Beschrijving van een anaerobe gisting van organisch afval,
waarin tevens voorstel proefopstellingen voor onderzoek
Citation for published version (APA):
Jansen Hutteman, K. (1974). Beschrijving van een anaerobe gisting van organisch afval, waarin tevens voorstel proefopstellingen voor onderzoek. (EUT report. WPS, Vakgr. warmte-, proces- en stromingstechniek; Vol. WPS1-74.09.R217). Technische Hogeschool Eindhoven.
Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1974
Document Version:
Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record
Please check the document version of this publication:
• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.
• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.
• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.
Link to publication
General rights
Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain
• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.
If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:
www.tue.nl/taverne Take down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us at: openaccess@tue.nl
providing details and we will investigate your claim.
_
..._---_
..._----;
'";707268
Lr:. EII";iJHOVEN WPSl-74.09.R217 ~~!£hE!i~!~g_~!~_~~~_!~!~E~~~_g!!~!~&-~!~ 2Eg!~!!£h_!~~!!L_!!!E!~_~~~~~!_Y2~E!~~! EE2~~2E!~~!!!~g~~_Y2~E_~~~~E~2~~~ K. Jansen Hutteman Eindhoven, 30 september 1974.ANAEROBE GISTING VAN ORGANISCH MATERlAAL
Pagina Een bron van energie uit organisch afval
De natuurlijke kringloop Organisch afvalmateriaal Verbranding
Anaerobe gisting
Hoeveelheden organisch afval Anarobe gisting installatie
Chemisme en microbiologie van de anaerobe gisting Optimalisatie van het gistingsproces
Resume
Literatuur referenties
PROEFOPSTELLING ANAEROBE GISTING
1 en 2 2 2 2 en 3 3 3 4 en 5 Toelichting 6
Anaerobe gisting onderzoek aan de T.H.-Eindhoven 6
De installatie 6
Voorstel onderzoekprogramma anaerobe gisting 6 en 7
Chemische begeleiding van het onderzoek 7
Schema proefopstelling voor anaerobe gisting in 3 afzonderlijke
stappen (figuur 1) 8
Toelichting schema figuur 2 9
1
-ANAEROBE GISTING VAN ORGANISCH MATERlAAL.
Een bron van energie uit organisch afval.
Leenburm Centr. Bib\.
T.H.
[in(~\'enHet is mogelijk om een deel van onze energiebehoefte op een milieu-vriendelijke.wijze te produceren door middel van het anaerobe gistings-proces.
Wij zouden dan niet aIleen deze energie winnen uit een weliswaar beperkte, maar onuitputtelijke bron zo lang de zon licht uitstraalt. Wij zouden
echter ook verlost worden van een enorme hoeveelheid stankverwekkende materialen.
De natuurlijke kringloop.
Opbouw en afbraak treft men in de natuur overalaan. Deze natuurlijke processen vinden plaats in een gesloten cyclus.
De groene planten met hun photosynthetische activiteit hebben niet aIleen aIle op aarde aanwezige organische verbindingen opgeleverd, maar ook aIle zuurstof die zich in de atmosfeer bevindt. Naar schatting worden jaarlijks op aarde door middel van zonlichtenergie 200 miljard ton organisch materi-aal geproduceerd en voor een groot gedeelte door verbranding oxydatie, gistingenz. weer afgebroken. Een gedeelte van dit plantaardig materiaal is geaccumuleerd in de vorm van turf, bruinkool, steenkool, olie, gas en ook hout enz.
Organisch afvalmateriaal.
Gaan we na welke materialen in Nederland voor het vergisten beschikbaar zijn, dan komen we tot de volgende opsomming:
- afbreekbare stoffen met afvalwater;
- idem uit het vaste afval van plantaardige oorsprong; - mest uit de bio-industrie;
- geschikt industrieel afval.
Voor Nederland is deze hoeveelheid circa 5000 ton/dag droog verteerbaar materiaal.
Verbranding.
Alvorens nader op de anaerobe gisting in te gaan moet nog worden opgemerkt dat veel van het bovengenoemde vaste afval ook kan worden verbrand. Het winnen van energie isop deze manier moeilijk. Dit komt o.a. door de lage stookwaarde (hoog vochtgehalte) , de grote hoeveelheden vliegas en de cor-rosiviteit van de afgassen.
Anaerobe gisting.
Het voordeel van anaerobe gisting is, dat een hoog vochtgehalte van het te verwerken materiaal geen ongunstige invloed op het proces heeft,
in 2 in
-tegendeel, het proces vindt plaats in water. Ret verkregen gas wordt eerst ontdaanvan milieu-schadelijke stoffen voordat het verstookt wordt. Ret gas heeft bovendien een hogere stookwaarde dan het afval waarui t he t onts taan is; 5500 - 6000 kcal/m3 • Aardgas 8300 kcal/m3 • Hoeveelheden organisch afval.
