Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt Untersuchungen zum anaeroben Abbauprozess ausgewählter Abfallsubstrate mit Hilfe spezieller Mikroorganismen und Enzyme Nelson Caballero-Arzápalo Vollständiger Abdruck der von der Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt der Technischen Universität München zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktor-Ingenieurs genehmigten Dissertation. Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr. H. Briesen Prüfer der Dissertation: 1. Univ.-Prof. Dr. R. Meyer-Pittroff (i. R.) 2. Univ.-Prof. Dr. M. Faulstich (Technische Hochschule Clausthal) Die Dissertation wurde am 10.09.2014 bei der Technischen Universität München eingereicht und durch die Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt am 04.02.2015 angenommen.
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Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt
Untersuchungen zum anaeroben Abbauprozess ausgewählter Abfallsubstrate mit Hilfe spezieller
Mikroorganismen und Enzyme
Nelson Caballero-Arzápalo
Vollständiger Abdruck der von der Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan
für Ernährung, Landnutzung und Umwelt der Technischen Universität München zur
Erlangung des akademischen Grades eines
Doktor-Ingenieurs
genehmigten Dissertation.
Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr. H. Briesen
Prüfer der Dissertation: 1. Univ.-Prof. Dr. R. Meyer-Pittroff (i. R.)
2. Univ.-Prof. Dr. M. Faulstich(Technische Hochschule Clausthal)
Die Dissertation wurde am 10.09.2014 bei der Technischen Universität München
eingereicht und durch die Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan für
Ernährung, Landnutzung und Umwelt am 04.02.2015 angenommen.
Dem Herrn Jesus und meinen Eltern Alejandro Caballero González und
Nelly Arzápalo Coronado gewidmet
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung und Problemstellung .......................................8
2 Stand von Wissenschaft und Technik .............................11
2.1 Grundlagen des anaeroben Abbauprozesses .............................................. 11
2.1.1 Einfluss von Prozessparametern ................................................................. 16
2.1.1.1 Einfluss der Temperatur ............................................................................... 17
2.1.1.2 Einfluss der Substratzusammensetzung ...................................................... 21
2.1.1.3 Einfluss der Verweilzeit und der Raumbelastung ......................................... 26
2.1.1.4 Einfluss des pH-Werts ................................................................................. 28
2.1.1.5 Einfluss der Durchmischung ........................................................................ 29
2.1.1.6 Einfluss hemmender und toxischer Substanzen .......................................... 30
2.1.2 Beteiligte obligat und fakultativ anaerobe Mikroorganismen ........................ 45
2.2 Anaerob-biologische Abbaubarkeit der organischen Substanz zur
Bestimmung des Biogaspotentials ............................................................... 47
2.3 Einfluss von Enzymen .................................................................................. 48
2.3.1 Grundlagen von enzymatischen Reaktionen ............................................... 48
2.3.2 Einfluss auf Kohlenhydrate .......................................................................... 58
2.3.3 Einfluss auf Proteine .................................................................................... 61
2.3.4 Einfluss auf Fette ......................................................................................... 62
2.3.5 Die Protease Papain .................................................................................... 65
2.3.6 Inhibitoren für Enzyme ................................................................................. 69
Die methanogenen Bakterien sind Substratspezialisten, die nur sehr wenige
Verbindungen umzusetzen vermögen. Molekularer Wasserstoff kann jedoch als
universelles Substrat Methanogener angesehen werden, und CO2 kann als C-Quelle
und terminaler Elektronenakzeptor dienen. Die Methanogenen benötigen H2 als
Elektronendonator und sind auch gegenüber höheren H2-Konzentrationen nicht
empfindlich.
Die Methanbakterien haben unterschiedliche Ansprüche (23), wie z. B.:
- mindestens 50 Mass.-% Wassergehalt
- streng anaerobe Bedingungen
- Lichtabschluss. Licht ist für sie zwar nicht tödlich, hemmt aber den Prozess.
2.1.1 Einfluss von Prozessparametern
Der größte Teil der im Anwendungsbereich verwendeten Biogasfermenter besteht
aus einem einstufigen, semikontinuierlich betriebenen System. Dabei wird dem
Fermenter in bestimmten Zeitabständen (z. B. einmal täglich) Frischsubstrat
zugeführt und gleichzeitig eine identische Menge vergorenen Substrats abgezogen
bzw. aus dem Fermenter verdrängt. Mit diesem Substrat werden aber auch im selben
Maße Bakterien aus dem Fermenter entfernt. Damit das System im Gleichgewicht
verbleibt, muss dafür gesorgt sein, dass die Zunahme der Bakterien durch das
Wachstum (Wachstumrate = µ) die Verluste duch den Abzug (Verdünnungsrate = D)
kompensiert, d. h. beide Größen müssen einander gleich sein (D = µ). Die
Wachstumrate ist bei einem kontinuierlichen System keine Konstante, sondern hängt
von der Substratkonzentration ab (16).
Stand von Wissenschaft und Technik 17
In einem solchen System können verschiedene Prozessgrößen beschrieben werden,
die den Abbauprozess und damit auch die Biogasproduktion beeinflussen. Im
Folgenden werden die wesentlichen Prozessparameter behandelt.
2.1.1.1 Einfluss der Temperatur
Grundsätzlich laufen chemische Reaktionen umso schneller ab, je höher die
Reaktionstemperatur ist. Die Reaktionsgeschwindigkeit chemischer Umsetzprozesse
steigt mit zunehmender Temperatur stark an. Diese Abhängigkeit gilt jedoch nur
bedingt für die biologischen Abbau- und Umsetzungsvorgänge, da ihre
Geschwindigkeit in hohem Maße ebenso durch Enzyme beinflusst wird (16), welche
abgesondert oder zugegeben werden können. Der Unterschied gegenüber
anorganischen chemischen Reaktionen besteht darin, dass der
Reaktionsgeschwindigkeit Grenzen durch die Temperaturempfindlichkeit dieser
Enzyme sowie der Bakterien gesetzt werden. Manche Enzyme werden bereits bei
Temperaturen von 40 bis 50 ⁰C irreversibel geschädigt. Nur wenige Enzyme sind bei
Temperaturen oberhalb von 60 ⁰C beständig (wie z. B. Papain). Die Zunahme der
Temperatur bewirkt also zunächst eine Steigerung der Umsatzrate, die jedoch nach
dem Überschreiten eines Maximums infolge der beginnenden temperaturbedingten
Inaktivierung der Enzyme wieder abnimmt (siehe Abb. 2.2 a) (16).
Bei den Bakterien ist die Lage des optimalen Temperaturbereiches
organismenspezifisch und kann je nach Organismenart unter 20 ⁰C bis über 80 ⁰C
betragen.
In der Literatur werden die Bakterien nach ihren unterschiedlichen
temperaturabhängigen Aktivitätsoptima in drei Gruppen eingeteilt. Diese drei
Gruppen entsprechen den nachfolgenden Temperaturbereichen (16), (24), (23), (21):
- psychrophiler Temperaturbereich (< 20 ⁰C)
- mesophiler Temperaturbereich (20-45 ⁰C)
- thermophiler Temperaturbereich (> 45 ⁰C)
Stand von Wissenschaft und Technik 18
Abb. 2.2: Abhängigkeit der relativen Methanproduktion von der Temperatur, a) bei Faulschlamm (16), b) bei verschiedenen Reinkulturen methanogener Bakterien (25)
Der größte Teil der Boden- und Wasserbakterien ist mesophil. Thermophile Bakterien
finden erst oberhalb von 45 ⁰C ihre optimale Temperatur vor, während die
psychrophilen Bakterien Temperaturen von unterhalb 20 ⁰C bevorzugen.
Die Methangärung findet in allen drei o. g. Temperaturbereichen statt, wobei
wiederum der Großteil aller bekannten Methanbakterien ihr Temperaturoptimum im
mesophilen Bereicht hat (16).
Der Einfluss der Temperatur auf die Aktivität der versäuernden Bakterien wurde
bisher wenig untersucht. Praktische Erfahrungen haben jedoch gezeigt, dass diese
Bakterien unempfindlich und flexibel auf die Umgebungstemperatur reagieren. Bei
einem zweistufigen Versuch zeigten sie in der Versäuerungsstufe zwei ausgeprägte
Temperaturoptima, zum einen im mesophilen Bereich bei 35 ⁰C und zum anderen im
thermophilen Bereich bei 48-55 ⁰C (26). Für den Betrieb zweistufiger Anlagen mit der
Hydrolyse und Versäuerung vorwiegend in der ersten Stufe sind jedoch weitere
Untersuchungen bezüglich der Temperaturoptima der versäuernden Bakterien
notwendig (24).
Im Vergleich zu versäuernden Bakterien sind Methanbakterien bedeutend
temperaturempfindlicher. Der Großteil aller bekannten Methanbakterien hat ihr
Temperaturoptimum im mesophilen Bereicht (16). Sie erreichen ihre maximale
Stoffwechselaktivität bei Temperaturen von 30 bis 40 ⁰C. Es wurden jedoch schon
Stand von Wissenschaft und Technik 19
thermophile und hochthermophile Methanbildner (z. B. Methanobakterium
thermoautotrophicum) mit Optimaltemperaturen jeweils zwischen 50-55 ⁰C und 65-
75 ⁰C isoliert (siehe Abb. 2.2 b), (27), (16).
Bei steigender Temperatur nimmt die Temperaturempfindlichkeit (besonders der
Methanbakterien) gegenüber Temperaturschwankungen zu, vor allem, wenn diese
kurzfristig auftreten und die Temperatur sinkt. Während im mesophilen Bereich
tägliche Schwankungen von 2-3 K um den Mittelwert noch verkraftet werden, sollten
sie im thermophilen Bereich nicht größer als 1 K sein (23).
Nach van Velsen (1981) ist der Cellulose- und Hemicelluloseabbau bei thermophilen
Temperaturen höher als bei mesophilen und psychrophilen Temperaturen. Nach
Schluz (1996) sind bei höheren Temperaturen die Abbaugeschwindigkeit und die
Gasproduktion höher, und die erforderliche Abbauzeit im Reaktor ist kürzer, wodurch
sich kleinere Reaktoren realisieren lassen. Allerdings ist der Methangehalt im Biogas
etwas niedriger. Nach Baserga (1984) sinkt der Methangehalt des Biogases mit
zunehmender Gärtemperatur aufgrund der sich verändernden CO2-Löslichkeit im
Substrat. In seinen Versuchen wurde z. B. bei 24 ⁰C ein um 5-8 Vol.-% höherer
Methangehalt gemessen als bei 36 ⁰C.
Obwohl im thermophilen Temperaturbereich ein schnellerer und zum Teil vermehrter
Stoffabbau stattfindet, werden die meisten Biogasanlagen bis auf wenige
Ausnahmen im mesophilen Temperaturbereich betrieben. Der Grund hierfür liegt
u. a. im erhöhten Prozessenergiebedarf thermophiler Anlagen (16), dessen Einfluss
auf die Nettoenergieausbeute und die Gesamtwirtschaftlichkeit der Anlagen negativ
sein könnte. Tab. 2.5 zeigt die Unterschiede zwischen mesophilem und
thermophilem Temperaturbereich.
Zusammenfassend kann gefolgert werden, dass für Praxisanlagen Gärtemperaturen
von 30 bis 32 ⁰C ausreichend sind, um in den Bereich maximaler Gasausbeuten zu
kommen, sofern die Verweilzeit mindestens 20 Tage beträgt. In welchem Bereich
hingegen die Optimaltemperatur bezüglich einer maximalen Nettoenergieausbeute
oder der Gesamtwirtschaftlichkeit einer Anlage liegt, hängt noch von einer Anzahl
Stand von Wissenschaft und Technik 20
weiterer Parameter wie z. B. den Gasverwertungsmöglichkeiten, den
Substrateigenschaften oder den baulichen Gegebenheiten ab und muss für jede
Einzelanlage an Ort und Stelle eruiert werden (16).
Tab. 2.5: Vergleich zwischen dem anaeroben Abbau im mesophilen und thermophilen Temperaturbereich (2), (16), (21), (23), (28)
Phosphor, P mg 10,00 22,00 8,00 22,00 20,00 13,88 15,97
Kalium, K mg 182,00 358,00 139,00 196,00 166,00 145,14 161,54
Natrium, Na mg 8,00 1,00 0,00 2,00 2,00 3,76 1,94
Zink, Zn mg 0,08 0,15 0,07 0,11 0,07 0,14 0,10
Kupfer, Cu mg 0,05 0,08 0,05 0,06 0,04 0,06 0,05
Mangan, Mn mg 0,04 0,27 0,01 0,04 0,02 0,02
Selen, Se µg 0,60 1,00 0,30 0,70 0,10 0,53 0,41
Fluorid, F µg 2,20 1,00
*Nährwerte und Gewichte sind von essbaren Anteilen
Substrate*
Nährstoff (in 100 g) Einheit
Verwendete Materialien und Methoden 105
Bei allen Früchten liegt der Proteingehalt im Bereich von 0,47 bis 1,30 Mass.-%.
Fette machen mit Werten zwischen 0,1 und 0,33 Mass.-% den geringsten Anteil aus,
während der Kohlenhydratgehalt im Bereich von ca. 8 bis 23 Mass.-% liegt. Wie
Marlett (1992) nachgewiesen hat, liegt der Ballaststoffgehalt der essbaren Fraktion
frischer Früchte zwischen 1 und 3 Mass.-%.
Die genannten Standardwerte der Nährstoffzusammensetzung sollen hier aber der
Orientierung dienen, da sie sich meistens auf Früchte ohne Schale bzw. Samen
beziehen und bei den in dieser Arbeit durchgeführten Gärversuchen alle Fruchtteile
vergärt wurden.
Wie in Tab. 7.2 bei Orangen und Limonen gezeigt wird, erhöhen Schalen und Samen
hauptsächlich den Gehalt an Ballaststoffen. Sie bestehen aus organischen
Verbindungen (Polysaccharide, Oligosaccharide, Lignin und ähnliche Substanzen),
welche im Wasser entweder löslich (wie Pektin, Inulin, Gummi und
Fructoligosaccharide) (147) oder unlöslich (wie Cellulose, Hemicellulose, Lignin und
resistente Stärke) sind. Nach Marlett (1992) beträgt die lösliche Faserfraktion von
Früchten im Durchschnitt 13 bis 20 Mass.-% der Ballaststoffe. Der Cellulosegehalt
liegt in etwa bei ≤ 33 Mass.-% der Ballaststoffe, während der von Hemicellulosen bei
25 bis 35 Mass.-% und der von Pektin zwischen 15 und 30 Mass.-% des
Ballaststoffgehalts liegt.
Gemäß USDA (2011) beträgt der Gehalt an Ballaststoffen in frischen Orangen mit
Schale ca. 4,5 Mass.-% (siehe Tab. 7.2) und ohne Schale 2,4 Mass.-%. In Orangen-
und Limonenschalen aber beträgt der Ballaststoffgehalt etwa 10,6 Mass.-%.
Nach Ross et al. (1985) ist der Pektingehalt in Orangen höher als in anderen
Früchten (Apfel, Pfirsich und Erdbeere). Nach Eisenbrand und Schreier (2006)
beträgt der Pektingehalt in frischen Orangen zwischen 0,5 und 3,5 Mass.-% und in
Zitrusschalen (aus Orangen und Zitronen) 30 Mass.-%. Nach May (1990) liegt der
Pektingehalt in Zitrusschalen etwa 20-30 Mass.- %.
In der industriellen Produktion wird Pektin hauptsächlich aus Zitrusfrüchten, in erster
Linie aus Zitronenschalen unter sauren Bedingungen bei pH-Werten zwischen 1,3
bis 3,0 und einer erhöhten Temperatur von 60-100 ⁰C extrahiert (160), (180).
Im Hinblick auf den Gehalt an Proteinen, Fetten und Kohlenhydraten wurden einige
spezifische verwendete Substrate mittels der in Tab. 7.7 aufgeführten Laboranalyse
charakterisiert. Die Ergebnisse sind in Tab. 7.3 dargestellt. Bei Zitrusmischung
Verwendete Materialien und Methoden 106
ähneln Proteine und Fette die jeweiligen durchschnittlichen theoretischen Werte von
USDA (2011), während der Kohlenhydratgehalt sich vom jeweiligen
durchschnittlichen theoretischen USDA-Wert unterscheidet (siehe Tab. 7.2). Dies
kann auf die gegenseitigen Einflüsse der verschiedenen Inhaltsstoffen der
gemischten Zitrusfrüchte zurückgeführt werden.
Tab. 7.3: Gehalt an Proteine, Fette und Kohlenhydrate spezifischer Substrate
Wie im Kap. 7.2.1 erwähnt, handelte es sich bei dem Abwasser aus der
Geflügelverpackungsanlage um ein fetthaltiges Material aus der schwimmenden
Schaumschicht der Kläranlage der Geflügelverarbeitungsfirma. Durch die
Laboranalyse konnte der hohe Gehalt an Fett in diesem Substrat bestätigt werden,
während Kohlenhydrate wie beim Rumensaft, nicht gefunden wurden. Dieser
Rumensaft war das Bioadditiv, das in den Reaktoren im Großmaßstab verwendet
wurde. Wie in Kap. 7.2.3 beschrieben wird, wurde der Rumensaft aufgrund des
größeren benötigten Volumens aus den Panseninhalten mehrerer, frisch
geschlachteter Rinder durch manuelles Auspressen und Sieben gewonnen, was die
faserigen Anteile zurückhielte. Die Abwesenheit von Kohlenhydraten in diesem
Substrat kann in der Zurückhaltung dieser Anteile liegen.
Bei Hühnermist liegen in der Literatur einige durchschnittliche
Nährstoffzusammensetzungen vor, die, obwohl sie nicht vollständig den gleichen
Verhältnissen (Nahrung, Zuchtart etc.) entsprechen, als Orientierungswerte
betrachtet werden können. Nach Damarys (2010) sind im Hühnermist 17,4 Mass.-%
an Proteinen, 1,3 Mass.-% an Fetten und 15,2 Mass.-% an Kohlenhydraten
vorhanden.
Bei den anderen verwendeten Abfallsubstrate aus der Hühnerproduktion wie
Geflügelbrutabfällen und Geflügelschlachtabwasser kann man sich ein Bild von den
vorhandenen Nährstoffe und deren Konzentrationen machen, wenn man sich die
Nährstoffe von rohem Hühnerfleisch betrachtet, weil diese durch den
Nährstoff (%) ZitrusmischungAbwasser aus der
Geflügelverpackungsanlage
Rumensaft
(gedruckt aus
Panseninhalt)
Proteine 1,02 3,67 0,38
Fette 0,68 27,15 0,09
Kohlenhydrate 3,86 Nicht gefunden Nicht gefunden
Verwendete Materialien und Methoden 107
Produktionsprozess in die Abfälle bzw. Abwässer gelangen. Nach Honikel (1994)
beträgt z. B. der Eiweißgehalt im Hähnchenfleisch etwa 20,6 Mass.-% und der
Fettgehalt ca. 3,1 Mass.-%. Nach Seuß-Baum (1998) ist der Gehalt an
Kohlenhydraten im Fleisch sehr gering (0,2 Mass.-%). Man kann demzufolge
erwarten, dass höhere Mengen an Eiweiß in den Geflügelbrutabfällen sowie im
Geflügelschlachtabwasser und Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage zu
finden sind. Allerdings kann der Gehalt an Fett bei den letzten zwei Substraten noch
höher liegen, da die Stichproben, wie oben beschrieben, jeweils im Fettabscheider
und in der schwimmenden, fetthaltigen Schaumschicht der Kläranlage genommen
wurden.
