Loading…
Thumbnail Image

Analysis and optimisation of two-phase solid-state anaerobic digestion of wheat straw

Pohl, Marcel Amadeus Sebastian

Anaerobic digestion is an established technology used in waste management, for stabilisation and energetic exploitation of sewage sludge, as well as for the generation of renewable energies. As the main objective of this work, the feasibility of anaerobically digesting wheat straw in the novel upflow anaerobic solid-state reactor was investigated. Under alteration of manifold process parameters, the continuous long-time experiments carried out in the course of this work document the major influences on conversion efficiencies of wheat straw and, at times, rapeseed expeller. The modulation of the operating temperature for instance revealed, that thermophilic is to favour over mesophilic temperature, as the methane yields observed were noticeably higher (by 86.5 % at OLR = 2.5 gVS L-1 d-1). Further elevation of the temperature to hyperthermophilic level however turned out not to be worth the additional heating effort. The performance of the UASS reactors at hyperthermophilic temperature could be improved by an additional second-stage anaerobic filter however. In the trials carried out, the energy effort for reducing the wheat straw´s particle size was not found to increase methane yields, as comminution alone cannot make the lignin structure of the stalks accessible for enzymatic degradation.
Die anaerobe Vergärung ist eine etablierte Technologie, welche im Abfallmanagement, der Stabilisierung und energetischen Nutzung von Klärschlämmen, sowie in der Erzeugung Erneuerbarer Energien zum Einsatz kommt. Zur Untersuchung der Umwandlungseffizienz von Weizenstroh und zeitweise Rapsexpeller als Kosubstrat im anaeroben Aufstromreaktor mit Festbett wurden im Rahmen dieser Arbeit Langzeitversuche unter Variation zahlreicher Prozessparameter durchgeführt. So zeigten vergleichende Versuche zur Prozesstemperatur, dass eine thermophile Betriebsweise bei einer Raumbelastung von 2.5 goTS L-1 d-1 um 86,5 % höhere Methanausbeuten erzielt als ein mesophiler Betrieb. Eine weitere Steigerung der Prozesstemperatur auf hyperthermophiles Niveau hingegen blieb hinter den Erwartungen zurück und rechtfertigte mit geringeren Methanausbeuten als die thermophilen Versuche nicht den größeren Wärmeeintrag. Die geringeren Ausbeuten wurden hier jedoch von den nachgeschalteten Anaerobfiltern als zweite Prozessstufe kompensiert. Der energetische Aufwand für die Zerkleinerung des Weizenstrohs stellte sich in den durchgeführten Versuchen als nicht ertragssteigernd heraus, da eine Zerkleinerung die Ligninstruktur der Halme nicht für den enzymatischen Abbau zugänglich machen kann.