TY - THES A1 - Burkhardt, Marko T1 - Die Leistungsfähigkeit anaerober Rieselbettreaktoren zur Methanisierung flüssiger und gasförmiger organischer Verbindungen durch biofilmgebundene methanogene Archaeen T1 - Anaerobic trickle bed digester for methanation of liquid and gaseous organic compounds by biofilm-bound methanogic archaea N2 - Die Anwendung anaerober Biofilme zur Umsetzung organischer Substrate zu Biogas bietet viele Vorteile. Durch die Immobilisierung methanogener Archaeen im System können kurze Verweilzeiten unter hohen Raumbeladungen in sogenannten Hochleistungsfestbettreaktoren ermöglicht werden. Mittlerweile finden sie recht erfolgreich im Rahmen verschiedener, meist zweistufiger Verfahren, eine Anwendung in der Praxis. Das Prinzip eines Rieselbettreaktors als Methanstufe ist bislang unbekannt. Es konnte gezeigt werden, dass sich der vorgeschlagene und patentierte Aufbau eines Rieselbettreaktors im Rahmen eines zweistufigen Verfahrens zur Methanisierung flüssiger und gasförmiger organischer Substrate eignet. Der direkte Vergleich zwischen einem klassischen überstauten Festbettreaktor und dem Rieselbettreaktor zeigte, dass sich beide Prinzipien für die Umsetzung von Essigsäure aber auch von Praxissubstraten (Maishydrolysat) eignet. Die pH-Werte im Ablauf lagen über 7,0, die Methankonzentration im Biogas ist jeweils über 70 Vol%. Bis zu den hohen Raumbeladungen von bR=10-12 kgCSB/(m³FB•d) wurde der theoretische Wert der spezifischen Methanproduktion von P=3-4 Nm³CH4/(m³FB•d) erreicht. Im eingefahrenen und kontinuierlichen Betrieb lag der Methanertrag YoTR,∑ im Rieselbettreaktor zwischen 231-275 NlCH4/kgoTR und im überstauten Festbettreaktor zwischen 246-270 NlCH4/kgoTR. Dem theoretischen Wert von 293 NlCH4/kgoTR wird nahe gekommen. Beide Systeme sind daher sehr gut vergleichbar. Die Zugabe und die Unterbrechung des Substrates die Steuerung der Methanbildung mit einer Reaktionszeit von 3,4-5 Stunden. Der Rieselbettreaktor zeigte ein schnelleres Ansprechverhalten der Methanbildung nach erneuter Substratzugabe aufgrund der Rezirkulation durch das gesamte Festbett. In Hinblick auf den Flexibilitätsbonus im Rahmen der aktuellen Novelle des EEG 2012 wird das Kriterium der Reaktion auf den stündlichen Energiebedarf erfüllt. Im Rieselbettreaktor konnte die Abhängigkeit des Stoffumsatzes von der Raumbeladung bR, der Rezirkulation RV, der Rieselzeit Rt, dem Prozesswasservolumen Vfl bzw. der hydraulischen Verweilzeit Ʈfl nachgewiesen werden. Ʈfl ist dabei entkoppelt von der Kontaktzeit am Biofilm, dem Ort des Stoffumsatzes. In Hinblick auf einen hohen CSB Abbau konnte insbesondere der direkte Zusammenhang zur Rezirkulation ermittelt werden. Zudem zeigte die differenzierte Betrachtung des Rieselverhaltens, dass aufgrund der Ausbildung eines dünneren Rieselfilmes bei einer geringen Rieselzahl R ein höherer Stofftransport in den Biofilm und letztlich ein höherer CSB-Abbau pro Verrieselung stattfand. Der maximale absolute CSB Abbau lag bei einer Raumbeladung von bR=19 m³/(m³FB•d). Diese Abhängigkeiten wurden durch die Kontaktzeit Ct des Substrates mit dem Biofilm zusammengefasst, sodass das ƞCSB-Ct-bR Diagramm dargestellt werden konnte. Mit Hilfe von Ct wurde ein Modell erstellt, wobei die Umsatzrate k und der Korrekturfaktor k* empirisch ermittelt wurden. Als gasförmige Substrate wurden erfolgreich Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid methanisiert. Unter Kreislaufführung des Gasstromes im batch-Betrieb erfolgte ein bis zu 98 %-iger Wasserstoffumsatz. Der Methangehalt betrug maximal 97,7 %. Die Raumbeladung lag maximal bei bR=4,43 Nm³H2/(m³FB•d), wobei eine spezifische Methanproduktivität von 1,17 Nm³CH4/(m³FB•d) erreicht wurde. Im Ausblick führt der kontinuierliche Betrieb zu einem vollständigen Umsatz bei einer 100%igen Methankonzentration. Damit konnte erstmals Wasserstoff (beispielsweise elektrolytisch erzeugt) und Kohlenstoffdioxid unter moderaten Temperatur- und Druckbedingungen methanisiert werden. Es liegt ein