Zudem hat das Fleisch auch als Lieferant von Spurenelementen insbesondere von
Zink und Eisen eine große Bedeutung. Im Geflügelfleisch sind beispielweise ca. 2 mg
Eisen bzw. Zink/100 g Muskelfleisch enthalten (181), (182).
7.2.3 Verwendete Bioadditive
Gemäß der Zusammensetzungen augewählter Substrate, der wesentlichen
Prozessbedingungen (Anaerobmilieu und thermophiler Temperaturbereich) sowie
der wesentlichen Abbauprozesse jeder Anaerobphase wurden die verwendeten
Bioadditive zweckorientiert ausgewählt. Bei der Auswahl wurde angestrebt, dass
jedes Bioadditiv möglichst viele Wechselwirkungen mit mehreren Bestandteilen
(Proteine, Kohlenhydrate, Fette, Ballaststoffe etc.) der verwendeten Substrate in den
spezifischen Phasen des Anaerobprozesses aufweist. Allerdings sollte es sich nicht
um universelle Bioadditive handeln. Es sollte aber untersucht werden, ob sich die
kombinierte Wirkung der Bioadditive vorteilhaft (verstärkend) oder schädlich für den
Anaerobprozess herausstellt.
Entsprechend wurden die drei Hauptbioadditive Papain (P), Bacillus (B), Rumensaft
(R) sowie ihre Kombinationen PB, PR, BR und PBR als Bioadditive verwendet. Sie
wurden mit Ausnahme des Rumensafts für die Versuche der zweiten Phase im
Kleinmaßstab in den Durchstechflaschen ausgewählt. Rumensaft wurde ebenso in
den Versuchen im Großmaßstab der dritten Phase in den Reaktoren eingesetzt, da
er eine entscheidende Rolle bei der Biogaserzeugung in der zweiten Phase spielte,
wie im Kapitel 8 (Ergebnisse und Diskussion) behandelt wird. Die in den Kapiteln
2.3.5, 2.4 und 2.5 beschriebenen Eigenschaften der Hauptbioadditive sind in Tab.
7.4 zusammengefasst.
Verwendete Materialien und Methoden 108
Tab. 7.4: Zusammenfassung der allgemeinen Eigenschaften der verwendeten Bioadditive
Bioadditiv Eigenschaften Arbeitsbedingungen
Temperatur pH-Wert
Papain
- hauptsächlich als Cystein-Endopeptidase (EC 3.4.22): katalysiert die Hydrolyse der Peptidbindungen (109)
Wirkung auch als (112): - Esterase: katalysiert die Hydrolyse der Esterbindungen - Thioesterase (EC 3.1.2): katalysiert die Hydrolyse der Esterbindungen
an der Thiolgruppe
- Transesterase: katalysiert den Transfer einer Estergruppe von einem Molekül zu einem anderen
- Transamidase (EC 2.6.1): katalysiert den Transfer einer Amidgruppe von einem Molekül zu einem anderen
- relativ hitzebeständig
- optimaler Temperaturbereich:
60-70 ⁰C (112)
- 4,0-7,0 (maximale Wirkung) (112)
- < 2,8 (instabil und irreversible Inaktivierung) (112)
- 2,8 (kritisch) (112)
Bacillus subtilis
- aerobes und fakultativ anaerobes Bakterium (134)
- besitzt großes Arsenal an Glukan- und Proteinabbauenden Enzymen zum Abbau komplexer Polysaccharide und unverdaulicher Oligosaccharide von pflanzlichem Material (135)
- kann weder Glucose noch Lactose fermentieren (136). Es kann Glucose nur unter Anwesenheit von Nitrat als Elektronenakzeptor fermentieren (183)
- kann durch extrazelluläre Amylasen Stärke hydrolysieren (136)
- 40 ⁰C (optimales
Wachstum) (134)
- hitzeresistent (> 45
⁰C)
- saure und alkalische Bedingungen
Bacillus licheniformis
- Aerobes und fakultativ anaerobes Bakterium (183)
- kann Exoenzymen wie Proteasen oder Amylasen erzeugen (138)
- Abbau von unverdaulichen Federproteinen (Keratin) (137)
- kann Zucker in Abwesenheit von exogenen Elektronenakzeptor fermentieren (183)
- einige Stämme (NCIB 6346) können eine saure Fermentation von Glucose mit oder ohne Nitratanwesenheit zur Acetatproduktion durchführen. Dabei wird Ammonium und molekularer Stickstoff (durch sein Nitritreduktase-Enzym) produziert (183)
- > 45 ⁰C
- 50 ⁰C (optimales
Wachstum) (137)
- überlebt bei noch höheren Temperaturen
- saure und alkalische Bedingungen
Bacillus polymyxa
- aerobes und fakultativ anaerobes Bakterium (183)
- kann Casein, Pektin, Stärke (durch extrazelluläre Amylasen (136)) und Xylan (Bestanteil der Hemicellulose) hydrolysieren (143)
- produziert Gas (143). kann Glucose, Lactose, Glycerin fermentieren (136), (143)
- 25-35 ⁰C - saure
Bedingungen
Rumensaft
- anaerobe Bakterien (ca. 50 Mass.-% der Biomasse der Pansenflora) aller Phasen des Anaerobprozesses (1010 bis 1011 Bakterien/ml); wichtigste celluloseauflösende Bakterien: Ruminococcus flavefaciens, Ruminococcus albus und Fibrobacter succinogenes
wichtige hemicelluloseabbauende Bakterien: Butyrivibrio fibrisolvens, Lachnospira multiparus und Bacteroides ruminícola
- Protozoen (ca. 40-50 Mass.-% der Biomasse) Wimperntierchen (105-108/ml) und Geißeltierchen (103-104/ml) bauen Eiweiße und leicht abbaubare Kohlenhydrate ab und verhindern so Azidoze wegen zu hoher Menge an organischen Säuren; können toxische Pflanzeninhaltsstoffe und Schwermetalle abbauen oder binden; regulieren die Bakterienpopulation
- Pilze (ca. 5-10 Mass.-% der Biomasse) verwerten in geringem Ausmaß lösliche Kohlenhydrate und Proteine und bilden langkettige Fettsäuren; hydrolysieren Esterbindungen zwischen Lignin und Hemicellulosen oder Cellulosen; lösen Lignin auf
- Archaea (3 % Mass.-% der Biomasse) bilden CH4 aus CO2 und H2 und verhindern eine übermäßige Bildung von Ethanol und Milchsäure
- Viren (Anzahl unbekannt) regulieren auch die Bakterienpopulation (mikrobielles Recycling)
- 39-41 ⁰C - 5,5-7,0
Verwendete Materialien und Methoden 109
Die Erstellung bzw. Gewinnung der Bioadditive wird im Folgenden beschrieben:
Bei dem verwendeten Papain handelte es sich um eine im Labor hergestellte
Grundlösung von kommerziellem Papain und destilliertem Wasser mit einer
Konzentration von 200 mg/l, bei Bacillus um eine Grundlösung vom Bacillus-Pulver
WA3 der Firma „AliBio S.A. de C.V.“ und destilliertem Wasser mit einer Konzentration
von 10 mg/l. Im Bacillus-Pulver waren Bacillus licheniformis, Bacillus polimyxa und
Bacillus subtilis enthalten.
Der Rumensaft für die Versuche im Kleinmaßstab wurde direkt von einer Kuh des
Viehhofs der Fakultät für Veterinärmedizin der UADY durch eine auf ihren Bauch
mehrere Jahre zuvor angepasste Fistel übernommen (siehe Abb. 7.2).
Die Kuh wurde nur mit frischem Gras und Wasser und nicht später als acht Stunden
vor den Probenahmen gefüttert.
Abb. 7.2: Gewinnung der Rumensaftproben
Die Probe des Rumensafts wurde in einem sterilisierten Kunstoffcontainer
gesammelt und ins Labor der FI-UADY transportiert. Anschließend wurde der Saft
durch ein Haussieb abgetropft, um Fasern und Feststoffe zu entfernen, und in einem
Inkubatorschrank bei ca. 35-37 ⁰C bis zu seinem Einsatz aufbewahrt.
Der Rumensaft für die Versuche im Großmaßstab in den Reaktoren wurde aufgrund
des größeren benötigten Volumens aus den Panseninhalten mehrerer, im
Schlachthof der o. g. Fakultät frisch geschlachteter gesunder Rinder durch manuelles
Auspressen und Sieben gewonnen. Für seinen Transport ins Labor der FI-UADY
wurden sterilisierte Kunstoffcontainer verwendet. Anschließend wurde er in
spezifisch berechneten Mengen frisch und direkt in die Reaktoren als Impfmaterial
beim Anfahrprozess eingebracht.
Verwendete Materialien und Methoden 110
7.2.4 Verwendete Reaktoren
7.2.4.1 Reaktoren im Kleinmaßstab (Durchstechflaschen)
Als Fermenter im Kleinmaßstab kamen Durchstechflaschen mit einem Volumen von
125 ml zum Einsatz. Zu ihrer Abdichtung wurden ein Septum und ein Aluminiumring
eingesetzt. Zur Biogasentnahme und -Messung wurden sterilisierte Glasspritzen mit
5 ml (BD Yale, Dickinson Ind. Quirúrgicas, Brasil) mit Hilfe eines „in stopper“ am
Septum (siehe Abb. 7.3) verwendet. Dieses Hilfsmittel sollte die Anzahl der
Injektionen zur Biogasentnahme optimieren. Zur Abdichtung wurde Epoxidharz mit
Zugabe eines Härters eingesetzt. Um die Temperaturbedingungen und die
Durchmischung einzustellen, wurde ein Schüttelinkubator (Hersteller New Brunswick
Scientific Co. Inc., Edison, N.J. USA) verwendet, wo die Flaschen plaziert wurden.
Abb. 7.3: Inkubation der Reaktoren im Schüttelinkubator
7.2.4.2 Reaktoren im Großmaßstab
Für die Versuchsphase im Großmaßstab wurden Stahlblechreaktoren mit einem
Volumen von 25 l bei thermophiler Temperatur (55 ⁰C) und einer mechanischen
kontinuierlichen Durchmischung von 30 1/min verwendet.
Bei den Stahlblechreaktoren handelte es sich um 15 Reaktoren, die im Rahmen
dieser Forschungsarbeit entworfen, konstruiert und gebaut wurden. Jeder Reaktor
wurde mit einem Durchmesser von 30 cm und einer Höhe von 70 cm mit drei Füßen
konzipiert (siehe Abb. 7.4 a und b). Die oberen 30 cm wurden zylinderförmig und die
unteren 20 cm konisch ausgebildet und mit einem Absperrhahn versehen, um die
spätere Schlammentnahme zu erleichtern. Auf dem Deckelblech wurden jeweils vier
Verwendete Materialien und Methoden 111
Kupferrohrbügel als Heizelemente (Innendurchmesser 10 mm) angeordnet, die bis in
den konischen Bereich des Reaktors reichten. Im Rahmen dieser Studie wurde
jedoch nur einer der vier Bügel als Heizelement genutzt. Dieser beinhaltete ein
elektrisches Heizelement. Die anderen drei wurden für den späteren Anschluss von
Heißwasserleitungen geplant, so dass jeder Reaktor auch z. B. mit über
Solarkollektoren erwärmtem Wasser im weiteren Verlauf der Forschungstätigkeiten
beheizt werden könnte.
Des Weiteren befinden sich auf dem Deckelblech jeweils ein verschließbarer
Einfüllstutzen (Durchmesser 5 cm) zur Substratbeschickung, ein Gasauslassstutzen
und ein Rührwerksmotor mit Propellergestänge und zwei Flügeln im Innenraum des
Reaktors (siehe Abb. 7.4 a).
Abb. 7.4: a) Schematischer Aufbau des Reaktors, b) Foto des gebauten Reaktors
Die Temperatur der Reaktoren wurde über einen Temperatursensor im zentralen
Reaktor gemessen. Temperatur und Rührwerksgeschwindigkeit wurden von zwei
zentralen Kontrollschränken, bestückt mit Thermostaten und Stromtransformatoren,
gesteuert. Die Messung und Sammlung des Biogases in jedem Reaktor erfolgte
jeweils über einen Gaszähler und einen mit Aluminium beschichteten Gasbeutel
(siehe Abb. 7.5 a). Die Gasentnahme erfolgte über einen Auslassstutzen, an dem der
a) b) a) b)
Kuferrohr für Heißwasserleitung
Schlammauslasshahn
Verwendete Materialien und Methoden 112
Gaszähler angebracht wurde. Dabei strömte das erzeugte Biogas in ein
Plexiglasgefäß, das mit einer Flüssigkeit (Silikonöl) gefüllt war, und hob dort einen
Schwimmer an. Der Schwimmer löste nach einer definierten Hubstrecke (das hier auf
ein Gasvolumen von 50 ml kalibriert wurde) einen Kontakt aus und drehte so das
Zählwerk um eins weiter. Die Anzahl der Kontakte, die auf der Anzeige
wiedergegeben wurde, multipliziert mit 50 ml, ergab das erzeugte Biogasvolumen.
Zum Schutz des Gaszählers und seiner Elektrik vor der Witterung wurde er in einer
wasserdichten Kunststoffbox direkt neben dem Reaktor untergebracht (siehe Abb.
7.5 b und c). Die Gaszähler stammten von der TU München.
Um die elektrischen Installationen auf dem Deckelblech jedes Reaktors gegen die
Witterung, d. h. Regenfälle und Morgentau, zu schützen, wurden Zinkblechwannen
als leicht abnehmbare „Deckel“ auf die Reaktoren aufgesetzt (siehe Abb. 7.9).
Abb. 7.5: a) Gaszähler und -beutel, b) Reaktor mit Gaszählerbox, c) Gaszähler im Gaszählerbox
b)
c) a)
Verwendete Materialien und Methoden 113
7.3 Verwendete Methoden
7.3.1 Verwendete Methoden bei den Reaktoren im Kleinmaßstab
Wie in Kapitel 7.2.3 beschrieben, bestand das Untersuchungsziel dieses
Versuchsaufbaues darin, einen einstufigen Vergärungsprozeß durch verschiedene
Sonderfaktoren (Bioadditive) phasenspezifisch zu beeinflussen. So sollten das
Enzym Papain und die drei Bacillus Spezies hauptsächlich die Hydrolyse
beeinflussen. Die Mikroorganismen des Rumensaftes sollten aufgrund ihrer
vielfältigen Fähigkeiten alle vier Phasen des Prozesses beeinflussen (siehe Abb.
7.6).
Abb. 7.6: Einflussbereiche der geplanten Maßnahmen
7.3.1.1 Versuchsanordnung
Eine Übersicht der Anordnung der Gärversuche der zweiten Phase stellt Abb. 7.7
dar. Es handelte sich um Batchversuche in o. g. Durchstechflaschen von 125 ml bei
thermophilen Temperaturen (55 ⁰C). Es wurden drei Ansätze pro Mischprobe
gefahren, um den experimentellen Fehler zu reduzieren, die Zuverlässigkeit zu
erhöhen und repräsentative Ergebnisse zu erhalten.
In jeder Flasche wurden 100 ml für das zu vergärende Substrat und 25 ml als
„Headspace“ für das Biogas vorgesehen. Es wurden drei verschiedene
Raumbelastungen (3, 6 und 9 g oTS/l) in den Flaschen untersucht.
Acetogenese Hydrolyse Acidogenese Methanogenese
Enzym (Papain)
Mikroorganismen (Bacillus Spezies)
Mikroorganismen vom Rumensaft
Kohlenhydrate
Proteine
Fette
Zucker
Aminosäuren
Kohlensäure
und Alkohole
Wasserstoff Kohlendioxid und Ammonium
Wasserstoff Essigsäure und
Kohlendioxid
Methan Kohlendioxid
Fettsäuren
Verwendete Materialien und Methoden 114
Abb. 7.7: Zweite Phase: Batchversuche im Kleinmaßstab in Durchstechflaschen von 125 ml
7.3.1.2 Erstellung der Mischproben in den Durchstechflaschen
Bei der in Kap. 7.2.2 erwähnten Charakterisierung wurde der oTS-Gehalt jedes
Substrats ermittelt. Die eingesetzten Frischsubstratmengen, die zur Einstellung der in
100 ml Füllvolumen untersuchten Raumbelastungen verwendet wurden, wurden
anhand der oTS-Gehalte der Substrate errechnet und werden in Tab. 7.5 dargestellt.
Die Erstellung der Mischproben erfolgte, wie Tab. 7.6 zeigt. Die
Frischsubstratmengen wurden in die Flaschen gefüllt und mit destilliertem Wasser
zuerst auf 80 ml verdünnt. Die übrigen 20 ml wurden für die einzelnen oder
kombinierten Bioadditive bzw. nur für destilliertes Wasser (bei den Blindproben, KTL)
verwendet. Jeweils 6,67 ml wurden von einem, zwei oder drei der Hauptbioadditive
zu den verdünnten Substraten in jeder Flasche zugegeben.
Anschließend wurden je nach Versuchsandordnung (Zugabe von einem oder zwei
Bioadditiven) die Flaschen mit 13,34 ml bzw. 6,67 ml destilliertem Wasser aufgefüllt,
so dass das Füllvolumen 100 ml entsprach und damit die zu untersuchenden
Raumbelastungen jeweils eingestellt wurden. Zu den Blindproben wurde
dementsprechend lediglich 20 ml destilliertes Wasser zugegeben.
Geflügel-
brutabfälle
1
2
3
4
5
6
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8
1
2
3
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5
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8
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2
3
4
5
6
7
8
Geflügel-
schlacht-
abwasser
Abwasser aus
Geflügel-
verpackungen
Legende
1= Blindprobe (Kontrolle) = KTL
2= S + Papain = P
3= S + Bacillus Spezies = B
4= S + Rumensaft = R
5= S + P + B = PB
6= S + P + R = PR
7= S + B + R = BR
8= S + P + B + R = PBR
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abfälle
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abfälleZitrusmischung Hühnermist
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6
7
8
3 g
oT
S/l
6 g
oT
S/l
9 g
oT
S/l
Substrate (S):
2. Phase:
Batchversuche im
Kleinmaßstab in
Durchstechflaschen von
125 ml bei thermophilen
Temperaturen (55 ⁰ C)
in Dreifachbestimmung
Verwendete Materialien und Methoden 115
Tab. 7.5: Zusammensetzung und Mengen der verwendeten Substrate
- Zweifaktorielle Varianzanalyse (ANOVA) mit festen Effekten und Interaktion
Post-hoc Analysen: - Mehrfachvergleiche
und paarweise Vergleiche für die zwei Faktoren nach den Kontrastesten : LSD („Least Significant Difference“) SNK-Test („Student-Newman-Keuls-Test“) und Duncan-Test.
- Geflügel-schlachtabwasser
- Abwasser aus der Geflügelverpackungs-anlage
- Kruskal-Wallis-Test für die zwei Faktoren
3. Phase (Großmaßstab)
- Papayaabfälle - Bananenabfälle - Zitrusmischung - Abwasser aus der
Geflügelverpackungs-anlage
- Vorzeichentest
- Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test
Post-hoc Analyse
Als Post-hoc-Analyse wird eine multiple Vergleichstechnik bezeichent. Damit wird
eine Suche in den Daten nach „Patterns“ durchgeführt, die nicht a priori angegeben
wurden sondern erst nach Abschluss des Experimentes festgelegt werden.
Ansonsten würden diese „Patterns“ undetektiert bleiben. Post-Hoc-Tests erweitern
stark den betrachteten Bereich und die Fähigkeiten von Methoden, die bei
Sondierungsforschung angewandt werden können. Sie verstärken die Induktion
durch die Limitierung der Wahrscheinlichkeit, dass scheinbar signifikante Effekte
zwischen den Untergruppen der Population entdeckt werden, ohne daß diese
tatsächlich existieren (198).
