Afbraak van mycotoxinen in reëel gecontamineerd staal in semi-continue vergisting

8.3.1 Proefopzet

De degradatiegraad van verschillende mycotoxinen wordt nagegaan in semi-continue vergisting op verschillende tijdstippen en bij verschillende procestemperaturen. Daarnaast wordt ook nagegaan hoe procesparameters evolueren bij vergisting in aanwezigheid van mycotoxinen.

De semi-continue testen in geroerde tankreactoren op pilootschaal werden uitgevoerd met een reëel gecontamineerd maisstaal (Tabel 19) zodat de werkelijke situatie maximaal wordt

benaderd. De beschikbaarheid van de mycotoxinen voor afbraak kan immers verschillend zijn in een natuurlijk gecontamineerd staal in vergelijking met een gespiket staal. Het staal werd gemalen en gehomogeniseerd en bevatte de volgende concentraties aan mycotoxinen:

Tabel 19: Contaminatie in de maïsvoeding voor de semi-continue vergistingstesten

Toxine Concentratie (μg/kg)

Enniatine B > cut off (80 μg/kg)

De semi-continue testen worden uitgevoerd in continu geroerde tankreactoren met een totaal volume van 55 liter en een effectief volume van 40 liter. Deze reactoren zijn voorzien van een roerelement, temperatuursensor, verwarming en gasmeting. De voormelde parameters worden aangestuurd en ingesteld door een PLC-module. Er werden vier semi-continue reactoren ingezet. Twee reactoren worden mesofiel bedreven bij een temperatuur van 37,0 °C de overige twee reactoren zijn thermofiel bij 53,0 °C. De reactor wordt eenmaal per dag gevoed. Het gevormde biogas wordt via een gasleiding naar een trommelgasmeter geleid. Deze meter neemt nauwkeurig de hoeveelheid gevormd biogas op. De temperatuur en de snelheid waarmee het roerwerk draait wordt aangestuurd via de PLC-module. Volgende mengfrequentie wordt gehanteerd: Mengsnelheid van 90 omwentelingen per minuut met een interval van 20 minuten mengen en 10 minuten pauze.

De hydraulische retentietijd bedraagt 30 dagen, de testduur 45 dagen, zodat het initiële entmateriaal zeker eenmaal doorspoeld is met gecontamineerde voeding. Hiervoor wordt dagelijks aan iedere reactor 666,5 g meel gevoed en een zelfde hoeveelheid water. Het bijmengen met water is essentieel om een haalbare organische belasting te bekomen. De gehanteerde organische reactorbelasting bedraagt 11,9 g OS/l.d .

Eenmaal per week wordt van beide reactoren een digestaatstaal genomen voor analyse van de diverse procesparameters. Tevens wordt op het zelfde moment een gasstaal geanalyseerd op zijn samenstelling, het gas is een mengstaal van diverse dagen gasproductie. Na 30 dagen begint de staalname voor het opvolgen van de concentraties aan mycotoxinen.

8.3.2 Resultaten

Degradatie mycotoxinen

Bij analyse van het mesofiel digestaat na minimum één gemiddelde verblijftijd (30 dagen) werden geen mycotoxinen teruggevonden boven de respectievelijke kwantificatielimieten. Enkel deoxynivalenol werd nog gedetecteerd tot dag 45 onder de kwantificatielimiet van 61 μg/kg. In het thermofiel digestaat van reactor 1 werd na 30 dagen nog 93 μg/kg en na 45 dagen nog 86 μg/kg deoxynivalenol teruggevonden. In het thermofiel digestaat van reactor 2 werd na 30 dagen nog 69 μg/kg en na 45 dagen nog 47 μg/kg (onder de kwantificatiemiliet) deoxynivalenol

teruggevonden. Voor deoxynivalenol wordt dus een verwijderingsrendement behaald van ca.

98,5%.

Verloop vergisting

Belangrijk is om op te merken dat de meetwaarden voor methaan- en biogasproductie zeer gelijklopend zijn voor alle reactoren (Figuur 15). De oorzaak hiervan is de sterke homogeniteit van het inputmateriaal.

Na 15 dagen verblijftijd stabiliseert de relatieve biogasproductie in alle reactoren. Het

gemiddelde bedraagt tussen 15 en 45 dagen verblijftijd voor M1, M2, T1, T2; respectievelijk 488, 488, 490 en 486 m³/ton. Over de gehele testperiode bekeken worden deze waarden 466, 471, 480 en 468 m³/ton. Er kan worden gesteld dat er geen verschil tussen de mesofiele en thermofiele reactoren waarneembaar is.

