Brainscape's Knowledge GenomeTM

Browse over 1 million classes created by top students, professors, publishers, and experts.


See full index

Biologische Behandlung von organischen Stoffströmen > Vorlesung 5 > Flashcards

Vorlesung 5 Flashcards

Bemessung und Betrieb von Anlagen zur Vergärung sowie Aufbereitung von Biogasen

1
Q

Wie hoch ist der Trockenmassegehalt bei der Nassvergärung, bei der Semi-Trockenvergärung und der Trockenvergärung?

A
  • Nassvergärung: < 15 % TS
  • Semi-Trockenvergärung 15 - 20 % TS
  • Trockenvergärung: > 20 % TS
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
2
Q

Wie hoch ist die Gärtemperatur bei psychrophilen, mesophilen, thermophilen Verfahren?

A
  • psychrophil: =< 25 °C
  • mesophil: 33 - 37 °C
  • thermophil: 55 - 60 °C
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
3
Q

Was benötigen MO für die Nahrungsaufnahme?

A

MO benötigen für die Nährstoffaufnahme wässriges Milieu (Mindestfeuchten)

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
4
Q

In welche Formen der Fermentation unterscheidet man?

A

Nass- und Trockenfermentation

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
5
Q

Was spiegelt der Feststoffgehalt wider und was beeinflusst dieser?

A

Feststoffgehalt spiegelt die Substratkontzentration wider und beeinflusst die Leistungsfähigkeit der MO und die Prozessführung

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
6
Q

Was begünstigen hohe Feststoffgehalte?

A

Hohe Feststoffgehalte begünstigen säurebildende MO

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
7
Q

Was begünstigt ein geringer Feststoffgehalt?

A

Geringe Feststoffgehalte begünstigen Methanbildner

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
8
Q

Warum werden zweistufige Prozessführungen gewählt?

A

Wegen gegensätzlicher Optimalbedinungen werden zweistufige Prozessführungen gewählt

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
9
Q

Was sind die Vorteile der Trockenfermentation?

A
  • geringer Energiebedarf für Erwärmung, da weniger H2O
  • höhere spezifische Raumbelastungen möglich
  • geringerer Aufwand zur Produktentwässerung
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
10
Q

Was sind die Nachteile der Trockenfermentation?

A
  • unvollständige Durchmischung
  • lokal erhöhte Toxin- und Salzgehalte sowie Stoffwechselzwischenprodukte
  • erschwerte Diffusion
  • verminderter Abbaugrad
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
11
Q

Was sind die Vorteile der Nassfermentation?

A
  • einfachere Betriebsführung
  • begünstigter Stoffaustausch im flüssigen Medium
  • Vermeidung lokaler Unterversorgung und lokaler Anreicherung mit Zwischenprodukten und Toxinen
  • Störstoffe können abgeschieden werden
  • homogener Schlamm
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
12
Q

Was sind die Nachteile der Nassfermentation?

A
  • höhere Energie notwendig
  • im Vergleich zur Trockenfermentation größere Reaktorvolumina
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
13
Q

Was sind die Vorteile eines thermophilen Betriebs?

A
  • schneller Abbau
  • kürzere Verweilzeiten
  • vollständiger Umsatz
  • höhere Gasproduktion
  • Hygienisierung
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
14
Q

Was sind die Nachteile eines thermophilen Betriebs?

A
  • höherer CO2-Anteil
  • niedriger CH4-Anteil
  • höherer N2-Anteil
  • erhöhter Energiebedarf
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
15
Q

Was sind die Vorteile eines mesophilene Betriebs?

A
  • einfachere Prozessführung
  • geringerer Energiebedarf zur Aufheizung
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
16
Q

Was sind die Nachteile eines mesophielen Betriebs?

A
  • größeres Reaktionsvolumen als thermophil
  • keine gesicherte Hygeniesierung
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
17
Q

Mit welchen Anlagen werden pumpfähige Substrate transportiert?

A
  • Kreiselpumpen
  • Verdrängerpumpen
    • Exzenterschneckenpumpe
    • Drehkolbenpumpen
  • Balgpumpen
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
18
Q

Mit welchen Anlagen werden stapelbare Substrate transportiert?

A
  • Kratzböden
  • Schubböden
  • Overhead-Schubstange
  • Förderschnecken
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
19
Q

Wie wird aktive Biomasse bei der Nassfermentation zurückgehalten?