Wie Tab. 7.8 zeigt, wurden der LSD-Test („Least Significant Difference“), der SNK-
Test („Student-Newman-Keuls-Test“) und der Duncan-Test als Post-hoc Tests
verwendet.
Verwendete Materialien und Methoden 124
Der LSD-Test ist die von Fischer im Jahr 1935 entwickelte paarweise
Vergleichtechnik. Sie kann nur dann verwendet werden, wenn die Prüfgröße F von
ANOVA signifikant ist. Die Hauptidee des LSD-Tests ist es, die kleinste signifikante
Differenz (LSD) zwischen zwei beliebigen Mittelwerten zu berechnen und jede
Differenz größer als die LSD als signifikant zu stellen (197).
Der SNK-Test basiert auf einem schrittweisen oder Schicht-Ansatz zur
Signifikanzuntersuchung. Mittelwerte der Stichproben werden der Größe nach
angeordnet. Unterschiede zwischen den Schichten werden nach Signifikanzen bei
einem bestimmten α geprüft. Der SNK-Test erfordert gleiche Stichprobeanzahl (199).
Der Duncan Test ist eine Variante des SNK-Tests. Er verwendet zunehmende
Alphaebenen, um die kritischen Werte in jedem Schritt des SNK-Tests zu berechnen.
Er wird ebenso als eine Modifikation zur größeren „Power“ des SNK-Tests
bezeichnet. Der Ducan-Test ist besonders sicher gegen falsch-negative (Typ II)
Fehler auf Kosten, ein größeres Risiko von falsch-positiven (Typ I) Fehlern zu
haben (200).
7.3.4.2 Nichtparametrische Methoden
Die nichtparametrischen oder parameterfreien Methoden (der nichtparametrischen
Statistik) sind mathematische Prozeduren zum Testen statistischer Hypothesen.
Anders als parametrische Tests machen sie keine Annahmen über die
Wahrscheinlichkeitsverteilung der untersuchten Variablen und sind deswegen auch
anwendbar, wenn die bei vielen statistischen Aussagen notwendigen
Verteilungsvoraussetzungen nicht erfüllt sind (201). Diese Methoden sind robust,
besitzen aber eine geringere Teststärke (196).
Wie Tab. 7.8 zeigt, wurden von den nicht parametrischen Methoden bei den
Versuchen im Kleinmaßstab der Kruskal-Wallis-Test und im Großmaßstab der
Vorzeichentest sowie zur Bestätigung, der Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test
durgeführt.
Der Kruskal-Wallis-Test vergleicht die Lage von mehr als zwei Gruppen
unabhängiger Stichproben. So wird im Rahmen einer Varianzanalyse getestet, ob
Verwendete Materialien und Methoden 125
unabhängige Stichproben (Gruppen oder Messreihen) hinsichtlich einer
ordinalskalierten Variable einer gemeinsamen Population entstammen. Der Test
dieser Hypothese basiert auf Rangplatzsummen (202). Als Prüfgröße des Kruskal-
Wallis-Tests wird ein sogenannter H-Wert berechnet (203).
Der Vorzeichentest ist ein Binomialtest (Rinne, H. (2003) und Voß, W. (2000) zit.
nach (204)). Mit seiner Hilfe lassen sich Verteilungshypothesen in Ein- und
Zweistichprobenproblemen testen. Der Vorzeichentest ist auch dann einsetzbar,
wenn ein ordinales Datenniveau vorliegt (Hartun, J Voß. (1991), Voß, W. (2000) zit.
nach (204)).
Der Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test vergleicht die Lage zweier abhängiger
Stichproben (bspw. Paarvergleiche). Er prüft anhand zweier gepaarter Stichproben
die Gleichheit der zentralen Tendenzen der zugrundeliegenden (verbundenen)
Grundgesamtheiten. Im Anwendungsbereich ergänzt er den Vorzeichentest, da er
nicht nur die Richtung (d. h. das Vorzeichen) der Differenzen, sondern auch die Höhe
der Differenzen zwischen zwei gepaarten Stichproben berücksichtigt (Botz, J. (2008)
zit. nach (205)). Nach Visauta (1997) zit. nach (206) ist er daher stärker als der
Vorzeichentest.
In dieser Arbeit wurden die statistischen Analyse sowohl mit der Software
Statgraphics Plus, Version 5.1, als auch mit der Software SPSS, Version 17,
durchgeführt.
Abb. 7.10 zeigt das Prozessschema, das bei den Versuchen zur statistischen
Analyse der Biogasergebnisse angewandt wurde. Wie oben beschrieben, ergeben
sich durch parametrische Methoden nach Erfüllung bestimmter Voraussetzungen in
aller Regel genauere und präzisere Schätzungen. Daher wurde als
Ausgangssituation versucht, die Rohdaten (ohne statistische Transformationen) der
Biogasmengen mit den parametrischen Methoden zu analysieren. Dabei sollten die
Unabhängigkeit der Messprobenreihen (auch Beobachtungen), die Normalverteilung
und die Gleichheit der Varianzen (auch Varianzhomogenität oder Homokedastizität)
als Voraussetzungen für den Vergleich der Mittelwerte erfüllt werden. Die
Unabhängigkeit der Beobachtungen kann man zwar bei entsprechend methodischer
Verwendete Materialien und Methoden 126
Umsicht bei der Versuchsplanung annehmen, ob diese Annahme erfüllt ist, lässt sich
jedoch nicht statistich prüfen (207).
Die Mittelwerte wurden in beiden Versuchsmaßstäben mit den „gesunden“ Werten
(ohne signifikante Ausreißer) der jeweiligen Triplikate berechnet.
Abb. 7.10: Prozessschema zur Entscheidung der statistischen Analysen
7.3.4.3 Allgemeines zu den Versuchen im Kleinmaßstab
Da es sich bei den Versuchen im Kleinmaßstab um getrennte unabhängige
Batchversuche handelte, die daher von Anfang an jeweils nur eine bestimmte oTS-
Konzentration vom Substrat mit oder ohne Bioadditive und ohne Einfluss einer
Substratzugabe hatten, wurde damit die Voraussetzung der Unabhängigkeit der
Proben erfüllt. Die Normalverteilung, die Gleichheit der Varianzen sowie die
Identifizierung der Ausreißer (atypische Werte) wurden anhand der Residuen des
oben dargestellten ANOVA Models A überprüft. Die Residuen sind in der Regel die
Abweichungen zwischen den gemessenen und den durch das Modell angepassten
Werten. Die signifikanten Ausreißer wurden durch studentisierte Residuen
identifiziert. Nach der Software Statgraphics sollten nicht signifikante
Residuenausreißer im Bereich von - 3 bis + 3 liegen. Werte mit Residuen > abs(3)
wurden dann abgelehnt und nicht berücksichtigt. Wie die Abb. 7.10 weiter zeigt,
Parametrische
Methode?
ANOVA
Normalverteilungder Residuen?
Gleicheit der Varianzen?
Unabhängikeitder Messproben?
Transformationder
Zielvariable
Post-Hoc Analysen
Unabhängikeitder Messproben?
-Vorzeichentest
- Wilcoxon-
Vorzeichen-Rang-Test
Anzahl der
Messproben
AndereTeste (nichtnötig hier)
AndereTeste (nichtnötig hier)
JaNein
Ja
Ja
Nein
Nein
Nein
Ja
Nein
Ja
≥ 3 = 2
SignifikanteAusreißer in
den Residuen?
Eliminierungder Ausreißer in den Daten
Nein
Ja
Modell A
verletzt?
1
1
SignifikanteAusreißer in den Daten?
Eliminierungder Ausreißer in den Daten
Start
Nein
Ja
Ja
Nein
AndereTeste (nichtnötig hier)
Verwendete Materialien und Methoden 127
wurde die Zielvariable transformiert, wenn die Voraussetzungen der ANOVA nicht
erfüllt waren.
In der Statistik bezieht sich eine Datentransformation auf die Anwendung einer
deterministischen mathematischen Funktion zu jedem Punkt in einem Datensatz,
d. h. jeder Datenpunkt zi ist mit dem transformierten Wert yi = f(zi) ersetzt, wobei f
eine Funktion ist. Transformationen werden in der Regel angewendet, damit die
Daten die Annahmen eines anzuwendenden statistischen Inferenzverfahrens
genauer zu erfüllen scheinen oder um die Interpretierbarkeit oder das Aussehen der
Grafiken zu verbessern (208).
Die logarithmische Funktion mit Box-Cox Optimierung war die für die
Biogasgesamtmengen der meisten Substrate eingesetzte Transformation, mit der die
Anforderungen der ANOVA am besten erfüllt wurden. Wurden dagegen diese
Anforderungen trotz der Ablehnung der Ausreißer und der Transformationen nicht
erfüllt, wurden nicht parametrische Methoden angewandt. Wie Tab. 7.8 darstellt, war
dies bei der Betrachtung der produzierten Biogasgesamtmengen der Substrate
Geflügelschlachtabwasser und Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage der
Fall.
7.3.4.4 Allgemeines zu den Versuchen im Großmaßstab
Bei den Versuchen im Kleinmaßstab wurde durch statistische Analysen nach
signifikanten Differenzen zwischen den produzierten Biogasgesamtmengen, die aus
der Verwendung verschiedener Bioadditive in einem Substrat resultierten, gesucht.
Im Gegensatz dazu wurden die o. g. Analysen bei den Versuchen im Großmaßstab
zur Identifikation signifikanter Differenzen zwischen den Biogasmengen als Folge der
bei einem Substrat unterschiedlichen zugeführten Substratmengen und damit
unterschiedlichen Raumbelastungen und eingesetzten Zuführrhythmen durchgeführt.
Ein Vergleich der erzeugten Biogasmengen der unterschiedlichen Substrate war für
die vorliegende Arbeit nicht relevant, da es sich nicht um die Suche nach dem
optimalen Substrat handelt, sondern nach einem bei jedem Substrat möglichst
optimalen Gärverfahren.
Wie in Kapitel 7.3.2.2 beschrieben, handelte es sich bei jedem dreifachen Versuch
um ein halbkontinuierliches Verfahren, dem wöchentlich oder nach einer bestimmten
Verwendete Materialien und Methoden 128
Zeit und in Abhängigkeit der erzeugten Biogasmenge die gleiche oder ggf. eine neue
Substratmenge zugeführt wurde damit eine neue Raumbelastung erfolgte. Die so auf
die Biogasmengen sich ergebenden Einflüsse der eingesetzten Substratmengen und
damit der Raumbelastungen können bei jedem Substrat nicht im Einzelnen
betrachtet werden, weil am Ende des Versuches der Einfluss der letzten
verwendeten Substratmenge mit den Einflüssen der vorhergehenden eingesetzten
Substratmengen verbunden war. Somit konnte die bei parametrischen Methoden
etablierte Voraussetzung der Unabhängigkeit bei allen Teilversuchen, die bei
unterschiedlichen Raumbelastungen durchgeführt wurden, nicht gewährleistet bzw.
erfüllt werden. Deshalb wurden hier unterschiedliche nichtparametrische Methoden
verwendet, wie die Tab. 7.8 darstellt. Vor den entsprechenden Analysen wurden bei
den Ergebnissen der Biogasmengen die Ausreißer (atypische Werte) nach
bestimmten statistischen Verfahren identifiziert und bei den Analysen nicht
berücksichtigt.
Die Identifizierung der signifikanten Ausreißer wurde mit den Methoden der
standardisierten Schiefe („Skewness“) und der standisierten Wölbung (Kurtosis)
sowie nach Dixon Test durchgeführt. Gemäß dieser Verfahren soll bei nicht
signifikanten Ausreißern die Beziehung - 2 < standardisierte Schiefe und
standardisierte Wölbung > + 2 eingehalten werden. Der Dixon Test ist ein
Ausreißertest für normalverteilte Daten, der besonders einfach anzuwenden ist.
Dieser Test eignet sich hervorragend für kleinere Stichprobenumfänge (< 30 Proben)
(209) und wurde hier hauptsächlich zur Bestätigung verwendet.
Ergebnisse und Diskussion 129
8 Ergebnisse und Diskussion
Aufgrund des großen Umfangs der Versuchsergebnisse werden im Folgenden nur
die wesentlichen Ergebnisse der Versuche mit Papaya- und Bananenabfällen sowohl
aus den Versuchen im Kleinmaßstab als auch aus denen im Großmaßstab
behandelt. Weitere Ergebnisse dieser sowie weiterer Substrate sind im Anhang
aufgeführt.
8.1 Ergebnisse der Versuche im Kleinmaßstab
Die Ergebnisse dieser Reaktoren entsprechen denen der Batchversuche, wobei acht
Varianten (drei Hauptbioadditive und ihre Kombinationen und eine Blindprobe als
Kontrolle ohne Bioadditiv) sowie drei Raumbelastungen (3, 6, 9 g oTS/l) getestet
wurden (siehe Kap. 7.2.3, 7.2.4.1 und 7.3.1). Wie in Kap. 7.3.1 beschrieben wurde,
wurden die Experimente bei thermophilen Temperaturen mit einer konstanten
Durchmischung von 30 1/min durchgeführt. Jeder Versuch wurde dreifach (Triplikate)
durchgeführt, bis keine signifikante Steigerung der Biogasproduktion mehr stattfand.
Dadurch entstanden je nach Substrat unterschiedliche Versuchsdauern.
8.1.1 Ergebnisse der Versuche mit Papayaabfällen als Substrat
8.1.1.1 Anorganische und organische Prozess- und Bewertungsparameter
Wie in Kap. 2.1.1.2 erwähnt, ist die Substratzusammensetzung die maßgebende
Ausgangsgröße für die Biogasproduktion. Die Zusammensetzung der entstehenden
Stoffwechselprodukte ist unmittelbar mit der Zusammensetzung des Substrats
verknüpft (24). Ebenso ist für die Mikroorganismen der Anteil an organischen und
anorganischen Stoffen sowie an Spurenelementen von wichtiger Bedeutung. Eine
Übersicht des Gehalts an organischen Stoffen wie Proteinen, Fetten und
Kohlenhydraten der verwendeten Papaya ist in Tab. 7.2 dargestellt. Kohlenhydrate
sind mit rund 11 Mass.-% nach Wasser ein Hauptbestandteil von Papaya. Der Gehalt
an Ballaststoffen (1,7 Mass.-%) ist höher als der an Protein (0,47 Mass.-%) und Fett
(0,26 Mass.-%). Der theoretische Feststoffgehalt (TS) liegt bei 12 Mass.-%. Im
Rahmen der Versuche wurde jedoch ein TS-Gehalt von 8,83 Mass.-% ermittelt (siehe
Tab. 7.1), was auf den höheren Wassergehalt (91,17 Mass.- %) der verwendeten
Papayas zurückzuführen ist. Wie in Kap. 2.1.1.2 beschrieben, sollte der TS-Gehalt
Ergebnisse und Diskussion 130
nach Inden (1977) und Kapp (1984) zit. nach Dauber (1993), sowie nach Kleemann
und Meliß (1993), bei einem Gehalt von 10 Mass.-% liegen. Dieser Wert kann durch
Zugabe von Wasser (21) oder Eindickung eingestellt werden. Wie Tab. 7.5 zeigt,
wurde die maximale Menge an frischer Papaya (bei 9 g oTS/l) von 11,14 g mit
8,83 % TS-Gehalt eingesetzt. Durch die mit destilliertem Wasser eingestellte
Raumbelastung wurde ein TS-Gehalt von ((0,01114 kg x 8,83 % / ρ = 1,028 kg/l) /
0,1 l Füllvolumen) x 100 = 0,96 % erreicht. Somit überschritten weder dieser TS-
Gehalt noch die TS-Gehalte der anderen Versuche mit geringeren Raumbelastungen
(3 und 6 g oTS /l) den Grenzwert von 10 Mass.-%.
Es ist bekannt, dass die Biogasmenge nicht nur von der TS- oder Raumbelastung,
sondern auch von der internen Nährstoffbilanz des vergärenden Substrats abhängt.
Beim Mindestnährstoffverhältnis für die anaerob belebte Biomasse wird der
organische Anteil bzw. der Kohlenstoffanteil als CSB und der anorganische Anteil als
Stickstoff und Phosphor bezeichnet. Für ein kohlenhydrathaltiges Substrat wie
Papaya sollte das Nährstoffverhältnis CSB:N:P, wie in Kapitel 2.1.1.2 beschrieben
wurde, im Bereich von 300:5:1 liegen (15). Nach Beendigung des Versuchs wurden
daher die jeweiligen Parameter CSB, N, P und die im Substrat verbleibende oTS-
Menge als diejenigen Parameter ermittelt, die die intern wichtigsten Bedingungen
bestimmten und auch in deren Abhängigkeit die Biogasmenge produziert wurde.
Aufgrund des großen Umfangs der Proben aller untersuchten Raumbelastungen
wurden nur die Mischproben der mittleren verwendeten Raumbelastung (6 g oTS/l)
nach der Vergärung zur Auswertung ausgewählt. Damit kann eine allgemeine
Übersicht sowohl der Verhältnisse beim Anfahren der Versuche dieser Mischproben
als auch beim Anfahren und nach der Vergärung der Mischproben weiterer
Raumbelastungen (3 und 9 g oTS/l) erstellt werden. In der Tab. 8.1 sind sowohl die
chemisch-physikalischen organischen und anorganischen Summenparameter, das
interne Nährstoffverhältnis, die verbleibende organische Substanz sowie ihr Abbau
als auch die erzeugte Biogasmenge jeder Mischprobe der Raumbelastung von
6 g oTS/l aufgeführt.
Die Mischproben hatten einen CSB von ca. 10.300 bis etwa 14.300 mg/l, einen
Gesamtstickstoff von ca. 130 bis 220 mg/l und einen Phosphorgehalt < 15 mg/l.
Das gewünschte Nährstoffverhältnis war am Ende der Versuche in allen
Mischproben der Papayaabfälle gegeben. Daher kann angenommen werden, dass
Ergebnisse und Diskussion 131
auch beim Anfahren dieser Versuche sowie beim Anfahren und nach der Vergärung
der Versuche mit Papayaafällen bei den anderen Raumbelastungen (3 und
9 g oTS/l) kein Mangel an diesen Nährstoffen bei der anaeroben Vergärung bestand.
