Untersuchungsverfahren zur Überwachung und Optimierung von Biogasanlagen: Grundlagen, Diskussionen, Ergebnisse
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Saarbrücken
VDM-Verl., Müller
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|---|---|
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Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung und Zielsetzung 1
2 Technische und naturwissenschaftliche Grundlagen 3
2.1 Allgemeine Bedeutung der anaeroben Fermentation \on Biomasse 3
2.2 Prinzip der anaeroben thermophilen Gärung 4
2.3 Typen von Biogasreaktoren 5
2.4 Kinllussfaktoren und l'rozessparameter 7
2.4.1 Temperatur 7
2.4.2 pH-Wert 7
2.4.3 WasserslotTpartialdruck 8
2 4.4 Substratzusammensetzung 9
2.4.5 Biogasmenge und -Zusammensetzung 9
2.4.6 Organische und anorganische KLohlenstoffgehalte 10
2.5 Säure-Base-Gleiehgcwichle 11
2.5.1 Ioncnprodukt des Wassers, pH-Wert 11
2.5.2 Dissoziation von schwachen Säuren 12
2.5.2.1 Organische Sauren 14
2.5.2.2 Kohlensäure und Carbonate 15
2.5.3 Säure-Base-Titration 16
2.5.4 Puffersysteme 17
2.6 Spektroskopische und chromatographische Untersuchungsmcthoden 18
2.6.1 Molekülspektroskopie 18
2.6.1.1 UV/VIS-Spektroskopie 19
2.6.1.2 IR-Spektroskopie 19
2.6.1.3 Raman-Spektroskopie 24
2.6.1.4 Vergleich von 1R und Raman 26
2.6 2 Massenspektrometrie (MS) 26
2.6.3 Hochleistungs-r'lüssigkeits-Chromatographie (HP1.C) 29
3 Material und Methoden 31
3.1 Probennahme. Probenaufbereitung, Ansatz der Standards 31
3.2 IR-Spektrometcr und Messaufbau 33
3.2.1 Strahlungsquclle 34
3.2.2 Strahlungsdetektoren 34
3.2.3 Fasersonden 35
3.2.4 Micro-Circle-Zelle 36
3.2.5 pH-Meter und Zubehör 37
3.3 Raman-Spektrometer 37
3.4 HPI.C-Messaufbau 38
3.5 Massenspektrometer 39
3.6 l'cstphasenextraktion (SPB 39
3.7 1 Lange Küvettentests 40
4 Ergebnisse und Diskussion 41
4.1 Vorbereitende Untersuchungen 41
4.1.1 Substratproben 42
4.1.2 Proben der ersten Reaktorstufe 47
4.1.3 Proben der zweiten Reaktorslufe 52
4.2 IR-Untersuchungen 57
IX
Inhaltsverzeichnis
4.2.1 Testmessungen zur Parameteroptimierung 57
4.2.1.1 Messungen mit der Miero-Circle-Zelle 57
4.2.1.2 Messungen mit der Fasersonde 59
4.2.2 Standards und ihre pH-Wert-Abhängigkeit 62
4.2.3 Diftcrenzspektren der Carbonsäurestandards 68
4.2.4 .Substratproben 71
4.2.5 Proben der ersten Reaktorstufe 74
4.2.6 Proben der zweiten Reaktorstufe 77
4.3 ILPLC-Untcrsuchungen 80
4.3.1 Standards 80
4.3.2 Substratproben 82
4.3.3 Proben der ersten Reaktorstufe 83
4.3.4 Proben der zweiten Reaktorstufe 84
4.4 MS-Untersuchungen 86
4 4.1 Standards 86
4.4.2 Substratproben 90
4.4.3 Proben der ersten Reaktorstufe 92
4.4.4 Proben derzweiten Reaktorstufe 93
4.5 Raman-Untersuehungen 94
4.5.1 Standards 95
4.5.2 Reaktorproben 99
5 Zusammenfassung und Ausblick. 103
6 Anhang 105
6.1 Weitere Spektren der IR-Untersuchungen 105
6.1.1 Messungen mit der Micro-Circle-Zelle 105
6.1.2 pH-Wert-Änderung der Carbonsäurestandards 107
6.1.3 Differenzspektren der Carbonsäurestandards 110
6.2 Weitere Chrornatogramme und Spektren der MS-Untersuchungen 113
6.2.1 Standards 113
6.2.2 Reaktorproben 116
6.3 Weitere Standard-Spektren der Raman-Untersuchungen 117
Literatur-und Quellenverzcichnis 119
Abbildung«-und Tabellcnver/.eichnis 123 |
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Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung und Zielsetzung 1
2 Technische und naturwissenschaftliche Grundlagen 3
2.1 Allgemeine Bedeutung der anaeroben Fermentation \on Biomasse 3
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2.3 Typen von Biogasreaktoren 5
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2.4.1 Temperatur 7
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2.4.5 Biogasmenge und -Zusammensetzung 9
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2.6.1 Molekülspektroskopie 18
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2.6.3 Hochleistungs-r'lüssigkeits-Chromatographie (HP1.C) 29
3 Material und Methoden 31
3.1 Probennahme. Probenaufbereitung, Ansatz der Standards 31
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3.7 1 Lange Küvettentests 40
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4.1 Vorbereitende Untersuchungen 41
4.1.1 Substratproben 42
4.1.2 Proben der ersten Reaktorstufe 47
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IX
Inhaltsverzeichnis
4.2.1 Testmessungen zur Parameteroptimierung 57
4.2.1.1 Messungen mit der Miero-Circle-Zelle 57
4.2.1.2 Messungen mit der Fasersonde 59
4.2.2 Standards und ihre pH-Wert-Abhängigkeit 62
4.2.3 Diftcrenzspektren der Carbonsäurestandards 68
4.2.4 .Substratproben 71
4.2.5 Proben der ersten Reaktorstufe 74
4.2.6 Proben der zweiten Reaktorstufe 77
4.3 ILPLC-Untcrsuchungen 80
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4.3.2 Substratproben 82
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4.5.2 Reaktorproben 99
5 Zusammenfassung und Ausblick. 103
6 Anhang 105
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6.1.1 Messungen mit der Micro-Circle-Zelle 105
6.1.2 pH-Wert-Änderung der Carbonsäurestandards 107
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