Prozessanalytik für anaerobe Vergärung und Deponiegas (AD & LFG)
Die anaerobe Vergärung (AD) und die Deponiegasgewinnung (LFG) stellen wichtige biochemische Prozesse dar, um komplexe organische Abfallströme – wie landwirtschaftlichen Dünger, kommunale Bioabfälle, Klärschlamm und Industrieabwässer – in stabiles, erneuerbares Biogas umzuwandeln. Die Biogasbildung unterliegt einer empfindlichen, mehrstufigen mikrobiologischen Kaskade (Hydrolyse, Acidogenese, Acetogenese und Methanogenese). Um das Gleichgewicht zwischen diesen syntrophischen Mikroorganismengruppen aufrechtzuerhalten, ist eine präzise Prozessanalysetechnik (PAT) in Echtzeit erforderlich.
Die Betriebsumgebung ist außerordentlich rauen Bedingungen ausgesetzt: Bioreaktoren und Gasentnahmebrunnen arbeiten bei 100 % relativer Luftfeuchtigkeit, hohen Schwefelwasserstoffkonzentrationen (H₂S), korrosiven organischen Säuren, Spuren von Ammoniakaustritt und abrasiven Siloxanen. Herkömmliche Industriesensoren fallen häufig aufgrund von Feuchtigkeitskondensation, Referenzvergiftung und optischer Verschmutzung aus. Die MZD Analytik GmbH bietet robuste, leistungsstarke Prozessmesslösungen, die speziell für den Einsatz in diesen aggressiven biologischen Matrices entwickelt wurden und eine kontinuierliche, driftfreie Anlagestabilität gewährleisten.
Messpunkte (MPs) für Kernprozesse, technische Anforderungen und technische Lösungen
1. Biogasgewinnung und Mehrkomponenten-Gasanalyse (Fermenter-Sammelleitung und Deponiegas-Bohrfeld)
Prozessherausforderung: Kontinuierliche Überwachung der primären Biogasbestandteile (CH₄ im Bereich von 50–75 Vol.-% und CO₂ im Bereich von 25–50 Vol.-%) in gesättigten Gasströmen mit hoher Luftfeuchtigkeit. Wasserdampfschwankungen führen bei herkömmlichen Sensoren zu starken Grundlinienverzerrungen und zu Wechselwirkungen bei der Wärmeleitfähigkeit, während unkontrolliertes Eindringen von O₂ aus übermäßig entnommenen Bohrlöchern Explosionsgefahren verursacht.
Schwerpunkt: Echtzeit-Methanmessung zur Verfolgung biologischer Stoffwechselprozesse und schnelle O₂-Sicherheitsüberwachung, um sicherzustellen, dass Gasgemische streng unterhalb der unteren Explosionsgrenze (UEG) bleiben.
Technische Lösung: Setzen Sie Wärmeleitfähigkeitsdetektoren (TCD) ein, die integriert sind mit MZD VaporSense™ Technologie zur aktiven Wasserdampfkompensation in Echtzeit. Dadurch werden die üblichen Messfehler von 1–5 %, die durch schwankende Hintergrundfeuchte verursacht werden, beseitigt, in Verbindung mit Optische Sauerstoffanalysatoren ausgestattet mit MZD BaroSense™ Druckausgleich.
2. Schwefelwasserstoff (H₂S) und biologische/chemische Entschwefelung
Technische Herausforderung: Rohbiogas enthält in der Regel 50 bis über 10.000 ppm hochkorrosives H₂S. In biologischen Entschwefelungssystemen ist eine präzise Mikro-Sauerstoffdosierung (Regelung des O₂/H₂S-Verhältnisses) unerlässlich, um schwefeloxidierende Bakterien zu versorgen, ohne dass überschüssiger Sauerstoff in das Gasnetz oder in die KWK-Zufuhr gelangt.
Schwerpunkt: Regelung der Luftzufuhrraten im geschlossenen Regelkreis, Schutz der nachgeschalteten Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK) vor Schwefelsäurekorrosion und Verhinderung einer vorzeitigen Katalysatorerschöpfung in Eisenschwamm- oder Aktivkohle-Nachbehandlungsbetten.
