Anaerob folyamatok hatékonysági vizsgálata kritikus sav-bázis viszonyok alapján Mézes Lili1 – Bíró Györgyi1 – Tamás János1 – Petis Mihály2 1
Debreceni Egyetem, Agrár- és Gazdálkodástudományok Centruma, Mezőgazdasági-, Élelmiszertudományi és Környezetgazdálkodási Kar, Víz- és Környezetgazdálkodási Intézet, (e-mail:
[email protected]) 2 Bátortrade Kft., 4300, Nyírbátor, Árpád út 156/A. Bevezetés
A biogáz előállítás egy komplex folyamat, mely különböző mikrobiális csoport egyensúlyának függvénye (Gujer és Zehnder, 1983). Az anaerob fermentáció három lépésből áll – hidrolízis, esetsav-képződés és metán-termelés (Kim et al., 2003). Az első lépés a hidrolízis, ahol a makromolekulákat (fehérje, szénhidrát, zsír) a heterogén mikroorganizmusok lebontják cukorrá, aminosavvá és zsírsavakká. Második lépés során az ecetsav-termelő baktériumok fermentációs intermediereket, főképp illékony szerves zsírsavakat (VFA) termelnek, majd végül a harmadik fázisban a metanogén baktériumok ezeket az intermediereket metánná és széndioxiddá alakítják. A gáztermelést és a szerves hulladékok bomlási arányát bizonyos környezeti faktorok, - úgy mint a hőmérséklet, pH, hidraulikus tartózkodási idő (HRT) és az alapanyag koncentrációja - az összes fermentációs lépés esetén jelentősen befolyásolják (Edgar et al., 2006; Gamze és Demirer, 2004; Mata-Alvarez, 2003). A Szövetségi Mezőgazdasági Kutatóközpont (Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft/FAL) fejlesztette ki a FOS/TAC elemzést egy titrálásból (Nordmann-eljárás, Nordmann, 1977) abból a célból, hogy meghatározzák a savkoncentráció és a puffer-kapacitás hányadosát a fermentációs tápoldatban. A FOS az illékony szerves savak rövidítése, amit mg ecetsav-egyenérték/dm3-ben mérnek, míg a TAC az összes szervetlen szén (a bázisos puffer-kapacitás) rövidítése, amit mg CaCO3/dm3-ben mérnek (Voß et al., 2009). A TAC érték (teljes szervetlen karbonát-tartalék), amelyet egyszerűen puffernek is nevezünk, a FOS értékhez hasonló, ún. összegző paraméter (Pfeifer, 2007). Ez tartalmazza az összes pufferelő anyagot (karbonátokat, foszfátokat és ammónium-vegyületeket), és úgy tünteti fel ezeket, mintha karbonátok lennének. A metán-termelés pH 6,0 alatt, illetve 8,0 felett lelassul, majd megszűnik. A pH erősen változhat, ha a rendszer nincsen kellően pufferolva (Kotze et al., 1969). A savspektrum (ecetsav, propionsav és vajsav) meghatározása költségesebb elemzést igényel, mint a FOS/TAC analízis. Mivel mezőgazdasági inputok esetében a magyar biogáz-termelési gyakorlatban kevés vizsgálati tapasztalattal rendelkezünk, így az alábbiakban a fokozott zsírsavterhelés mellett végzett vizsgálati eredményeinket mutatjuk be. Vizsgálati anyag és módszer A Debreceni Egyetem Víz- és Környezetgazdálkodási Intézetében található hőszigetelt termosztát szekrényekben 4 db 6 l térfogatú rozsdamentes acéltartályokban állítottuk be a fermentációs vizsgálatokat. A kísérleteket légköri nyomáson, anaerob