De methaanproductie per week kent een stelselmatige toename gedurende de eerste drie testweken, daarna treedt stabilisatie op. Het feit dat de stabilisatie trager plaatsvindt dan bij de relatieve biogasproductie is te wijten aan het toenemende volume biogas en de daarbij

wijzigende methaangehaltes in de eerste drie testweken. De gemiddelde methaanproductie per week bedroeg in de periode van testweek vier tot en met zes voor reactoren M1, M2, T1, T2 respectievelijk 1253, 1268, 1311 en 1333 liter. De mesofiele reactoren hebben een lagere methaanproductie maar ook hier is het verschil als gering te beschouwen.

Belangrijk is ook de gemiddelde relatieve methaanproductie en deze bedraagt voor M1, M2, T1, T2 respectievelijk 252, 259, 264 en 262 Nm³ CH4/ton. Terug liggen de waarden van de mesofiele reactoren beperkt lager dan deze van de thermofiele. Waarschijnlijk is dit verschil te verklaren door de hogere omzettingscapaciteit van de thermofiele biologie van de relatief korte verblijftijd die werd gehanteerd en de hoge organische belasting.

Gedurende het experiment blijft de pH binnen de optimale grenzen in alle reactoren (Figuur 16).

Door het snel verhogen van de organische belasting in de eerste testweek verlaagt de pH sterk door de toename van de azijnzuurconcentratie (Figuur 17 en Figuur 18). In de derde testweek stabiliseert de pH tussen 7,80 en 7,90. De gemiddelde pH van alle reactoren ligt dan ook tussen deze waarden.

Eenzelfde trend is waarneembaar op het vlak van de verhouding totaal organische

zuren/alkaliniteit (FOS/TAC, Figuur 16). In de beginperiode neemt de FOS/TAC door een daling in buffercapaciteit en toename in vetzuren exponentieel toe. Naarmate de testen vorderen daalt de FOS/TAC stelselmatig tot onder de grenswaarde van 0,40. Bij stopzetten van de

experimenten daalden de waarden allemaal tot onder 0,30 wat wijst op een optimale processtabiliteit.

Figuur 15: Biogas- en methaanopbrengst tijdens semi-continue vergisting van gecontamineerde voeding

Figuur 16: Verloop van de pH en FOS/TAC tijdens semi-continue vergisting van gecontamineerde voeding.

Bij aanvang is in alle reactoren de vetzuurconcentratie (Figuur 17 en Figuur 18) gering wat wijst op een hoge biologische activiteit. Bij het verhogen van de organische belasting tijdens de eerste testweek wordt in alle reactoren een sterke toename in vetzuurconcentratie opgetekend.

De verhoging van azijnzuur, die het hoofdaandeel vormt in de totale vetzuurconcentratie, samen

Figuur 17: Concentratie organische zuren tijdens semi-continue vergisting van gecontamineerde voeding in mesofiele reactor 1 (M1, links) en mesofiele reactor 2 (M2, rechts)

Figuur 18: Concentratie organische zuren tijdens semi-continue vergisting van gecontamineerde voeding in thermofiele reactor 1 (T1, links) en thermofiele reactor 2 (T2, rechts)

met de aanwezigheid van boterzuur geeft aan dat de methaanvormende biologie tijdelijk overbelast is. Door de lagere groeisnelheid van deze populatie kunnen deze niet tijdig de gevormde vetzuren omzetten. Door het stabiel houden van de organische belasting treedt een inhaalbeweging in werking en worden naarmate het experiment vordert de overtollige vetzuren omgezet. Reactoren M2, T1 en T2 kennen een zeer gelijkaardige evolutie van de totale

vetzuurconcentratie, terwijl in reactor M1 de vetzuurconcentratie enkele weken rond 1000 mg/kg blijft hangen en pas op het einde een duidelijke afname kent. Een oorzaak van dit verschil is niet aan te duiden op basis van de uitgevoerde metingen. Bij het laatste meetpunt ligt de totale vetzuurconcentratie onder 800 mg/kg en wordt er nagenoeg nog enkel propion- en azijnzuur gedetecteerd. Deze waarden geven een stabiele werking van de reactorbiologie aan zonder enig teken van inhibitie.