Beschrijving van een anaerobe gisting van organisch afval,waarin tevens voorstel proefopstellingen voor onderzoekCitation for published version (APA):Jansen Hutteman, K. (1974). Beschrijving van een anaerobe gisting van organisch afval, waarin tevens voorstelproefopstellingen 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 beimportant differences between the submitted version and the official published version of record. Peopleinterested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit theDOI 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 pagenumbers.Link to publication

General rightsCopyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright ownersand 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, pleasefollow below link for the End User Agreement:www.tue.nl/taverne

Take down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us at:openaccess@tue.nlproviding details and we will investigate your claim.

Download date: 03. Aug. 2020

_ ... _---_ ..._----;'";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 afzonderlijkestappen (figuur 1) 8

Toelichting schema figuur 2 9

Schema proefopstelling anaerobe gisting (figuur 2) 10

- 1 -

ANAEROBE GISTING VAN ORGANISCH MATERlAAL.

Een bron van energie uit organisch afval.

Leenburm Centr. Bib\.T.H. [in(~\'en

Het is mogelijk om een deel van onze energiebehoefte op een milieu­vriendelijke.wijze te produceren door middel van het anaerobe gistings­proces.Wij zouden dan niet aIleen deze energie winnen uit een weliswaar beperkte,maar onuitputtelijke bron zo lang de zon licht uitstraalt. Wij zoudenechter ook verlost worden van een enorme hoeveelheid stankverwekkendematerialen.

De natuurlijke kringloop.

Opbouw en afbraak treft men in de natuur overalaan. Deze natuurlijkeprocessen vinden plaats in een gesloten cyclus.De groene planten met hun photosynthetische activiteit hebben niet aIleenaIle op aarde aanwezige organische verbindingen opgeleverd, maar ook aIlezuurstof die zich in de atmosfeer bevindt. Naar schatting worden jaarlijksop aarde door middel van zonlichtenergie 200 miljard ton organisch materi­aal geproduceerd en voor een groot gedeelte door verbranding oxydatie,gistingenz. weer afgebroken. Een gedeelte van dit plantaardig materiaalis geaccumuleerd in de vorm van turf, bruinkool, steenkool, olie, gas enook hout enz.

Organisch afvalmateriaal.

Gaan we na welke materialen in Nederland voor het vergisten beschikbaarzijn, 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 verteerbaarmateriaal.

Verbranding.

Alvorens nader op de anaerobe gisting in te gaan moet nog worden opgemerktdat veel van het bovengenoemde vaste afval ook kan worden verbrand. Hetwinnen van energie isop deze manier moeilijk. Dit komt o.a. door de lagestookwaarde (hoog vochtgehalte) , de grote hoeveelheden vliegas en de cor­rosiviteit van de afgassen.

Anaerobe gisting.

Het voordeel van anaerobe gisting is, dat een hoog vochtgehalte van hette verwerken materiaal geen ongunstige invloed op het proces heeft, in-

- 2 -

tegendeel, het proces vindt plaats in water. Ret verkregen gas wordteerst ontdaanvan milieu-schadelijke stoffen voordat het verstooktwordt. Ret gas heeft bovendien een hogere stookwaarde dan het afvalwaarui 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 installatieshiervoor nodig zijn is nog niet te zeggen. Voor een antwoord hieropontbreken nog de exacte transport-, proces- en andere gegevens.Bovendien moet allereerst een duidelijk inzicht in het gistingsprocesverkregen worden om strenge contrale en regeling van het proces moge­lijk te maken.

Anaerobe gisting installatie.

Anaerobe gisting wordt in rioolwaterzuiveringsinstallaties op uitgebreideschaal toegepast voor de verwerking van rioolslib en het slib uit de be­zinktanks.Ret proces wordt echter niet of zeer weinig toegepast voor de behandelingvan organisch vast afvalmateriaal, aangezien het huidige proces zeer lang­zaam 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 eentemperatuur van 35-38 °C.Ret is duidelijk dat de hoge investeringskosten een te grote druk op degasprijs gaan vormen. Bovendien is het gistingsproces erg gevoelig, raaktgemakkelijk ontregeld en het kost veel tijd het proces weer op gang tekrijgen. Een vergiftiging kan een processtoring van vele dagen ten gevolgehebben.

Chemisme en microbiologie van de anaerobe gisting.

Bij de anaerobe gisting worden organische stoffen uiteindelijk omgezetin methaan en koolzuur en een klein gedeelte in nieuw celmateriaal.Deze omzetting verloopt via een samenspel van een aantal fakultatief enobligaat anaerobe micro-organismen. Bij een goed lopend proces zijn deverschillende omzettingen dusdanig op elkaar afgestemd dat er geen op­hoping van tussenproducten plaats vindt.Indien het proces traag of in het geheel niet loopt kunnen hiervoor diverseoorzaken bestaan, zoals overbelasting, aanwezigheid van toxische of rem­mende 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 gistings­proces, alsmede in de faktoren die hierop van invloed zijn.

Bij de anaerobe gisting onderscheidt men een aantal deelprocessen die bijeen goed verlopende gisting achtereenvolgens verlopen. Het is vaak datdoor diverse - soms kleine - zaken de deelprocessen uit balans raken enhet totale proces vertraagt of zelfs stopt. Ret ligt daarom voor de handdeze deelprocessen separaat te doenplaats vinden en ook het micro-organismeaan te passen aan de te verwerken materialen.