Om welke hoeveelheden afbreekbaar materiaal het in Nederland gaat,
welke hoeveelheid gas kan worden geproduceerd en welke installaties hiervoor nodig zijn is nog niet te zeggen. Voor een antwoord hierop ontbreken nog de exacte transport-, proces- en andere gegevens.
Bovendien moet allereerst een duidelijk inzicht in het gistingsproces verkregen worden om strenge contrale en regeling van het proces moge-lijk te maken.
Anaerobe gisting installatie.
Anaerobe gisting wordt in rioolwaterzuiveringsinstallaties op uitgebreide schaal toegepast voor de verwerking van rioolslib en het slib uit de be-zinktanks.
Ret proces wordt echter niet of zeer weinig toegepast voor de behandeling van organisch vast afvalmateriaal, aangezien het huidige proces zeer
lang-zaam verloopt en men per m3 gisttank inhoud slechts 1
a
11 m3 gas per dagkan produceren. De verblijftijd van het slib is 10 tot 20 dagen bij een temperatuur van 35-38 °C.
Ret is duidelijk dat de hoge investeringskosten een te grote druk op de gasprijs gaan vormen. Bovendien is het gistingsproces erg gevoelig, raakt gemakkelijk ontregeld en het kost veel tijd het proces weer op gang te krijgen. Een vergiftiging kan een processtoring van vele dagen ten gevolge hebben.
Chemisme en microbiologie van de anaerobe gisting.
Bij de anaerobe gisting worden organische stoffen uiteindelijk omgezet in methaan en koolzuur en een klein gedeelte in nieuw celmateriaal. Deze omzetting verloopt via een samenspel van een aantal fakultatief en obligaat anaerobe micro-organismen. Bij een goed lopend proces zijn de verschillende omzettingen dusdanig op elkaar afgestemd dat er geen op-hoping van tussenproducten plaats vindt.
Indien het proces traag of in het geheel niet loopt kunnen hiervoor diverse oorzaken bestaan, zoals overbelasting, aanwezigheid van toxische of rem-mende stoffen, onjuiste teroperaturen en pH waarden van de vloeistoffen. Het is dan ook belangrijk het proces onder strenge contrale te voeren. Daartoe is het van essentieel belang inzicht te hebben in het gistings-proces, alsmede in de faktoren die hierop van invloed zijn.
Bij de anaerobe gisting onderscheidt men een aantal deelprocessen die bij een goed verlopende gisting achtereenvolgens verlopen. Het is vaak dat door diverse - soms kleine - zaken de deelprocessen uit balans raken en het totale proces vertraagt of zelfs stopt. Ret ligt daarom voor de hand deze deelprocessen separaat te doenplaats vinden en ook het micro-organisme aan te passen aan de te verwerken material en.
3
-Ret is bekend dat een bepaalde bacterie in feite slechts een zeer beperkt aantal stoffen kan verwerken.
Ret is wenselijk bij een inrichting van een anaerobe gistingsinstallatie rekening te houden met deze beperkte eigenschappen van het micro-organisme. De toevoer van een gistingsinstallatie moet de mogelijkheid hebben om zet-meelhoudende materialen zoveel mogelijk separaat de voorbereidende werking van een aangepaste bacteriesoort te laten ondergaan. Zo ook de overwegend cellulosehoudende materialen die eerst door een celluloseverwerkende bac-teriesoort moeten worden voorverwerkt. De materialen met een hoog eiwit-en vetgehalte dieiwit-eneiwit-en ook eerst door geeigeiwit-ende bacterieiwit-en voorbewerkt te worden.
Optimalisatie van het gistingsproces.
Het is duidelijk dat - wil men het gistingsproces optimaal laten plaats
vinden- men aIle storende invloeden moet voorkom~ Hiertoe moet men
een goed inzicht hebben in de leefgewoonten van het anaerobe micro-organisme.
wil meneen economisch verantwoorde gasproduktie bereiken dan is de
huidig haalbare gasproductie per m3 gisttankruimte verre van voldoende.
De gasproduktie zou minstens het zesvoudige moeten zijn. Voorop gesteld
dat het afvalmateriaal gratis aan de installati~ afgeleverd wordt zal
de gaskostprijs in dat geval circa I 0,10 per m bedragen.
De gasproduktie is 0,5 m3 gas uit hoeveelheid organisch materiaal van heel Nederland 2.500.000 m3 per dag
Resume
kg droog organisch materiaal. Op een circa 5000 ton per dag is dit voor gasproduktie.