Energieträger vor, der sehr gut in klassischen Speichern (Erdgasnetz) ohne aufwendige Aufreinigung eingespeist werden kann. Die Inbetriebnahme und der Betrieb sowohl des überstauten Festbettreaktors als auch des Rieselbettreaktors ermöglichte die Beobachtung der Biofilmentwicklung. Dabei wurde eine vergleichbare Biofilmausbildung festgestellt. Im Rieselbettreaktor erfolgte ein erhöhter Biomasserückhalt, vermutlich aufgrund einer ungleichen Strömungsverteilung. Nach 239 Versuchstagen konnte ein vergleichbarer Biomasseanteil für beide Reaktorprinzipien von 14 gFM/FK (35 goTR/m²FKAO) bei einer mittleren Biofilmdicke von 600 µm bestimmt werden. Der Biomasseertrag YoTR/CSB entspricht mit 0,016-0,020 goTR/gCSB in beiden Reaktoren den Literaturwerten von 0,01-0,06 goTR/gCSB. Unter Betrachtung der Strömungsverhältnisse der Flüssigkeitsschicht am Biofilm, der Konzentrationsgrenzschicht, des Stoffüberganges und des Stoffabbaus konnte eine Umsatzlimitierung festgestellt werden. Im Rieselbettreaktor lag eine Reaktionslimitierung bis zu einer mittleren Biofilmdicke von 174 µm vor. Bei einer höheren Biofilmdicke erfolgte eine Diffusionslimitierung. Die Bestimmung der methanogenen Archaeen im Rieselbettreaktor zeigte, dass sowohl beim flüssigen als auch gasförmigen Substrat der hydrogenotrophe und der acetoklastische Stoffwechsel parallel erfolgte. N2 - Anaerobic biofilms converting organic material to biogas have many advantages. Through immobilization of methanogenic archaea, short retention times and high organic loading rates can be realised in so called high-load fixed bed reactors. Meanwhile they can mostly be found in two stage processes. The innovative principle of an anaerobic trickle bed reactor for methanation is recent unknown. The proposed and patented design of the reactor is suitable for liquid as well gaseous organic substrates in a two stage methanation process. The investigation and direct comparison of a conventional flooded fixed bed reactor and a trickle bed reactor have shown whether the two principles are suitable regarding the reaction of liquids such as acetic acid but also of substrates used in practice (like maize hydrolysate). The pH values in the effluent were above 7.0, which indicate a stable process. The concentration of methane in the biogas was respectively about 70 vol%. Up to high organic loading rates of OLR=10-12 kgCOD/(m³FB•d) a specific methane production of P=3-4 Nm³CH4/(m³FB•d) was achieved. During retracted and continuous operation the methane yield YoTR ranged between 231-275 lSCH4/kgVSS in the trickle bed reactor and between 246-270 lSCH4/kgVSS in a flooded fixed bed reactor. These results are satisfactory compared to the theoretical value of 293 lSCH4/kgVSS achieved in standard tests. Both systems are very comparable. The addition and the interruption of the substrate feed allow the control of the methane formation with a reaction time of 3.4 to 5 hours. The trickle bed reactor showed a faster response of methane production after substrate addition caused by the recirculation through the entire packed bed. In terms of the current revision of the EEG in 2012, the criterion of response to the hourly energy demand is met ensuring the flexibility bonus. In the trickle bed reactor the dependence of metabolism on the organic loading rate OLR, the recirculation RV, the trickle time Rt, the process water volume Vfl and the hydraulic retention time HRT was investigated. HRT is not related to the contact time in the biofilm, the location of metabolism. The direct dependence between a high COD removal and the recirculation RV and trickle time Rt could be determined. The differentiated analysis of the trickle flow behaviour showed a formation of a thin trickling film at a low trickle number R. A higher mass transfer into the biofilm and following a higher COD removal per irrigation could be observed. The absolute and maximum COD removal was observed at an OLR of 19 m³/(m³FB•d). These dependencies were combined with