DE3905174A1

DE3905174A1 - Process for starting up a device for the continuous generation of biogas

Info

Publication number: DE3905174A1
Application number: DE3905174A
Authority: DE
Inventors: Michael Klein; Hans-Hermann Dr Rump
Original assignee: Siemens AG; Institut Fresenius Chemische und Biologische Laboratorien GmbH
Current assignee: Siemens AG; Institut Fresenius GmbH
Priority date: 1989-02-20
Filing date: 1989-02-20
Publication date: 1990-08-23

Abstract

To generate biogas, organic waste in the form of a liquid or pasty mass is rotted anaerobically with exclusion of air by the action of a mixture of bacteria from fermentative, acetogenic and methanogenic strains. Particularly during the start-up phase, not inconsiderable amounts of additives are necessary to avoid overacidification of the mixture of organic waste used and to adjust the required pH. According to the invention, to start up devices, which are sterile per se, to carry out the rotting process in a first stage a mixture of approximately four parts of aerobically rotted compost and one part of organic waste is used, the compost preventing, by temporary uptake of acids which are initially generated in excess, a reduction in the effective pH below 6.5, after methane generation has started, in a second stage the content of compost in the mixture is gradually reduced and the content of organic waste is correspondingly gradually increased to 100 % and only then is a mixture of exclusively organic waste of any desired type introduced.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Erzeugung von Biogas aus organischen Abfallstoffen, die in Form einer flüssigen bis brei igen Masse vorliegen, die unter Luftabschluß eine horizontal liegende Trommel durchwandern und die dabei unter Einwirkung eines Gemisches von Bakterien aus fermentativen, acetogenen und methanogenen Stämmen anaerob verrotten.The invention relates to a method for starting a Device for the continuous production of biogas organic waste that is in the form of a liquid to mush mass are present, which are horizontal with the exclusion of air Wander through the lying drum while doing so a mixture of bacteria from fermentative, acetogenic and decay methanogenic strains anaerobically.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas durch anaerobes Verrotten von organischen Abfallstoffen ist durch die DE-PS 32 28 895 bekannt. Bei diesem bekannten Verfah ren werden die Abfallstoffe in vier Stufen durch Bakterien umgewandelt. Hierzu werden zunächst, beispielsweise von Proteinen, Kohlehydraten oder Fetten dargestellte, polymere Substrate durch fermentative Bakterien in einer Hydrolyse zu Aminosäuren, Zucker und Fettsäuren umgewandelt. In einer zweiten Stufe erfolgt ebenfalls durch fermentative Bakterien eine Umwandlung der Produkte der ersten Stufe in organische Säuren, beispiels weise in Essigsäure, Buttersäure oder Propionsäure, und in Alko hole. Diese werden dann in einer dritten Stufe durch acetogene Bakterien in Essigsäure, Wasserstoff und Kohlendioxid umgesetzt, aus denen dann schließlich in einer vierten Stufe methanogene Bakterien ein Gemisch aus Methan und Kohlendioxid erzeugen.A method and an apparatus for generating biogas due to anaerobic rotting of organic waste known from DE-PS 32 28 895. In this known procedure Bacteria remove the waste in four stages converted. For this purpose, for example of proteins, Carbohydrates or fats shown, polymeric substrates fermentative bacteria in a hydrolysis to amino acids, Converted sugar and fatty acids. In a second stage there is also a conversion by fermentative bacteria the products of the first stage in organic acids, for example as in acetic acid, butyric acid or propionic acid, and in Alko get. In a third stage, these are then removed by acetogenic Bacteria in acetic acid, hydrogen and carbon dioxide implemented, which then finally in a fourth stage methanogenic bacteria a mixture of methane and carbon dioxide produce.