körülmények között végeztük. A biogáz alapanyagbázist a vizsgált biogáz üzem receptúra összetételére alapoztuk. A szarvasmarha hígtrágyához, silókukoricához (kontroll) meghatározott arányban (5, 10 és 20%) sterilizált vágóhídi húslevet adtunk. Oltóanyagként a biogáz üzemből származó fermetlevet használtuk. A húslé összetételének függvényében három eltérő kísérleti beállítással dolgoztunk kétszeri ismétléssel, melyeket a kontrollhoz (húslé: 0%) viszonyítottunk, hogy meghatározzuk az optimálisan bevihető mennyiséget a biogáz rendszerbe. A hidraulikus tartózkodási idő 20 nap volt. A biogáz üzemből származó fermentlé és a sterilizált húslé zsír-tartalmának meghatározására Soxhlet-extrakciós módszert (MSZ ISO 1443:2002) használtunk. A minták száraz- és szervesanyag-tartalmát az MSZ 318-3:1979 és MSZ 318-3:1979 alapján határoztuk meg. A szén-, kén- és nitrogén-tartalom elemzése, illetve a C/N arány meghatározása az MSZ 6830-4:1981 szabvány alapján, Elementar VARIO EL® univerzális analizátor segítségével valósult meg. A mintavétel a laboratóriumban a fermentorok mintavételi csonkján, míg üzemi körülmények között a 3. mezofil fermentorból történt keverés után. A pH értéket az anaerob fermentációs folyamat során Jumo gyártmányú ipari pH mérő szondával mértük (mérési tartomány: 0-20 pH, 0-80°C, 6 bar/25 °C). Az adatokat gyűjtéséről a Linux platformon (Debian) futó SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) szoftverrendszer gondoskodott. FOS/TAC módszert (Nordmann, 1977) alkalmaztunk az anaerob fermentációs folyamat stabilitásának ellenőrzésére laboratóriumi és üzemi körülmények között. A reprezentatív mintavétel után (heti 2 alkalom) a mintákat szűrtük az esetleges szennyezések eltávolítása érdekében. McGhee (1968) szerint a savfogyás és a FOS érték közötti kapcsolat csak a szűrt minták esetében írható le lineáris kapcsolattal, mely állapítást a Hannoveri Leibniz Egyetem, Vízminőség és Hulladékgazdálkodási Intézetében (ISAH) végzett elemzések is megerősítették. A minták előkezelése tehát elengedhetetlen a FOS/TAC érték pontos meghatározásához. 20 cm3 szűrt mintát titráltunk 0,05 M-os kénsavval 5-ös pH értékre folyamatos keverés mellett. Feljegyeztük a kénsav fogyását, mely a rendszer puffer-kapacitását mutatja meg (TAC). A kémhatást 25°C-on mértük. Tovább titráltuk a mintát kénsavval 4,4-es pH értékig, majd feljegyeztük a sav fogyását (FOS). A protonok 5 és 4,4-es pH érték között szerves savakká abszorbeálódnak (Voß et al., 2009). A FOS/TAC arány meghatározása a következő tapasztalati képleten alapult (1. táblázat): TAC= (“A” ml N/10 H2SO4 pH 5,0-ig) x 250 = mg CaCO3/Liter FOS = [(“B” ml n/10 H2SO4 pH 5,0-től pH 4,4-ig x 1,66)–0,15] x 500 = mg illékony zsírsav (mint CH3COOH)/Liter (Nordmann, 1977). 1. táblázat: A FOS/TAC arány értékelése (tapasztalati érték DEULA-Nienburg alapján) FOS/TAC Javaslatok/Beavatkozás( Állapot(2) arány(1) 3) Nagyon magas biomassza Biomassza bevitel >0,6 bevitel(4) leállítása(5) Kevesebb biomassza 0,5-0,6 Túlzott biomassza bevitel(6) bevitel(7) Az üzem alaposabb 0,4-0,5 Az üzem túlterhelt(8) ellenőrzése(9)
Maximális biogáz Tartani az állandó kihozatal(10) biomassza bevitelt(11) Alacsony biomassza Növeljük a biomassza 0,2-0,3 bevitel(12) bevitelt(13) Nagyon alacsony biomassza Sürgősen növeljük a <0,2 bevitel(14) biomassza bevitelt(15) Forrás: Kaiser et al., 2007 Table 1.: Rules of thumb for the assessment of FOS/TAC ratios (empirical values provided by DEULANienburg). (1)FOS/TAC ratios, (2)Background, (3)Suggestion/Intervetion, (4)Highly excessive biomass input, (5)Stop adding biomass, (6)Excessive biomass input, (7)Add less biomass, (8)Plant is heavily loaded, (9)Monitor the plant more closely, (10)Biogas production at a maximum (11)Keep biomass input constant, (12)Biomass input is too low, (13)Slowly increase the biomass input, (14)Biomass input is far too low, (15)Rapidly increase the biomass input 0,3-0,4