the contact time Ct of substrate and biofilm. The ƞCOD-Ct-OLR diagram could be drawn. With the help of Ct, a model was created. The turnover rate k and the correction factor k* were determined empirically. The gaseous substrates hydrogen and carbon dioxide were successfully metabolized into methane. With circulating gas stream in a batch operation the hydrogen conversion achieved up to 98%. The methane content was up to 97.7%. The loading rate was maximal at OLR=4.43 m³SH2/(m³FB•d) with a specific methane productivity of P=1.17 m³SCH4/(m³FB•d). Looking ahead a complete conversion to a 100% methane concentration by a continuous operation is possible. This is the first time that methanization of hydrogen and carbon dioxide is realized under moderate temperature and pressure conditions. An energy carrier is developed which can very easily be fed in classical storages like the natural gas grid without extensive purification. Compared to conventional methanation processes the efficiency is much higher. The start-up and operation of both the flooded fixed bed reactor and the trickle bed reactor allowed the study of biofilm development. Here, a similar biofilm formation was observed. After 239 days of observation a similar proportion of biomass for both reactor types with 14 gFM/FK (35 gVSS/m²FKAO) and an average biofilm thickness from 600 µm were determined. The biomass yield YoTR/CSB of 0.016 to 0.020 gVSS/gCOD in both reactor systems corresponds to the literature values of 0.01 to 0.06 gVSS/gCOD. Considering the flow conditions of the liquid layer at the biofilm, the concentration boundary layer, the mass transfer and the degradation of the substance a limitation could be determined. In the trickle bed reactor a reaction limitation occurred up to an average biofilm thickness of 174 µm. For a higher biofilm thickness a limitation of diffusion was observed. The determination of methanogenic archaea in the trickle bed reactor showed that both the liquid and gaseous substrate conversion was performed via hydrogenotrophic and acetoclastic metabolism in parallel. KW - Biogas KW - Wasserstoff KW - Rieselreaktor KW - Biofilm KW - Methan KW - Biogas KW - Wasserstoff KW - Rieselbett KW - Biofilm KW - Methan KW - Biogas KW - Hydrogen KW - Tickle bed KW - Biofilm KW - Methane Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-25249 ER - TY - THES A1 - Forbid, George Teke T1 - Thermal recycling of plastic waste using pyrolysis-gasification process for energy production T1 - Thermische Nutzung von Kunststoffabfällen in Kleinanlagen unter Verwendung des Pyrolyse- und Vergasungsprozesses N2 - The disposal of mixed waste in landfills, dump sites and open burning without material and energy recovery leads to resource loss, causes health problems, pollution and littering. Increasing energy demand for industrial and domestic application with rising costs due to scarcity motivates a constant search for alternative clean energy sources. Recovering energy from waste presents various incentives e.g. creating jobs, alleviating poverty, combating and mitigating climate change, protecting the environment and reducing dependence on traditional fuels sources. Hence, plastics end up in landfills, surface waters and ocean bed with serious negative impact on terrestrial and aquatic biodiversity. Plastic waste with high calorific value (36-46MJ/kg) occupies the greatest portion of landfill space. Hence, using an appropriate technology to transform waste plastic to a hot gaseous mixture which is burned in-situ produces enormous amount of energy without pollution. Based on this hypothesis, the study objectives accomplished were to: 1.Characterise, quantify and classify waste fractions and plastic components common in MSW by manual sorting 2.Evaluate options for sustainable plastic waste management especially for developing countries 3.Design, construct, test and optimize an appropriate technology that applies pyrolysis and gasification processes to convert non-PVC