Optimization of anaerobic digestion: influence of trace elements on methanization processes

Abstract

Optimierung der anaeroben Vergärung: Einfluss von Spurenelementen auf die Methanbildung (den Methanisierungsprozesse) Nickel, Kobalt, Selen und Molybdän sind Spurenelemente (TEs) und Aktivatoren von Enzymen, die in der Lage sind CH4 aus Kohlenstoffquellen zu erzeugen. Spurenelemente können somit zur Optimierung der Methanisierung genutzt werden. Ziel der Arbeit ist es, einen besseren Abbau flüchtiger Fettsäuren und eine Steigerung der Methanproduktion zu erreichen. Um die Haupteffekte und Wechselwirkungen der TEs zu identifizieren und zu quantifizieren werden Batch-Experimente durchgeführt und mittels multivariater Verfahren ausgewertet. Aus den Ergebnissen der Versuche werden Bereiche der optimalen TEs–Supplementierung abgeleitet und Zufütterungsansätze beurteilt. Mit Hilfe der Batch-Experimente können Mechanismen, die zur verbesserten Methanbildung führen, bestimmt werden. In semi-kontinuierlichen Vergärungsversuchen werden die Ergebnisse der Batch-Experimente validiert und die Prozessstabilität bei steigender organischer Raumbelastung untersucht. Die besten Ergebnisse bezüglich Prozessstabilität und Methanausbeute können mit den, aus den Batch Experimenten, experimentell und statistisch abgeleiteten TEs-Konfigurationen erreicht werden.

Optimization of Anaerobic Digestion: Influence of Trace Elements on Methanization Processes Nickel, cobalt, selenium and molybdenum are trace elements (TEs) and activators of enzymes that produce CH4 from carbon sources; thus can be used to optimize methanization processes. Batch experiments and multivariate techniques were used to identify and quantify the main effects and interaction of these TEs during methanization for the purpose of optimizing volatile fatty acids degradation (VFA) and CH4 production. Optimal supplementation ranges were derived; supplementation approaches were evaluated and the mechanisms by which the TEs improve methanization were determined in batch methanization. Results of the batch operations were validated in semi-continuous methanization, with the additional task of increasing organic loading rate without inducing process instability and digester failure. As in the batch process, process stability and optimization aims were achieved in the semi-continuous process using our experimentally and statistically derived optimum TEs configuration.