A gyakorlatban a FOS/TAC arány 0,3 és 0,4 között a normális, de minden üzemnek megvan a saját optimális aránya, amit hosszú távú megfigyeléssel és rendszeres ellenőrzéssel lehet meghatározni (Kaiser et al., 2007). Voß et al. (2009) ezzel szemben tágabb (0,15 - 0,45) optimumot állapított meg. A biogáz üzemben a vizsgálatokra rendelkezésre álló fermentor kapacitás 17.000 m3. A biogáz minőségét egy számítógépes vezérlésű gáz-analizátor (Chemec, BC20 Biogas controller) segítségével mérik folyamatos üzemmódban, mind a mezofil, mind a termofil fermentorokban. Naponta kb. 20-25.000 m3, 60-65%-os metán tartalmú biogázt állítanak elő. A biogáz üzemben 110.000 m3 vegyes alapanyagot dolgoznak fel, mely 85%-a növénytermesztési és állattenyésztési hulladékból tevődik össze. A biogáz üzembe kerülő növényi anyagokat és trágyát a napi feladási igénynek megfelelően a két keverőtartályban készítik elő felváltva. Amikor megfelelően homogenizálva van a szubsztrátum a megtöltött tartályból szivattyúval nyomóvezetéken keresztül négyóránként adagolják a mezofil tartályokba. A mezofil tartályból a közlekedő edény elve alapján, csővezetéken átfolyik az azonos mennyiségű anyag a termofil fermentorokba, onnan pedig a kierjedt anyag a „fermentált végtermék” a tárolókba. A sorba kapcsolt mezofil és termofil fermentorokban hosszabb az erjedési idő és így a 38°C-on még le nem bomlott szerves anyag az 55°C-os fermentorokban le tud bomlani. Vizsgálati eredmények 1. Laboratóriumi kísérletek eredményei Az ananerob fermentálás során felhasznált alapanyagokat szükség esetén aprítottuk, szárítottuk, majd meghatároztuk a minőségét. Feltöltöttük a tartályokat a hasznos térfogatig, melyet 5 l-ben állapítottunk meg. A 2. táblázatban az egyes kísérleti beállítások mellett, a fermentorok átlagos minőségi paraméterei találhatók. A húslé és fermentlé esetében a zsírtartalmat külön elemeztük, majd súlyoztuk a húslé bekevert mennyiségének arányában, hogy pontosabban le lehessen határolni a húslé hatását. Az optimális C/N arány Karpenstein-Machen (2005) alapján 10-45:1, míg más szerzők szűkebb (20-30:1) határértéket állapítottak meg (Parkin és Owen, 1986; Malik et al., 1987). Az előzetes vizsgálatok alapján az adott biogáz üzemben a C/N arány kisebb (10-16:1) volt (Mézes et al., 2008). A laboratóriumi kísérleteket ezen
adatok ismeretében állítottuk be. A rendszer kémhatása optimális (pH optimum: 78,5) volt (Bai, 2007). 2. táblázat: Fermentorok minőségi paraméterei laboratóriumi körülmények között (Sza.tart.-ra vonatkoztatva) ZsírKísérleti beállítások(1) N% C% C/N S% Sza.t%(2) pH tartalom(%)(3) 1. Kontroll(4) 2,15 37,94 17,65 0,76 4,09 7,70 0,31 2. 5% húslé(5) 2,65 46,76 17,65 0,82 4,12 7,83 0,85* 3. 10% húslé 3,62 38,93 10,75 0,93 4,41 7,86 1,39* 4. 20% húslé 4,50 40,57 9,02 0,98 5,58 7,92 2,48* 5. Kontroll 2,42 42,39 17,52 0,82 10,27 7,72 0,27 6. 5% húslé 2,49 46,48 18,67 0,97 12,06 7,81 0,81* 7. 10% húslé 3,50 41,58 11,88 0,96 12,33 7,81 1,35* 8. 20% húslé 4,38 41,81 9,55 0,98 12,63 7,90 2,44* 9. Kontroll 2,32 44,75 19,29 0,76 6,71 7,65 0,21 10. 5% húslé 2,55 45,12 17,69 0,77 8,40 7,91 0,76* 11. 10% húslé 3,08 43,08 13,99 0,91 8,93 7,90 1,30* 12. 20% húslé 4,27 40,51 9,49 0,97 9,84 7,95 2,39* * súlyozott érték(6) Table 2.: Quality parameters of digesters at laboratory scale (in dry material content%) (1)Experimental settings, (2)dry material content%, (3)fat content%, (4)control, (5)gravy, (6)weighted value
