Vergärung von Gülle im Membranreaktor

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: 100517

Schlüsselwörter (Deutsch)

TP0071;F-Biomasse

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Als typisches Grasland setzt die Schweiz stark auf die Tierhaltung und produziert damit grosse Mengen an Hofdünger, welche mittels Biogasanlagen vermehrt energetisch genutzt werden könnten.
BR>Im Rahmen einer Gesamtstrategie zur Nutzung des Güllepotenzials für die Biogasproduktion sollen unter Berücksichtigung der Nährstoffoptimierung neue Verfahren basierend auf der Membrantechnologie untersucht werden. Im vorliegenden Forschungsprojekt geht es darum, basierend auf den Ergebnissen des Projekts Membranevaluation, die Eignung des Membranbioreaktors (MBR) im Einsatz mit Gülle sowie mit Cosubstraten zur Biogasproduktion unter Praxisbedingungen abklären. Zu diesem Zweck steht unter anderem die Pilotanlage (Projekt MBR-Pilot) zur Verfügung.
BR>Ziel des Gesamtsystems ist einerseits die energetische Nutzung von Hofdünger und andererseits die Optimierung des Nährstoffeinsatzes sowie die Reduktion von Emissionen.
BR>Die Bereitstellung von hochwertiger Energie in Form von Biogas (Treibstoff, Ökostrom und Wärme) aus Hofdünger und anderen biogenen Abfällen ist ein primäres Ziel des Programms Biomasse und von EnergieSchweiz.
BR>

Schlussbericht (Deutsch)

Ziel des Projektes ist die Abklärung der Eignung des Membranreaktors (MBR) zur Vergärung sowohl von Gülle als auch von Gülle und Co-Substraten. Anhand von Laboruntersuchungen und einer Versuchsanlage wurden Erkenntnisse erarbeitet, die in den Betrieb einer P&D-Anlage einfliessen sollen. Die Versuchsanlage ist prozesstechnisch geprüft und in Betrieb gesetzt worden. Entsprechende Anpassungen im Bereich der Anlagenperipherie mussten für die Aufrechterhaltung eines konstanten Betriebs vorgenommen werden. Für den Betrieb des MBR wurde separierte Dünngülle bzw. zerkleinerte Cosubstrate verwendet. Die Ultrafiltration mit organischen Membranen ist direkt mit dem Fermenter gekoppelt betrieben worden. Die Biomasse kann im Fermenter vollständig zurückgehalten werden. Dies erlaubt eine Reduktion des Fermentervolumens um rund 75 %. Die Gasproduktion und die Raumbelastung im MBR sind mit konventionellen Biogasanlagen vergleichbar. Die Versuche liefen mit zwei Schweinegüllen. Die erste Gülle zeigte sowohl im Labor als auch an der Versuchsanlage im Vergleich zu Referenzdaten geringe Gasproduktionsleistungen. Am 130. Versuchstag trat eine nicht genauer analysierte Totalhemmung des Gärprozesses auf. Mit der zweiten Schweinegülle konnten deutlich bessere Leistungswerte nachgewiesen werden. Aus zeitlichen Gründen und wegen den Witterungsbedingungen (Winter) konnten die Versuche mit höheren Raumbelastungen nicht unter stabilen Gärprozessbedingungen zu Ende geführt werden. Die verfahrens- und prozesstechnischen Bedingungen an den MBR lassen sich ohne weiteres in die Praxis umsetzen. Das MBR-System zeichnet sich durch eine hohe Anpassungsfähigkeit an die entsprechenden Rohsubstrate aus. Die Kombination einer energetischen und stofflichen Behandlung mit dem MBR zeigen zusätzliche Vorteile, wie erheblich kleinere Lagervolumen und deutlich geringere Transport- und Ausbringkosten, wenn eine Umkehrosmose als Endstufe vorgesehen ist. Bei Beachtung der Verwertungskosten des Gärsubstrats liegen die Kosten je nach betrieblichen Voraussetzungen im Bereich der konventionellen Vergärung. Zusätzlich lassen sich die Nährstoffe effizienter einsetzen sowie allenfalls Mineraldünger ersetzen. Aufgrund der beschriebenen Widrigkeiten bei der Versuchsdurchführung konnte das Potential des MBR-Verfahrens nicht abschliessend beurteilt werden. Durch eine länger angelegte Versuchsreihe könnten viele der offenen Fragen vertiefter beantwortet werden.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Ingenieurbüro Hersener
MERITEC GmbH

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Hersener,Jean-Louis
Meier,Urs

Zugehörige Dokumente

• Membranbioreaktor (MBR) - Forschung, Pilotanlage und Messkampagne - Schlussbericht [PDF] 1'359 kB

Schlussbericht (Englisch)

The present paper is divided into three parts. Part 1: Research Part 1 gives a survey of the research work done from 2003-2006 on a research plant with a fermenter volume of 3 m3. The results shows that the concept of a membrane-bioreactor (MBR) can work successfully. It is a suitable option for closing the circle of matterflux in a sustainable way. With the technology of membrane separation the production of water and several fertilizer-fractions is given. Beside the better application of liquid fertilizer compared with slurry the concentration is higher than common slurry. The effect is 50% less transport. Part 2: Description of pilot-plant. The plant is able to handle about 20’000-25’000 tons of slurry and organic waste. The plant is built as an membran-bioreactor (MBR) and allows to separate the digested biomass into fractions of solid and liquid fertilizers and useful water. Furthermore a part of the separated and digested liquid is returned to the fermenter in order to get a better digestion process. For the production of electricity a 1.1 MW generator is installed. The amount of investment for plant without offices and storages is about 7.5 Mio €. Part 3: Measuring of pilot-plant during November 2006 until November 2007. In the mentioned period 3’870 MWh of electricity were produced. By using the heat of the gas engine more than 160 tons of oil were replaced. During the examined year the following problems were noted: The separator delivering the solid particles was replaced into a specially adapted version. The emission of odors especially in the sterilization zone forced the owners to install another kind of filter system. The results during the measuring period are difficult to be interpreted because the plant doesn’t’ work continuously to show the effect of the MBR system. Between March and October 2007 the mentioned separator was replaced and therefore the biogas plant was driven in a conventionally way without effect of MBR. In the beginning of measurement the effect of starting-up was much higher then the registered surplus of gas production. After the replacement of the separator the reception of residues that have to be sterilized were reduced because of the odors. But especially this kind of waste produces a lot of biogas so that the surplus of the MBR can’t be shown neither here nor there. The only result that can be given is to measure another year in order to show if there is a surplus of gas production by using the MBR system or not.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Ingenieurbüro Hersener
MERITEC GmbH

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Hersener,Jean-Louis
Meier,Urs