Tab. 8.1: Chemisch-physikalische Parameter, Nährstoffverhältnis und oTS-Abbau nach der Vergärung von Papayaabfällen mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen mit und ohne Bioadditive (Mittelwerte)
Der im Vergleich zu Kohlenhydraten niedrige Gehalt an Proteinen in Papaya ergibt
sich durch einen niedrigen Gesamtstickstoff-Gehalt von ca. 1,5 g/kg in frischem
Substrat (siehe Tab. 7.1). Wäre der gesamte Stickstoffgehalt durch Ammonifikation
(Umwandlung in Ammoniak und Ammonium) rein theoretisch in nur NH4+-N
umgewandelt worden, betrüge der sich ergebende Ammoniumstickstoff jeweils
131,73 mg/l bzw. 222,67 mg/l bei der KTL und der Mischprobe mit dem höchsten
Stickstoffgehalt (PBR). Wie in Kap. 2.1.1.6 beschrieben wurde, hängt nach Kroiss
(1986) und Koster und Lettinga (1983) die Hemmschwelle der NH4+-N-Konzentration
vom pH-Wert und der Temperatur ab. Bei einem pH-Wert von 7,0 und einer
Temperatur von 38⁰ C liegt die Hemmschwelle bei einer NH4+-N-Konzentration von
ca. 4 g/l. Nach anderen Autoren (210), (43), (211) kann jedoch der Grenzwert zur
Hemmung der Methanbakterien ebenso in Abhängigkeit von pH-Wert und
Temperatur noch höher liegen. Nach Schlowin (2009) wirken
Ammoniumkonzentrationen zwischen 2,7 und 10,0 g/l hemmend. Aus diesen
Angaben kann gefolgert werden, dass bei der Vergärung von Papayaabfällen keine
Gefahr der Ammoniumhemmung bestand. Es könnte also die in einem Liter frischer
Papaya vorliegende Stickstoffkonzentration von 1,542 g/l (= 1,5 g/kg x ρ = 1,028 kg/l)
CSB N P
KTL 11.905,56 131,73 4,47 2.760,92 30,68 1,00 4,83 19,54 a
P 10.294,44 133,00 4,90 2.100,77 27,14 1,00 4,92 17,95 a
B 12.627,78 134,80 3,77 3.361,65 36,06 1,00 5,05 15,87 a
R 13.988,89 198,13 14,26 982,77 13,91 1,00 6,19 13,72 a
PB 11.683,33 142,33 5,63 2.074,18 25,30 1,00 5,77 5,49 b
PR 13.850,00 176,73 14,13 977,44 12,50 1,00 5,42 24,54 c
BR 14.322,22 138,60 13,87 1.033,49 10,01 1,00 5,16 28,07 c
a-c: Mittelwerte mit ungleichen hochgestellten Buchtaben sind nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest
signifikant unterschiedlich mit 95 %-Konfidenz (α = 0,05 %)
Behandlung
(Akronym)
oTS Abbau
(%)(mg/l) CSB : N : P
VerhältnisoTS (g/l)
Ergebnisse und Diskussion 132
vollständig in Ammonium umgewandelt werden, ohne dass dies zu einer Hemmung
führen würde.
Ebenso kann aufgrund des niedrigen Proteingehalts bei der Vergärung von Papaya
eine Schwefelhemmung ausgeschlossen werden.
Wie die Tab. 7.2 zeigt, sind verschiedene Mineralien in ausreichenden
Konzentrationen in Papaya vorhanden. Damit weist Papaya im Gegensatz zu
Industrieabwässern keine einseitige Zusammensetzung auf. Verschiedene dieser
Mineralien (Fe, Zn, Cu, Mn, und Se) zählen zu den in einem anaeroben Prozess
wichtigsten Spurenelementen, sowohl für den normalen Ablauf von
Lebensvorgängen als auch zum Aufbau von Zellsubstanz. Andere für den anaeroben
Prozess günstige Mineralien bzw. Schwermetalle (I, As, F, W, Mo, Co, Ni, Cr, Pb, Cd
und Hg) sind nach USDA (2011) in Papaya nicht vorhanden.
Andererseits zeigt Tab. 2.9 nach Lindenblatt et al. (2007) verschiedene
Konzentrationen von Schwermetallen, die in Ausgangssubstraten vorliegen können.
Wie bekannt ist, können die Spurenelemente je nach ihren Konzentrationen anstatt
günstig auch schädlich für den anaeroben Prozess wirken. Tab. 12.4 im Anhang B
fasst die für die eingesetzten Substratmengen aller Raumbelastungen
entsprechenden theoretisch nach USDA (2011) und Lindenblatt et al. (2007)
berechneten Konzentrationen an Spurenelementen und Schwermetallen zusammen
und vergleicht sie mit den jeweiligen günstigen und schädlichen Konzentrationen. Bei
den Vergärungsversuchen von Papayaabfällen lagen die berechneten
Spurenelementkonzentrationen von Mn, Zn und Cu im Bereich der jeweiligen für den
anaeroben Prozess günstigen Konzentrationen bzw. unter den jeweiligen
hemmenden Schwellenwerten, während die Konzentrationen anderer
Spurenelemente (Se und Fe - in Tab. 12.4 in grauen „Kästchen“ -) den
entprechenden günstigen Bereich unterschritten. Angesichts der Angaben von
Mudrack und Kunst (1991) kann angenomen werden, dass die Abwesenheit von Ni,
Co, Mo und W im Papayasubstrat sich negativ auf das Wachstum von
Methanbakterien und die Anwesenheit von Mn, Zn, und Cu hingegen sich günstig für
einzelne Gattungen der acetogenen Bakterien auswirkten. Allerdings, wie im
Folgenden näher behandelt wird, verdeutlichen die oTS-Abbauraten und
Biogasmengen bei den Mischproben mit Rumensaft, dass eine mikrobiologische
Aktivität vorlag. Basierend auf den theoretischen Schwermetallkonzentrationen im
Ergebnisse und Diskussion 133
Papayasubstrat muss keine schädliche Wirkung bei der Vergärung befürchtet
werden (siehe Tab. 12.4 im Anhang B).
8.1.1.2 Abbauraten der oTS sowie Biogasmengen und -ausbeuten
Hinsichtlich des oTS-Abbaus stellen Tab. 8.1 und Abb. 8.1 die Mittelwerte der
Versuchsergebnisse der Raumbelastung von 6 g oTS/l dar. Die Fehlerbalken wurden
durch die Standardabweichung um den Mittelwert bestimmt.
Man kann erkennen, dass die Bestandteile der organischen Trockensubstanz (Fette,
Proteine und Kohlenhydrate) unterschiedliches Abbauverhalten je nach verwendeten
Bioadditiven aufwiesen. Bei dieser Raumbelastung wurde die
Ausgangskonzentration der oTS beim Anfahren des Prozesses nur in den Proben mit
R durch den oTS-Gehalt des Rumensaftes leicht erhöht. Eine Maßnahme zum
Ausgleich des oTS-Gehalts hätte zu einer Ungleichheit der zuvergärenden
Grundsubstratmenge in den Proben geführt.
Abb. 8.1: Abbau der oTS und erzeute Biogasmenge bei den Batch-Vergärungsversuchen von Papayaabfällen mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen
Während der oTS-Abbau der Mischproben mit Einzelverwendung der Bioadditive (P,
B, R) im Vergleich zu dem der Kontrollversuche (KTL) geringer ausfiel, war bei den
Proben mit kombinierter Verwendung der Bioadditive (PB, PR, BR und PBR) sowohl
ein stärkerer als auch ein geringerer oTS-Abbau zu beobachten. Allerdings sind die
Unterschiede zwischen den oTS-Abbauraten der Proben KTL, P, B und R sowie
zwischen den Proben PR, BR und PBR nicht signifikant (α = 0,05 %) (siehe Tab.
8.1). Mit Ausnahme von PBR dagegen sind die Unterschiede bei den Abbauraten
beider o. g. Probengruppen untereinander sowie im Vergleich mit der von PB
signifikant unterschiedlich (siehe Tab. 8.1 bzw. Abb. 8.1 a). D. h. solange P und B
0
2
4
6
8
10
12
KTL P B R PB PR BR PBR
(ml)
b) Biogas
0
5
10
15
20
25
30
35
KTL P B R PB PR BR PBR
%
a) oTS-Abbau
Ergebnisse und Diskussion 134
oder beide nicht mit Rumensaft kombiniert sind, haben sie keinen positiven oder
keinen sichtbaren Einfluss auf die Biogasproduktion von Papayaabfällen, weil die
erzeugten und durch acetogene und methanogene Bakterien unverbrauchten
Zwischenprodukte (z. B. Zucker, Aminosäuren und organische Säuren) sich
ansammeln (212) und sie durch die Bestimmung des am Ende des Prozesses
resultierenden oTS-Gehalts mit erfasst werden. Erst wenn die Zwischenprodukte von
methanogenen Mikroorganismen, wie die in Rumensaft vorliegenden, verbraucht
werden, wird der von P und B beinflusste oTS-Abbau auf die Biogasproduktion
ersichtlich.
Die oTS-Abbauraten lagen zwischen 4 und 28 Mass.-%. Obwohl der oTS-Abbau in
den Proben KTL, P und B bei über 15 Mass.-% lag, war die Biogasproduktion
niedrigerer als diejenige der anderen Proben mit oTS-Abbau < 15 Mass.-% (siehe
Abb. 8.1 a und b und Tab. 8.1). Das bestätigt, dass die jeweiligen organischen
Substanzen nur bis zu bestimmten Zwischenprodukten umgewandelt wurden, ohne
weitere Umwandlung in Biogas. Rumenmikroorganismen hingegen verbessern die
Umsetzung der Zwischenprodukte bis hin zu Biogas, was durch die erhöhten
Biogasmengen (siehe Abb. 8.1 b) in den Proben mit Rumensaft verdeutlicht wird (R,
PR, BR, PBR). Außerdem zeigt die Differenz der produzierten Biogasmengen der
Proben PR, BR, PBR und der Probe R, dass die Verwendung von Papain und
Bacillus sp. einen positiven Einfluss auf die Leistung der Rumenmikroorganismen bei
der Vergärung von Papayaabfällen bei der Raumberlastung von 6 g oTS/l hat. D. h.
P und B ergänzen sich mit R im anaeroben Prozess.
Tab. 8.2 zeigt sowohl die Ausgangskonzentrationen der Materialien mit ihren
verwendeten Mengen als auch bei jeder Raumbelastung, die eingesetzten
Bioadditive, die eingesetzten Substrat- und Bioadditivmassen, die jeweiligen
massebezogenen Verhältnisse Bioadditiv zu dem sich ergebenden oTS-Gehalt des
Substrats, das oTS-bezogene Inokulum/Substrat-Verhältnis und die entsprechenden
erzeugten Biogasmengen und –ausbeuten. Bei den Bioadditiven Papain und Bacillus
sp. wurde bei der Berechnung der Bioadditiv/Substrat-Verhältnisse die Masse in g
der Bioadditive durch die Masse in g des bei jeder Raumbelastung ergebenden oTS-
Gehalts des Substrats dividiert, während beim Rumensaft der oTS-Gehalt der
eingesetzten Menge dieses Bioadditives durch den des Substrates dividiert wurde.
Ergebnisse und Diskussion 135
Wie Tab. 8.2 auch zeigt, wurde bei den verschiedenen Raumbelastungen die
akkumulierte Biogasmenge der Kontrolle (KTL) von der akkumulierten
Bruttobiogasmenge anderer Mischproben abgezogen, um den biogasbezogenen
Effekt jeder Bioadditivzugabe anhand der resultierenden Nettobiogasmenge zu
verdeutlichen. Die Biogasausbeuten wurden sowohl bezogen auf das zugeführte
Substrat als auch auf die jeweilige Bioadditivzugabe ermittelt. Zur Bestimmung der
substratabhängigen Biogasausbeuten wurden die akkumulierten
Bruttobiogasmengen durch die Massen der zugegebenen oTS-Gehalte des
Substrats dividiert. Zusätzlich wurden bei der Raumbelastung von 6 g oTS/l die durch
den oTS-Abbau erzeugten Biogasausbeuten mittels der Division der
Bruttobiogasmengen durch die jeweiligen Massen der im Prozess abgebauten oTS-
Gehalte berechnet.
Da sowohl Rumensaft als auch das Additiv Bacillus sp. Mikroorganismen in den
anaeroben Prozess einbrachten, bildeten sie bei den Mischproben, bei denen beide
angewandt wurden, das Inokulum des anaeroben Prozesses. Die gesamte Masse
des Inokulums wurde dann durch die Summe der eingebrachten Masse an Bacillus
sp. und des organischen Gehalts des Rumensafts berechnet. Bei jeder untersuchten
Raumbelastung wurde dann mit der jeweiligen Masse an Substrat ein oTS-
bezogenes Inokulum/Substrat-Verhältnis ermittelt. So ergaben sich die oTS-
bezogenen Inokulum/Substrat-Verhältnisse von rund 0,40, 0,20 und 0,10 (siehe Tab.
8.2). Diese Verhältnisse entsprechen in etwa denen von Silva Lopes et al. (2004)
und denen bei den Versuchen von Liu et al. (2009) bei thermophilen Temperaturen.
Volumenbezogen machten sie ca. 13 % des Fermenterfüllvolumens aus, was in dem
von Owen et al. (1975) und Hashimoto (1981) empfohlenen Bereich von 2 bis 67
Vol.-% liegt.
Ergebnisse und Diskussion 136
Tab. 8.2: Verwendete Materialmengen, Verhältnisse Bioadditive zu oTS des Substrats, Biogasmengen und -ausbeuten bei der Vergärung von Papayaabfällen
Einheit
mg/l
Bacillus sp. mg/l
Rumensaft g oTS/l
Papaya g oTS/kg Siehe Spalte Substrat
g g oTS S g g P/g oTS S g g B/g oTS S g oTS g oTS R/g oTS S Brutto2) Netto3) ml/g oTS Szu ml/g oTS Sab
Kontrolle (KTL) 3,71 0,30 n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. 0,32 1,07
Papain (P) 3,71 0,30 0,0013 0,0045 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,66 0,34 2,21 257,73 /g Pzu
Bacillus sp. (B) 3,71 0,30 n. a. n. a. 0,0001 0,0002 n. a. n. a. 0,79 0,47 2,63 7024,79 /g Bzu
Rumensaft (R) 3,71 0,30 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,1177 0,3928 0,3928 6,36 6,04 21,20 51,27 /g oTS Rzu
PB 3,71 0,30 0,0013 0,0045 0,0001 0,0002 n. a. n. a. 0,62 0,30 2,08 217,22 /(g P + g B)zu
PR 3,71 0,30 0,0013 0,0045 n. a. n. a. 0,1177 0,3928 0,3928 6,91 6,59 23,07 55,38 /(g P + g oTS R)zu
BR 3,71 0,30 n. a. n. a. 0,0001 0,0002 0,1177 0,3928 0,3930 5,78 5,46 19,29 46,37 /(g B + g oTS R)zu
PBR 3,71 0,30 0,0013 0,0045 0,0001 0,0002 0,1177 0,3928 0,3930 6,38 6,06 21,27 50,83 /(g P + g B + g oTS R)zu
Kontrolle (KTL) 7,43 0,60 n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. 0,71 1,18 6,19
Papain (P) 7,43 0,60 0,0013 0,0022 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,17 -0,54 0,28 1,57 -403,70 /g Pzu
Bacillus sp. (B) 7,43 0,60 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 0,40 -0,31 0,66 4,88 -4698,40 /g Bzu
Rumensaft (R) 7,43 0,60 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,1177 0,1961 0,1961 5,33 4,62 8,87 54,61 39,23 /g oTS Rzu
PB 7,43 0,60 0,0013 0,0022 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 1,14 0,43 1,90 31,44 306,28 /(g P + g B)zu
PR 7,43 0,60 0,0013 0,0022 n. a. n. a. 0,1177 0,1961 0,1961 8,01 7,30 13,34 45,62 61,31 /(g P + g oTS R)zu
BR 7,43 0,60 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 0,1177 0,1961 0,1962 9,38 8,67 15,63 46,66 73,63 /(g B + g oTS R)zu
PBR 7,43 0,60 0,0013 0,0022 0,0001 0,0001 0,1177 0,1961 0,1962 8,64 7,93 14,39 50,48 66,57 /(g P + g B + g oTS R)zu
Kontrolle (KTL) 11,14 0,90 n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. 0,15 0,17
Papain (P) 11,14 0,90 0,0013 0,0015 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,13 -0,02 0,14 -18,25 /g Pzu
Bacillus sp. (B) 11,14 0,90 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 0,36 0,21 0,40 3147,47 /g Bzu
Rumensaft (R) 11,14 0,90 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,1177 0,1308 0,1308 1,80 1,65 2,00 13,99 /g oTS Rzu
PB 11,14 0,90 0,0013 0,0015 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 0,73 0,58 0,81 412,71 /(g P + g B)zu
PR 11,14 0,90 0,0013 0,0015 n. a. n. a. 0,1177 0,1308 0,1308 2,11 1,96 2,35 16,48 /(g P + g oTS R)zu
BR 11,14 0,90 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 0,1177 0,1308 0,1309 3,47 3,32 3,85 28,15 /(g B + g oTS R)zu
PBR 11,14 0,90 0,0013 0,0015 0,0001 0,0001 0,1177 0,1308 0,1309 1,16 1,01 1,29 8,49 /(g P + g B + g oTS R)zu
1)in 100 ml Füllvolumen der Flaschen, 2)Gesamtvolumen jeder Probe, 3)Differenz vom Gesamtvolumen jeder Probe und Gesamtvolumen der KTL, n. a.: nicht anwendbar
In Abb. 8.4 wird die jeweilige akkumulierte Biogasproduktion aus den
Vergärungsversuchen bei allen verwendeten Raumbelastungen mit einzelnen oder
kombinierten Bioadditiven über der Zeit dargestellt. Es ist ersichtlich, dass stets die
akkumulierte Biogasproduktion mit Papayaabfällen bei thermophilen Temperaturen
ihren maximalen Wert am vierten Tag erreichte. Das stimmt mit der Aussage von
Kleemann und Meliß (1993) überein, dass thermophile Bakterien eine Faulzeit von
nur 3 bis 10 Tagen benötigen.
Auf den Bildern wird ausserdem deutlich, dass die akkumulierte Biogasproduktion bei
den Vergärungen mit R bei allen verwendeten Raumbelastungen höher war als bei
denen ohne Rumensaft und dass die Verwendung dieses Bioadditivs bei 6 g oTS/l
und teilweise bei 9 g oTS/l die Vergärungskurven in zwei Gruppen aufteilte (die
oberen mit und die unteren ohne R).
Die Methanbakterien sowie die weiteren anaeroben Bakterien wurden dem
anaeroben Prozess hauptsächlich über den Rumensaft zugeführt. Wie oben erwähnt,
stammte der Rumensaft aus dem Pansenmilieu einer Kuh, in dem mesophile
Temperaturen vorherrschen. Dennoch können hier auch die Biogasproduktion und
die Faulzeit als maßgebliche Zeichen zur Toleranz und Anpassung der Bakterien an
die thermophilen Temperaturen genommen werden.
Abb. 8.4: Akkumulierte Biogasproduktion beim anaeroben Abbauprozess von Papayaabfällen ohne und mit Bioadditiveinfluss
0
2
4
6
8
10
12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Akkum
ulie
rte
Bio
gaspro
duktion (m
l)
PBR
PR
R BR
3 g oTS/l
0
2
4
6
8
10
12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
PBR
PR
R
BR
9 g oTS/l
PB
0
2
4
6
8
10
12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
R KTL P B
PB PR BR PBR
PBR
PR
R
BR
6 g oTS/l
PB
KTL
BP
Zeit (Tage)
Ergebnisse und Diskussion 144
8.1.1.3 Ergebnisse der statistischen Analysen der Biogasproduktion der Vergärungsversuche von Papayaabfällen ohne und mit Bioadditiveinfluss
Die Normalverteilung und die Gleichheit der Varianzen wurden als weitere
Voraussetzungen für den Vergleich der Biogasmittelwerte verwendet und, wie oben
erwähnt, anhand der Residuen der ANOVA mit der o. g. logarithmischen
Transformation und der Box-Cox Optimierung der Zielvariable graphisch überprüft
(siehe Abb. 8.5).
Abb. 8.5: Residuenbasierte Überprüfung der Voraussetzungen für den Vergleich der Biogasmittelwerte bei der Vergärung von Papayaabfällen: a) normale Wahrscheinlichkeitsverteilung, b) Gleichheit der Varianzen
Zur Bestätigung der Normalverteilung zeigt Abb. 8.5 a, dass die Residuen sich zu
einer unter Verwendung der kleinsten (Fehler)Quadrate gerechneten oder
bestimmten Kurve annähern, während zur Bestätigung der Gleichheit der Varianzen
(siehe Abb. 8.5 b) zeigt, dass die Residuen als Differenzen zwischen den durch das
Modell A angepassten Werten (prognostizierte Werte) homogen zwischen ± 0,04
verteilt sind. Wurden alle Voraussetzungen der Varianzanalyse erfüllt, wurde die
Analyse mit α = 0,05 durchgeführt.
