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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK So erreichen Sie die Effizienz des Biogenerators. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Für den effizienten Betrieb einer Biogasanlage müssen neben einer streng anaeroben Umgebung eine Reihe von Anforderungen erfüllt sein. Halten Sie zunächst optimale Temperatur- und Säurebedingungen im Reaktor aufrecht. Zweitens überwachen Sie ständig das Vorhandensein von Nährstoffen im Fermentationsmedium und stellen Sie sicher, dass dieses Medium einen geringen Gehalt an Inhibitorsubstanzen aufweist, d. h. Substanzen, die die lebenswichtige Aktivität von Mikroorganismen beeinträchtigen. Im Allgemeinen findet die Methanbildung in einem relativ breiten Temperaturbereich (8–60 °C) statt, und bei bestimmten Temperaturen sind bestimmte Bakterienarten am Fermentationsprozess beteiligt. Typischerweise gibt es drei charakteristische Temperaturniveaus, die von bestimmten Bakterienarten bevorzugt werden. Der psychrophile Modus tritt bei einer Temperatur von 8–20 °C auf, der mesophile Modus – bei 30–40 °C, der thermophile Modus – bei 45–60 °C. Thermophile und mesophile Fermentationsmodi sind produktiver, alle drei Modi haben jedoch sowohl Vor- als auch Nachteile. Modi mit höheren Temperaturen erfordern mehr Energie, um die optimale Temperatur aufrechtzuerhalten, aber durch die Verkürzung der Fermentationsdauer ist es möglich, das Volumen des Bioreaktors deutlich zu reduzieren und so die Produktivität der Biogasanlage zu steigern. Allerdings ist die Aufrechterhaltung hoher Temperaturen in der Biomasse in der Praxis oft mit hohen Energiekosten für die Beheizung und Thermoregulierung von Bioreaktoren verbunden, was wiederum die Kosten des Biogasproduktionsprozesses deutlich erhöht. Daher sind die Energiekosten, die zum Erhitzen des Inhalts der Fermentationskammer während der thermophilen Fermentation erforderlich sind, so hoch, dass sie alle Vorteile einer schnelleren Fermentation als in anderen Fällen übersteigen. Daraus folgt, dass unter häuslichen Bedingungen nur die mesophile (30–40 °C) oder psychrophile (8–20 °C) Methanfermentation von praktischer Bedeutung ist. Damit eine normale Fermentation stattfinden kann, ist eine leicht alkalische Reaktion des Mediums erforderlich (pH = 6,7-7,6). Bei optimaler (gleichmäßiger) Aktivität der Säurebildner und Methanbakterien (also bei einem gleichmäßigen Gärungsprozess) wird der pH-Wert „automatisch“ in den gewünschten Grenzen gehalten. Allerdings beginnen sich säurebildende Bakterien manchmal schneller zu vermehren als Methanbakterien, weshalb die Konzentration flüchtiger Fettsäuren im Gärraum zunimmt und es zu einer sogenannten „Versauerung“ kommt, wodurch die Biogasausbeute sinkt und der Säuregehalt abnimmt der Biomasse steigt. In diesem Fall sollten dem Inhalt des Bioreaktors heißes Wasser, Kalkmilch und Soda zugesetzt werden. Ist das Gleichgewicht zwischen Stickstoff und Kohlenstoff gestört, wird es durch Zugabe von Kuhurin zur Biomasse wiederhergestellt. Grundlage für die ungehinderte Vermehrung anaerober Bakterien ist natürlich das Vorhandensein von Nährstoffen im Fermentationsmedium. Und fast alle Nährstoffe, die für das Wachstum von Methanbakterien benötigt werden, stammen aus tierischen Exkrementen, die den Hauptrohstoff für die Biogasproduktion darstellen. Die Vielfalt der Artenzusammensetzung methanproduzierender Bakterien ermöglicht die Verwendung nahezu aller Arten flüssiger und fester organischer Abfälle. Die beste organische Masse für die Biogaserzeugung ist jedoch mit Pflanzenresten vermischter Rindermist (Feuchtigkeitsgehalt der Biomasse beträgt mindestens 85-90 %). 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 mit synthetischen Reinigungsmitteln verbleibende Wasser nicht zum Verdünnen von Mist verwenden können. Die Biogasproduktion hängt von vielen anderen Faktoren ab. Beispielsweise bildet sich auf der Oberfläche der organischen Masse periodisch eine schwimmende Kruste, die die Freisetzung von Biogas beeinträchtigt. Daher muss es durch ein- bis zweimal tägliches Umrühren des Inhalts des Bioreaktors beseitigt werden. Das Rühren fördert außerdem eine gleichmäßige Temperatur- und Säureverteilung in der im Gärraum befindlichen Biomasse. Der vollständige Abbau organischer Stoffe dauert in der Regel lange. Gleichzeitig hängt die Dauer der Fermentation unter Berücksichtigung der inhärenten Zersetzungsgeschwindigkeit dieser Abfallart vom erforderlichen Zersetzungsgrad der organischen Substanz ab. Typischerweise werden die maximale Biogasausbeute und die besten Düngemittel erreicht, wenn organische Stoffe (Mist) bis zu 30–33 % zersetzt werden. Beachten Sie, dass die Vollständigkeit der Zersetzung der Biomasse 14 % beträgt, wenn die Biomasse 15–25 Tage im Bioreaktor verbleibt. Bei einem kontinuierlichen Fermentationsverfahren wird die größte Menge an Biogas freigesetzt, wenn das Entladen einer bestimmten Menge an im Reaktor „verbrauchtem“ organischem Material gleichzeitig mit dem Laden des gleichen Volumens an frischem Material erfolgt, und bei einer solchen Organisation des Bei kleinen Biogasanlagen auf Privatgrundstücken beträgt die tägliche Beladungsdosis in der Regel nicht mehr als 4 - 5 % des Nutzvolumens des Gärraums. Autor: Schomin A.A.
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