Biogas Biogasseminar Bremen 25.06.2008 Biogas Im Substrat
einfach schnell und sicher FOS/TAC, Ammonium und CSB analysieren
Monika von Raven & Harald Reimann HACH LANGE GmbH
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Biogas Biogasseminar Bremen 25.06.2008 Warum Analytik? Wichtige
Parameter Was kann der BiogasTitrator was nicht auch zu Fu geht?
Was wird photometrisch analysiert? Welche Proben sind geeignet? Wie
vergleichbar sind die Ergebnisse zum Labor? Erfahrungen, Aussichten
Fazit Gliederung
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Biogas Biogasseminar Steinkimmen 22.06.2012 Betriebsoptimum
Biogasanlage ermitteln Schnellere Amortisierungszeiten durch
tgliche Analysen Vermeidung von berftterung mit zu viel Biomasse
Vermeidung dauerhafter Unterlastbetrieb (Umsatzerlse) Schnelle
Ergebnisse schnellere Reaktion Einige Parameter verndern sich
schnell Eigene Kompetenz strken durch die Arbeit mit dem Substrat!
Warum soll Analytik vor Ort betrieben werden?
Biogas Biogasseminar Steinkimmen 22.06.2012 FOS/TAC Wert Zur
Beurteilung der Prozessstabilitt wird das Verhltnis aus org. Suren
(FOS= Flchtige Organische Suren) und der Pufferkapazitt (TAC=Total
Acid Capacity) herangezogen. Die Bestimmung des FOS/TAC Wertes vor
Ort ist als Trendanalyse schnell und einfach durchzufhren, mit
Kvetten-Tests oder titrimetrisch mit dem BIOGAS-Titrator.
Organischen Suren werden in Fermenterproben schnell abgebaut. Eine
Vor Ort Analytik ermglicht ein schnelles Erkennen von Strungen und
damit ein direktes Eingreifen
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Biogas Wie entstehen die org. Suren? Hydrolyse: Langkettige
Kohlenhydrate, Eiweie und Fette, werden in krzere Bruchstcke, wie
Einfachzucker, Glyzerin, Fettsuren und Aminosuren, zerlegt.
Versuerung: Fermentative Mikroorganismen bilden berwiegend
kurzkettige Fettsuren (Essigsure, Propionsure und Buttersure).
Acetogenese: Umsetzung aller Fettsuren zur Essigsure. Bildung von
Wasserstoff und Kohlendioxid. Methanogenese: Umsetzung Essigsure
mittels Methanbakterien zu Methan. Biogas kann bis zu 70 % Methan
enthalten. Anaerobe Abbaustufen bei der Biogasproduktion. Hydrolyse
Surebildung Acetatbildung Methanbildung
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Biogas Biogasseminar Steinkimmen 22.06.2012 100% Entstehen im
2. und 3. Schritt des Grprozesses Optimum: 500 3000 mg/l Anstieg
organische Suren ist Anzeichen fr nicht optimal ablaufenden
Fermentationsprozess Beim Anstieg des Suregehaltes muss die
Faulraumbelastung (Substratzufuhr) reduziert werden Ein zu starker
Anstieg der org. Suren lsst den pH-Wert abfallen, der biologische
Faulprozess kann zusammenbrechen 10% Leitparameter: Organischen
Suren (FOS) Quelle: Bischofsberger
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Biogas Die Pufferkapazitt gibt an, wie stabil das System auf
die Zugabe oder zustzliche Produktion von Suren reagiert Bei einer
niedrigen Pufferkapazitt knnen schon geringe Strungen zu einem
drastischen Absinken des pH-Wertes fhren Dadurch wird die
Methanbildung gestrt, der Fermenter versuert, der pH-Wert fllt ab.
Im Worst-Case droht ein Zusammenbruch der Biologie Leitparameter:
Surekapazitt (Pufferkapazitt(TAC))
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Biogas Der Biogastitrator Durchfhrung Analyse: Probe ziehen und
durch ein Sieb geben 5 ml Probe abmessen(Standzylinder, Wage) Im
Titrierbecher geben, mit Dest. Wasser auffllen Elektrode
eintauchen, Titrator starten Ergebnis nach ca. 5 min ablesen
Jhrlich: pH Sonde Wechseln Werktglich: pH Sonde kalibrieren
Biogasseminar Steinkimmen 22.06.2012
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Biogas Berechnungsformel (empirisch) Nordmann Methode
Substratmenge: 20 ml (wir nehmen 5ml) Schwefelsure: 0,1 N (= 0,05
mol/l) TAC = H2SO4-Verbrauch vom Beginn bis pH 5 in ml 250 (x4) FOS
= (H2SO4-Verbrauch von pH 5 bis pH 4,4 in ml 1,66 - 0,15) 500 (x4)
Im Biogastitrator ist die richtige Formel bereits vorprogrammiert
und die angezeigten Messwerte knnen ohne weitere Umrechnung
bernommen werden.
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Biogas Biogasseminar Bremen 25.06.2008
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Biogas Biogasseminar Steinkimmen 22.06.2012 Vorteile
automatischeTitration Kein Mann Faktor Genaueste Zugabe des
Titranten bis 0,001ml Automatisches Tempo ber Kontrolle der mV Kein
bertitrieren Sichtbare Titrationskurve Ergebnissicherheit
Dokumentation nachvollziehbar pH Sonde kontrolliert kalibriert
Gleichmiges Rhren Zeitersparnis schnelle, reproduzierbare Werte
auch bei mehreren Anwendern
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Biogas Biogasseminar Bremen 25.06.2008 Entscheidend fr die
Beurteilung des Grprozesses ist das Verhltnis zwischen FOS und TAC
sowie die relative Vernderung im Vergleich zu den vorherigen
Messungen!