De commerciele anaerobe gisting is een kostbaar proces waar reeds veel onderzoek aan verricht is. Technische toepassing van dit proces op een
grote schaal is zeldzaam omdat men de uiteindelijke gasprijs nu moet
vergelijken met de nog zeer voordelige prijzen van andere brandstoffen. Toch moeten we deze produktiemogelijkheid niet zonder meer opgeven. Er kunnen vele zaken mee worden gediend die de moeite werkelijk waard zijn. Zelfs indien deze vorm van energiewinning niet interessant zou zijn op een 100% basis, dan kan dit, ter plaatse van grote woongebieden of waar de bio-industrie is geconcentreerd, weI het geval zijn. Het is heel goed mogelijk dat aIle directe en indirecte voordelen de investering in een diepgaand onderzoek ten volle rechtvaardigen. De anaerobe gisting kan niet meer zijn dan een kleine energiebron. Maar als afvalverwerking van stank-verwekkend materiaal staat deze mogelijkheid boven aIle anderen.
Literatuur:
1. KLEIN, S.A.
Anaerobic d,gtBtion of solid wastes; Compost: Sci., 13,1,6 (1972).
2. McFARLAND, J.M. e.a.
Comprehensive studies of solid wastes management; Univ. of Californie, Berkeley,
SERL Rept. No. 72-3, 174 (1972); Poll. Abs. 3,5,72-5 TF 1045 (1972). 3. JOHNSON, G.E. e.a.
The production of methane by the anaerobic decomposition of garbage and waste materials;
Amer. Chem. Soc., Div. Fuel Chem., Natl. Meetig Boston, Mass. (1972). 4. JOHNSON, G.E.
Production of methane by bacterial action on a mixture of coal and sewage solids;
U.S. patent 3,640,846 (CI 195/27; C12d, CO 2c). (Febr. 8,1972); Chem. Abs., 76,24,144650d (1972).
5. DIJKSHOORN, R.
Vaste afvalstoffen, inzameling en verwijdering;
Voordracht geliouden over de "Stichting Postacademiale Vorming Gezond-heindstechniek", tijdens de cursus "Civiele Gezondheidstechniek" 1965/66.
6. MAUGH, ToH.
Fuel from wastes: A minor energy source; Science, 178,4061,599 (1972).
7. MULCKHUYSE, J.J.
'~1ilieubalansvan Nederland". van Gorcum/Intermediair. 8. BARKER, H.A.
Studies on the methane fermentation.
V. Biochemical activities of Methanobacterium Ornelianskii; J. BioI. Chem. 137 (1941), 153.
9. BARKER, H.A. RUBEN, S. & KAMEN, M.D.
The reduction of radioactive carbon dioxide by methane-producing bacteria; Proc. Nat. Acad. Sci. 26 (1940), 426.
5
-10. BUSWELL, A.M. & SOLLO, F.W. Jr.
The mechanism of the methane fermentation;
J. Am. Chem. Soc. 70 (1948), 1778.
11. HUNGATE, R.E.
The anaerobic Mesophilic Cellulolytic Bacteria;
Bacteriological Reviews vd. 14, (1950), I.
12. KAARS SIJPESTEIJN, A.
Cellulose-decomposing bacteria from the rumen of cattle; Diss. Leiden 1948.
13. SCHNELLEN, Ch.G.T.P.
Onderzoekingen over de methaangisting; Diss. Delft 1947.
14. SOHNGEN, N.L.
Het ontstaan en verdwijnen van waterstof onder invloed van het organische leven;
Diss. Delft 1906.
15. STADTMANN, T.C. & BARKER, H.A.
Studies on the methane fermentation;
VII. Tracer experiments on the mechanism of methane fermentation; Arch. Biochem. 21 (1949), 256.
16. STADTMANN, T.C. & BARKER, H.A.
Studies on the methane fermentation, VIII;
Tracer experiments on fatty acid oxidation by methane bacteria; Biochem. J. 61 (1951), 67.
17. STADTMANN T.C. & BARKER, H.A.
Studies on the methane fermentation IX;
The origin of methane in the acetate and methanol fermentations by Methanosarcina.
Biochem. J. 61 (1951), 81. 18. KRETZSCHMAR, H.
Technische Mikrobiologie; 228(1968) Paul Parey Berlin.
6
-PROEFOPSTELLING ANAEROBE GISTING.
Toelichting
Ret is noodzakelijk eerst een duidelijk inzicht te hebben in het gehele anaerobe gistingsproces, alvorens men een economisch verantwoorde instal-latie kan ontwerpen voor de verwerking van verteerbaar organisch afval-materiaal.
Anaerobe-gisting onderzoek aan de T.R.-Eindhoven.
