Verkürzung der Einfahrphase bei anaeroben Behandlung von Fäkalien, organischen Abfällen und Reststoffen

Nicole Meisgeier Verkürzung der Einfahrphase bei der anaeroben Behandlung von Fäkalien, organischen Abfällen und Reststoffen 208 Seiten. 2007. Zahlreiche Abbildungen, Fotos und Tabellen, 75 davon farbig. Preis 45,00 Euro. ISBN 978-3-938807-74-3. ISSN 1862-1406. Rhombos-Verlag, Berlin. Zum Geleit: Biogasgewinnung. War in der Vergangenheit dies fast ausschließlich ein Verfahren zur Klärschlammbehandlung und später eine weitere Option zur Verwertung von Bioabfällen, so hat es sich zunehmend als Energiegewinnungsverfahren auf der Basis nachwachsender Rohstoffe etabliert. Diese erfreuliche Entwicklung sollte jedoch nicht darüber hinweg täuschen, dass nach wie vor eine Reihe von Fragen im Kontext der Biogasgewinnung nicht befriedigend geklärt sind, geschweige denn, technische Lösungen existieren. Eine dieser offenen Punkte ist die Klärung der Modalitäten der Einfahrphase. Traditionell ist die Einfahrphase ein langwieriger, oft mehrere Monate dauernder und oft schwieriger Prozess, da die biologischen Abläufe noch nicht in einer stabilen Phase verlaufen. Für die Praxis ist es daher von Bedeutung, Mechanismen an die Hand zu bekommen, die eine Verkürzung dieser Phase ermöglichen, bei gleichtzeitiger Prozessstabilität. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn mobile Anlagen in Betracht kommen oder wenn Anlagen mit sehr spezifischen Materialien als Substrat beaufschlagt werden oder das Aufgabegut saisonal starken Schwankungen in der Zusammensetzung unterworfen ist. Mit diesem Themenkomplex hat sich Frau Meisgeier in ihrer Arbeit auseinandergesetzt. Die Untersuchungen haben deutlich gezeigt, dass revolutionäre neue Techniken nicht zu entdecken waren - wie sollte dies auch sein, bei gleichbleibender Biozönose - wohl aber Strategien sich entwickeln ließen, die die Einfahrphase verkürzen, stabiler gestalten vor allem aber planbar machen. Planungssicherheit ist aus technisch betrieblichen Gründen insbesondere aber aus ökonomischen Gründen ein großer Schritt vorwärts. Damit bietet die vorliegende Arbeit nicht nur akademische Erkenntnisse, sondern auch direkten Nutzen für den praktischen Betrieb. Weimar, im Oktober 2007, Prof. Dr.-Ing. habil. Werner Bidlingmaier Methanbakterien als Verursacher der Biogasbildung zählen zu den ältesten Lebensformen der Erde. Vermutlich wesentlich länger als durch Funde und Überlieferung bestätigt, machte sich die Menschheit, ohne Kenntnisse der ihnen zugrunde liegenden Vorgänge, von Mikroorganismen ausgelöste Prozesse zunutze. Der kontrollierte Einsatz der Stoffwechselaktivitäten von Mikroorganismen in der Lebensmittelindustrie, der pharmazeutischen Industrie sowie in der Abwasser- und Abfallentsorgung hat in den letzten Jahrzehnten gewaltige Fortschritte gemacht und wird auf Grund neuerer Erkenntnisse der Wissenschaft, z.B. in der Molekularbiologie und der Genetik, in naher Zukunft sicherlich noch weiter an Bedeutung gewinnen. Die Vergärung als anaerobe Methode zur Behandlung org. Abfälle wird mit einer Vielzahl von auf dem Markt angebotenen Verfahren in der Regel in mittleren und großtechnischen Anlagen betrieben. Bei allen bereits existierenden Verfahren und Vergärungsanlagen ist der Einfahrbetrieb, auch in den hochtechnisierten Ländern mit großem Erfahrungspotential in der Anaerobtechnik, ein Nadelöhr im Gesamtprozess. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Untersuchung der Möglichkeiten der Verkürzung der Einfahrphase des anaeroben Abbauprozesses von organischen Abfällen und Reststoffen. Die Optimierung und Beherrschung der Einfahrphase stellt aufgrund der komplexen Reaktionsvorgänge, bedingt durch die Vielzahl essentiell beteiligter und voneinander abhängiger Mikroorganismen sowie einer Fülle von entstehenden Stoffwechselprodukten, eine besondere Herausforderung dar. Auf der Basis einer umfassenden Literaturrecherche und -auswertung im ersten Teil der Arbeit, wurden verschiedene mögliche Inbetriebnahme-Strategien erarbeitet. Anschließend bestand das Ziel darin, in einer Reihe von Versuchen die Inbetriebnahme-Strategien bezüglich einer Verkürzung der dafür benötigten Zeit und des Einleitens eines stabilen Vergärungsprozesses zu testen. Entscheidend dabei war die kürzeste Zeit, in der sich eine stabile Anaerob-Biozönose ausgebildet hat und im Zuge desser der Methangehalt im gebildeten Biogasfluss angestiegen war. Mit Hilfe von optimierten Einfahrstrategien sollte die vorhandene Mischpopulation und vor allem die sehr langsam wachsenden methanogenen Bakterien in Bezug auf ihre Wachstumsgeschwindigkeit und ihre Stoffwechselaktivität hin positiv beeinflusst werden. Dies bedeutet, durch die Entwicklung solch optimierter Einfahrstrategien soll es abschließend gelingen, eine stabile Anaerob-Biozönose im Vergärungsreaktor zu etablieren, welche eine hohe Abbauleistung gewährleistet. Die Auswahl der im erstellten Versuchsplan verwendeten Inputstoffe erfolgte im Hinblick auf die anaerobe Behandlung von organischen Abfällen in Kleinreaktoren liegt darin begründet, dass diese Forschungsarbeit im Rahmen des AiF-Projektes "Anaerobe Behandlung von Fäkalien, organischen Abfällen und Reststoffen in Kleinreaktoren-Schaffung von Verfahrensgrundlagen für Regel- und Steuerungsprozesse" durchgeführt wurde. Mit der Bearbeitung dieses Themas erweist sich als wichtiger Ausgangspunkt das sorgfältige Studium der zugrundeliegenden biologischen Prozesse, die letzendlich für den Stoffabbau verantwortlich sind. Aus diesem Grund werden im anschließenden Kapitel die am anaeroben Stoffabbau beteiligten biologischen Prozesse und die beteiligten Mikroorganismen näher beleuchtet.