Tab. 8.4 stellt die Ergebnisse der zweifaktoriellen ANOVA dar. Dabei wurden, wie
oben beschrieben, sowohl der feste Einzeleffekt jedes Faktors (A und B) sowie der
* Für Biogasmenge (Transformationen: Log (Biogasmenge + 10) und Optimierung mit Box-Cox mit Potenz λ = 1,77054)
Nic
ht s
igni
fikan
t
+/-
Limite
Nic
ht s
igni
fikan
t
Ergebnisse und Diskussion 147
Ähnlich wie beim Faktor Bioadditiv wurde der LSD-Test auch mit dem zweiten Faktor
Raumbelastung durchgeführt. Tab. 8.7 zeigt die Ergebnisse dieses Tests auf den
gleichen Konfidenzniveaus.
Tab. 8.7: Mehrfachvergleiche bei der Vergärung von Papayaabfällen mit dem Faktor Raumbelastung nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest
Die gelisteten Raumbelastungen vertreten jeweils den Mittelwert jeder Gruppe
gleicher Raumbelastung. Es wurde hier bei allen Konfidenzniveaus keine homogene
Gruppe identifiziert, d. h. die Differenzen zwischen den Mittelwerten der einzelnen
Gruppen können signifikant sein. Das wurde durch den nächsten paarweisen
Vergleichstest untersucht.
Die Details des LSD-Tests auf gleichen Konfidenzniveaus mit dem Faktor
Raumbelastung sind in der Tab. 8.8 dargestellt. Dabei werden die Ergebnisse
gezeigt, die aus Untersuchungen hervorgehen, die sich potentiell paarweise in ihren
Mittelwerten unterscheiden.
Tab. 8.8: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Papayaabfällen mit dem Faktor Raumbelastung nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest
Keine Unterschiede wurden hier als nicht signifikant bestätigt, d. h. alle Differenzen
zwischen den Mittelwerten sind signifikant auf den o. g. Konfidenzniveaus. Also
produzierten die drei verwendeten Raumbelastungen signifikant unterschiedliche
Gesamtmengen an Biogas, so dass keine Evidenz vorliegt, um die Nullhypothese
(H0-b) anzunehmen.
95,00 96,00 97,00 98,00 99,00 99,99
3 g oTS/l 2,60628 0,00556
6 g oTS/l 2,65385 0,00497
9 g oTS/l 2,42617 0,00527
* Mehrfachvergleiche Für Biogasmenge (Transformationen: Log (Biogasmenge + 10) und Optimierung mit Box-Cox mit
Potenz λ = 1,77054). LS: „Least Significant"
Homogene Gruppen*
%-KonfidenzBioadditiv LS Mittelwert LS Sigma (σ)
keine
95,00 96,00 97,00 98,00 99,00 99,99
3 g oTS/l - 6 g oTS/l -0,04888 0,01505 0,01581 0,01676 0,01804 0,02013 0,03206
3 g oTS/l - 9 g oTS/l 0,17884 0,01547 0,01624 0,01722 0,01854 0,02068 0,03294
6 g oTS/l - 9 g oTS/l 0,22772 0,01463 0,01537 0,01628 0,01753 0,01956 0,03116
Nic
ht s
igni
fikan
t
+/-
Limite
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
DifferenzVergleich*
%-Konfidenz
+/-
Limite
* Für Biogasmenge (Transformationen: Log (Biogasmenge + 10) und Optimierung mit Box-Cox mit Potenz λ = 1,77054)
+/-
Limite
Nic
ht s
igni
fikan
t
+/-
Limite
Nic
ht s
igni
fikan
t
+/-
Limite
Nic
ht s
igni
fikan
t
+/-
Limite
Ergebnisse und Diskussion 148
Die oben dargestellten Vergleichsergebnisse wurden sowohl mit dem SNK-Test als
auch mit dem Ducan Kontrasttest bestätigt (siehe Anhang B).
Unter Einbeziehung der Ergebnisse der Tab. 8.5 (Mehrfachvergleiche mit dem Faktor
Bioadditiv), der Tab. 8.6 (paarweise Vergleiche) und der Tab. 8.7
(Mehrfachvergleiche mit dem Faktor Raumbelastung) sowie denen der
Gesamtbiogasmengen aus Abb. 8.3, kann abgeleitet werden, dass die homogenen
Gruppen der Bioadditive drei verschiedene Biogasmengen bilden. Die homogene
Gruppe KTL, P, B und PB produzierte die geringste Biogasmenge, während R die
mittlere und die homogene Gruppe PR, BR und PBR die größte Menge an Biogas
produzierte. Die Mittelwertunterschiede innerhalb der Gruppen wurden als nicht
signifikant und diejenigen zwischen den Gruppen als signifikant bestätigt. Anhand
der Biogasmengen kann gefolgert werden, dass die homogene Gruppe mit der
höchsten Biogasmenge die vielversprechendste Gruppe für eine großtechnische
Umsetzung ist. Außerdem lässt sich erkennen bzw. bestätigen, dass Papain und
Bacillus sp. die Produktion von Biogas bei der Vergärung von Papayaabfällen erst
erhöhen, wenn jeder oder beide in Kombination mit Rumensaft eingesetzt werden
(PR, BR und PBR). Werden zusätzlich die Raumbelastungen mit einbezogen,
zwischen denen Unterschiede signifikant sind (keine homogene Gruppe), werden die
Mischproben mit PR, BR und PBR und 6 g oTS/l einen deutlich höheren
Biogasertrag bewirken (siehe Abb. 8.3).
8.1.1.4 Ergebnisse der mikrobiologischen Analysen
Die im Anhang B dargestellte Tab. 12.5 zeigt eine Übersicht der Gattungen der
Mikroorganismen, die vor und nach Versuchen bei der Raumbelastung von 6 g oTS/l
und allen verwendeten Substraten bestimmt wurden. Dabei werden zusätzlich die
nach der Vergärung identifizierten Gattungen des reinen Rumensafts gezeigt.
Aufgrund des großen Umfangs von Proben, der Vielfalt der zu findenden
Mikroorganismen und der damit verbundenen umfangreichen und aufwändigen
Arbeit wurden die biologischen Bestimmungen lediglich bis auf die Ebene der
Gattungen der fermentierenden und nicht fermentierenden Mikroorganismen
durchgeführt. Es ist praktisch unmöglich, die Substrate auf alle möglichen Spezies
hin zu analysieren. Daher wurden quantitative und spezifische biochemische
Analysen bis zur Speziesidentifizierung nicht durchgeführt. In den Papayaabfällen
Ergebnisse und Diskussion 149
wurden vor der Vergärung mehr als sieben verschiedene Gattungen an
Mikroorganismen identifiziert. Besondere Bakteirengattungen waren dabei gram-
positive Kokken und NFGNB (nicht fermentierende gram-negative Bakterien). Die
gram-positiven Kokken umfassen Gattungen aus zwei Familien, während die NFGNB
Gattungen aus mindestens 15 verschiedenen Familien bestehen. Die Eigenschaften
aller identifizierten Mikroorganismen sind der Tab. 12.6 des Anhangs B zu
entnehmen. Die überwiegenden Gattungen in den Rohsubstraten der Mischproben
waren Enterobacter, Bacillus und Pseudomonaden. Enterobacter kommen in fast
allen Lebensräumen einschließlich des menschlichen Darmes und des
Rinderpansens vor, viele davon sind Zersetzer und wachsen auf toter organischer
Substanz. Wie in Kap. 2.4 beschrieben, sind die Bacillus sp. in der Natur
allgegenwärtig und liegen nach Tab. 12.6 des Anhangs B ebenso im Rumensaft als
Teil der Pansenflora vor. Bei den hier mit der Gattung Bacillus durchgeführten
Versuchen wurden drei Spezies davon zu den jeweiligen Mischproben zugegeben.
Pseudomonaden sind ebenfalls ubiquitär, weil sie gegenüber einer Vielzahl von
physikalischen Bedingungen tolerant sind und einen sich an Umweltanforderungen
anpassenden Organismus haben. Diese Punkte sind Gründe für das häufigere
Vorkommen dieser drei Mikroorganismenarten. Einige Stämme dieser Bakterien
besonders der Pseudomonaden können sowohl bei Menschen als auch bei Pflanzen
und Tieren Erkrankungen verursachen. Obwohl einige der vor den Versuchen mit
Papayaabfällen identifizierten Gattungen relativ temperaturbeständig sind, wie z. B.
Enterobacter, Pseudomonaden und einige gram-positive Kokken (Streptokokken),
wurden alle gefundenen Gattungen mit Ausnahme von Bacillus sp. durch die
thermophile anaerobe Vergärung dieses Substrats eliminiert (siehe Tab. 12.5 des
Anhangs B).
Gemäß der vorliegenden Normen in der EU (Directive 86/278/ECC with Working
Document on Sludge 3rd Draft, ENV.E.3/LM, 2000), in Mexiko (NOM-004-
SEMARNAT-2002) und in den USA (EPA 40 CFR 503) wird Faulschlamm in zwei bis
drei Gruppen unterteilt. Die Kategorisierung hängt in der EU von der Art der
Schlammbehandlung mit Hygieneerwartungen bezogen auf zwei Indikatoren (E. Coli
und Salmonella sp.) ab. In Mexiko und den USA ist nach den neuen Kriterien die
Kategorisierung lediglich von der Konzentration biologischer Indikatoren abhängig.
Diese Indikatoren, die die sanitäre Qualität des Schlammes bestimmen, sind in
Ergebnisse und Diskussion 150
Mexiko Fäkalcoliforme, Salmonella sp. und Helmintheneier und in den USA
Fäkalkoliforme und Salmonella sp.
Obwohl in dieser Studie keine Analyse zur Quantifizierung der Mikroorganismen
durchgeführt wurde, konnte beobachtet werden, dass E. Coli, die in den Mischproben
anderer Substrate (Zitrusmischung und Hühnermist) vor der Vergärung identifiziert
wurde, durch den themophilen anaeroben Prozess eliminiert wurde. Salmonella sp.
wurde nicht in den Mischproben der Papayaabfälle sowie in keiner der anderen
Substrate gefunden. Fäkalcoliforme sind eine Untergruppe der coliformen Bakterien,
die die Gattungen Escherichia, Klebsiella, Enterobacter und Citrobacter umfassen
(213). Unter den Fäkalcoliformen befindet sich E. Coli (214), die die größte Spezies
der Fäkalcoliformen ist (215). Wie Tab. 12.6 in Anhang B zeigt, sind sie häufig im
unteren Darm von warmblütigen Organismen zu finden. Das ist die wesentliche
Eigenschaft der Fäkalcoliforme, damit sie sich von den anderen Gruppen
unterscheiden (215). Daher kommen E. Coli in den Fäkalien menschlicher und
tierischer Herkunft oft in großer Zahl, bis zu 109/g, vor (214) und bilden so einen
spezifischen Indikator für andere Pathogene, die ebenso in Fäkalien existieren
können (213). Ihre Anwesenheit ist somit eine effektive Bestätigung fäkaler
Kontamination (216).
Obwohl Fäkalcoliformen in dieser Arbeit nicht bestimmt wurden, kann aufgrund der
o. g. Gründe festgelegt werden, dass, wenn die termophile Vergärung die E. Coli als
spezifischer Indikator dieser Mikroorganismen eliminieren kann, kann von einer
vollständigen Elimination anderer Fäkalcoliforme ausgegangen werden. Gemäß der
UK-Enviroment Agency (EA), (2002) sind die Überlebenseigenschaften und die
Anfälligkeit für Desinfektion von E. Coli ähnlich denen vieler anderer bakterieller
Pathogene, besonders Salmonellen und Shigellen, die sich in temperiertem
Oberflächenwasser oder in behandeltem Wasser nicht vermehren können. Sind
Salmonellen und Shigellen im Substrat vorhanden, kann daher auch bei diesen
Organismen von einer vollständigen Beseitigung ausgegangen werden.
Helmintheneier werden als sehr widerstandsfähige Organismen angesehen, weil sie
mit Chlor, UV-Licht oder Ozon nicht (kostengüngstig) inaktiviert werden können. Sie
können in Nutzpflanzen für 1-2 Monate, im Boden, in frischem Wasser und Abwasser
für mehrere Monate und in Fäkalien, Düngern aus Ausscheidungen und Schlämmen
für mehrere Jahre überleben (217), (218), (219). Diese Resistenz ergibt sich aus der
Ergebnisse und Diskussion 151
Zusammensetzung der Eierschale. Diese besteht aus einer variablen Anzahl von
Lagen (3-4 je nach Spezies), die jede einen mechanischen Widerstand und Schutz
vor toxischen Verbindungen wie starken Säuren, Basen, Oxidations-, Reduktions-
und Waschmitteln sowie proteolytischen Substanzen darstellt. Um Helmintheneier zu
inaktivieren, wird empfohlen, entweder die Temperatur zu erhöhen (über 40 °C) oder
die Feuchtigkeit (unter 5 %, TS > 95 %) zu reduzieren oder beides für einen längeren
Zeitraum aufrecht zu erhalten (220). Aufgrund der hohen Temperatur des
thermophilen anaeroben Prozesses (55 °C) kann gefolgert werden, dass die evtl.
vorhandenen Helmitheneier im zu vergärenden Substrat inaktiviert werden. Daher
wurde in dieser Studie keine Quantifizierung von Helmintheneiern durchgeführt.
Von diesen Punkten kann ausgegangen werden, dass die anaerobe Vergärung von
Papayaabfällen in diesem Zusammenhang vielversprechend ist, da die
Hauptindikatororganismen bzw. Krankheitserreger im Rohsubstrat nicht gefunden
oder nach der thermophilen anaeroben Vergärung eliminiert wurden und das Gärgut
dadurch die höchste Kategorisierung aller o. g. Normen und Richtlinien erfüllte. Das
Gärgut ist aus seuchenhygienischer Sicht sicher und kann zur Bodenverbesserung
und in der Landwirtschaft ohne Risiko eingesetzt werden. Diese Ergebnisse
bestätigen die in Kap. 2.7 dargestellten Ergebnisse von Popova und Bolotina (1962)
über die Hygienequalität des Gärgutes als wesentlicher Vorteil des thermophilen
Verfahrens und die Berichte von Buhr und Andrews (1977) über die erhöhte
Abtötungsrate von pathogenen Organismen als bedeutender Vorteil dieses
Prozesses im Hinblick auf die Entsorgung des Gärgutes.
8.1.2 Ergebnisse der Versuche mit Bananenabfällen als Substrat
8.1.2.1 Anorganische und organische Prozess- und Bewertungsparameter
Eine Übersicht des Gehalts an organischen Stoffen wie Proteinen, Fetten und
Kohlenhydraten der verwendeten Bananen nach USDA (2011) ist in Tab. 7.2
dargestellt. Der im Vergleich zur Theorie niedrige TS-Gehalt von 20,94 Mass.-%
(siehe Tab. 7.1) kann auf den höheren Wassergehalt der verwendeten tropischen
Bananen zurückgeführt werden. Der in Kap. 2.1.1.2 für den anaeroben Prozess
beschriebene TS-Gehalt von bis zu 10 Mass.-% kann durch Zugabe von Wasser (21)
eingestellt werden. Wie Tab. 7.5 zeigt, wurde bei den Versuchen eine maximale
Menge an frischen Bananen (bei 9 g oTS/l) von 4,76 g mit 20,94 % TS-Gehalt
eingesetzt. Durch die mit destilliertem Wasser eingestellte Raumbelastung ist dann
Ergebnisse und Diskussion 152
ein TS-Gehalt von ((0,00476 kg x 20,94 % / ρ = 1,0712 kg/l) / 0,1 l Füllvolumen) x
100 = 0,93 % entstanden. Daher überschritten weder dieser noch die anderen zwei
resultierenden TS-Gehalte der kleineren Raumbelastungen (3 und 6 g oTS /l) den
Grenzwert von 10 Mass.-%.
Für ein kohlenhydrathaltiges Substrat wie Bananen sollte das Nährstoffverhältnis
CSB:N:P, wie in Kap. 2.1.1.2 beschrieben wurde, im Bereich von 300:5:1 liegen (15).
Nach Beendigung des Versuchs wurden daher die jeweiligen Paramenter CSB, N, P
und die im Substrat verbleibende oTS-Menge als diejenigen Parameter ermittelt, die
die intern wichtigsten Bedingungen bestimmten und in deren Abhängigkeit die
Biogasmenge auch produziert wurde. Aufgrund des großen Umfangs der Proben
aller untersuchten Raumbelastungen, wurden hier ebenso nur die Mischproben der
mittleren verwendeten Raumbelastung (6 g oTS/l) nach der Vergärung zur
Auswertung ausgewählt. Damit kann eine allgemeine Übersicht sowohl der
Verhältnisse beim Anfahren der Versuche mit diesen Mischproben als auch beim
Anfahren und nach der Vergärung der weiteren Raumbelastungen (3 und 9 g oTS/l)
erstellt werden. In der Tab. 8.9 sind sowohl die chemisch-physikalischen,
organischen und anorganischen Summenparameter, das interne Nährstoffverhältnis,
die verbleibende organische Substanz sowie ihr Abbau als auch die erzeugte
Biogasmenge jeder Mischprobe der ausgewählte Raumbelastung aufgeführt.
Tab. 8.9: Chemisch-physikalische Parameter, Nährstoffverhältnis und oTS-Abbau nach der Vergärung von Bananenabfällen mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen mit und ohne Bioadditiven (Mittelwerte)
Die Mischproben wiesen einen CSB von ca. 9300 bis etwa 14200 mg/l, einen
Gesamtstickstoff von ca. 70 bis 150 mg/l und einen Phosphorgehalt < 12,5 mg/l auf.
Cr, Pb, Cd und Hg) sind nach USDA (2011) in Bananen nicht vorhanden.
Tab. 12.4 im Anhang B fasst die für die eingesetzten Bananenmengen aller
Raumbelastungen entsprechenden theoretisch nach USDA (2011) und Lindenblatt et
Ergebnisse und Diskussion 154
al. (2007) berechneten Konzentrationen an Spurenelementen und Schwermetallen
zusammen und vergleicht sie mit den jeweiligen für den anaeroben Prozess
günstigen und schädlichen Konzentrationen. Bei Mn, Zn und Cu liegen die jeweiligen
berechneten Konzentrationen im Bereich der entsprechenden günstigen
Konzentration bzw. unter dem jeweiligen hemmenden Schwellenwert, während die
berechneten Konzentrationen anderer Spurenelemente (Se und Fe - in Tab. 12.4 in
grauen „Kästchen“ -) den entprechenden günstigen Bereich unterschritten.
Angesichts der Angaben von Mudrack und Kunst (1991) kann angenomen werden,
dass die Abwesenheit von Ni, Co, Mo und W im Bananensubstrat sich negativ auf
das Wachstum von Methanbakterien und die Anwesenheit von Mn, Zn, und Cu
hingegen sich günstig für einzelne Gattungen der acetogenen Bakterien auswirkten.
Allerdings, wie beim Papayasubstrat, verdeutlichen die oTS-Abbauraten und
Biogasmengen bei den Mischproben mit Rumensaft, dass eine mikrobiologische
Aktivität vorlag. Basierend auf den theoretischen Schwermetallkonzentrationen in
Bananen muss keine schädliche Wirkung bei der Vergärung befürchtet werden
(siehe Tab. 12.4 im Anhang B).