Az alapanyagok C/N arányai a húslé arányának növelésével fordított arányban csökkentek, míg a nitrogén- és kén-, zsír-tartalom és a kémhatás egyenes arányban nőtt. Az anaerob fermentációs folyamatok során a 15. és 20. napon vizsgáltuk a pH, FOS/TAC értékét és a zsír-tartalom mennyiségét a modell reaktorokban (3. táblázat). 3. táblázat: A pH és FOS/TAC értékek változása a fermentorokban laboratóriumi körülmények között Kísérleti beállítások(1)
pH(15. nap)(2)
FOS/TAC (15. nap)
Zsírtartalom (%)(15. nap)(3)
1. Kontroll(4)
7,5
0,17
0,25
7,8
0,30
2. 5% húslé(5)
7,6
0,15
0,47
7,9
0,21
0,23
3. 10% húslé
7,9
0,14
0,65
8,2
0,16
0,32
4. 20% húslé
0,11
1,54
0,40
0,20
0,16
8,4 7,7
0,12
5. Kontroll
7,9 7,5
0,25
0,12
6. 5% húslé
7,5
0,22
0,36
7,8
0,26
0,16
7. 10% húslé
7,8
0,12
0,55
8,0
0,14
0,25
8. 20% húslé
7,9
0,94
8,1
9. Kontroll
7,3
0,10 0,26
0,15
7,6
0,11 0,25
0,09
10. 5% húslé
7,4
0,19
0,27
7,9
0,23
0,20
7,7
0,14
8,1
0,21
0,27
11. 10% húslé
0,66
pH(20. nap)
FOS/TAC (20. nap)
Zsírtartalom (%)(20. nap) 0,10
0,34
12. 20% húslé
0,13
7,9
1,04
0,12
8,2
0,41
Table 3.: Fluctuation of pH value and FOS/TAC ratios in the digesters at laboratory scale (1)Experimental settings, (2)pH value(15.day), (3)fat content(15. day), (4)control, (5)gravy
Az alapanyag zsírtartalma a fermentációs folyamat során fokozatosan csökkent a mikrobiális tevékenység hatására, mely számára tápanyagbázisként szolgál. A pH érték az optimális tartományon belül mozgott 5 és 10-% húslé mennyiség alkalmazása esetén, míg 20%-os húslé aránynál már kedvezőtlen, lúgos értéket vett fel. A fermentációs folyamat során a kapott FOS/TAC és pH értékek fordítottan arányosak voltak egymással. A kémhatás és a zsír-tartalom összefüggését a kísérlet 15. és 20. napján is vizsgáltuk (1. ábra). pH és zsírtartalom% (20.nap)(2) 0,5 0,45
y = 1,588x - 11,575 2
R = 0,7019
0,4
y = 0,4519x - 3,3628
0,35
R = 0,9013
2
0,3
%
%
pH és zsírtartalom% (15.nap)(1) 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0
0,25 0,2 0,15 0,1 0,05
7,2
7,4
7,6
pH
7,8
8
0 7,4
7,6
7,8
8
8,2
8,4
8,6
pH
1. ábra: A pH és zsír-tartalom összefüggésének vizsgálata a laboratóriumi kísérletek során Figure 1.: Examination of pH value and fat content coherence at laboratory scale (1) pH value and fat content% (15. day), (2) pH value and fat content%(20. day)
Mindkét esetben erős lineáris kapcsolat volt megfigyelhető a kémhatás és a zsírtartalom között. A nagyarányú zsír-tartalom tehát növeli a rendszer kémhatását, mely közvetetten káros hatással van mikrobiológiai folyamatokra. 2. Üzemi kísérletek eredményei A FOS/TAC arány és a pH érték (25°C) folyamatos mérése a vizsgált biogáz üzem mezofil fermentoraiban történt heti két alkalommal (2011.07-2012.04.) (2. ábra). A FOS/TAC arány 0,14 és 0,29 között változott, átlagos értéke 0,2±0,05 volt. A tapasztalati szabály szerint ez alacsony biomassza bevitelt jelent. Mivel a FOS/TAC érték erősen függ az alapanyagok minőségétől, ezáltal a változó alapanyagbázis használata megnehezíti a pontos előrejelzést.