Das vorbeschriebene Verfahren ist, nachdem es einmal angelaufen ist, sehr stabil, d. h., es ist durch schwankenden Mengenumsatz oder wechselnde Zusammensetzungen der eingebrachten Abfallstoff mischungen kaum beeinflußbar. Wie Versuche ergeben haben, bleibt jedenfalls der pH-Wert nach einem erfolgreichen Anlaufen nahezu selbsttätig über 7,0. Bei den Versuchen hat sich je doch ergeben, daß beim Anfahren der Vorrichtung unabhängig von der Beschaffenheit des eingesetzten nicht verrotteten organi schen Abfallstoffs eine heftige Säurebildung einsetzt, durch die infolge Absinkens des pH-Werts unter 6 die Ausbildung aus reichend starker methanogener Bakterienstämme verhindert wird. Um trotzdem das Verfahren zur Erzeugung von Biogas zu starten, ist es daher erforderlich, während des Anfahrvorgangs nicht unerhebliche Mengen von Natronlauge und/oder Kalk als Zuschlag stoffe einzusetzen. Dies ist sowohl aus wirtschaftlichen als auch aus umwelttechnischen Gründen unerwünscht.The procedure described above is started after it has started is very stable, d. that is, it is due to fluctuating volume sales or changing compositions of the introduced waste material mixtures can hardly be influenced. As experiments have shown in any case, the pH remains after a successful start almost automatically over 7.0. In the trials, ever yet show that when starting the device regardless of the nature of the non-rotten organi used violent acid formation, through which, due to the drop in pH below 6, led to the formation sufficient strong methanogenic bacterial strains is prevented. In order to start the process for generating biogas anyway, it is therefore not necessary during the start-up process insignificant amounts of caustic soda and / or lime as a surcharge use fabrics. This is for economic as well also undesirable for environmental reasons.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zum Anfahren der eingangs genannten Vorrichtung ein Verfahren anzugeben, das wirtschaftlich und umweltschonend, insbesondere ohne den Einsatz stark wirkender Chemikalien, eine sichere und zügige Inbetriebnahme der bekannten Vorrichtung gewährleistet.The invention is therefore based on the object to start to specify a method for the device mentioned at the outset which economical and environmentally friendly, especially without it Use strong-acting chemicals, a safe and quick Commissioning of the known device guaranteed.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe für die eingangs genannte Vorrichtung dadurch gelöst,According to the invention, this task is for the aforementioned Device solved by

- That to start the per se germ-free device in one first stage a mixture of about four parts aerobically rotten Compost and some organic waste materials used is, the compost initially by temporary absorption Acids generated in excess decrease the effective prevents pH below 6.5,
- That after the start of methane production in a second Gradually the proportion of compost in the mix reduced and the proportion of organic waste corresponds gradually increased to 100% and
- That only afterwards a mixture of exclusively organic Any kind of waste is introduced.

Nach zweckmäßigen Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zeitdauer der ersten und der zweiten Stufe etwa gleich groß ist und mindestens je zwei Tage beträgt. Weitere Ausge staltungen der Erfindung bestehen darin, daß in der ersten Stufe als organische Abfallstoffe nicht angesäuerte Gemüse abfälle verwendet werden oder daß die organischen Abfälle aus einem Gemisch von Hausmüll, Mist aus der Tierhaltung oder organischen Abfällen aus der Konservenindustrie und Faul- oder Klärschlamm bestehen, daß während der zweiten Stufe die Änderung des Mischungsverhältnisses der Mischung aus Kompost und organischen Abfallstoffen in vier Schritten erfolgt und daß bereits angesäuerte organische Abfallstoffe frühestens in der zweiten Stufe eingesetzt werden.According to expedient embodiments of the invention, that the duration of the first and second stages is approximately the same is large and is at least two days each. Further Ausge Events of the invention are that in the first Tier as organic waste non-acidified vegetables waste are used or that the organic waste from a mixture of household waste, manure from animal husbandry or organic waste from the canning industry and digested or Sewage sludge exists that during the second stage Change the mixing ratio of the mixture of compost and organic waste in four steps and that already acidified organic waste in the earliest second stage can be used.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr vorteilhaft, weil durch den Einsatz des aerob gebildeten Komposts nahezu vollständig auf die Verwendung umweltbelastender Chemikalien verzichtet werden kann und weil es infolge der Wiedereinsetzbarkeit des Komposts nach dem Durchlauf durch die Vorrichtung sehr wirtschaftlich ist.The method according to the invention is very advantageous because of the use of the aerobically formed compost is almost complete dispenses with the use of environmentally harmful chemicals can be and because it is due to the reusability of the Composts very much after passing through the device is economical.