plastic waste to energy 4.Assess the efficiency of the technology based on the functioning, the engineering, mass and energy analysis including socioeconomic and environmental impacts An integrated methodology involving review of current literature, field and laboratory experiments on mixed waste and plastic waste analysis was used. In addition, the pyrolysis-gasification technology (PGT) was conceptualised, designed, constructed, tested and optimised at BTU Cottbus, Germany; Lagos, Nigeria and Dschang, Cameroon. Field studies involving natural observation, interviews, personal discussions and visits to waste management organisations and disposal sites were conducted in various cities in the three case study countries. A resource-oriented manual sorting using the resource-recovery scavenging approach (RESA) simulating integration of scavenger’s activities in waste sorting was conducted at BTU and Lagos. Major results obtained include: •Characterization, quantification and classification of a dry sample of commingled MSW at Cottbus gave major waste fractions in order of decreasing abundance as 23.15% of residue waste, 19.75% of paper and cardboards, 17.80% of plastics, 14.63% of textiles and diapers, 10.06% of food waste and 9.55% of glass. An overall 33.21% of waste sample is compostable for manure, 52.2% usable as feedstock in the PG technology and 99.81% of total sample having a material or energy recovery potential. In Lagos, Nigeria main fractions were 29% of plastics, 36% of residue waste, 17% of soil/sand, 7% of paper with overall 41% usable as feedstock in PG technology, 39% compostable, 3% of recyclable (metal and glass). Sand can be recovered from the soil/sand fraction for construction. Excluding the sand/soil mixture, 83% of the total waste sample has potential for material and energy value. •An appropriate technology that applies principles of pyrolysis and gasification to convert non-PVC plastic waste to energy was designed, constructed, tested and optimized with respect to: (i) Successful functioning with conversion of averagely 98.51% of input constituting of 82.78-98.21% of charcoal and 96.72-99.27% of plastic to heat energy (ii) Evaluation of socioeconomic and environmental impacts based on pyrolysis and exhaust gas and ash residue analysis showed absence of VOCs, heavy metals and pollutant organic and inorganic compounds; (iii) Safety and risk assessment to indoor pollution is very low; (iv) Assessment of the WTA and WTP indicated that 94% of respondents in Lagos, Nigeria and Porto Novo, Benin were willing to accept and pay for this technology. Using the PG technology improves local communities’ ability to achieve clean, efficient and safe cooking and heating energy with potential for combine heat power generation. N2 - Die Entsorgung von gemischten Abfällen in Deponien, Ablagerungsplätzen und das offene Verbrennen ohne jegliche stoffliche und energetische Verwertung führt zu Ressourcenverlusten, Gesundheitsproblemen, Umweltverschmutzung und Vermüllung. Wachsender Energiebedarf für industrielle und häusliche Anwendung mit steigenden Kosten aufgrund ihrer Knappheit regt die ständige Suche nach alternativen, sauberen Energiequellen an. Energierückgewinnung aus Abfall stellt verschiedene Anreize wie z.B. die Schaffung von Arbeitsplätzen, Bekämpfung der Armut, Bekämpfung und Eindämmung des Klimawandels, den Schutz der Umwelt und die Verringerung der Abhängigkeit von traditionellen Brennstoffquellen. Infolgedessen enden Kunststoffe auf Deponien, in Oberflächengewässern und Meeresböden, mit gravierenden negativen Auswirkungen auf die terrestrische und aquatische Biodiversität. Kunststoffabfälle mit hohen Heizwerten (36-46MJ/kg) nehmen den größten Teil des Deponieraumes ein. Die Bildung dieser Schadstoffe geht nicht zwangsweise von den Polymeren aus sondern ist eine Ursache des begrenzten Verbrennungsprozesses. Hierfür wurde eine geeignete Technologie entwickelt, die die Kunststoffabfälle in ein heißes Gasgemisch umwandelt