0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1
FOS/TAC
pH
FOS/TAC és pH értékek a mezofil fermentorban(1) 8,4 8,3 8,2 8,1 8,0 7,9 7,8 7,7 7,6 7,5
0,1 0,0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53
pH (25°C) FOS/TAC
2. ábra: A biogáz üzem stabilitásának vizsgálata FOS/TAC módszerrel Figure 2.: Examination of the biogas plant stability with FOS/TAC method (1)FOS/TAC and pH values in the mesophilic digester
A biogáz üzem mezofil fermentoraiban a pH 7,6-8,3 között változott, mely alapján elmondható, hogy a rendszer puffer-kapacitása megfelelő, a pH jelentős ingadozása nem következett be. A diagram adatai alapján az adott üzemben átlagosan enyhén lúgos pH (8) és alacsony FOS/TAC érték (0,15; 2. ábra) jellemző. Összességében elmondható, hogy a Nyírbátori Regionális Biogáz Üzem esetén a kapott érték ugyan alacsonyabb a szakirodalmi adatokhoz képest, de ez nem jelenti az üzem egyensúlyának felborulását. A mezofil fermentorokban elemeztük a zsír-tartalmat, mely a vágóhídi eredetű húslé bevitel függvénye (3. ábra). Mezofil fermentor zsírtartalma(1) 1,2
Zsírtart.%(2)
1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 2011. 9. -0,2 14.
2011. 10. 2011. 10. 2011. 11. 2011. 12. 2011. 12. 4. 24. 13. 3. 23.
2012. 1. 12.
2012. 2. 1. 2012. 2. 21.
2012. 3. 2012. 4. 1. 12.
t (nap)(3)
3. ábra: A mezofil fermentorok áltagos zsírtartalma Figure 3.: Average fat-content of the mesophilic Digesters (1)Fat content in mesophilic digester, (2)fat content(%), (3) t(day)
Vizsgáltuk továbbá a mezofil fermentorok zsír-tartalma és a mért FOS/TAC értékek közötti összefüggéseket, illetve a pH és a FOS/TAC értékek kapcsolatát. A mezofil fermentorokban a zsír-tartalom 0,1-08% között volt. A zsír-tartalom és FOS/TAC érték esetén alacsony lineáris összefüggés (r2=0,18), míg a pH és FOS/TAC értékek között fordított arányú kapcsolat volt megfigyelhető, melynek erőssége szintén gyenge (r2=0,135) volt. A FOS/TAC érték és a zsír-tartalom
összefüggéseit vizsgálva elmondható, hogy minél magasabb a zsír-tartalom(%), annál kisebb volt a FOS/TAC érték. Elemeztük a biogáz hozam (Nm3) adatok és a FOS/TAC értékek közötti kapcsolatot (4. ábra). Az összefüggés elemzését a mezofil és termofil fermentorokban összesen termelődött gázmennyiség adatokkal végeztük a hidraulikus tartózkodási idő (mezofil fermentor: 19 nap) figyelembevételével. 3
Biogázhozamok (Nm ) és FOS/TAC értékek a mezofil fermentorokban(1) 30000 28000
Nm3
26000 24000 22000 20000 18000 0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
FOS/TAC
4. ábra: A biogáz üzem gázhozam adatai és a FOS/TAC érték kapcsolata Figure 4.: Coherence with the gas yield of the biogas plant and the FOS/TAC ratios (1)Biogas yields (Normal m3) and FOS/TAC ratios in the mesophilic digesters
A magasabb gáz-kihozatal elérése érdekében a FOS/TAC értéket 0,15 fölött érdemes tartani az adott üzemben (kék halmaz), ez alatt már a rendszer stabilitása felborulhat. A szakirodalmi értékek (Kaiser et al., 2007) alapján 0,3 fölött optimális a folyamat, mely az adott üzemnél 0,25-0,3-as érték közé tehető. Itt már a gázhozam adatok szórása minimálisra csökken (piros halmaz). Vizsgálati eredmények értékelése, megvitatása, következtetések A biogáz üzem mezofil fermentoraiban a pH értékek alapján a rendszer pufferkapacitása megfelelő. A FOS/TAC érték (0,15) ugyan alacsonyabb volt a szakirodalmi adatoknál, mely alacsony biomassza bevitelt jelent, de az előzetes vizsgálatok alapján mégis arra lehet következetni, hogy az adott üzemben