8.1.2.2 Abbauraten der oTS sowie Biogasmengen und -ausbeuten
Tab. 8.9 und Abb. 8.6 stellen die Mittelwerte der Versuchsergebnisse des oTS-
Abbaus der Raumbelastung von 6 g oTS/l dar. Bei dieser Raumbelastung wurde bei
den Bananenvergärungen die Ausgangskonzentration der oTS beim Anfahren des
Prozesses nur in den Proben mit R durch den oTS-Gehalt des Rumensaftes leicht
erhöht. Man kann erkennen, dass die Bestandteile der organischen Trockensubstanz
(Fette, Proteine und Kohlenhydrate) unterschiedliches Abbauverhalten je nach
verwendeten Bioadditiven aufwiesen.
Abgesehen von den Mischproben mit Papain und Bacillus sp. (P, B, PB) waren die
oTS-Abbauraten der anderen Mischproben im Vergleich zu der von der Kontrolle
(KTL) höher. Als gemeinsames Bioadditiv dieser Mischproben wurde der Rumensaft
(R) verwendet. Die Unterschiede zwischen den oTS-Reduktionen der Mischproben
P, B, PB sowie zwischen denen der Mischproben R, PR, BR, PBR sind nicht
signifikant (α = 0,05 %) (siehe Tab. 8.9). Dagegen sind die oTS-Reduktionen
zwischen beiden Gruppen sowie diese im Vergleich zu der von KTL signifikant
unterschiedlich (siehe hochgestellte Buchstaben in Tab. 8.9 und Fehlerbalken in
Abb. 8.6 a). Die Differenz kann auf den Einfluss des Rumensafts zurückgeführt
Ergebnisse und Diskussion 155
werden. D. h. solange P oder B oder beides nicht mit Rumensaft verwendet wurden,
haben sie bei der Vergärung von Bananenabfällen keinen positiven oder keinen
sichtbaren Einfluss auf die Biogasmenge, weil die dadurch erzeugten
Zwischenprodukte (dabei Zucker, Aminosäuren und organische Säuren), die
normalerweise von acetogenen und methanogenen Bakterien, wie in Pansen,
abgebaut werden, sich anhäufen (212) und sie am Ende des Prozesses bei der
Bestimmung des sich ergebenden oTS-Gehalts mit erfasst werden. Dagegen wurden
sie bei der Verwendung vom Rumensaft (R, PR, BR, PBR) weiterverbraucht. Der
Einfluss von P und B auf den oTS-Abbau wurde somit erkennbar (siehe Abb. 8.6 a).
Abb. 8.6: Abbau der oTS und erzeugte Biogasmenge bei den Batch-Vergärungsversuchen von Bananenabfällen mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen
Der oTS-Gehalt wurde maximal in ca. 38 Mass.-% (bei R) und minimal in ca. 11
Mass.-% (bei P) abgebaut. Obwohl die signifikanten oTS-Reduktionunterschiede
zwischen den o. g. Probengruppen sowie im Vergleich zu der von der KTL nicht so
groß waren, wiesen die jeweiligen Biogasproduktionen gleicher Probengruppen
deutliche Unterschiede auf (siehe Abb. 8.6 a und b). Die Biogasproduktionen der
Mischproben mit Rumensaft (R, PR, BR, PBR) waren höher als diejenigen der
anderen, wobei R die höchste Produktion aufwies. Damit wird auch hier bestätigt,
dass die beim oTS-Abbau produzierten organischen Substanzen bei den
Mischproben ohne Rumensaft nur bis zu bestimmenten Zwischenprodukten
umgewandelt wurden, ohne weitere Umwandlung in Biogas. Im Gegensatz dazu hat
die Anwesenheit von Rumenmikroorganismen in den Mischproben mit Rumensaft
nicht nur beim Abbau des in Bananefrucht enthaltenen Gehaltes an Ballaststoffe
geholfen, sondern durch die höheren Biogasmengen (siehe Abb. 8.6 b) verdeutlicht,
0
5
10
15
20
25
30
35
KTL P B R PB PR BR PBR
(ml)
b) Biogas
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
KTL P B R PB PR BR PBR
%
a) oTS-Abbau
Ergebnisse und Diskussion 156
dass der Prozess bis zur letzten Phase geführt wurde, in der die Zwischenprodukte
bis zu Biogas umgewandelt wurden.
Obwohl Rumensaft die Verwendung von P und B verbesserte, kann dennoch aus
den Biogasdifferenzen zwischen R und PR, BR, PBR gefolgert werden, dass die
Verwendung von Papain und Bacillus sp. mit Bananenabfällen, im Gegensatz zu der
mit Papayaabfällen, keinen positiven Einfluss auf die Leistung der
Rumenmikroorganismen bewirkte. Weil diese Bioadditive sowohl bei
Einzelverwendung (P, B) als auch in Kombination (PB) oder bei Kombinationen mit
Rumensaft (PR, BR, PBR) die Biogasmengen und –ausbeuten im Vergleich zu
denen der Proben KTL bzw. R verringern (siehe Tab. 8.10 und Abb. 8.6 b), kann
man daraus ableiten, dass sie einen hemmenden Einfluss auf die Vergärung von
Bananenabfällen haben.
Tab. 8.10 zeigt sowohl die Ausgangskonzentrationen der verwendeten Materialien
bei den Versuchen mit Bananenabfällen mit ihren jeweiligen Mengen und
Raumbelastungen, die angewendeten Bioadditive, die eingesetzten Substrat- und
Bioadditivmassen, die jeweiligen massebezogenen Verhältnisse Bioadditiv zu dem
sich ergebenden oTS-Gehalt des Substrats, das oTS-bezogenen Inokulum/Substrat-
Verhältnis sowie die entsprechenden erzeugten Biogasmengen und –ausbeuten. Bei
der Bestimmung der jeweiligen Bioadditiv/Substrat-Verhältnisse sowie bei der
Bildung und Massenberechnung des Inokulums wurde hier genau gleich wie bei den
Versuchen mit Papayaabfällen verfahren (siehe Kap. 8.1.1.1). Für jede untersuchte
Raumbelastung wurde ein oTS-bezogenes Inokulum/Substrat-Verhältnis ermittelt. So
ergaben sich auch die oTS-bezogenen Inokulum/Substrat-Verhältnisse von rund
0,40, 0,20 und 0,10 (siehe Tab. 8.10). Diese Verhältnisse ähneln, wie bei den
Versuchen mit Papayaabfällen, denen von Silva Lopes et al. (2004) und denen bei
den Versuchen von Liu et al. (2009) bei thermophilen Temperaturen.
Volumenbezogen liegen sie mit ca. 13 % des Füllvolumens des Fermenters in dem
von Owen et al. (1975) und Hashimoto (1981) empfohlenen Bereich von 2 bis
67 Vol.-%. Zur Bewertung der Biogasproduktion wurde jedes der akkumulierten
Biogasvolumina (Brutto) nach den gleichen Gesetzen und Bedingungen wie bei den
Versuchen mit Papayaabfällen beschrieben, korrigiert und die Nettobiogasmenge in
gleicher Weise berechnet (Siehe Kap. 8.1.1.2). Tab. 8.10 zeigt die Biogasausbeuten
bezogen auf das zugeführte Substrat, auf die eingesetzten Bioadditive und den
abgebauten oTS-Gehalt.
Ergebnisse und Diskussion 157
Tab. 8.10: Verwendete Materialmengen, Verhältnisse Bioadditive zu oTS des Substrats, Biogasmengen und -ausbeuten bei der Vergärung von Bananenabfällen
Einheit
mg/l
Bacillus sp. mg/l
Rumensaft g oTS/l
Bananen g oTS/kg Siehe Spalte Substrat
g g oTS S g g P/g oTS S g g B/g oTS S g oTS g oTS R/g oTS S Brutto2) Netto3) ml/g oTS Szu ml/g oTS Sab
KTL 1,59 0,30 n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. 5,17 17,21
Papain (P) 1,59 0,30 0,0013 0,0044 n. a. n. a. n. a. n. a. 1,41 -3,76 4,69 -2821,32 /g Pzu
Bacillus sp. (B) 1,59 0,30 n. a. n. a. 0,0001 0,0002 n. a. n. a. 2,45 -2,73 8,14 -40871,51 /g Bzu
Rumensaft (R ) 1,59 0,30 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,1177 0,3918 0,3918 16,92 11,74 56,29 99,74 /g oTS Rzu
PB 1,59 0,30 0,0013 0,0044 0,0001 0,0002 n. a. n. a. 1,29 -3,89 4,28 -2773,86 /(g P + g B)zu
PR 1,59 0,30 0,0013 0,0044 n. a. n. a. 0,1177 0,3918 0,3918 7,40 2,22 24,61 18,68 /(g P + g oTS R)zu
BR 1,59 0,30 n. a. n. a. 0,0001 0,0002 0,1177 0,3918 0,3920 8,60 3,43 28,63 29,13 /(g B + g oTS R)zu
PBR 1,59 0,30 0,0013 0,0044 0,0001 0,0002 0,1177 0,3918 0,3920 4,67 -0,50 15,55 -4,19 /(g P + g B + g oTS R)zu
KTL 3,17 0,60 n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. 7,01 11,71 59,20
Papain (P) 3,17 0,60 0,0013 0,0022 n. a. n. a. n. a. n. a. 2,30 -4,71 3,84 38,78 -3530,64 /g Pzu
Bacillus sp. (B) 3,17 0,60 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 4,56 -2,45 7,62 54,85 -36720,50 /g Bzu
Rumensaft (R ) 3,17 0,60 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,1177 0,1965 0,1965 29,50 22,49 49,24 108,93 190,99 /g oTS Rzu
PB 3,17 0,60 0,0013 0,0022 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 3,00 -4,01 5,01 39,16 -2862,92 /(g P + g B)zu
PR 3,17 0,60 0,0013 0,0022 n. a. n. a. 0,1177 0,1965 0,1965 12,31 5,30 20,55 53,47 44,51 /(g P + g oTS R)zu
BR 3,17 0,60 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 0,1177 0,1965 0,1966 14,73 7,71 24,58 56,98 65,47 /(g B + g oTS R)zu
PBR 3,17 0,60 0,0013 0,0022 0,0001 0,0001 0,1177 0,1965 0,1966 9,70 2,69 16,19 48,19 22,57 /(g P + g B + g oTS R)zu
KTL 4,76 0,90 n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. 4,95 5,50
Papain (P) 4,76 0,90 0,0013 0,0015 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,79 -4,16 0,88 -3118,96 /g Pzu
Bacillus sp. (B) 4,76 0,90 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 0,72 -4,23 0,80 -63382,78 /g Bzu
Rumensaft (R ) 4,76 0,90 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,1177 0,1309 0,1309 25,08 20,13 27,88 170,95 /g oTS Rzu
PB 4,76 0,90 0,0013 0,0015 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 1,73 -3,22 1,93 -2297,07 /(g P + g B)zu
PR 4,76 0,90 0,0013 0,0015 n. a. n. a. 0,1177 0,1309 0,1309 21,01 16,06 23,36 134,90 /(g P + g oTS R)zu
BR 4,76 0,90 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 0,1177 0,1309 0,1310 26,28 21,33 29,21 181,03 /(g B + g oTS R)zu
PBR 4,76 0,90 0,0013 0,0015 0,0001 0,0001 0,1177 0,1309 0,1310 14,19 9,24 15,77 77,52 /(g P + g B + g oTS R)zu
1)in 100 ml Füllvolumen der Flaschen, 2)Gesamtvolumen jeder Probe, 3)Differenz vom Gesamtvolumen jeder Probe und Gesamtvolumen der KTL, n. a.: nicht anwendbar
könnte auch der Grund der höheren Biogasproduktion im Vergleich zu den
Versuchen mit Papayaabfällen liegen.
Abb. 8.9: Akkumulierte Biogasproduktion beim anaeroben Abbauprozess von Bananenabfällen ohne und mit Bioadditiveinfluss
Die steigende Biogasproduktion bei kürzerer Faulzeit könnte ebenso als
maßgebliches Zeichen zur Toleranz und Anpassung der Bakterien an die
thermophilen Temperaturen bei der Vergärung von Bananenabfällen genommen
werden.
8.1.2.3 Ergebnisse der statistischen Analysen der Biogasproduktion der Vergärungsversuche von Bananenabfällen ohne und mit Bioadditiveinfluss
Für die Überprüfung der Zielvariablen wurden ebenso die Normalverteilung und die
Gleichheit der Varianzen als Voraussetzungen für den Vergleich der
Biogasmittelwerte anhand der Residuen der ANOVA mit der o. g. logarithmischen
Transformation und der Box-Cox Optimierung eingesetzt, und diese wurden auch
erfüllt (siehe Abb. 8.10).
Zur Bestätigung der Normalverteilung zeigt Abb. 8.10 a, dass sich die Residuen einer
unter der Verwendung der kleinsten (Fehler)Quadrate gerechneten oder bestimmten
Kurve annähern. Gleichzeitig zeigt sich als Bestätigung der Gleichheit der Varianzen
Abb. 8.10 b, dass die Residuen als Differenzen zwischen den durch das Modell A
angepassten Werten (prognostizierte Werte) homogen zwischen 0,20 und – 0,20
0
5
10
15
20
25
30
35
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Akku
mu
liert
e B
iog
asp
rod
uktio
n (m
l)
PBR
PR
R
BR
3 g oTS/l
PB
KTL
B
0
5
10
15
20
25
30
35
1 2 3 4 5 6 7 8 9
CTL P B R
PB PR BR PBR
PBR
PR
R
BR
6 g oTS/l
PB
KTL
B
P
Zeit (Tage)
0
5
10
15
20
25
30
35
1 2 3 4 5 6 7 8 9
PBR
PR
R
BR
9 g oTS/l
PB
KTL
Ergebnisse und Diskussion 164
verteilt sind. Wurden alle Voraussetzungen der Varianzanalyse erfüllt, wurde die
Analyse mit α = 0,05 durchgeführt.
Abb. 8.10: Residuenbasierte Überprüfung der Voraussetzungen für den Vergleich der Biogasmittelwerte bei der Vergärung von Bananenabfällen: a) Normale Wahrscheinlichkeitsverteilung, b) Gleichheit der Varianzen
Tab. 8.12 stellt die Ergebnisse der zweifaktoriellen ANOVA dar. Dabei wurden, wie
oben beschrieben, sowohl der feste Einzeleffekt jedes Faktors (A und B) sowie der
kombinierte Effekt (A*B) der beiden Faktoren getestet. Da die Signifikanz bei den
drei Effekten kleiner als 0,05 ist, haben diese Einzel- und Kombifaktoren einen
signifikanten Effekt für die abhängige Variable auf dem 95 %-Konfidenzniveau. Mit
anderen Worten ist die Wahrscheinlichkeit gleicher Mittelwerte der Biogasmengen
aus der Vergärung mit Bananenabfällen in allen acht betrachteten Mischproben (mit
und ohne Bioadditive) so gering, dass bei diesem Substrat die Nullhypothesen (H0-a,
H0-b und H0-c), denen zufolge kein Unterschied zwischen den Mittelwerten besteht
(siehe Kapitel 5.1), zurückgewiesen werden kann. Dies bedeutet jedoch nicht, dass
sich alle Mittelwerte voneinander unterscheiden. Es kann durchaus sein, dass
mehrere Mittelwerte übereinstimmen und nur einer oder wenige der
Gruppenmittelwerte von dem einheitlichen Mittelwert abweichen.
Tab. 8.12: Zweifaktorielle Varianzanalyse (ANOVA) mit festen Effekten und Interaktion bei der Vergärung von Bananenabfällen
* Mehrfachvergleiche Für Biogasmenge (Transformationen: Log (Biogasmenge + 10) und Optimierung mit Box-Cox mit
Potenz λ = -0,43443). LS: „Least Significant"
%-Konfidenz
Ergebnisse und Diskussion 166
So wird z. B. die Differenz zwischen dem Mittelwert von P und dem jeweiligen von
PB als nicht signifikant bestätigt, da diese bei allen Konfidenzniveaus zu derselben
homogenen Gruppe gehören. Bei 95 %-Konfidenz (α = 0,05 %) gibt es ein 5 %-iges
Risiko zu behaupten, dass die Paare der Mittelwerte sich voneinander
unterscheiden, wenn der wirkliche Unterschied gleich Null ist.
Tab. 8.14: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Bananenabfällen mit dem Faktor Bioadditiv nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest
Ähnlich wie beim Faktor Bioadditiv wurde der LSD-Test mit dem zweiten Faktor
Raumbelastung durchgeführt. Tab. 8.15 zeigt die Ergebnisse dieses Tests auf den
gleichen Konfidenzniveaus mit der Raumbelastung als Faktor. Die gelisteten
Raumbelastungen vertreten jeweils den Mittelwert jeder Gruppe gleicher
Raumbelastungen. Es wurden hier bei allen Konfidenzniveaus nur eine homogene
Gruppe mit zwei Mitgliedern (6 und 9 goTS/l) identifiziert, d. h. die Differenzen in
dieser Gruppe können nicht signifikant und diejenigen mit der anderer Gruppe (3
oTS/l) signifikant sein. Das wurde durch den nächsten paarweisen Vergleichstest
BR - PBR 0,26334 0,07169 0,07528 0,07976 0,08584 0,09570 0,15173* Für Gesamtbiogasmenge (Transformationen: Log (Gesamtbiogasmenge + 10) und Optimierung mit Box-Cox mit Potenz λ = -0,43443)
+/-
Limite
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
+/-
Limite
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
+/-
Limite
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
%-Konfidenz
Vergleich* Differenz
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
+/-
Limite
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
+/-
Limite
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
+/-
Limite
Ergebnisse und Diskussion 167
Die Details des LSD-Tests bei gleichen Konfidenznieveaus mit dem Faktor
Raumbelastung sind in der Tab. 8.16 dargestellt. Dabei werden die Ergebnisse
gezeigt, die aus Untersuchungen bei verschiedenen Konfidenzniveaus hervorgehen
und die sich potentiell paarweise in ihren Mittelwerten unterscheiden.
Tab. 8.15: Mehrfachvergleiche: LSD-Kontrasttest nach dem Faktor Raumbelastung bei der Vergärung von Bananenabfällen
Die Unterschiede zwischen der homogenen Gruppe wurden hier als nicht signifikant
auf allen Konfidenzniveaus bestätigt, während sich die Unterschiede zwischen den
homogenen und den nicht homogenen Gruppen als signifikant erwiesen. Mit anderen
Worten produzierten die drei verwendeten Raumbelastungen signifikant
unterschiedliche Biogasgesamtmengen, so dass die Nullhypothese (H0-b)
zurückgewiesen werden kann.
Tab. 8.16: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Bananenabfällen mit dem Faktor Raumbelastung nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest
Die oben dargestellten Vergleichsergebnisse wurden sowohl nach dem SNK-Test als
auch dem Ducan Kontrasttest bestätigt (siehe Anhang B).