A

Externe Anreicherung: ausgetragene Bakterien sedimentieren und werden als Bakterienschlamm wieder in den Inputstrom zurückgehalten
- Kontaktreaktoren

Interne Anreicherung:
Bakterien werden schon innerhalb des Reaktors zurückgehalten
- UASB-Reaktoren (upflow anaerobic sludge blanket)
- Festbettreaktoren

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
20
Q

Wie wird aktive Biomasse bei der Trockenfermentation zurückgehalten?

A
  • bakterienreiche Fraktionen des ausgegorenen Materials werden als Impfmaterial zurückgeführt
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
21
Q

In welche Phasen kann der anaerobe Abbau eingeteilt werden?

A
  • Einstufenprozess: Abbau in einem Reaktor; Kompromiss zwischen den verschiedenen Milieubedingungen
  • Zweistufenprozess: Hydrolyse und Säurebildung sowie die Schritte der Essigsäure- und Methanbildung in räumlich voneinander getrennt Reaktoren
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
22
Q

Was sind die Vorteile der einstufigen Prozessführung?

A
  • einfacher Betrieb
  • keine zwischengeschaltete Phasenseperation
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
23
Q

Welche Nachteile hat die einstufige Prozessführung?

A
  • größeres spezifisches Reaktorvolumen
  • geringfügig höherer Energiebedarf
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
24
Q

Welche Vorteile hat die zweistufige Prozessführung?

A
  • weitgehende Trennung der Mikroorganismengesellschaften
  • Entkopplung der Hydrolyse als geschwindigkeitsbestimmenden Schritt der Methanbildung
  • kurze Verweilzeiten im Methanreaktor
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
25
Q

Welche Nachteile hat die zweistufige Prozessführung?

A
  • größerer apparatetechnischer Aufwand
  • bei kleineren Anlagen nicht geeignet
How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
26
Q

Wie erfolgt die Berechnung des Reaktorvolumens?

A

Die Bemessung des Reaktorvolumens von Vergärungsanlagen erfolgt analog zur Bemessung des Faulbehältervolumens kommunaler Kläranlagen nach der Raumbelastung und Durchflusszeit

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
27
Q

Wie hoch sind Durchflusszeit und Raumbelastung bei einem Anschlusswert von:
- < 4000
- 4000 - 8000
- > 8000

A

< 4000:
- Durchflusszeit: >= 20
- Raumbelastung: =< 2,0

4000 - 8000:
- Durchflusszeit: 15 - 20
- Raumbelastung: 2,0 - 3,5 (2,5)

> 8000:
- Durchflusszeit: >= 15
- Raumbelastung: 3,5 - 5,0 (4,0)

How well did you know this?
1
Not at all
2
3
4
5
Perfectly
28
Q

Wie unterscheiden sich Vergärung und Kompostierung hinsichtlich des Kohlenstoffabbaus?

A
  • nur aerobe Kompostierung: 40 % Kohlenstoffabbau
  • anaerobe Vergärung mit anschließender aeroben Kompsotierung: 76 % Kohlenstoffabbau
29
Q

Wie unterscheiden sich Kompostierung und Vergärung in der Prozessbeschreibung?

A

Kompsotierung:
- aerob
- Zugabe von Strukturmaterial
- exotherm (Selbsterhitzung)

Vergärung:
- anaerob
- leicht exotherm

30
Q

Wie unterscheiden sich Kompostierung und Vergärung hinsichtlich des geeigneten Ausgangsmaterials?

A

Kompostierung:
- strukturreich, ligninhaltig, Wassergehalt < 70 %

Vergärung:
- strukturarm, ligninarm, hoher Wassergehalt

31
Q

Wie unterscheiden sich Kompostierung und Vergärung hinsichtlich der optimalen Substratfeuchte?

A

Kompostierung:
- 40 - 60 %

Vergärung:
- 60 - 95 %

32
Q

Wie unterscheiden sich Kompostierung und Vergärung in der Behandlungsdauer (abhängig vom Rottegrad)?

A

Kompostierung:
- ca. 8 - 12 Wochen

Vergärung:
- ca. 20 Tage (anaerob), zzgl. 4 - 6 Wochen Nachrotte

33
Q

Wie unterscheiden sich Kompostierung und Vergärung im Energiebedarf?

A

Kompsotierung:
- energieintensiv (Belüftung)

Vergärung:
- energieunabhängig

34
Q

Wie unterscheiden sich Kompostierung und Vergärung beim Platzbedarf?

