Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Einsatz von Membrantechnik zur erschöpfenden Vergärung von nachwachsenden Rohstoffen in Biogasanlagen-TV1

Anschrift
Hochschule Nordhausen
99734 Nordhausen
Weinberghof 4
Kontakt
Prof. Dr. Gerd-Rainer Vollmer
Tel: +49 3631 420-353
E-Mail: vollmer@fh-nordhausen.de
FKZ
22020909
Anfang
01.09.2010
Ende
31.03.2014
Aufgabenbeschreibung
An der 1m³ - Versuchsbiogasanlage der Fachhochschule Nordhausen soll die Möglichkeit der Erhöhung des Abbaus an organischer Substanz in NaWaRo-Anlagen durch den Einsatz von Membrantechnik geprüft werden. Ziel ist eine weitergehende energetische Verwertung des Substratangebotes als es bisher Stand der Technik ist. Derzeit gelangt fast die Hälfte es Energiepotenzials der zugeführten Substrate ungenutzt auf die Ackerflächen zurück. Durch Entkopplung der hydraulischen Verweilzeit von leicht und schwer bzw. nicht abbaubaren Fermenterinhaltsstoffen sollen Möglichkeiten für einen weitergehenden Abbau geschaffen werden. Für das anfallende Permeat sollen Verwertungsmöglichkeiten geprüft und das Restgaspotential erschlossen werden. Zunächst erfolgt die Einbindung der Membrantechnik sowie die Anpassung und Erweiterung der Versuchsanlage. Nach einer Anfahrphase und der Erzeugung von Referenzwerten werden verschiedenen Filtermedien auf ihre Eignung geprüft. Anschließend werden bei steigender Fermenterbelastung mit und ohne Membraneinheit die Abbauraten untersucht. Gleichzeitig findet die Optimierung und Anpassung der Membraneinheit sowie die Erschließung des Restgaspotentials aus dem separierten Permeat in verschiedenen Fermenterkonzepten statt. Im Ergebnis soll eine neue Verfahrenstechnik zur erschöpfenden Vergärung in NaWaRo-Anlagen vorliegen, die auch in bestehenden Anlagen nachgerüstet werden kann.
Ergebnisdarstellung
Die Membraneinheit konnte an die Versuchsbiogasanlage angebunden und über die Projekt-laufzeit kontinuierlich optimiert werden. Im Vorhaben wurden Hochleistungsmembranen aus PES der Trenngrenze 100 und PVDF der Trenngrenze 150 kDa eingesetzt, die laut Herstel-lerangaben insbesondere für die Filtration von Lösungen mit hohen Feststoffanteilen geeignet sind. Untersucht wurden sowohl die Funktionalität des Reihen- als auch des parallelen Betriebes der Rohrmodule bei steigenden TS-Gehalten im Fermentationsmedium unter Mo-novergärung von Maissilage. Im Ergebnis konnte eine Eignung des Reihenbetriebes von Rohrmodulen bei bis zu einem TS-Gehalt von 7 % festgestellt werden. Bei höheren TS-Gehalten und vor allem Substraten die leicht zur Verzopfung neigen, empfehlen sich der parallele Betrieb der Rohrmodule und eine Überströmungsgeschwindigkeit von mehr als 3 m³/h. Die Im Vorhaben geplanten Untersuchungen bei konstant 10 und 12 % TS konnten aufgrund der Verstopfungsneigung ab 7 % mit der Konfiguration Reihenbetrieb nicht realisiert werden, sind jedoch im parallelen Betrieb denkbar und bis 9 % TS bestätigt. Je nach TS-Gehalt im Filtrationsmedium empfiehlt sich bereits nach fünf bis spätestens sie-ben Betriebstagen die Membranen mit 5%iger Schwefelsäure und 3%igem Wasserstoff-peroxid zu reinigen. Mit dem erprobten Verfahren wurden Reinigungsgrade von bis zu 85 % erzielt. Die Permeatqualität wurde hinsichtlich des Trockensubstanzgehaltes und der enthaltenden Inhaltsstoffe (Carbonsäuren) untersucht. Für die großtechnische Applikation sind bei praxis-relevanten Säurekonzentrationen (Versuchsreihe 3) hydraulische Verweilzeiten von 5 Tagen relevant. Aus 1 m³ Permeat werden so ca. 2 m³ Biogas mit Methangehalten um 70 % gene-riert. Innerhalb des Vorhabens konnte trotz niedrigerer Permeatproduktion als erwartet eine Steigerung der Gasausbeute unter Membranbetrieb von bis zu 7 % realisiert werden.

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