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Die Analyse von in Biogas befindlichen flüchtigen organischen Fettsäuren ist ein wichtiger Indikator zur Charakterisierung der Abbauleistung im Biogasprozess. Je höher die Konzentration an flüchtigen organischen Fettsäuren ist, desto mehr wird die Prozessbiologie gehemmt. Herkömmliche Verfahren bestimmen den Anteil an flüchtigen organischen Fettsäuren mittels HPLC, IC oder GC. Diese Verfahren sind kostenintensiv, zeitaufwendig und meist nur in externen Laboren durchführbar. Für eine schnellere, sensitivere und kostengünstigere Analyse sollen Ganzzell-Biosensoren zum Einsatz kommen. Im Gegensatz zu klassischen Biosensoren werden dabei ganze Zellen ver-wendet. In dieser Arbeit wurde ein mikrofluidischer Ganzzell-Biosensor zur Detektion von Essigsäure im Biogasprozess getestet. Dabei werden gentechnisch veränderte Hefezellen (YGP1-tRFP) verwendet, welche bei Anwesenheit von Essigsäure ein Fluoreszenzprotein (tRFP) produzieren. In Abhängigkeit der Essigsäurekonzentration kann somit ein Fluoreszenzsignal ermittelt werden. Die Auslesung des Fluoreszenzsignals erfolgt hierbei mit einem Fluoreszenzmikroskop, welches später durch Photodioden ersetzt werden soll.
Erhöhung stickstoffreicher Substratanteile bei der Vergärung landwirtschaftlicher Biogassubstrate
(2021)
In der vorliegenden Arbeit sollte die Erhöhung von stickstoffreichen Substratanteilen bei der Vergärung landwirtschaftlicher Biogassubstrate untersucht werden. Der Abbau von Stickstoff während der anaeroben Vergärung führt zu der Bildung von Ammoniumstickstoff bzw. Ammoniak. Dieser kann die Methanproduktion hemmen und den Biogasprozess instabilisieren. Für den Versuch dienten drei Biogasanlagen alsFallbeispiele und wurden in den Labormaßstab als Reaktor A, B und C übertragen. Anschließend wurde der Anteil an Maissilage im Substratinput der Reaktoren reduziert und durch Wirtschaftsdünger ersetzt. Bei Reaktor A konnte der Anteil an Maissilage am Gesamtsubstrat um 6% reduziert werden. Dies hatte einen Rückgang von 2% in der spezifischen Methangproduktion zur Folge. Bei Reaktor B wurde der Anteil an Maissilage um 10% reduziert, was mit einer Verminderung von 18% in der spezifischen Methanproduktion einherging. Bei Reaktor C konnte der Maissilageanteil um 12% reduziert werden. Die spezifische Methanproduktion ging dabei um 13% zurück. In einer weiteren Versuchsphase sollte bei Reaktor B durch eine Steigerung der Raumbelastung die Methanproduktion wieder gesteigert werden. Erste Ergebnisse zeigen einen leichten Anstieg in der Methanproduktion. Bei Reaktor C sollte durch den Einsatz von stickstoffreduziertem Rezirkulat die Methanproduktion und Prozessstabilität verbessert werden. Erste Ergebnisse deuten auf einen Erfolg dieser Maßnahme hin.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei verschiedene Rührkesselreaktoren betrieben. Der Erste diente dazu, den Biogasbildungsprozess aus stickstoffreichen Substraten abzubilden. Im Laufe des Versuches wurde dem Reaktor durch die Nitrifikation/Denitrifikation-Verfahren stickstoffreduzierter Klarlauf hinzugefügt. Dabei wurde ein Anstieg der Methanausbeute und der Biogasbildung beobachtet. Der zweite Reaktor wurde als SBR (Sequencing Batch Reactor) betrieben, um das Anammox-Verfahren als alternative stickstoffreduzierende Methode bei Gärresten zu untersuchen. Dabei wurde am Ende des Versuchs ein Abbau des Ammoniumstickstoffes von ca. 20 % erreicht.