenn die Anlage im mesophilen Modus betrieben wird. Um die Biogasausbeute aus frischen Rohstoffen anhand einer Tabelle zu ermitteln, muss zunächst der Feuchtigkeitsgehalt frischer Rohstoffe ermittelt werden. Dazu können Sie ein Kilogramm frischen Mist trocknen und den Trockenrückstand wiegen. Der prozentuale Feuchtigkeitsgehalt von Gülle kann mit der Formel berechnet werden: (1 – Gewicht der getrockneten Gülle) × 100 %. Tabelle 6. Biogasertrag und Methangehalt bei Verwendung verschiedener Rohstoffarten
Wie viel frischer Mist mit einem bestimmten Feuchtigkeitsgehalt 1 kg Trockenmasse entspricht, können Sie wie folgt berechnen: Von 100 den Feuchtigkeitsgehalt des Mists in Prozent abziehen und dann 100 durch diesen Wert dividieren: 100: (100 % - Feuchtigkeitsgehalt). Beispiel 1: Wenn Sie feststellen, dass der Feuchtigkeitsgehalt des als Rohstoff verwendeten Rindermist 85 % beträgt, dann entspricht 1 Kilogramm Trockenmasse 100:(100 - 85) = etwa 6,6 Kilogramm Frischmist. Das bedeutet, dass wir aus 6,6 Kilogramm Frischmist 0,2S0 – 0,320 m3 Biogas erhalten, und aus 1 Kilogramm frischem Rindermist 6,6-mal weniger: 0,037 – 0,048 m3 Biogas. Beispiel 2: Sie haben den Feuchtigkeitsgehalt von Schweinemist auf 80 % ermittelt, was bedeutet, dass 1 Kilogramm Trockenmasse 5 Kilogramm frischem Schweinemist entspricht. Aus der Tabelle wissen wir, dass 1 Kilogramm Trockenmasse (oder 5 kg frischer Schweinegülle) 0,340 – 0 m Biogas freisetzt. Das bedeutet, dass 80 Kilogramm frischer Schweinegülle 1 – 0,068 m0,116 Biogas freisetzt. Ungefähre Werte Wenn das Gewicht des täglichen Frischmists bekannt ist, beträgt der tägliche Biogasertrag unter den Bedingungen Kirgisistans ungefähr wie folgt:
Es ist zu beachten, dass Richtwerte für fertige Rohstoffe mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 85 % – 92 % angegeben werden. Biogasgewicht Das Volumengewicht von Biogas beträgt 1,2 kg pro 1 m3. Daher muss bei der Berechnung der produzierten Düngemittelmenge diese von der Menge der verarbeiteten Rohstoffe abgezogen werden. Bei einer durchschnittlichen täglichen Belastung von 55 kg Rohstoffen pro Rind und einer täglichen Biogasproduktion von 1,5 – 2,0 m3 pro Rind verringert sich die Rohstoffmasse bei der Verarbeitung in einer Biogasanlage um 4 – 5 %. Peel-Problem Wenn ein hohes Gasvolumen beobachtet wird, das jedoch nicht brennbar genug ist, bedeutet dies häufig, dass sich Schaum oder Kruste auf der Oberfläche der Beschickung im Reaktor gebildet hat. Ist der Gasdruck sehr niedrig, kann dies auch darauf hindeuten, dass sich eine Kruste gebildet hat, die die Gasleitung verstopft. Es ist notwendig, die Kruste von der Oberfläche des Rohmaterials im Reaktor zu entfernen. Entfernen der Kruste Die Besonderheit der Kruste, die sich auf der Oberfläche des Rohstoffs im Reaktor einer Biogasanlage bildet, besteht darin, dass sie nicht spröde, sondern zähflüssig ist und innerhalb kurzer Zeit sehr hart werden kann. Um es zu zerstören, müssen Sie es feucht halten. Das heißt, die Kruste kann mit Wasser übergossen oder in die Rohstoffe getaucht werden. Sortierung von Rohstoffen Stroh, Gras, Grashalme und sogar nur getrockneter Mist schwimmen an der Oberfläche des Rohmaterials, und trockene und