A

Kompostierung:
- 0,4 - 1,9 Kubikmeter pro Tonne

Vergärung:
- 0,1 - 1,2 Quadratmeter (?) pro Tonne (geringer Platzbedarf für Vergärung, mit Nachrotte nur geringe Vorteile)

35
Q

Wie unterscheiden sich Kompostierung und Vergärung in ihren Emissionen (Abwasser und Geruch)?

A

Kompostierung:
- Abwasser: gering
- Geruch: hoch

Vergärung:
- Abwasser: hauptsächlich bei Nassfermentation
- Geruch: geringer

36
Q

Wie unterscheiden sich Kompostierung und Vergärung in ihren spezifischen Kosten?

A

Kompostierung:
- in Abhänigkeit vom Durchsatz ca. 65 - 100 € pro Tonne bei Kompost, ca. 65 € pro Tonne bei Frischkompost

Vergärung:
- in Abhängigkeit vom Durchsatz ca. 70 - 200 € pro Tonne (bei mittleren Anlagen vergleichbar mit Kompostierung)

37
Q

Worauf wird der tägliche Biogasvolumenstrom bezogen?

A
  • das Reaktorvolumen
  • die zugeführte organische Trockensubstanz (m_oTS,zugeführt)
  • die abgebaute organische Trockensubstanz (m_oTS,abgeführt)
38
Q

Was ist die durchschnittliche Biogasdichte?

A

1,22 kg pro Kubikmeter

39
Q

Ist Biogas vollständig wasserdampfgesättigt?

A

Ja.

40
Q

Welche Nutzungsmöglichkeiten des Biogases beeinflussen die Anforderungen an die Aufbereitung bzw. die Qualität?

A
  • Dezentrale Verstromung und Wärmegewinnung im BHKW
  • Einspeisung ins öffentliche Gasnetz
  • Kraftstofferzeugung
41
Q

Wodurch werden die Anforderungen an das Biogas im Wesentlichen bestimmt?

A
  • Emissionsgrenzwerte für die Verbrennungsgase (TA-Luft)
  • Korrosionsverhalten der eingesetzten Werkstoffe für den Gastransport, die Gaslagerung und Gasnutzung
  • Standfestigkeit von Betriebsmitteln (Motoröl)
  • Empfindlichkeit von Katalysatoren gegenüber Katalysatorengiften
  • Querschnitte von Düsen und Spalten in Motoren und Turbinen (Gefahr der Verstopfung durch Partikel)
42
Q

Wann ist eine Aufbereitung des Biogases für die Nutzung in einem BHKW erforderlich (Gasbrenner und Kraft-Wärme-Kopplung)?

A

Gasbrenner:
- H2S: > 0,1 Vol.-%
- H20: von Vorteil
- CO2: nein

Kraft-Wärme-Kopplung:
- H2S: > 0,05 Vol.-%
- H20: von Vorteil
- CO2: nein

43
Q

Wie lautet die Reaktionsgleichung für die Gewinnung von Wasserstoff aus Biogas?

A
  1. Erzeugung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff aus Methan und Wasser

CH4 + H2O <-> CO + 3H2 deltaH = 9206,2 kJ/mol

  1. Erzeugung von Kohlendioxid und Wasserstoff aus dem in Schritt 1 erzeugten Kohlenmonoxid und zugeführtem Wasser

CO + H2O <-> CO2 + H2
deltaH = -41,2 kJ/mol

44
Q

Wie kann Wasserstoff gewonnen werden?

A

Der Wasserstoff wird in einem Reformer durch die katalytische Umsetzung methanreichen Gases mit Wasserdampf gewonnen

45
Q

In welche Gruppen gliedert sich die Einteilung der Gase nach DVGW G 260?

A
  • Wasserstoffreiches Gas (Gruppe A: Stadtgas und Gruppe B: Ferngas)
  • Methanreiches Gas (Gruppe L-Gas und Gruppe H-Gas),
  • Flüssiggase (Propan/Butan)
  • Kohlenwasserstoff-Luft-Gemische (Flüssiggas-Luft oder Erdgas-Luft)
46
Q

Nenne die Aufbereitungsschritte der Biogasaufbereitung.

A
  • Biogas
  • Trocknung
  • Entschwefelung (Heizkessel, BHKW, Gasturbine)
  • Methananreicherung
  • Partikelabscheidung / (Feinreinigung) (Netzeinspeisung, Kraftstoff)
  • Feinreinigung (H2S, NH3, CO, O2) (Brennstoffzelle)
47
Q

Warum ist die Biogastrocknung erforderlich und wann?

