Scale-up of the two-phase anaerobic digestion

• Research unit: SFOE
• Project number: SH/8100071-00-01

Final report (German)

Ein Nebenprodukt der Käseproduktion ist die Molke, welche oft als Abfallprodukt entsorgt werden muss. Diese muss jedoch vor der Entsorgung behandelt werden was dementsprechend Entsorgungskosten mit sich trägt.

Der Energiegehalt der Molke macht diese zu einem guten Kandidaten für die Energierückgewinnung, insbesondere durch die Anwendung in der anaeroben Vergärung. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Molke als Substrat verwendet und die erhoffte Steigerung der Ausbeuten bei der Biogaserzeugung von einem einstufigen konventionellen Gärprozess mit einem zweistufigen Prozess verglichen.

Hierfür wurde in einer Molkerei im schweizerischen Kanton Tessin (LATI SA) ein zweistufiger Pilotversuch zur anaeroben Vergärung von Molke durchgeführt.
Die Pilotanlage war in einem Zeitraum von 12 Monaten in Betrieb und diverse Prozess Parameter wurden erfasst (z. B. Gas- und Schlammtemperatur, Gasproduktion und -zusammensetzung, Durchfluss und hydraulische Verweilzeit).

Auch die Zusammensetzung der Molke wurde beprobt und im Labor analysiert bzw. charakterisiert. Hierfür wurde der Gesamtgehalt an Feststoffen, flüchtigen Feststoffen, chemischer Sauerstoffbedarf, pH-Wert und flüchtigen Fettsäuren angeschaut. Hiermit konnte die Variabilität der Molke durch die wechselnde Käsesortenproduktion aufgezeigt werden.

Der Faulschlamm aus der der ersten und zweiten Stufe wurde durch wöchentlich Analysen aller relevanten Parameter untersucht- Dies erlaubte den Prozess unter Kontrolle zu halten und die Effizienz der Vergärung zu verfolgen und aufzuzeigen (z. B. chemischer Sauerstoffbedarf, Gesamtfeststoffe, flüchtige Feststoffe, flüchtige Fettsäuren, pH-Wert, Ammonium und Phosphat)

Final report (English)

The During the dairy production stages whey is produced as waste by-product that needs to be treated before disposal (with the associated disposal costs).

The whey energy content makes it a good candidate for energy recovery purpose, especially with anaerobic digestion. Evaluation of whey as substrate and the increased yields in biogas production from a single stage to a two stage AD process will be evaluated within this work.

A two stage anaerobic digestion pilot plant was implemented in a dairy industry sited in Canton Ticino, Switzerland (LATI SA).

The pilot plant was operative for 12 months, during which the most important AD process parameters were maintained constantly under control (E.g. gas and sludge temperature, gas production and composition, flow and hydraulic retention time).

Additionally also the whey composition was maintained under control through weekly lab analytics of total solid, volatile solid, chemical oxygen demand, pH and volatile fatty acids. The aim was to study the variability of whey related to the variability of the dairy industry production in a year time, and more important how the two stage anaerobic digestion process would have been reacted to these changes.

For what concern the first and second stage sludge were performed weekly analytic of all the relevant parameters to maintain under control, and study, the process efficiency (E.g. chemical oxygen demand, total solids, volatile solids, volatile fatty acids, pH, ammonium and phosphate).

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• Final Report [PDF] 1'675 kB

Final report (Italian)

Durante le fasi di produzione casearia il siero di latte viene prodotto come sottoprodotto di scarto che deve essere trattato prima dello smaltimento (con i relativi costi di eliminazione).

Il contenuto energetico del siero di latte lo rende un buon candidato per il recupero energetico, soprattutto in caso di digestione anaerobica. La valutazione del siero come substrato e l'aumento delle rese nella produzione di biogas da una singola fase a due fasi della digestione anaerobica sarà valutata nell'ambito di questo lavoro. Un impianto pilota di digestione anaerobica a due fasi è stato realizzato in un'industria casearia con sede nel Canton Ticino, Svizzera (LATI SA).

L'impianto pilota è rimasto in funzione per 12 mesi, durante i quali i più importanti parametri di digestione anaerobica sono stati mantenuti costantemente sotto controllo (ad es. temperatura del gas e dei fanghi, produzione e composizione del gas, flusso e tempo di ritenzione idraulica).

Inoltre anche la composizione del siero è stata mantenuta sotto controllo attraverso analisi di laboratorio settimanali di solidi totali, solidi volatili, domanda chimica di ossigeno, pH e acidi grassi volatili. L'obiettivo era quello di studiare la variabilità del siero di latte in relazione alla variabilità della produzione casearia in un anno e, cosa ancora più importante, come il processo di digestione anaerobica in due fasi avrebbe reagito a questi cambiamenti.

Per quanto riguarda il primo e il secondo stadio di digestione anaerobica, i fanghi sono stati sottoposti settimanalmente ad analisi di tutti i parametri rilevanti per mantenere sotto controllo e studiare l'efficienza del processo (es. domanda chimica di ossigeno, solidi totali, solidi volatili, acidi grassi volatili, pH, ammonio e fosfati).