mineralische Substanzen setzen sich am Boden des Reaktors ab und können mit der Zeit die Auslassöffnung verschließen oder den Arbeitsbereich des Reaktors verkleinern . Bei richtig aufbereiteten Rohstoffen mit nicht zu hohem Wassergehalt tritt dieses Problem nicht auf. Fertige Rohstoffe Bei der Verwendung von frischem Rindermist besteht kein Krustenproblem. Probleme entstehen, wenn das Rohmaterial feste und unzersetzte organische Stoffe enthält. Vor dem Bau der Anlage ist es notwendig, Futtermittel und Gülle auf die Möglichkeit einer Verarbeitung im Reaktor zu prüfen. Es kann erforderlich sein, das Futter gründlich zu mahlen. In diesem Fall ist es besser, die zusätzlichen Kosten im Voraus zu kalkulieren. Das Problem der Feststoffe in den Ausgangsstoffen ist bei Schweinemist und Geflügelmist weitaus schwerwiegender. Sand, Hühnerpicken und in den Kot gelangende Federn machen Vogelkot zu einem schwierigen Rohstoff. Zusammensetzung der Rohstoffe Die Forschung zur chemischen Zusammensetzung von Rohstoffen vor der Verarbeitung in Biogasanlagen wurde von Wissenschaftlern aus dem Ausland und Kirgisistan durchgeführt. Tabelle 7. Zusammensetzung der Rohstoffe vor der Verarbeitung in einer Biogasanlage
Zähigkeit Die Viskosität der Rohstoffe während der Verarbeitung nimmt merklich ab, da die Feststoffmenge (Stroh etc.) durch die Fermentation unter stabilen Bedingungen um 50 % reduziert wird. Geruch Biodünger hat einen viel weniger intensiven Geruch als der Geruch der verwendeten Rohstoffe (Gülle, Urin). Bei ausreichender Gärzeit werden nahezu alle Geruchsstoffe vollständig verarbeitet. Nährstoffe Die ernährungsphysiologischen Eigenschaften eines Biodüngers werden durch die Menge der darin enthaltenen organischen Stoffe und chemischen Elemente bestimmt. Im Biodünger werden alle Pflanzennährstoffe wie Stickstoff, Phosphor, Kalium und Magnesium sowie für das Pflanzenwachstum notwendige Spurenelemente und Vitamine gespeichert. Das Verhältnis von Kohlenstoff zu Stickstoff (ca. 1:15) wirkt sich positiv auf die Bodenqualität aus. Tabelle 8 zeigt den ungefähren Nährstoffgehalt von Biodünger. Tabelle 8. Der Gehalt an Elementen in Biodünger (Gramm pro kg Trockenmasse)
Phosphat und Kalium Der Phosphatgehalt (die von Pflanzen direkt aufgenommene Form des Phosphors) verändert sich während des Fermentationsprozesses des Rohstoffs nicht. In dieser Form können Pflanzen etwa 50 % des gesamten Phosphorgehalts aufnehmen. Die Fermentation hat keinen Einfluss auf den Kaliumgehalt, der zu 75 bis 100 % von den Pflanzen aufgenommen werden kann. Stickstoff Im Gegensatz zu Phosphat und Kalium wird während des Fermentationsprozesses ein Teil des Stickstoffs verändert. Etwa 75 % des im Frischmist enthaltenen Stickstoffs gehen in organische Makromoleküle über, die restlichen 25 % liegen in mineralischer Form vor. Nach der Verarbeitung in einer Biogasanlage liegen etwa 50 % des Stickstoffs im Biodünger in organischer Form und 50 % in mineralischer Form vor. Mineralischer Stickstoff kann von Pflanzen direkt aufgenommen werden, organischer Stickstoff muss jedoch zunächst durch Bodenmikroorganismen mineralisiert werden. Autoren: Vedenev A.G., Vedeneva T.A.
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