Unter Einbeziehung der Ergebnisse der Tab. 8.13 (Mehrfachvergleiche mit dem
Faktor Bioadditiv), der Tab. 8.14 (paarweise Vergleiche) und der Tab. 8.15
(Mehrfachvergleiche mit dem Faktor Raumbelastung) mit denen der
Gesamtbiogasmengen aus Abb. 8.8, ergibt sich, dass die Biogasmengen innerhalb
der zwei homogenen Gruppen (P, B, PB bzw. PR und BR) keine signifikanten
95,00 96,00 97,00 98,00 99,00 99,99
3 g oTS/l 2,73988 0,01482
6 g oTS/l 2,95140 0,01482 X X X X X X
9 g oTS/l 2,92870 0,01572 X X X X X X
Bioadditiv LS Mittelwert LS Sigma (σ)Homogene Gruppen*
%-Konfidenz
* Mehrfachvergleiche Für Biogasmenge (Transformationen: Log (Biogasmenge + 10) und Optimierung mit Box-Cox mit
Potenz λ = -0,43443). LS: „Least Significant"
95,00 96,00 97,00 98,00 99,00 99,99
3 g oTS/l - 6 g oTS/l -0,21497 0,04218 0,04429 0,04693 0,05051 0,05631 0,08927
3 g oTS/l - 9 g oTS/l -0,19297 0,04348 0,04565 0,04837 0,05206 0,05804 0,09202
6 g oTS/l - 9 g oTS/l 0,02200 • 0,04348 • 0,04565 • 0,04837 • 0,05206 • 0,05804 • 0,09202
* Für Gesamtbiogasmenge (Transformationen: Log (Gesamtbiogasmenge + 10) und Optimierung mit Box-Cox mit Potenz λ = -0,43443)
+/-
Limite
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nifi
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Limite
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Vergleich* Differenz
%-Konfidenz
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Limite
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kan
t
Ergebnisse und Diskussion 168
Unterschiede aufweisen. Hingegen weisen die Biogasmegen der nicht homogenen
Mischungen (KTL, R und PBR) sowie diese im Vergleich zu jeder Mischung der zwei
o. g. homogenen Gruppen signifikante Unterschiede auf, wobei hinsichtlich des
Biogasvolumens R die Vielversprechendste ist. Wird zusätzlich die Raumbelastung
betrachtet, liegen die Biogasmengen bei R mit 6 oder 9 g oTS/l am höchsten (siehe
Abb. 8.8), und zwischen diesen beiden gibt es keinen signifikanten Unterschied.
Aus den Biogasmengen kann man auch folgern und bestätigen, dass Papain und
Bacillus sp. bei der Vergärung von Bananenabfällen einen hemmenden Einfluss
haben, da beide die produzierten Biogasmengen verringerten (siehe Abb. 8.8), wenn
sie einzeln oder beide in Kombination mit Rumensaft eingesetzt wurden (PR, BR und
PBR). Obwohl die Bananenabfälle einen höheren Proteingehalt als Papayaabfälle
haben (siehe Tab. 7.2), war der negative Effekt von Papain umso stärker je niedriger
die Konzentration der Bananenabfälle war.
8.1.2.4 Ergebnisse der mikrobiologischen Analysen
Eine Übersicht der Gattungen der Mikroorganismen, die vor und nach den
Vergärungen der Bananenabfälle bei einer Raumbelastung von 6 g oTS/l und allen
Behandlungen bestimmt wurden, ist in Tab. 12.5 des Anhangs B dargestellt. Der
Grund der bis auf die Ebene der Gattungen durchgeführten Analyse wurden bei
Papayaabfällen in Kap. 8.1.1.4 dargestellt.
Wie Tab. 12.5 des Anhangs B zeigt, wurden bei Bananenabfällen mehr als sechs
verschiedene Gattungen vor der Vergärung identifiziert. Eine besondere
Bakteriengruppe waren dabei die NFGNB (nicht fermentierende Gram-negative
Bakterien), die Gattungen aus mindestens 15 verschiedenen Familien umfassen.
Ausführliche Eigenschaften aller identifizierten Mikroorganismen sind der Tab. 12.6
des Anhangs B zu entnehmen. Die überwiegenden Gattungen in den Rohsubstraten
der Mischproben waren Pseudomonaden, Klebsiella und Enterobacter.
Pseudomonaden und Klebsiella sind in der Natur allgegenwärtig, während
Enterobacter in vielen Lebensräumen einschließlich des menschlichen Darmes und
des Rinderpansens vorkommen. Das Besondere an diesen Mikroorganismen ist bei
Pseudomonaden Toleranz und Anpassungsfähigkeit an eine Vielzahl von
physikalischen Bedingungen, bei Klebsiella ihr Wachstum in Obst und Gemüse und
bei Enterobacter ihre Zersetzungsfähigkeit und das Wachstum auf toter organischer
Ergebnisse und Diskussion 169
Substanz. Daraus kann gefolgert werden, dass eine erhöhte Anzahl dieser drei
Mikroorganismenarten in den Bananenabfällen vorliegt. Außerdem kann die
Allgegenwärtigkeit der Bacillus sp. ein Grund für ihre Identifizierung vor der
Vergärung in der Mischprobe KTL der Bananenabfällen sein, obwohl keine Zugabe
dieser Mikroorganismen stattfand.
Wie Tab. 12.5 des Anhangs B zeigt, wurden die hier identifizierten
temperaturbeständigen Mikroorganismen (Enterobacter und Pseudomonaden) mit
Ausnahme von Enterobacter bei PBR durch die thermophile anaerobe Vergärung
von Bananenabfällen eliminiert. Die bei PBR nach der Vergärung identifizierten
Enterobacter sp. waren sehr resistente Spezies, allerdings lag auch die Aktivität des
anaeroben Prozesses bei PBR sehr niedrig (siehe Abb. 8.7 a und b), was ein
möglicher Grund für die unvollständige Abtötung der Enterobacter sein kann.
Wie in Kap. 8.1.1.4 bei Papayaabfällen beschrieben wurde, stellen die vorliegenden
Normen in der EU, Mexiko und USA eine Kategorisierung bezüglich der Qualität des
Faulschlammes im Hinblick auf seine Verwertung bzw. Entsorgung dar, wobei die
biologischen Kontaminationsindikatoren E. Coli, Salmonella sp. Fäkalcoliforme und
Hemintheneier einbezogen werden.
Wie Tab. 12.5 des Anhangs B zeigt, wurden E. Coli und Salmonella sp. vor und nach
den Vergärungen der Bananenabfälle nicht gefunden. In den Bananenabfällen wurde
E. Coli im Gegensatz zu anderen Substraten (Zitrusmischung und Hühnermist) vor
den Versuchen nicht gefunden. Sie wurden aber durch die themophile Vergärung
dieser Substrate eliminiert. E. Coli ist die zahlenmäßig größte Spezies der
Fäkalcoliformen und wird daher als spezifischer Indikator anderer Pathogene und
fäkaler Kontamination verwendet (213), (216). Obwohl die Bananenabfälle nicht auf
Fäkalcoliforme hin untersucht wurden, könnte aus der Elimination von E. Coli
gefolgert werden, dass wenn andere Fäkalcoliforme in den Bananenabfällen
vorhanden gewesen wären, sie ebenso abgetötet worden wären. Das gleiche kann
man bei Salmonelle und Shigellen folgern, da sie ähnliche Überlebenseigenschaften
und Anfälligkeiten für Desinfektion wie E. Coli haben, wie EA (2002) berichtete.
Helmintheneier werden, wie oben beschrieben, nach Jimenez-Cisneros (2008) bei
Temperaturen über 40 °C inaktiviert. Aufgrund der hohen Temperatur des
thermophilen anaeroben Vergärungsprozesses (55 °C) von Bananenabfällen kann
Ergebnisse und Diskussion 170
daraus geschlossen werden, dass die evtl. vorhandenen Helmitheneier durch die
thermophile Fermentation inaktiviert wurden. Daher war hier auch keine
Quantifizierung der Helmintheneier erforderlich.
Die Ergebnisse mit Bananenabfällen sind daher vielversprechend, da die
Hauptindikatororganismen bzw. Krankheitserreger im Rohsubstrat nicht gefunden
oder nach dem thermophilen Prozess eliminiert wurden und das Gärgut dadurch die
höchste Kategorisierung aller o. g. Normen und Richtlinien erfüllt. So erwies sich
auch die Wirksamkeit des thermophilen anaeroben Prozesses mit Bananenabfällen
als Substrat in der Eliminierung von Pathogenen und Krankheitserrergern. Das
Gärgut ist daher ebenfalls seuchenhygienisch sicher und kann als Bodenverbesserer
bzw. in der Landwirtschaft ohne Risiko eingesetzt werden. Wie bei Papayaabfällen
bestätigen diese Ergebnisse ebenso die im Kap. 2.7 dargestellten Berichte von
Popova und Bolotina (1962) und von Buhr und Andrews (1977).
8.2 Ergebnisse der Versuche im Großmaßstab
In Kap. 7.3.2 wurde die Ausführung dieser Versuche behandelt. Nach der jeweiligen
Anfahrphase und dem Erreichen eines „steady-state“, d. h. eines stabilen Zustandes,
der hier durch eine kontinuierliche Biogasproduktion und relativ konstante Werte der
Prozess- und Bewertungsparameter gekennzeichnet war, wurde eine 7-wöchige
Untersuchungsphase durchgeführt. Allerdings wurde bis zur zwölften Woche bei
allen untersuchten Abfallsubstraten zur Kenntnis des weiteren Verhaltens der
Biogasproduktion die Beschickung mit der letzten den Reaktoren gegebenen
Substratmenge (damit der letzten einhergehenden Raumbelastung) weiter
durchgeführt, außerdem wurden einige Feldparameter (Biogasmenge und
Temperatur) weiter gemessen.
Mit Ausnahme vom pH-Wert, dem Redoxpotential (ORP) und der Biogasmenge, die
direkt bei den Reaktoren erhoben wurden (siehe 7.3.2.4), wurden die im Folgenden
dargestellten Ergebnisse am beprobten Material gewonnen, das aus den Fermentern
entnommen wurde. Die Ergebnisse spiegeln daher im Wesentlichen die
Gärbedingungen in den Reaktoren wieder, in deren Abhängigkeit die jeweilige
Biogasmenge produziert wurde.
Ergebnisse und Diskussion 171
8.2.1 Ergebnisse der Versuche mit Papayaabfällen als Substrat
Wie in Kap. 8.1.1.2 beschrieben, wurde im Kleinmaßstab bei Batch-
Vergärungversuchen mit Papayaabfällen die maximale Biogasmenge am vierten Tag
erreicht. Allerdings lief die Biogasproduktion der Vergärung nur mit Rumensaft bis
zum neunten Tag (siehe Abb. 8.4), was mit der von Kleemann und Meliß (1993)
getroffenen Aussage übereinstimmt, dass die thermophilen Bakterien eine Faulzeit
von 3 bis 10 Tage benötigen. Da es sich im Großmaßstab um halbkontinuierliche
Versuche (mit halbkontinuierlicher Beschickung) handelte, wurde hier aus
praktischen Gründen eine Beschickung im Bereich von 3-9 Tagen, d. h. einmal pro
Woche, ausgewählt, woraus indirekt eine Verweilzeit des Papayasubstrats in den
Reaktoren von 7 Tagen entstand. Bei der jeweiligen Anfahrphase wurden den
Reaktoren aufgrund einer geringen Biogasproduktion zweimal mit Rumensaft mit
jeweils 3,04 und 7,99 g oTS/l als Inokulum beschickt. Die allgemeine
Zusammensetzung der verwendeten Papayas wurde in Kap. 8.1.1.1 diskutiert. Die
TS- und oTS-Gehalte dieser Papayas waren 6,58 bzw. 5,70 Mass.-%. Tab. 8.17
zeigt eine Übersicht der sich aus der Beschickung ergebenden Parameter. Da bei
den jeweiligen Versuchen im Kleinmaßstab, wobei die kleinste Raumbelastung
3 g oTS/l war, die Biogasausbeuten, die auf die oTS des zugegebenen Substrats
bezogen sind, einen abnehmenden Trend bei zunehmender Raumbelastung
aufwiesen (siehe Tab. 8.2), wurde hier mit einer kleineren Raumbelastung begonnen.
Daher wurden während des Versuchszeitraums zwei unterschiedlichen
Raumbelastungen, und zwar von rund 0,5 g oTS/l • Woche (0,06 g oTS/l • d) bzw.
1,6 g oTS/l • Woche (0,22 g oTS/l • d) untersucht. Diese Raumbelastungen
entsprachen den wöchentlichen Substratmengen von 149 g (8,5 g oTS) bzw. 526,7 g
(30,02 g oTS). Die niedrige Substratmenge wurde bis zur fünften Woche eingesetzt,
um Überlastungen zu vermeiden sowie eine allmähliche Adaptation der
Rumenmikroorganismen an die ungewöhnlichen Millieubedingungen zu ermöglichen.
Sobald ein niedriger bzw. abnehmender oTS-Gehalt (durch hohe oTS-Abbauraten) in
den Reaktoren beobachtet wurde, was auf eine höhere Aktivität bzw. Adaptation der
Mikroorganismen hindeutet, wurde dann ab der sechsten Woche die Raumbelastung
mit 1,6 g oTS/l • Woche (0,22 g oTS/l • d) auf das ca. 3,2-fache bzw. auf die
Substratmenge von 526,7 g (30,02 g oTS) erhöht.
Ergebnisse und Diskussion 172
Während der Vergärungszeit schwankten der wöchentlich durchnittliche oTS-Gehalt
des Gärmaterials zwischen 1,22 und 5,02 Mass.-% und der durchnittliche TS-Gehalt
zwischen 3,12 und 7,11 Mass.-%, was unter dem TS-Grenzwert von 10 Mass.-%
(24), (21) liegt. Die Differenzen zwischen den mittleren wöchentlichen oTS-Gehalten
sind auf die unterschiedlichen oTS-Abbaugrade zurückzuführen. In Abhängigkeit
davon bewegte sich zudem das oTS-bezogene Inokulum/Substrat-Verhältnis
zwischen ca. 4 und 14 und nahm bei steigendem oTS-Gehalt ab.
Tab. 8.17: Beschickungsabhängige Parameter bei der anaeroben Vergärung von Papayaabfällen mit Rumensaft
8.2.1.1 Anorganische und organische Prozess- und Bewertungsparameter
In Tab. 8.18 sind die Durchschnittswerte von den chemisch-physikalisch organischen
und anorganischen Summenparametern, von CSB:N:P-Mindestverhältinis, sowie von
den pH- und ORP-Werten und von oTS-Abbaugrad dargestellt.
Aus Kapazitätsgründen konnten nicht bei allen Versuchen alle Parameter
kontinuierlich analysiert werden. Das in einem kohlenhydrathaltigen Substrat
gewünschte Nährstoffverhältnis von 300:5:1 (15) war am Ende jeder Versuchswoche
in den Reaktoren mit Papayaabfällen gegeben. Daher kann angenommen werden,
dass auch zu Beginn jeder Woche kein Mangel an diesen Nährstoffen bei der
anaeroben Vergärung bestand.
Der niedrige Gehalt an Proteinen in Papaya wird durch den geringen
Gesamtstickstoffgehalt von ca. 1,5 g/kg in frischer Papaya (siehe Tab. 7.1) bedingt.
Der pure Rumensaft hingegen wies einen niedrigen Gesamtstickstoffgehalt von ca.
1,2 g/kg auf (siehe Tab. 7.1), was mit einem noch geringeren Proteinhalt von ca.
0,38 Mass.-% (siehe Tab. 7.3) im verwendeten Rumensaft einherging. Ein Teil des
Gesamtstickstoffgehaltes lag als Ammoniak-Stickstoff vor. Im Wochenmittel lag der
Gehalt an Ammoniak-Stickstoff zwischen ca. 541 und ca. 910 mg/l. Wie in Tab. 7.1
(g oTS/l•Woche) (g oTS/l•d)
1 149,00 8,49 0,43 0,06 5,02 4,36
2 149,00 8,49 0,43 0,06 2,58 8,01
3 149,00 8,49 0,44 0,06 3,85 5,17
4 149,00 8,49 0,44 0,06 3,47 5,50
5 149,00 8,49 0,45 0,06 1,22 14,01
6 526,70 30,02 1,56 0,22 3,32 4,42
7 526,70 30,02 1,56 0,22 3,16 4,03
Woche
Verhältnis
(I/S)
Beschickung Raumbelastung oTS-
Gehalt
(%)(g oTS/Woche)
Substrat
(g/Woche)
Ergebnisse und Diskussion 173
dargestellt, betrug die ursprüngliche NH3-N-Konzentration des puren Rumensaftes
590 mg/l, was über der von Liu und Sung (2002) für den anaeroben Prozess als
optimal ermittelten Amoniak-Konzentration von 200 mgl/l liegt. Aufgrund eines
stabilen anaeroben Prozesses im Rinderpansen kann als Grenzwert der
Ammoniakkonzentration ein Wert von 590 ml/l angenommen werden. Die über
diesem Wert ermittelten Amoniak-Stickstoff Konzentrationen können, wie Van Velsen
(1981) bei seinen Versuchen beobachtete, auf die verwendeten thermophilen
Temperaturen zurückgeführt werden.
Tab. 8.18: Mittelwerte chemisch-physikalischer Parameter und des Nährstoffverhältnisses bei der Vergärung von Papayaabfällen mit Rumensaft
Nach Angelidaki und Ahring (1994) führen Amoniakkonzentrationen über 700 mg/l zu
einer niedrigen Prozessleistung. Das führt zugleich zu einer Anhäufung von nicht
abgebauten Zwischenprodukten (u. a. flüchtige Fettsäuren). Die bei einer
Überlastung oder sonstigen Störung des Prozesses auftretende Zunahme an
flüchtigen Fettsäuren bewirkt nach Wellinger et al. (1991) bei hohen Konzentrationen
einen fallenden pH-Wert. Dies führt zu einer Kettenreaktion, da wie Rödiger et al.
(1990) berichteten, der von den Methanogenen durchgeführte Acetatabbau bei pH-
Werten < 6,5 deutlich gehemmt wird, was die Anhäufung von Zwischenprodukten mit
Acetat weiter fördert. Liegt der pH-Wert unter 6,2 ist das Milieu nach Stadlbauer
(1982) für Methanbakterien toxisch. Das führt zu einer weiteren Anhäufung von
Zwischenprodukten, besonders von Essigsäure und Acetat. Wie in Kap. 2.1.1.6
beschrieben, liegen Grenzwerte für die Konzentrationen einzelner flüchtiger
Fettsäure vor. Die Bildung von Methan geht bei einem Überangebot von Säuren (vor
allem an Essigsäure, Propionat bzw. Propionsäure und Iso-Buttersäure) zurück. Dies
führt zu einer weiteren Steigerung der Konzentrationen an Säuren. Die hohen
Beschickung: 1.-5. Woche = 1 Mal (0,44 g oTS/l • Woche)
6.-7. Woche = 1 Mal (1,56 g oTS/l • Woche)
Ergebnisse und Diskussion 175
durch „negative oTS-Abbaurate“ erkennen (siehe Tab. 8.18). D. h. die organische
Trockensubstanz wurde ebenso angehäuft.
Wie in Kap. 2.1.1.6 beschrieben, können anaerobe Bakterien an höhere
Stickstoffkonzentrationen adaptiert werden, und ebenso ist nach Koster und Lettinga
(1988) oder Dauber (1993) die Toxizität des Gesamtammoniaks reversibel. Nach
Velsen (1981) kann eine adaptierte Bakterienflora noch bei
Ammoniakkonzentrationen von 5000 mg/l arbeiten. Genau diese Adaption der
Biomasse konnte bei der ersten beschickten Substratmenge von 149 g ab der vierten
Woche beobachtet werden. Es ließen sich sowohl steigende pH-Werte in dem von
verschiedenen Autoren (16), (15), (21), (23) (siehe Kap. 2.1.1.4) genannten
günstigen Bereich von 6,5 bis 7,5 sowie abnehmende ORP-Werte, höhere
Biogasmengen und positive oTS-Abbauraten nachweisen. Auf dieser Basis wurde
dann in der sechsten Woche die Raumbelastung 1,6 g oTS/l • Woche erhöht, was zu
einer kurzen Überlastung der bereits an die erste Raumbelastung angepassten
Mikroorganismen und damit zu einer neuen Anhäufung von nicht abgebauten
organischen Zwischenprodukten und ebenso erneut zu einer Anhäufung der
organischen Substanz führte. Da sich im Laufe der nächsten Woche der oTS-Gehalt
wieder abgebaut wurde, kann die Anpassungsfähigkeit der Mikroorganismen
bestätigt werden. Aus diesen Ergebnissen kann gefolgert werden, dass bei der
Vergärung von Papayaabfällen mit Rumensaft bei thermophilen Temperaturen das
Risiko einer Ammoniakhemmung auch bei niedrigen Raumbelastungen vorhanden
ist. Nach einiger Zeit jedoch findet eine Adaption der Bakterien statt, so dass die
Belastung sogar erhöht werden kann ohne weitere Störung der Prozessstabilität,
sondern mit einer zunehmenden Verbesserung des Prozesses.