Mit einer Anlage gemäß DE-PS 32 28 895 wurden Anfahrversuche durchgeführt. Dabei wurde festgestellt, daß bei Beschickung der Anlage mit unverdünnten organischen Abfallstoffen zum Starten der Biogaserzeugung sehr schnell eine Übersäuerung dieser Stoffe eintritt. So weit erkennbar, erfolgt eine spontane schnelle Vermehrung der fermentativen Bakterienstämme, bevor methanogene Bakterien zum Abbau der von den fermentativen und acetogenen Bakterien erzeugten Säuren in ausreichender Menge vorhanden sind. Dadurch sinkt der pH-Wert in dem Stoffgemisch schnell ab und erreicht Werte unter 6, wobei zunächst bei pH-Werten um 6,5 die Bildung methanogener Bakterienstämme ledig lich behindert und blockiert ist. Bei pH-Werten unter 6 werden dann jedoch eventuell schon vorhandene Bakterien dieser Stämme abgetötet, so daß der erwünschte Verrottungsprozeß nicht anläuft. Start-up tests were carried out with a system according to DE-PS 32 28 895 carried out. It was found that when loading the Plant with undiluted organic waste materials to start the biogas production very quickly becomes acidic Substances entering. As far as can be seen, there is a spontaneous rapid multiplication of the fermentative bacterial strains before methanogenic bacteria to break down the fermentative and Acetogenic bacteria produced sufficient acids available. This lowers the pH in the mixture of substances decreases rapidly and reaches values below 6, starting with pH values around 6.5 single the formation of methanogenic bacterial strains is disabled and blocked. At pH values below 6 then, however, bacteria from these strains that may already be present killed so that the desired rotting process does not start.

Bei weiteren Versuchen mit organischen Abfallstoffen verschie dener Herkunft wurde versucht, deren Übersäuerung beim Starten des Verrottungsprozesses durch Zugabe von Kalk oder Natronlauge zu verhindern. Dies führte jedoch bei der Verwendung von Kalk auch bei einem hohen Kalkanteil nicht in allen Fällen zu dem angestrebten anaeroben Verrottungsprozeß.Various tests with organic waste their origin was tried, their acidification when starting the rotting process by adding lime or caustic soda to prevent. However, this resulted in the use of lime not even in cases where there is a high proportion of lime envisaged anaerobic decay process.

Dieser wurde dagegen beim Einsatz von Natronlauge in jedem Fall erreicht. Allerdings waren hierzu so erhebliche Mengen von Natronlauge erforderlich, daß die auch zu beachtende Wirtschaftlichkeit für das Verfahren nicht mehr in allen Fällen gewährleistet war.In contrast, this was in any case when using sodium hydroxide solution reached. However, there were such significant amounts of Sodium hydroxide solution required that the also to be observed Economic viability for the process no longer in all cases was guaranteed.

In weiteren Versuchen wurde beim Starten des Vergärungs- oder Verrottungsprozesses je ein Teil beliebiger organischer Abfall stoffe mit je vier Teilen aerob verrottetem Kompost gemischt. Mit diesem Gemisch gab es überraschenderweise keine Schwierig keiten durch Übersäuerung. In diesem Gemisch wirkt der beim Einsatz schon verrottete Kompost als ein Pufferspeicher, der zunächst überschüssige Säuremengen aufnimmt bis die methano genen Bakterienstämme eine ausreichende Stärke zur Aufarbeitung der anfallenden Säuremengen erreicht haben und schließlich auch in der Lage sind, die in dem Kompost zwischengespeicherten Säuremengen aufzuarbeiten. Eine Zugabe von Natronlauge oder Kalk war hierbei nicht erforderlich.In further attempts was made when starting the fermentation or Rotting process a part of any organic waste mixed with four parts of aerobically rotten compost. Surprisingly, there was no difficulty with this mixture due to acidification. In this mixture it works with Use already rotten compost as a buffer storage that initially absorbs excess amounts of acid until the methano bacterial strains sufficient strength for processing the amount of acid produced and finally capable of being stored in the compost Work up amounts of acid. An addition of caustic soda or Lime was not necessary.