und diese anstehend nochmals verbrannt werden und eine enorme Energie freisetzen ohne jegliche Luftverschmutzung. Basierend auf der obigen Hypothese wurden folgende Studienziele anwiesiert: 1.Charakterisieren, quantifizieren und klassifizieren der Abfallfraktionen und Kunststoffkomponenten in vermischten MSW durch manuelle Sortierung 2.Bewertung der Optionen für eine nachhaltige Kunststoff/Abfallwirtschaft insbesondere für Entwicklungsländer 3.Design, Konstruktion, Test und Optimierung einer geeigneten Technologie, die die Pyrolyse und den Vergasungprozess beinhaltet um nicht-PVC-Kunststoffabfall in Energie umzuwandeln 4.Beurteilung der Effizienz der Technologie basierend auf den Betrieb, Konstruktion, Menge und Energieanalyse mit sozioökonomischen und ökologischen Bedeutung Eine integrierte Methodik mit Überprüfung der aktuellen Literatur, Feld- und Laborexperimente mit Analysen der gemischten Abfall- und Kunststoffabfälle wurde verwendet. Darüber hinaus wurde die Pyrolyse-Vergasung Technologie (PGT) an der BTU Cottbus, Deutschland, Lagos in Nigeria und Dschang in Kamerun konzipiert, konstruiert, gebaut, getestet und optimiert. Feldstudien mit natürlichen Beobachtung, Interviews, persönliche Gespräche und Besuche bei Entorgungsorganisationen/unternehmen und Deponien wurden in verschiedenen Städten in Nigeria, Republik Benin und Kamerun durchgeführt. Eine ressourcenorientierte manuelle Sortierung unter Verwendung des Ressource-Recovery-Scavenging-Ansatz (RESA) simuliert die Integration von Müllsammler-Aktivitäten in die Mülltrennung und wurde an der BTU und Lagos durchgeführt. Wesentliche Ergebnisse sind: •Charakterisierung, Quantifizierung und Qualifizierung einer trockenen Probe vermischten MSW in Cottbus ergaben große Abfallfraktionen ,in absteigender Reihenfolge, als 23,15% Restmüll, 19,75% Papier und Karton, 17,80% Kunststoffen, 14,63% Textilien und Windeln , 10,06% Speiseresten und 9,55% aus Glas mit insgesamt 33.21% kompostierbar zur Gewinnung von Dünger, 52,2% nutzbar als Einsatzmaterial in der PG-Technologie und 99,81% der gesamten Probe mit einem Material- oder Energierückgewinnungspotenzial. In Lagos, Nigeria ergaben sich Hauptfraktionen von 29% Kunststoffe, 36% Restmüll, 17% Boden / Sand, 7% Papier mit insgesamt 41% nutzbar als Einsatzmaterial in PG-Technologie, 39% kompostierbar, 3% recycelbar (Metall und Glas), während Sand aus dem Boden / Sand-Fraktion für den Bau wiederhergestellt werden können. Ohne das Sand / Erde Gemisch, haben 83% der gesamten Probe des Abfallaufkommens Potenzial zur stofflichen und energetischen Wiederverwertung. •Eine entsprechende Technologie, die Prinzipien der Pyrolyse und Vergasung nicht-PVC-Kunststoffabfalls in Energie umzuwandeln wurden so konzipiert, gebaut, getestet und optimiert im Hinblick auf: (i)Erfolgreiches Funktionieren mit der Umwandlung von durchschnittlich 98,51% des inputs wobei 82,78-98,21% der Holzkohle und 96,72-99,27% der Kunststoffs in Energie umgewandelt wurden (ii)Bewertung sozioökonomischer und ökologischer Auswirkungen bei der Pyrolyse, Abgas- und Ascherückstandanalyse zeigte keine VOCs, Schwermetalle und Schadstoffen organischer und anorganischer Verbindungen, (iii)die Sicherheit und Risikobewertung der Luftverschmutzung in Innenräumen ist sehr niedrig (iv)Bei der Beurteilung der WTA und WTP gaben 94% der Befragten in Lagos, Nigeria und Porto Novo, Benin an, dass sie bereit sind die Technologie zu akzeptieren und auch für diese etwas zu bezahlen. Mit der PG-Technologie verbessern lokale Gemeinden ihre "Fähigkeit“, sich saubere, effiziente und sichere Energie zum Kochen und Heizen leisten zu können, mit dem Potenzial für die Kombination aus Hitze Strom zu erzeugen. KW - Kunststoffabfall KW - Vergasung KW - Pyrolyse KW - Forstschutz KW - Energierückgewinnung KW - Pyrolyse-Vergasung Technologie KW - Kunststoffabfall KW - Eindämmung des Klimawandels KW - Ressource-Recovery-Scavenging-Ansatz KW - Waldschutz KW - Pyrolysis-gasification technology KW - Waste plastics and