nem az alacsony biomassza bevitelre vezethető vissza, hanem a szén-forrás hiányára. Ugyanis túlzott nitrogén bevitelt tapasztaltunk, a rendszer puffer-kapacitása ezért csökken, így könnyen instabilabbá válhat. Javasoljuk több növényi eredetű szénforrás bevitelét a rendszerbe. A rendszer a magasabb zsírtartalmú anyagok feladása estén instabillá válhat, a puffer-kapacitása jelentősen lecsökken, ezért nem javasoljuk a húslé arányának további növelését az adott biogáz üzemben. A FOS/TAC értéket figyelembe véve zsírtartalmat érdemes 0,5% alatt tartani a rendszerben. Az egy éves adatsor elemzése alapján a FOS/TAC érték tehát segíthet a biogáz üzemben a stressz faktorok kiszűréséhez. Javasoljuk további folyamatos vizsgálatát az üzemben az összefüggések pontosabb feltárása érdekében.
0,35
Rövid összefoglalás Biogáz üzemek termelési folyamatában a tartósan magas savtartalom kritikus üzemi viszonyokat okozhat, amely végső esetben a metán-termelés jelentős visszaesésével vagy az üzem végleges leállásával is járhat. A fermentációs folyamat belső puffer-kapacitása ezt a negatív folyamatot visszafordíthatja vagy jelentősen tompítja annak hatását. Üzemi körülmények között a kémhatás és a zsír-tartalom(%) elemzése mellett a laboratóriumi körülmények között előzetesen tesztelt FOS/TAC módszer üzemi adaptálhatóságát vizsgáltuk. A módszer lehetővé teszi a fermentációs folyamat problémáinak, kritikus állapotának előrejelzését. A mintavétel a mezofil fermentorokban történt heti egy, illetve két alkalommal a vizsgált időszakban. Megállapítottuk, hogy a magasabb gázkihozatalt elérése érdekében a FOS/TAC arányt 0,15 fölött érdemes tartani az adott üzemben, ez alatt már a rendszer stabilitása felborulhat. Az optimális FOS/TAC arány 0,3 fölött van (Kaiser et al., 2007), mely az adott üzemnél 0,25-0,3-as érték közé tehető. Itt már a gázhozam adatok szórása minimálisra csökken. Kulcsszavak: FOS/TAC, mezőgazdasági biogáz üzem, zsír-tartalom
Köszönetnyilvánítás A kutatás a Baross Gábor Program REG_EA_KFI_09-POTOABIT pályázat támogatásával valósult meg. Szakirodalmi jegyzék Bai A. (szerk.): 2007. A biogáz. Száz magyar falu könyvesháza Kht. Budapest. 1315., 140-143., 284. Edgar, F. C. M. - Diego, E. C. - Victor, A. A.: 2006. Study of the operational conditions for anaerobic digestion of urban solid wastes. Waste Management 26. 546–556. Gamze, G. D. - Demirer, G. N.: 2004. Effect of initial COD concentration, nutrient addition, temperature and microbial acclimation on anaerobic treatability of broiler and cattle manure. Bioresource Technology 93. 109–117. Gujer, W. - Zehnder, A. J. B.: 1983. Conversion processes in anaerobic digestion. Water Sci Technol, 15. 127–167. Kaiser F. - Metzner T. - Effenberger M. - Gronauer A.: 2007. Sicherung der Prozessstabilität in landwirtschaftlichen Biogasanlagen. Freising-Weihenstephan: LfL, LfL-Information. 14. Karpenstein-Machen, M.: 2005. Energiepflanzenbau für Biogasanlagenbetreiber. DLG-Verlag. Frankfurt am Main. Kim, M. - Gomec, C.Y. - Ahn, Y. - Speece, R. E.: 2003. Hydrolysis and acidogenesis of particulate organic material in mesophilic and thermophilic anaerobic digestion. Environmental Technology 24. 1183–1190. Kotzé, J. P. - Thiel, P.G. - Hattingh, W. H. J.: 1969. Anaerobic digestion II. The characterization and control of anaerobic digestion. Water Research. 3. 7. 459– 494. Malik, R. K. - Tauro, P.: 1995. Effect of predigestion and effluent slurry recycling on biogas production. Indian J. Microbiol. 35. 3. 205–209.