Sobald eine deutliche Methanbildung einsetzte, wurde bei der weiteren Beschickung der kontinuierlich arbeitenden Anlage der Anteil des Komposts am Gemisch mit den organischen Abfallstof fen Schritt für Schritt verringert bis schließlich unverdünnte und zuschlagstofffreie organische Abfallstoffe verschiedenster Zusammensetzung in die Anlage eingebracht wurden. Der so gestartete Vergärungs- und Verrottungsprozeß erwies sich als sehr stabil und ließ sich weder durch einseitige Auswahl der eingesetzten organischen Abfallstoffe noch durch starke Schwan kungen der eingesetzten Abfallstoffmenge stören. Selbst nach einer längeren Unterbrechung der Zufuhr von organischen Abfall stoffen erreichte die Anlage ohne Schwierigkeiten wieder ihre volle Kapazität.As soon as a clear methane formation started, the further loading of the continuously working system of the Proportion of compost in the mixture with the organic waste gradually reduced until finally undiluted and aggregate-free organic waste of all kinds Composition were introduced into the plant. The way The fermentation and rotting process started proved to be very stable and could not be selected by one-sided organic waste still used by strong swan interfering with the amount of waste material used. Even after a prolonged interruption in the supply of organic waste materials, the system returned to its normal level without difficulty full capacity.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren angefahrene Anlage eignet sich daher sowohl zur Aufarbeitung von organischen Abfallstoffen aus dem Hausmüll, als auch zur Aufarbeitung von vor allem in der Nahrungsmittelindustrie anfallenden speziellen Abfallstoffen. Derartige spezielle industrielle Abfallstoffe sind beispielsweise Papier, Gemüseabfälle, Schlachthofabfälle, Rübenschnitzelabfälle, Trester und ähnliches.The plant started up according to the method according to the invention is therefore suitable both for working up organic Waste from household waste, as well as for processing especially occurring in the food industry Waste materials. Such special industrial waste are for example paper, vegetable waste, slaughterhouse waste, Beet pulp waste, pomace and the like.

Claims

1. Method for starting up a device for the continuous generation of biogas from organic waste materials,

- which are in the form of a liquid to pulpy mass,
- Which traverse a horizontally lying drum in the absence of air and
- which rot anaerobically under the action of a mixture of bacteria from fermentative, acetogenic and methanogenic strains, characterized in that
- That a mixture of about four parts of aerobically decomposed compost and a part of organic waste materials is used to start up the aseptic device in a first stage, the compost being reduced by temporarily absorbing acids generated in excess, the effective pH value below 6 5 prevents
- That after the onset of methane production in a second stage, the proportion of compost in the mixture is gradually reduced and the proportion of organic waste is gradually increased accordingly to 100% and
- That only then a mixture of exclusively organic waste of any kind is introduced.

2. The method according to claim 1, characterized in that the time duration of the first and second stages is approximately the same.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the time duration of each level is at least two days.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that in the first stage as non-acidified organic waste Vegetable waste is used.

5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the organi waste from a mixture of household waste, manure from the animal housing or organic waste from the canning industry and sewage or sewage sludge.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that during the second stage changing the mixing ratio of the Mixture of compost and organic waste in four Steps.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that already acidified organic waste at the earliest in the second Level can be used.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that a Regulation of pH after completion of the second stage, if required, by adding additives, for example wise sodium hydroxide or lime.