biomass KW - Climate change mitigation KW - Resource recovery scavenging approach KW - Forest protection Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-25269 ER - TY - THES A1 - Sieber, Marko T1 - Grundlegende Untersuchungen zu einem neuentwickelten zweistufigen Trocken-Nass-Vergärungsverfahren T1 - Basic investigations to a newly developed two-stage dry-wet fermentation process N2 - Am Lehrstuhl Abfallwirtschaft wurde ein zweistufiges Trocken-Nass-Vergärungsverfahren zur Vergärung schüttfähiger Abfall- und Reststoffe entwickelt. Das Verfahren wurde unter dem Aktenzeichen PTC/DE2005/001990 patentiert. Nach einer intensiven Recherche und Klassifizierung der bestehenden Verfahren zur Vergärung von Abfällen wird eine Defizitanalyse erstellt. Danach werden die Entwicklungsschritte bei der Verfahrensentwicklung erläutert. Das neuentwickelte Verfahren besteht aus einer Hydrolyse, die im Perkolationsverfahren durchgeführt wird. Dabei wird das Perkolat mehrfach zur Perkolation genutzt, so dass sich die Hydrolyseprodukte darin anreichern. Ein Teil der Perkolationsflüssigkeit wird ausgeschleust. Das darin enthaltene Energiepotential der organischen Stoffe wird in einem separaten Methanreaktor nahezu hundertprozentig genutzt. Die somit gereinigte Flüssigkeit wird in die Perkolation zurückgeführt. Die durchgeführten Versuche beziehen sich ausschließlich auf die erste Verfahrensstufe, die Hydrolyse. Nach Batchversuchen zur Erforschung des Einflusses des Flüssigkeits-Feststoffverhältnisses in der Hydrolyse wurden quasikontinuierliche Versuche durchgeführt. Dabei wurden Untersuchungen zum Rücklaufverhältnis, zur Flüssigkeitsstromführung, zum pH-Wert und zum Salzgehalt der Flüssigkeit durchgeführt. Für alle Versuche wurde als Modellsubstrat Maissilage eingesetzt. Es wurden Bilanzen in Bezug auf den CSB, den Anteil FOS und die in der Flüssigkeit gelösten feinpartikulären Stoffe aufgestellt. Zunächst erfolgten Batchversuche in denen festgestellt wurde, dass die Hydrolyse sehr stark von der Konzentration der Hydrolyseprodukte abhängt, so dass von einer Produktinhibitation der Enzyme ausgegangen werden muss. Ein Grenzwert der Hemmung konnte dabei nicht festgestellt werden. Vielmehr ergab sich eine logarithmische Abhängigkeit von Produktkonzentration und Substratabbaugrad in der Hydrolyse. Weiterhin wurde erkannt, dass die Produktinhibitation teilweise, wenn auch nicht vollständig, reversibel ist. Mit den Erkenntnissen der Batchversuche wurden die pseudokontinuierlichen Versuche geplant und durchgeführt. In den Parallelversuchen, in denen der Hydrolysereaktor die gesamte Zeit mit eigenem Hydrolysat und Methanreaktorablaufflüssigkeit perkoliert wurde, konnten die Erkenntnisse der Batchversuche im Grundsatz bestätigt werden. Der Energieaustrag durch das Hydrolysat (gemessen als CSB-Ausbeute) ist stark abhängig vom Rücklaufverhältnis. Weiterhin haben die Durchströmung des Perkolationsfestbettes und der pH-Wert einen starken Einfluss auf die Hydrolysevorgänge. Als optimaler pH-Wert wurde ein Bereich von 6…7 bestimmt. In anschließenden Reihenversuchen wurde erforscht, wie sich die Flüssigkeitsstromführung beim Betrieb von mehreren Perkolatoren auswirkt. Dabei wurde festgestellt, dass sich die Gleichstromführung negativ, die Gegenstromführung hingegen positiv auf die Hydrolyse auswirken. In den abschließenden ökonomischen Betrachtungen wurde herausgearbeitet, dass das Verfahren für Abfälle sehr gut, für nachwachsende Rohstoffe hingegen nur bedingt geeignet ist. Die Gasausbeute ist der entscheidende Faktor bei der Wirtschaftlichkeit von NaWaRo-Anlagen. Da das beschriebene Verfahren zwar sehr robust, biologisch stabil und vielseitig einsetzbar ist, jedoch nicht immer die maximal mögliche Biogasausbeute erreicht, wird der Einsatzfall eher im Abfallbereich angesiedelt. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass sich das zweistufige Trocken-Nass-Vergärungsverfahren sehr gut zur Vergärung von Abfällen eignet. Die untersuchten Randbedingungen sollten bei der Auslegung von Anlagen berücksichtigt werden, um einen wirtschaftlichen Betrieb zu gewährleisten. N2 - A two-stage wet/dry fermentation process for the fermentation of light waste and residual materials was developed at the Department of Waste Management. The process was patented under the reference number PTC/DE2005/001990. A deficit analysis will be compiled following vigorous research and classification of existing processes for the fermentation of waste materials. Subsequently, the development stages will be explained in the context of process development. The newly developed process consists of a hydrolysis, which is performed in a percolation process. In this process, the percolate is used repeatedly for percolation so that the hydrolysis products become concentrated in it. A portion of the percolation liquid is discharged; the energy potential of the organic matter contained in it is utilized almost entirely in a separate methane reactor. The liquid thus purified is returned to percolation. The conducted tests pertain exclusively to the first process step – the hydrolysis. Following batch tests for researching the influence of the liquid/solid ratio in hydrolysis, quasi-continuous tests were conducted. In these tests studies were performed regarding the return ratio, the liquid flow, the pH value and the salt content of the liquid. Maize silage was used as the model substrate for all tests. Balances are established relating to COD, the percentage of FOS and the fine particulate matter dissolved in the liquid. Initially, batch tests were performed, in which it was determined that the hydrolysis depended heavily on the concentration of the hydrolysis products so that it was necessary to assume a product inhibition of enzymes. A limit value for the inhibition could not be determined in the tests; rather a logarithmic dependence on product concentration and the degree of substrate degradation in the hydrolysis was established. It could also be established that the product inhibition is partially – if not entirely – reversible. The pseudo-continuous tests were planned and performed with the knowledge from the batch tests. The findings from the batch tests were verified in principle by the parallel tests, in which the hydrolysis reactor was percolated the entire time with its own hydrolysate and methane reactor discharge liquid. The energy output through the hydrolysate (measured as COD yield) is heavily dependent upon the return ratio. Furthermore, the perfusion of the percolation fixed bed and the pH value have a strong influence on the hydrolysis processes. A range of 6...7 was determined to be the optimal pH value. In subsequent test series, research was performed to determine the effect of the liquid flow when operating multiple percolators. It was found that the cocurrent flow affects the hydrolysis negatively, whereas the countercurrent flow affects it positively. It was elaborated in the concluding economic observations that the procedure is very well suited for waste, however, it is only conditionally suitable for renewable resources. The gas yield is the decisive factor for the economic efficiency of renewable resource facilities. Due to the fact that the described process is very robust, biologically stable and versatile, although it does not always achieve the maximum-possible biogas yield, its application will more likely be established in the field of waste management. In summary, it is possible to determine that the two-stage wet/dry fermentation procedure is very well suited for the fermentation of waste matter. Boundary conditions studied should be taken into consideration when designing the systems in order to ensure an economically efficient operation. KW - Organischer Abfall KW - Vergärung KW - Biogas KW - Biogas KW - Hydrolyse KW - Verfahrensentwicklung KW - Maissilage KW - Biogas KW - Hydrolysis KW - Process development KW - Maize silage Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-26918 ER -