Weiterentwicklung des Messsystems Um die Selektivität des Systems zu verbessern,

ist das Sensorarray mit zusätzlichen Infrarot (IR)-Sensoren erweitert worden. Ziel ist es, über die Erfassung von Kohlendioxid und anderen or-ganischen Verbindungen den frühen Zustand ei-ner Übersäuerung sicherer zu erkennen. Hierzu ist eine Messstrecke, bestehend aus einer IR-Quelle und einem 4-fach Detektor, aufgebaut worden. Als Detektor ist ein „Quad-Thermopile“

Sensor ausgewählt worden, welcher über 4 Thermopiles verfügt, wobei alle mit einem ande-ren Interfeande-renzfilter ausgestattet sind. Jeder De-tektor erfasst nur einen bestimmten Frequenz-bereich des IR-Spektrums. Abb. 8 zeigt die Sen-soren und das aufgebaute System in Kombinati-on mit der elektrKombinati-onischen Nase PEN2.

Abb. 5: Messsignale bei Normalbetrieb. Hauptkompo-nente ist Methan

Nach den ersten Versuchen hat sich herausge-stellt, dass das Kohlendioxid keine zusätzliche Information für die frühzeitige Erkennung der Übersäuerung liefert. Zusätzlich reicht die Nachweisgrenze des optischen Systems nicht aus, um die Propionsäure zu erfassen.

Abb. 6: Messsignale bei Dosierung mit Kosubstrat. Im Gas sind jetzt auch Kohlenwasserstoffe (KW) vorhan-den

Eine Verbesserung der Selektivität kann aber auch über eine optimierte Probenahme erfolgen.

Die direkte Messung des Biogases hat den Vor-teil, dass die Probenahme einfach zu gestalten ist. Allerdings liegen dann auch die Hauptkom-ponenten des Biogases vor, so dass der chemi-sche Untergrund sehr groß ist. Änderungen in der Konzentration der Hauptkomponenten wie z.B. Methan, H2, Wasser, CO2 und H2S korrelie-ren nicht direkt mit dem Zustand der Übersäue-rung.

Abb. 9 zeigt die Messsignale bei der direkten Messung des Biogases nach einer Dosierung des Reaktors mit Propionsäure. Abb. 10 zeigt die Signale bei der Analyse des Dampfraumes (Headspace) der Flüssigphase nach der Dosie-rung des Reaktors mit Propionsäure. Hierzu ist Abb. 7: PCA-Analyse einer Serie von Messungen an

einem Bioreaktor mit Rindergülle bei Stoßbelastungen mit Kosubstrat.

Prozesssteuerung von Biogasanlagen mit Kofermentation

die Flüssigphase aus dem Reaktor entnommen und vermessen worden. Da hierbei die gasför-migen Hauptkomponenten im Biogas nicht mehr vorhanden sind, ist das Messsignal der Sensoren wesentlich geringer. Durch diese andere Art der Probenahme wird der Anteil der Propionsäure im Messgas gegenüber den anderen gasförmigen Komponenten erhöht.

Abb. 8: IR-Sensor (Quad-Thermopiles) und

Kombina-tion aus IR-Sensorarray mit MOS Sensorarray-System 5 Zusammenfassung und Ausblick

Mehrere hundert Messungen bei BTN und ATB belegen, dass die Qualität des Biogases mit dem Gassensorarraysystem PEN2 erfasst werden kann. Eine Unterscheidung zwischen einer Über-dosierung/Übersäuerung und dem „Normal-Zustand“ des Bioreaktors ist mit dem Sensorar-ray möglich. Hierfür kann auch ein kleineres Sensorarray-System (low cost array) mit nur 5 Sensoren eingesetzt werden.

Eine Unterscheidung zwischen einer Überdosie-rung und einer ÜbersäueÜberdosie-rung erfordert noch ei-ne Verbesserung der Selektivität des Messver-fahrens. Eine Erweiterung des Sensorarrays um weitere IR-Sensoren hat nicht zu einer Verbes-serung geführt, so dass z.Z. durch geeignete Probenahmeverfahren die Selektivität erhöht werden soll. Erste Ergebnisse sind sehr viel ver-sprechend. Versuche an einer großtechnischen Anlage stehen noch aus.