A
  • Biogas enthält Wasserdampf (35 bis 100 g pro Kubikmeter) -> führt zu Kondensation, Korrosion und Abnahme des Wirkungsgrads
  • Biogastrocknung ist immer erforderlich
48
Q

Wie läuft die Kondensationstrocknung ab?

A
  • Abkühlung des Gasstromes auf eine Temperatur unterhalb des Taupunktes
  • Abkühlung des Gasstroms auf ca. 2 °C wobei vorrangig Anteile des vorhandenen Wasserdampfes, aber auch höhere Kohlenwasserstoffe, kondensieren
  • Im Anschluss daran wird der Gasstrom wieder auf 10 bis 15 °C erhitzt
49
Q

Was ist die Adsorptionstrocknung?

A
  • Molekullarsiebe oder Kieselgele (Silikatgel)
  • Die dann mittels Temperaturwechseladsorption (TSA) regenertiert werden
  • Anwendung: bei kleinen bis mittleren Volumenströmen im Bereich von 100 bis 100.000 Kubikmeter pro Stunde
50
Q

Was ist die Absorptionstrocknung?

A
  • Herauswaschen sowohl von Wasserdampf als auch von höheren Kohlenwasserstoffen mittels Lösngsmittel (Glykol)
  • Das beladene Glykol bzw. Triethylenglykol wird in der Desorptionskolonne durch Erhitzung auf 200 °C regeneriert
  • Anwendung bei Volumenströmen von > 500 Kubikmeter pro Stunde
51
Q

Welche Verfahren gehören zur chemisch-physikalischen Entschwefelung von Biogas?

A
  • Fällung
  • Absorption
  • Adsorption
  • Oxidation
  • Druckwäsche
  • Membrantrennung
52
Q

Welche Verfahren gehören zur biologischen Entschwefelung von Biogas?

A
  • direkt im Fermenter
  • Biowäscher
  • Biofilter
53
Q

Welche Verfahren gehören zur kombinierten Entschwefelung von Biogas?

A

Laugenwäsche + biologische Oxidation

54
Q

Stelle die Reaktionsgleichung für die Biologische Entschwefelung auf.

A

H2S + O2 -> 2S + 2H2O

2S + 2H2O + 3o2 -> 2H2SO4

55
Q

Wodurch wird die Entschwefelung im Reaktor umgesetzt? Was sind die optimalen Bedingungen dafür?

A

Innerhalb des Reaktors durch aerobe Mikroorganismen:
- Zuluftbedarf von 3 bis zu 5 % der Gasproduktionsrate
- Ausreichend große Besiedlungsoberflächen für die Bakterien
- Optimaler Temperaturbereich liegt bei 35 °C
- Schwankende Biogasmengen und Gaskonzentrationen wirken sich negativ auf die Abbauleistung aus

56
Q

Wann wird die Adsorption eingesetzt?

A
  • i.d.R. nur eingesetzt in Kombination mit der Methananreicherung im Zuge der Biogaseinspeisung
57
Q

Was ist das Membranverfahren in der Biogasaufbereitung?

A
  • Im Bereich der Biogasaufbereitung relativ neues Verfahren, Technik noch in der Entwicklung/Erprobung
  • Prinzip: Trennung von CH4 und anderen Gaskomponenten durch die verschiedenen Diffusionsgeschwindigkeiten der unterschiedlich großen Gasmoleküle
58
Q

Wie viel CO2 enthält das Biogas? Was beeinflussen Methananreicherung/CO2-Abscheidung und wann sind diese erforderlich?

A
  • Biogas enthält bis zu 45 % CO2
  • Beeinflusst u.a. die brenntechnischen Kenndaten Brennwert, Heizwert, Dichte und Wobbe-Index
  • Erforderlich im Zuge der Einspeisung ins Erdgasnetz
59
Q

Wie wird das nach der CO2-Abtrennung erhaltene Reingas genannt?

A

Biomethan

60
Q

Wie funktioniert die Druckwechseladsorption?

A
  • Kohlenstoffdioxid wird durch starke und schnelle Druckwechsel an regenerierbare Aktivkohle adsorbiert
61
Q

In welche Teilschritte kann die Druckwechseladsorption (PSA) unterteilt werden?