Biogas Biogasseminar Steinkimmen 22.06.2012 Photometer DR3900
Spektralphotometer, Wellenlngen von 340-900 nm Alle Kvetten-Tests
und Reagenzien Daten werden ber RFID aktualisiert 10-fach Messung
AQS integriert
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Biogas Biogasseminar Steinkimmen 22.06.2012 Chemisches
Reaktion- und Messprinzip Kvettentest
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Biogas Biogasseminar Steinkimmen 22.06.2012 Probenvorbereitung
Lab-Analyse Vorfiltration mit Teesieb (NAVARO) Vorverdnnung, z.B.
1:20 5 ml Pipettenspitze abschneiden und 5 ml Probe mit Partikel in
100 ml Kolben pipettieren, (oder gravimetrisch verdnnen) bei
anhaltender Trbung ber Membranfilter 0,45m klar filtrieren
Photometrische Analyse durchfhren
Biogas Biogasseminar Steinkimmen 22.06.2012 100% Prinzip:
Fettsuren reagieren mit Diolen in einem sauren Milieu unter Bildung
von Fettsureestern. Bilden nach Reduktion mit Eisen-III-Salzen rot
gefrbte Komplexe, die photometrisch ausgewertet werden.
Messbereich: 50 2500 mg/l CH3COOH Schlmme mssen in jedem Fall
filtriert oder zentrifugiert (10 min, 6000 U/min) werden. 10%
Leitparameter: Organischen Suren (FOS) mit Kvettentest
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Biogas Biogasseminar Bremen 25.06.2008 Es gibt eine Lsung fr
stark gefrbte Proben Destillation der Probe in Kunststoffrhrchen
Diese Methode ist vergleichbar mit der Wasserdampfdestillation
Biogas Biogasseminar Steinkimmen 22.06.2012 Prinzip: Carbonate
und andere puffernde Substanzen reagieren mit dem Reagenz in der
Kvette unter Verschiebung des pH-Wertes. Vernderung wird durch
einen Indikator angezeigt. Messbereich: Messbereich 0,5 - 8 mmol/l
oder 25 400 mg/l CaCO3 Partikel haltige Proben mssen filtriert
(Membran- Filtrations-Set LCW 904 bzw. Faltenfilter) werden.
Leitparameter: Surekapazitt (Pufferkapazitt(TAC)) mit
Kvettentest
Biogas Biogasseminar Steinkimmen 22.06.2012 100% 50% 70% 20%10%
Leitparameter: Ammonium Ammoniumionen entstehen beim fermentativen
Abbau eiweireicher Substrate pH Wert steigt Ammoniak ist toxisch fr
Bakterien Ammoniumkonzentrationen grer 5000 mg/l sind kritisch
Steigende pH-Werte verschieben das Gleichgewicht in Richtung
Ammoniak. Regelmige Kontrolle des Ammonium- wertes bei
Kofermentationsanlagen. Quelle: Bischofsberger
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Biogas Biogasseminar Steinkimmen 22.06.2012 100% Prinzip:
Ammoniumionen reagieren bei pH 12.6 mit Hypochloritionen und
Salicylationen in Gegenwart von Nitroprussid-Natrium als
Katalysator zu Indophenolblau. Messbereich: 60 176 mg/l Ammonium
(Probe kann hoch verdnnt werden) Diese Frbung dient als Ma fr die
Ammoniumkonzentration. 10% Leitparameter: Ammonium
Biogas Biogasseminar Steinkimmen 22.06.2012 100% 50% 70% 10%
CSB Kontrolle der oxidierbaren Komponenten im Grsubstrat CSB- Wert
ist Indikator fr das Energiepotential eines Grsubstrates Eindeutige
Aussagen knnen nach Gr-Test gemacht werden. Hierfr wird CSB vor und
nach der Grung bestimmt. Die Probe( 2ml ) wird verdnnt und
homogenisiert eingesetzt! Definition: Der chemische
Sauerstoffbedarf (CSB) ist die Menge an Sauerstoff, welche zur
Oxidation der gesamten im Wasser (Substrat) enthaltenen organischen
Stoffe verbraucht wird.
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Biogas Biogasseminar Steinkimmen 22.06.2012 Ergebnisse
Plausibilitt Verdnnungsreihe zur Plausibilittsuntersuchung
organische Suren in einer Fermenterprobe
Biogas Biogasseminar Bremen 25.06.2008 Fazit Es gibt gute
Mglichkeiten die Biogasanlage mit Hilfe einfacher Analysen zu
optimieren. FOS/TAC ist nach unserer Erfahrung der effizienteste
Parameter Eigene Analysen ersetzten nicht die umfangreichen
Laboranalysen Die Ergebnisse sind immer Anlagenbezogen zu bewerten.
Erfahrungsaustausch zwischen Anlagenbetreiber, Forschung und
Messgerte Hersteller wichtig!
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Biogas Biogasseminar Bremen 25.06.2008 Vielen Dank fr Ihre
Aufmerksamkeit! Monika von Raven Harald Reimann HACH LANGE
GmbH