De installatie
Ret gistingsonderzoek aan de T.R.E. is nog in een aanloopstadium. De apparatuur waarin wij dachten proeven op grotere schaal te gaan nemen is nog in aanbouw. De installatie is echter aangepast aan de wenselijk-heid de deelprocessen geheel separaat te doen plaats vinden.
Een schema van deze installatie is figuur 1.
De gistruimte is gescheiden in drie secties, bestaande uit
kunststof-spiralen - pijp ~ 110 rom - die door middel van automatisch bediende
kleppen gevuld, geent en doorspoeld kunnen worden. De verblijftijd is hierdoor"regelbaar door middel van een tijdklok. Aan het begin en einde van iedere spiraal kunnen de nodige metingen verricht worden. Ook zijn de monster aftapkranen aangebracht voor substraat controle. Gegevens over temperatuur, pR, voedingsconcentratie enz. zijn bijzonder belang-rijk om het proces optimaal te laten plaats vinden.
Met deze installatie dachten wij een indruk tekunnen krijgen van het anaerobe gistingsproces om dit zoveel mogelijk te versnellen. Met andere woorden om per m3 gisttank inhoud meer gas te kunnen produceren.
Voorstel onderzoekprogramma anaerobe gisting.
Ret onderzoek is primair gericht op de bestudering van de invloed van de belangrijkste faktoren die het totale gistingsproces bepalen.
Ret is wenselijk dit onderzoek te beginnen met een kleine proefopstelling volgens schema figuur 2.
Later kan men dan met een aanzienlijk grotere installatie verder gaan
(totale inhoud hiervan + 3 m3 , reeds in aanbouw). Zie figuur 1.
De kleine installatie (Inhoud 4 x 25 liter) is grotendeels aanwezig. Ret hier volgende onderzoekprogramma kan hiermede uitgevoerd worden,
te weten:
I. Welke deelprocessen spelen zich in het tot ale proces af waarbij
uiteindelijk CR
7
-II. Hoe is de gang van zaken bij een overwegend:
- zetmeelhoudende voeding; - eiwithoudende voeding; - vethoudende voeding;
- cellulosehoudende voeding;
- combinaties van twee of meerdere andere materialen. III. Wat zijn storende en remmende invloeden t.w.:
- Substraat-concentraties; te hoog of te laag. - Toxische of schadelijke stoffen in het substraat. - Temperaturen en verwarming.
- De pH waarden.
- Invloed van de deelprocessen op elkaar.
- Invloed van de verschillende voedingsmaterialen. - Gistruimte; inhoud, stand en vorm.
- Enting vanhet verse substraat; tijdstip, plaats en in welke verhouding.
IV. Optimalisering van het proces door middel van:
- Strenge contrale op- en regeling van het gisting chemisme. - Afzonderlijke toevoegingen van noodzakelijke stoffen voor de
groei en ontwikkeling van het micro-organisme.
- Eventueel separate voorbewerking, recirculatie en doorvoer van zetmeel-eiwit en/of cellulosehoudende materialen.
Chemische begeleiding van het onderzoek.
Het begeleiden van het onderzoek door een ervaren Bio-chemicus is absoluut noodzakelijk. De mogelijkheid dit door het Centraal labo-ratorium van T.N.O. te laten uitvoeren is waarschijnlijk de meest eenvoudige en de minst kostbare procedure.
~oY\"oe.t""
Molen
TH. Eindhoven,
WjWF.
~8.aj4 I\..\.H.Toelichting schema 2 - 2 - 3 - 4 5 - 6 - 7 - 8 9 - 10 - 11. - 12 13 - 14 - 15 - 16 17 18 19 20 21 - 22 - 23 - 24 25 26 - 27 - 28 - 29 30 - 31 - 32 - 33 34 35 36 - 37 - 38 - 39 40 41 42 9 -Gasafscheiders + overlopen. Gisttanken in warmwaterbak.
Bellenglazen, controle gasproduktie.
Slangpompen voor circdatie en transport van gist-slurry.
Slangpomp voor voeding van installatie met vers materiaal.
Spuivat uitgegist materiaal. Algemene gashouder.
Meet- monstername gashouder.
Driewegkranen voor instelling gashouder. Waterreservoir.
pH meetpunten.
Pneumatische kleppen voor doorvoerregeling. Pneumatische klep voor wateraanvoer.
Warmwaterbak voor gisttanken.
Monsternamekraan of entaansluiting. pH recorder en controle apparaat.
Tijdklok t.b.v. de regeling van kleppen en pompen. Verwarming met pomp en thermostaat.
19 21 C 18 . ( 4
Dr
o
3 2 ,. ~ . - ' 25 BProefopstelling anaerobe gisting T.H.Eindhoven_W .. WF _1974 -:.