A

Erfolgt in vier Teilschritten:
- Adsorption von Kohlenstoffdioxid (CO2) aus dem Biogas bei höherem Druck an der Aktivkohle oder dem Molekularsieb in einer Kolonne (ca. 10 bar)
- Entspannung des Druckes nach Umleitung des Biogases auf eine zweite Kolonne (in der Schritt 1 dann erneut stattfindet) bei Spülung mit Umgebungsluft
- Desorption des Kohlenstoffdioxids von der Aktivkohle im Gleichstrom bzw. Gegenstrom in Umgebungsluft
- Druckaufbau in der Kolonne und Zufuhr von Biogas, um wieder mit Schritt 1 zu beginnen

62
Q

Was sind die Vorteile der PSA?

A
  • Trockenes Verfahren, daher kein Anfall von Abwasser
  • Gut geeignet für kleine Anlagenkapazitäten
63
Q

Was sind die Nachteile der PSA?

A
  • Relativ hoher Stromverbrauch sowie die notwendige Entsorgung der Aktivkohle
  • die H2S-Konzentration darf max. 400 mg pro Kubikmeter betragen, wodurch eine Grobentschwefelung notwendig ist
  • hohe Methanverluste
64
Q

Was sind die Qualitätsparameter bei der PSA?

A
  • CH4-Gehalt im Rohgas 65 % im Produktgas > 97 %
  • H2S-Gehalt im Rohgas 300 mg pro Kubikmeter im Produktgas < 5 mg pro Kubikmeter
65
Q

Was ist die Druckwasserwäsche?

A
  • Druckwasserwäscheverfahren nutzen die bei veränderlichen Drücken unterschiedlichen Löslichkeiten von CH4 und CO2 in Wasser
  • Biogas ohne vorherige Entschwefelung wird auf ca. 10 bar verdichtet und einer Absorptionskolonne zugeführt, die es von unten nach oben durchströmt
  • Stäube und Mikroorganismen werden größtentels ebenfalls vom Waschwasser aufgenommen
  • Das gereinigte Gas verlässt die Kolonne mit einem Methangehalt von bis zu 98%
  • der prozessbedingt im Gas enthaltende Wasserdampf muss anschließend auskondensiert werden
  • das Waschwasser wird durch mehrstufige Entspannung wieder vom enthaltenen CO2 befreit
  • H2S wird aufgrund der guten Wasserlöslichkeit bei diesem Verfahren weitesgehend gleichzeitig mit dem CO2 aus dem Gas entfernt
66
Q

Was sind die Vorteile der DWW?

A
  • große Flexibilität (der Biogasdurchsatz über eine Drehzahlregelung der Kompressoren berücksichtigt werden)
  • Druck und Temperatur können je nach CO2-Gehalt im Rohgas geändert werden
  • es kann gesättigtes Biogas aufbereitet werden und es wird neben CO2 auch H2S und NH3 absoriert
  • geringe Investiotionskosten und Betriebskosten
67
Q

Was sind die Nachteile der DWW?

A
  • Hoher Energiebedarf für die Umwälzing des Waschwassers
  • problem des verfahrens: Löslichkeit von H2S in Wasser sehr hoch -> in der Desorptionskolonne gelingt es nicht, das gesamte H2S wieder auszutreiben
  • ein Teil des h2S wird zu elementaren Schwefel oxidiert, der sich im System anreichert und zu Verstopfungen führen kann -> Waschwasseraustausch oder Entschwefelung des Biogases bereits vor dem Waschverfahren erforderlich
68
Q

Was ist die Feinstaufbereitung/Konditionierung?

A

Zur Einspeisung in Erdgasnetze bzw- zur Nutzung aös Fajrzeigtreibstoff müssen eine Reihe unterschiedlicher Kriterien erfüllt werden
- Abscheidung von Spurengasen (Feinreinigung)
- Einstellung des Brennwerts bzw. Wobbe-Indexes
- mit aufbereitetem Biogas lassen sich - je nach Herkunft des Erdgases im Erdgasnetz - die geforderten Brennwerte und der Wobbe-Index nicht mehr erreichen -> Zumischung von Propan/Butan zur Brennwertanpassung erforderlich

Aus Sicherheitsgründen kann eine Odorierung des aufbereiteten Gases nötig sein -> Möglichkeit der Detektion des ausströmenden Gases i Havariefall

Biologische Behandlung von organischen Stoffströmen (10 decks)

Brainscape helps you reach your goals faster, through stronger study habits.
© 2024 Bold Learning Solutions. Terms and Conditions