- 3 -

Ret is bekend dat een bepaalde bacterie in feite slechts een zeer beperktaantal stoffen kan verwerken.Ret is wenselijk bij een inrichting van een anaerobe gistingsinstallatierekening te houden met deze beperkte eigenschappen van het micro-organisme.De toevoer van een gistingsinstallatie moet de mogelijkheid hebben om zet­meelhoudende materialen zoveel mogelijk separaat de voorbereidende werkingvan een aangepaste bacteriesoort te laten ondergaan. Zo ook de overwegendcellulosehoudende materialen die eerst door een celluloseverwerkende bac­teriesoort moeten worden voorverwerkt. De materialen met een hoog eiwit­en vetgehalte dienen ook eerst door geeigende bacterien voorbewerkt teworden.

Optimalisatie van het gistingsproces.

Het is duidelijk dat - wil men het gistingsproces optimaal laten plaatsvinden- men aIle storende invloeden moet voorkom~ Hiertoe moet meneen goed inzicht hebben in de leefgewoonten van het anaerobe micro­organisme.

wil meneen economisch verantwoorde gasproduktie bereiken dan is dehuidig haalbare gasproductie per m3 gisttankruimte verre van voldoende.De gasproduktie zou minstens het zesvoudige moeten zijn. Voorop gestelddat het afvalmateriaal gratis aan de installati~ afgeleverd wordt zalde gaskostprijs in dat geval circa I 0,10 per m bedragen.

De gasproduktie is 0,5 m3 gas uithoeveelheid organisch materiaal vanheel Nederland 2.500.000 m3 per dag

Resume

kg droog organisch materiaal. Op eencirca 5000 ton per dag is dit voorgasproduktie.

De commerciele anaerobe gisting is een kostbaar proces waar reeds veelonderzoek aan verricht is. Technische toepassing van dit proces op eengrote schaal is zeldzaam omdat men de uiteindelijke gasprijs nu moetvergelijken met de nog zeer voordelige prijzen van andere brandstoffen.Toch moeten we deze produktiemogelijkheid niet zonder meer opgeven. Erkunnen vele zaken mee worden gediend die de moeite werkelijk waard zijn.Zelfs indien deze vorm van energiewinning niet interessant zou zijn opeen 100% basis, dan kan dit, ter plaatse van grote woongebieden of waarde bio-industrie is geconcentreerd, weI het geval zijn. Het is heel goedmogelijk dat aIle directe en indirecte voordelen de investering in eendiepgaand onderzoek ten volle rechtvaardigen. De anaerobe gisting kan nietmeer zijn dan een kleine energiebron. Maar als afvalverwerking van stank­verwekkend 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 andsewage 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 Gezond­heindstechniek", tijdens de cursus "Civiele Gezondheidstechniek" 1965/66.

6. MAUGH, To H.

Fuel from wastes: A minor energy source;

Science, 178,4061,599 (1972).

7. MULCKHUYSE, J.J.

'~1ilieubalans van 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 hetorganische 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 byMethanosarcina.

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 geheleanaerobe gistingsproces, alvorens men een economisch verantwoorde instal­latie kan ontwerpen voor de verwerking van verteerbaar organisch afval­materiaal.

Anaerobe-gisting onderzoek aan de T.R.-Eindhoven.

De installatie

Ret gistingsonderzoek aan de T.R.E. is nog in een aanloopstadium. Deapparatuur waarin wij dachten proeven op grotere schaal te gaan nemenis nog in aanbouw. De installatie is echter aangepast aan de wenselijk­heid 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 kunststof­spiralen - pijp ~ 110 rom - die door middel van automatisch bediendekleppen gevuld, geent en doorspoeld kunnen worden. De verblijftijd ishierdoor"regelbaar door middel van een tijdklok. Aan het begin en eindevan iedere spiraal kunnen de nodige metingen verricht worden. Ook zijnde monster aftapkranen aangebracht voor substraat controle. Gegevensover temperatuur, pR, voedingsconcentratie enz. zijn bijzonder belang­rijk om het proces optimaal te laten plaats vinden.Met deze installatie dachten wij een indruk tekunnen krijgen van hetanaerobe gistingsproces om dit zoveel mogelijk te versnellen. Met anderewoorden 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 debelangrijkste faktoren die het totale gistingsproces bepalen.Ret is wenselijk dit onderzoek te beginnen met een kleine proefopstellingvolgens 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 totale proces af waarbijuiteindelijk CR4 en CO2 ontstaan.

- 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 isabsoluut noodzakelijk. De mogelijkheid dit door het Centraal labo­ratorium van T.N.O. te laten uitvoeren is waarschijnlijk de meesteenvoudige en de minst kostbare procedure.

~oY\"oe.t""

Molen

TH. Eindhoven, WjWF. ~8.aj4 I\..\. H.

SCHEMA 1.

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 gist­slurry.

Slangpomp voor voeding van installatie met versmateriaal.

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

Dro

32

,. ~ . -'

25

B

Proefopstelling anaerobe gisting

T.H.Eindhoven_W .. WF _1974

- :.

i~~~~; ~--- -- -- ----------1

,,,,,,I,I

~

.' . ,35

4U

SCHEMA 2.