Abb. 9: Sensorsignale beim Messen von der Gasphase des Bioreaktors nach der Dosierung von Propionsäure

Abb. 10: Sensorsignale beim Messen von der Flüssig-phase des Bioreaktors nach der Dosierung von Pro-pionsäure

Membranbioreaktor zur Aufbereitung von Schlachthofabwässern

Autoren:

Winfried Reimann, Bernd Linke, Ralf Leszczynski Institut für Agrartechnik Bornim e.V. (ATB) Projekttitel:

Membranbioreaktor zur Aufbereitung von Schlachthofabwässern

Projektnr.:

BMBF-FKZ: 0339992 Teilprojekt 07 Projektleiter:

Dr. Reimann

wreimann@atb-potsdam.de

Institut für Agrartechnik Bornim e.V. (ATB) Abteilung Bioverfahrenstechnik

Max-Eyth-Allee 100 14469 Potsdam Projektpartner:

Institut für Agrartechnik Bornim e.V. (ATB);

UFI-Tec Institut für Membran-technologie GmbH

- Reduzierung der Ammoniakemissionen durch geringeres Lagervolumen

- höhere Transportwürdigkeit für Gülle durch höhere Nährstoffkonzentrationen.

Die Aufbereitung organisch belasteter Abwässer erfolgt in der Regel nach dem aeroben Be-lebtschlammverfahren. Die Kombination des klassischen Systems mit einer Membranfiltration als Membranbioreaktor beseitigt die Nachteile des konventionellen Verfahrens wie niedrige Biomassekonzentration bei hohen Verweilzeiten im Reaktor und hohe Überschussschlammbil-dung /1/ /2/ /3/. Die sich damit ergebenden Vorteile liegen u. a. in

- einem feststoff- und weitgehend keimfreien Abwasser,

- einem hohen Feststoffgehalt im Belebungs-becken mit geringem Belebungsvolumen, - einem hohen Schlammalter,

- einer geringen Überschussschlammprodukti-on und

- dem Verzicht auf eine flächenintensive und störanfällige Nachklärung.

2 Material und Methoden

Für die Untersuchungen wurde das im Schlacht-hof der Hakenberger Fleisch GmbH beim Schlachten von 200 bis 300 Tieren/Monat (Scha-fe und Rinder) in einer Menge von 60 bis 80 m³/Monat anfallende Abwasser eingesetzt, das die in der Tabelle 1 aufgeführten Analysenwerte enthielt.

1 Einführung

In der Landwirtschaft erfolgt die Produktion von Fleisch gegenwärtig separat von der Verarbei-tung des Produktes. Eine eigene SchlachVerarbei-tung und Vermarktung bringt für den Landwirt finan-zielle Vorteile und ist im Sinne von Verbraucher-, Tierschutz- und Umweltinteressen. Es stellt den Landwirt aber auch vor das Problem, die anfal-lenden Schlachtabwässer sachgerecht aufzube-reiten und zu entsorgen. Die häufig praktizierte Ausbringung mit Gülle ist betriebswirtschaftlich und ökologisch nachteilig. Eine gesonderte Ab-wasseraufbereitung von Schlachtabwasser bringt eine ganze Reihe von Vorteilen mit sich:

Die für die Untersuchungen durch die UFI-TEC GmbH Oranienburg errichtete Laborversuchsan-lage zur Abwasseraufbereitung bestand aus zwei doppelwandigen Reaktoren mit einem Reaktor-volumen von je 60 l, die sich hauptsächlich durch die Art der Belüftung und durch die An-ordnung der Membranen zum Reaktor unter-schieden (Abb. 1).

- Umweltentlastungen durch geringere Flä-chenbelastungen (Bodenverdichtungen) bei der Fahrzeugausbringung

Die untersuchten Membranen wiesen die in der Tabelle 2 aufgeführten Kennwerte auf.