Mata-Alvarez J.: 2003. Biomethanization of the organic fraction of municipal solid wastes. IWA Publishing, 69-83. McGhee, T. J.: 1968. A Method for Approximation of the Volatile Acid Concentrations in Anaerobic Digesters, Water and Sewage Works, April 1968.115. S. 162-166. Mézes L. - Bíró T. - Petis M. - Hunyadi G.: 2008. The practical coherences of biogas production based on mixed compositions in South-Nyírség Region of Hungary. In: IV. World Congress of Agronomists and professional in Agronomy. Madrid, Spanyolország, 2008.10.28-2008.10.30. Madrid. CD proceeding. 152-156. Nordmann, W.: 1977. Die Überwachung der Schlammfaulung. KA-Informationen für das Betriebspersonal, Beilage zur Korrespondenz Abwasser 3.77. Parkin G. F. - Owen W. F.: 1986. Fundamentals of anaerobic digestion of wastewater sludges. J. Environ. Eng. 112. 867–920. Pfeifer, B.: 2007. Meßgerät FOS/TAC 2000 – Messeneuheit von der Agritechnica. Pronova Analysentechnik, Novatech GmbH., Energie Pflanzen. VI/2007. 53. Voß, E. - Weichgrebe D. - Rosenwinkel, K. H.: 2009. FOS/TAC – Deduction, Methods, Application and Significance. Internationale Wissenschaftskonferenz „Biogas Science 2009 – science meets practice”, LfL-Bayern, 2-4. 12.09. Erding. Examination of Anaerobic Processes under critical acid-base balance Lili Mézes1 – Györgyi Bíró1 – János Tamás1 - Mihály Petis2 1 University of Debrecen, Centre of Agricultural and Applied Economic Sciences, Faculty of Agricultural and Food Sciences and Environmental Management, Department of Water and Environmental Management, Hungary, (e-mail:
[email protected]) 2 BátorTrade Ltd., 4300, Nyírbátor, Árpád Str. 156/A., Hungary
Abstract The permanent high acid-content may cause critical plant operations in the producing process of a biogas plant, a significant drop in the biogas yields or a final shutdown of the plant. The buffer-capacity of the fermentation process can reverse this negative process or can significantly attenuate their effect. The FOS/TAC method, – at laboratory scale pretested method - adaptability was examined at the biogas plant beside pH value and fat content (%). This method is able to predict the problems and the critical conditions of the anaerobic process. The sampling of the mesophilic digesters was in the tested period once or twice a week. We determined the FOS/TAC ratios by the examined biogas plant that should be above 0.15 to reach higher gas yield, if the value is lower the system may become unstable. The optimal FOS/TAC ratio is 0.3 (Kaiser et al., 2007), which in the case of the tested biogas plant was between 0.25 and 0.3. In this case the standard deviation of the biogas yield data was minimized. Keywords: FOS/TAC, Agricultural Biogas Plant, fat content