Technische Lösung: Einsatz einer korrosiven Matrix NDIR-Gasanalysator und elektrochemische Gasanalysatoren mit inerten, passivierten, mit der Probe in Kontakt kommenden Durchflusswegen, automatisierten Nullkalibrierungszyklen und einer optischen Probenkonditionierung bei hohen Temperaturen, um Schwefelablagerungen und das Verblenden der Zellen zu verhindern.
3. Säure-Basen-Gleichgewicht der Faulschlamm-Suspension und Schutz vor Schocks durch flüchtige Fettsäuren (VFA)
Technische Herausforderung: Organische Überlastung oder Druckstöße führen zu einer raschen Anreicherung flüchtiger Fettsäuren (VFA), wodurch der pH-Wert des Gärrests unter 6,5 sinkt und es zu einem katastrophalen Zusammenbruch der methanogenen Population kommt („saurer Fermenter“). Herkömmliche pH-Glaselektroden versagen in Gärresten mit hohem Ammoniakgehalt und hohem Salzgehalt schnell aufgrund von Proteinablagerungen, Fettbeschichtung und Verstopfung der Referenzstelle.
Schwerpunkt: Kontinuierliche, driftfreie Überwachung des pH-Werts und des Redoxpotenzials (ORP) zur frühzeitigen Warnung vor einem Säure-Basen-Ungleichgewicht, bevor die Pufferkapazität (FOS/TAC-Verhältnis) erschöpft ist.
Technische Lösung: Einsatz von porenfreien Festkörper-Referenzsensoren für pH-Wert und ORP, die ohne Flüssigkeitsübergänge ausgelegt sind. Durch den Verzicht auf interne Fülllösungen und poröse Keramikfritten sind diese Sensoren unempfindlich gegenüber organischen Ablagerungen und KCl-Mangel und weisen auch in rauen Schlammmatrizen eine stabile Driftrate von <1„ mV/Monat“ auf.
4. Schutz vor Siloxanen und Spurenfeuchtigkeit vor dem Pressen
Technische Herausforderung: Die in Deponiegas und Klärschlamm enthaltenen flüchtigen Methylsiloxane wandeln sich bei der Verbrennung in abrasives Mikrosilika (SiO₂) um und zerstören dadurch Turbinenschaufeln und Motorzylinder. Darüber hinaus erfordert die Hochdruckverdichtung eine präzise Regelung des absoluten Taupunkts, um das Ausfallen von flüssigem Wasser und die daraus resultierende Spannungsrisskorrosion durch Kohlensäure und Schwefelsäure zu verhindern.
Schwerpunkt: Kontinuierliche Erfassung von Spurenfeuchtigkeit an den Einlässen von Gasgebläsen, Kältemaschinen und Aktivkohle-Filterbetten zur Siloxanentfernung.
Technische Lösung: Implementierung der absoluten coulometrischen Methode Spurenfeuchtigkeitsanalysatoren Basierend auf Faradays Gesetz der Elektrolyse liefert das System driftfreie Wasserdampfmessungen im ppm-Bereich, die weder von sich ändernden Gaszusammensetzungen noch von schwankenden Leitungsdrücken beeinflusst werden.
Von MZD empfohlenes Messgeräteportfolio für AD und LFG
Wärmeleitfähigkeitsanalysator (TCD mit MZD VaporSense™ ) Analysator: Direkte Überwachung der Rohgasreinheit in zu 100 % gesättigten Strömen ohne kondensationsbedingte Abweichungen.
Nichtporöse Festkörper-Referenz-pH-/ORP-Messgeräte: Verhindert Glasbruch und Verschmutzungen der Messzellen in aggressiven Gärrestsuspensionen.
NDIR Gas Analysator and UV Gas Analysator: Äußerst stabile optische Mehrkomponenten-Plattformen zur kontinuierlichen Überwachung von CH₄, CO₂ und H₂S im hohen Messbereich.
Spurenfeuchtigkeitsanalysatoren: Absolute, regenerierbare physikalische Feuchtigkeitsüberwachung zum Schutz von Kompressoren und zur Sicherstellung der Betriebsbereitschaft von Rohrleitungen.
Nächster Anwendungsschwerpunkt:
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Kontakt
Für umfassende technische Datenblätter, Formulare zur Bewertung der Gasmatrix und maßgeschneiderte analytische Layoutzeichnungen für Ihre Anlage zur anaeroben Vergärung oder zur Deponiegasgewinnung wenden Sie sich bitte an: sales@mzdd.de.