Außerdem schwankte die Differenz zwischen dem Gesamtstickstoff und dem
Ammoniak-Stickstoff zwischen ca. 0,9 und 1,8 g N/l. Wäre die gesamte
Stickstoffdifferenz rein theoretisch in NH4+-N umgewandelt worden, würde der sich
ergebende Ammoniumstickstoff in gleichem Bereich liegen. In der Literatur (siehe
Kap. 2.1.1.6) ist die Hemmschwelle der NH4+-N-Konzentration von pH-Wert und
Temperatur abhängig. Nach Kroiss (1986) und Koster und Lettinga (1983) liegt sie
bei einem pH-Wert von 7,0 und einer Temperatur von 38 ⁰C bei einer NH4+-N-
Konzentration von ca. 4 g/l. Nach Schlowin (2009) wirken Ammonium-
konzentrationen zwischen 2,7 und 10,0 g/l hemmend. Anhand dieser Daten können
die Ergebnisse des Versuches im Kleinmaßstab bestätigt werden, dass unter diesen
Ergebnisse und Diskussion 176
Milieubedingungen bei der Vergärung von Papayaabfällen mit Rumensaft keine
Gefahr der Ammoniumhemmung vorliegt. Ebenso kann aufgrund der niedrigen
Proteingehalte der Papaya und des Rumensaftes bestätigt werden, dass bei der
Vergärung beider Materialien eine Schwefelhemmung ausgeschlossen werden kann.
Bezogen auf Spurenelemente und Schwermetalle haben sich die Papayaabfälle und
der Rumensaft bei der gemeinsamen Vergärung gegenseitig ergänzt bzw. verdünnt.
Wie in Kap. 8.1.1.1 behandelt wurde, weist Papaya verschiedene für den anaeroben
Prozess günstigen Mineralien (Fe, Zn, Cu, Mn und Se) auf. Einge davon liegen im
Bereich der günstigen Spurenelementekonzentrationen (Fe, Mn) vor. An anderen
mangelt es (Se), oder sie gehören zu denen (Zn, Cu), für die keine Angaben über die
Konzentrationen vorliegen. Andere für den anaeroben Prozess günstige Mineralien
bzw. Schwermetalle (I, As, W, Mo, Co, Ni, Cr, Pb, Cd und Hg) sind nach USDA
(2011) in Papaya nicht vorhanden.
Bei Abfällen aus Rinderpansen (Rindergülle, -mist und -panseninhalt) hingegen
liegen nach Tab. 2.9 die für den anaeroben Prozess relevanten Spurenelemente
bzw. Schwermetalle (Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb und Zn) in mehr oder weniger günstigen
Konzentrationen vor. Bei den Versuchen mit Rumensaft, wurden dem Prozess durch
die Beschickung mit Papayaabällen zusätzliche Mengen an Spurenelementen
zugegeben. Obwohl einige Spurenelemente bzw. Schwermetalle in beiden
Rohstoffen vorhanden sind (siehe Tab. 2.9 und Tab. 7.2), können die aus ihrer
Mischung resultierenden Schwermetallkonzentrationen aufgrund ihrer niedrigen
Ausgangskonzentration die nach Tab. 2.10 schädlichen Konzentrationen nicht
überschreiten. Nach Vergleich von Tab. 2.9 und Tab. 2.10 könnten nur Kupfer und
Zink bei Rindergülle und unbehandeltem Panseninhalt die entsprechenden
Grenzwerte überschreiten. Wie in Kap. 2.1.1.6 erwähnt, spielen dafür die den
Rindern gegebenen Nahrungsmittel, Medikamente und Antibiotika eine wichtige
Rolle. Wird jedoch Rumensaft wie hier, aus gesiebtem Panseninhalt gewonnen,
wobei die TS auf ca. 28 % reduziert wird, ist dann bei Kupfer und Zink eine
Überschreitung der Grenzwerte kaum möglich. Dies bestätigen die entsprechenden
Versuchsergebnisse des Kleinmaßstabes, dass bei der Vergärung von
Papayaabfällen zusammen mit Rumensaft keine Gefahr durch enthaltene
Schwermetalle besteht.
Ergebnisse und Diskussion 177
8.2.1.2 Biogasmengen und –ausbeuten
Abb. 8.12 zeigt die mittleren täglichen Biogasmengen der Gärversuche von
Papayaabfällen mit Rumensaft. Die durchschnittliche Biogasproduktion der ersten
fünf Wochen mit einer Raumbelastung von ca. 0,4 g oTS/(l • Woche) lag bei ca.
5,2 l/d; damit wurde eine berechnete tägliche spezifische Produktion von
0,3 l/(l • Reaktor) erzielt. Während der folgenden zwei Wochen wurde bei einer
Raumbelastung von ca. 1,6 g oTS/(l • Woche) eine durchschnittliche
Biogasproduktion von ca. 7,0 l/d mit einer berechneten spezifischen Produktion von
0,4 l l/(l • Reaktor) erzielt. Bei der o. g. 3,5-fachen Erhöhung von TS und oTS des
zugegebenen Substrates wies die tägliche Biogasmenge eine Zunahme von 34,6 %
auf, während die spezifische Biogasproduktion um 33,33% zunahm.
Abb. 8.12: Tägliche Biogasproduktion bei der Vergärung von Papayaabfällen mit Rumensaft
Hinsichtlich der Biogasausbeute wurden zusätzlich zu der gewöhnlich auf den oTS-
Gehalt des beschickten Substrats bezogenen Biogasausbeute weitere auf andere
Prozessparameter (oTS-Abbaumenge, zugegebener oTS-Gehalt des Rumensaftes
und gesamter oTS-Gehalt im Reaktor) bezogene Biogasausbeuten ermittelt. Dies
sollte nur dazu dienen, die entsprechende Leistung der aus diesen Parametern
resultierenden Einflüsse zu erkennen. In Tab. 12.51 des Anhangs C sind in relativen
Werten sowohl die Biogasmengen als auch die o. g. Biogasausbeuten dargestellt.
Wie in Kap. 8.1.1.2 erwähnt, könnte in der Biogastechnik die auf oTS-Abbaumengen
bezogene Biogasausbeute für die genaue Leistungsbestimmung des eingesetzten
Substrats verwendet werden.
Abb. 8.13 zeigt sowohl die wöchentliche mittlere Biogasmenge als auch die
Biogasausbeuten bezogen auf den oTS-Gehalt des zugeführten Substrats, auf den
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Bio
gas (
ml/
d)
Zeit (Wochen)
Beschickung: 1.-5. Woche = 1 Mal (0,44 g oTS/l • Woche)
6.-12. Woche = 1 Mal (1,56 g oTS/l • Woche)
Ergebnisse und Diskussion 178
oTS-Gehalt des Rumensafts und auf den gesamten oTS-Gehalt im Reaktor. Mit
zunehmender Belastung der Reaktoren erhöhte sich die Biogasmenge, wobei die
niedrige eingesetzte Raumbelastung von ca. 0,5 g oTS/(l • Woche) eine niedrigere
Biogasmenge erzeugte als die höhere Raumbelastung von ca. 1,6 g oTS/(l • Woche).
Die maximale Biogasmenge der ersten fünf Wochen betrug 42,8 l während sie in den
nächsten zwei Wochen bei 49,2 l lag.
Bei ansteigender Reaktorenbelastung wiesen die auf den oTS-Gehalt des Substrats
bezogenen Biogasausbeuten unterschiedliches Verhalten auf. Die maximale
Biogasausbeute betrug in der fünften Woche bei einer Raumbelastung von ca.
0,5 g oTS/(l • Woche) bei einem maximalen oTS-Abbau von ca. 66 Mass.-% (siehe
Tab. 8.18) etwa 760 ml/g oTS. Diese Biogasausbeuten der zwei untersuchten
Raumbelastungen waren höher als die gewonnenen Biogasausbeuten bei den
Versuchen im Kleinmaßstab mit Papayaabfällen, die höchstens 21,2 ml/g oTS mit
einer oTS-Reduktion von ca. 28 Mass.-% erreichten. Caballero-Arzápalo et al. (2010)
berichteten eine oTS-Reduktion von ca. 20 Mass.-% bei der Kontrollprobe bei den
Versuchen im Kleinmaßstab mit Papayaabfällen. Der Unterschied kann auf den
Einfluss des hier eingesetzten höheren Inokulum/Substrat-Verhältnisses von über 4
zurückgeführt werden, wobei ein Inokulum/Substrat-Verhältnis von 14 der maximalen
Biogasausbeute entsprach. Obwohl Owen et al. (1979) ein Inokulum/Substrat-
Verhältnis von 1 als Standard empfahlen, stimmte der hier eingesetzte Bereich mit
dem Ergebnis von Chymoweeth et al. (1993) überein, dass eine Erhöhung des
Inokulum/Substrat-Verhältnisses für einige Arten von Substraten nötig ist. Auch Zhou
et al. (2011) zeigten dies bei Vergärungsversuchen von Bohnenabfällen mit
anaeroben Faulschlamm bei Inokulum/Substrat-Verhältnissen im Bereich von 0,33
bis 10. Die sich ergebenden höheren Inokulum/Substrat-Verhältnisse können auf
zwei Ursachen zurückgeführt werden. Erstens kann das ungewöhnliche Substrat nur
gering durch die Rumensaftmikroorganismen abgebaut werden, zweitens ist die
Überlebensfähigkeit bzw. die Aktivität der Mikroorganismen des verwendeten
Rumensafts bei thermophilen Temperaturen niedrig, so dass in beiden Fällen eine
höhere Inokulumsmenge nötig wird. Volumenbezogen machte das Inokulum anfangs
ca. 70 Vol.-% des Fermenterfüllvolumens aus, was bei etwa der oberen Grenze des
nach der Literatur (170), (171) gewöhnlich eingesetzten Bereiches von 2-67 Vol.-%
lag.
Ergebnisse und Diskussion 179
Abb. 8.13: Biogasmenge und -ausbeuten bei der Vergärung von Papayaabfällen mit Rumensaft
Die maximale Biogasausbeute von 760 ml/g oTS ist deutlich höher als die maximale
Biogasausbeute (bei der kleinsten Raumbelastung) des entsprechenden Versuches
mit Rumensaft im Kleinmaßstab (siehe Tab. 8.2) und ähnlich wie die gewonnene von
Guangqing et al. (2009) von 778 ml/g oTS bei thermophilen anaeroben
Gärversuchen von Speiseabfällen mit thermophilem anaerobem Faulschlamm als
Inokulum. Sie liegt jedoch höher als die Biogasausbeute aus ihren Versuchen bei
gleichen Temperaturen von Grünabfällen mit einer 1:1 Mischung aus Speise- und
Grünabfällen, welche bei 631 bzw. 716 ml/g oTS lagen. Die auf den oTS-Gehalt des
Substrates bezogenen Biogasausbeuten bei thermophilen Temperaturen sind ca. 80-
100 Vol.-% höher als die Biogasausbeuten des von Raposo et al. (2006)
durchgeführten Versuches mit Mais und Faulschlamm als Inokulum. Sie sind ebenso
höher als die Biogasausbeuten in anderen Versuchen von Guangqing et al. (2011)
mit Speiseabfällen, Grünabfällen und einer 1:1 Mischung aus Speise- und
Grünebfällen mit Faulschlamm, welche im Bereich von 300-430 ml/g oTS lagen.
Hinsichtlich des Abbaus der organischen Substanz und abgesehen von den
Zeiträumen ohne weitergehenden Abbau mit Anhäufungen von Zwischenprodukten,
schwankte der oTS-Abbau zwischen 6,8 und 66 Mass.-%, wie in Tab. 8.18
dargestellt ist. Der oTS-Abbau beim entsprechenden Versuch mit Rumensaft im
Kleinmaßstab lag im o. g. Bereich (siehe Tab. 8.1). Guangqing et al. (2009)
beobachtete bei thermophilen Temperaturen mit Faulschlamm als Inokulum
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
1 2 3 4 5 6 7
Bio
gasau
sb
eu
ten
(m
l/g
oT
S)
Bio
gasm
en
ge (m
l/W
och
e)
Zeit (Wochen)
mittlere Biogasmenge
Biogasausbeute bez. auf den oTS-Gehalt des zugeführten SubstratsBiogasausbeute bez. auf den oTS-Gehalt des RumensaftsBiogasausbeute bez. auf den gesamtenoTS-Gehalt im Reaktor
Beschickung: 1.-5. Woche = 1 Mal (0,44 g oTS/l • Woche)
6.-7.Woche = 1 Mal (1,56 g oTS/l • Woche)
Ergebnisse und Diskussion 180
zunehmende oTS-Reduktionsraten bei zunehmenden oTS-bezogenen
Inokulum/Substrat-Verhältnissen. Bei Inokulum/Substrat-Verhältnissen von 0,2 bis
0,63 wurden oTS-Reduktionen im Bereich von 54,3 - 93,6 Mass.-% bei einer
Vergärung von Speiseabfällen, von 55,5 - 92,2 Mass.-% bei einer Vergärung von
Grünabfällen und von 60,2 - 90,8 Mass.-% bei einer Vergärung der 1:1 Mischung von
Speiseabfällen und Grünabfällen beobachtet. Die hier maximal erreichte oTS-
Reduktion liegt in den o. g. Bereichen. Zusätzlich zu den höheren Biogasausbeuten
bei thermophilen Temperaturen sind diese oTS-Reduktionsraten ebenso höher als
die bei mesophilen Temperaturen aus Vergärungsversuchen anderer Autoren (172),
(221), (175), welche normalerweise im Bereich von 11-60 Mass.-% liegen.
Wie in Abb. 8.13 ebenso dargestellt, stiegen die auf den oTS-Gehalt des zugeführten
Rumensafts bezogenen Biogasausbeuten und die auf den gesamten oTS-Gehalt im
Reaktor bezogenen Biogasausbeuten ähnlich leicht an, bei steigender Belastung der
Reaktoren. Außer der auf den gesamten oTS-Gehalt im Reaktor bezogenen
Biogasausbeute von ca 185 ml/g oTS der fünften Woche lagen die Werte zwischen
33 und 80 ml g/oTS, während die auf den oTS-Gehalt des zugeführten Rumensaftes
bezogenen Biogasausbeuten zwischen 39 und 65 ml g/oTS lagen und damit mit den
Werten der Versuche im Kleinmaßstab bei niedrigeren Raumbelastungen
übereinstimmen. Daraus kann ebenso gefolgert werden, dass die Leistung der
Rumensaftmikroorganismen etwa gleich ist, wenn die Raumbelastung nicht über
6 g oTS/l liegt.
8.2.1.3 Ergebnisse der statistischen Analysen der Biogasproduktion der Vergärungsversuche von Papayaabfällen mit Rumensaft
Wie in Kap. 7.3.4.4 beschrieben, wurden nichtparametrische Methoden bei den
Versuchen mit Papayaabfällen im Großmaßstab eingesetzt. Diese wurden zur
Bestimmung der evtl. signifikanten Differenzen zwischen den produzierten
wöchentlichen Biogasmengen aufgrund der unterschiedlichen verwendeten
Raumbelastungen als auch zur Überprüfung der jeweiligen Hypothesen (siehe Kap.
5.2) verwendet. Da hier zwei unterschiedliche Raumbelastungen (0,44 bzw.
1,56 g oTS/l • Woche) eingesetzt wurden, wurde bei der Nullhypothese
angenommen, dass die produzierten Biogasmengen beider Raumbelastungen
identischen abhängigen Verteilungen entstammen. Mit dem Vorzeichentest wurde
Ergebnisse und Diskussion 181
ein paarweiser Vergleich zweier abhängiger Verteilungen durchgeführt. Die
statistischen Ergebnisse, die in Tab. 8.19 dargestellt sind, wurden durch den
Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test bestätigt bwz. ergänzt, da wie in 7.3.4.2
beschrieben, er im Vergleich zum Vorzeichentest zusätzlich die Größe der
Unterschiede und nicht nur das Vorzeichen der Differenzen berücksichtigt.
Wie Tab. 8.19 zeigt, ist die Wahrscheinlichkeit (0,375) (exakte Signifikanz 2-Seitig)
größer als 0,05. Daher haben die zwei Raumbelastungen keinen signifikanten
Unterschied auf die abhängige Variable (Biogasmenge) auf dem 95 %-
Konfidenzniveau verursacht. D. h. die Wahrscheinlichkeit gleicher Mittelwerte der
produzierten Biogasmengen aus der Vergärung der Papayaabfällen mit Rumensaft
bei beiden Raumbelastungen ist so groß, dass bei diesem Substrat die
Nullhypothese (H0-e), der zufolge kein Unterschied zwischen den Mittelwerten besteht
(siehe Kapitel 5.2), nicht zurückgewiesen werden kann.
Tab. 8.19: Vorzeichentest bei der Vergärung von Papayaabfällen mit Rumensaft: Teststatistiken
In Tab. 8.20 sind die statistischen Ergebnisse des Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Tests
aufgeführt. Dabei wird durch die asymptotische Signifikanz zweiseitiger Verteilungen
(P = 0,138 > 0,05) bestätigt, dass zwischen den Biogasmengengruppen beider
Raumbelastungen kein signifikanter Unterschied existiert.
Tab. 8.20: Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test bei der Vergärung von Papayaabfällen mit Rumensaft: Teststatistiken
Im Anhang C 12.4.1 sind zusätztlich die Frequenzen (Tab. 12.52) bzw. die Ränge
(Tab. 12.53) dieser zwei Methoden dargestellt.
Exakte Signifikanz (2-Seitig) 0,375a
Exakte Signifikanz (1-Seitig) 0,188
Punkt-Wahrscheinlichkeit 0,156
a. Binomialverteilung verw endet RB: Raumbelastung
Paarweise Vergleiche
RB 1 - RB 2
Z -1,483a
Asymptotische Signifikanz (2-Seitig) 0,138
Exakte Signifikanz (2-Seitig) 0,188
Exakte Signifikanz (1-Seitig) 0,094
Punkt-Wahrscheinlichkeit 0,031
a. Basierend auf positiven Rängen RB: Raumbelastung
Paarweise Vergleiche
RB 1 - RB 2
Ergebnisse und Diskussion 182
8.2.2 Ergebnisse der Versuche mit Bananenabfällen als Substrat
Bei den Batch-Gärungsversuchen im Kleinmaßstab mit Bananenabfällen wurde die
maximale akkumulierte Biogasmenge meist am fünften Tag erreicht (siehe 8.1.2.2
und Abb. 8.9 ). Die jeweilige Biogasproduktion der Vergärung nur mit Rumensaft lief
bis zum neunten Tag und bestätigt somit die von Kleemann und Meliß (1993)
getroffenen Aussagen (siehe Kap. 2.1.1.2). Wie bei der Vergärung von
Papayaabfällen, wurde bei der Vergärung von Bananenabfällen mit Rumensaft im
Großmaßstab eine Beschickung im Bereich von 3-9 Tagen, d. h. im Schnitt ein Mal
pro Woche, ausgewählt, woraus eine Verweilzeit des Bananensubstrats in den
Reaktoren von 7 Tagen entstand. Bei der jeweiligen Anfahrphase wurden die
Reaktoren auch hier aufgrund einer geringen Biogasproduktion zweimal mit
Rumensaft als Inokulum beschickt. Die allgemeine Zusammensetzung der
verwendeten Bananen wird in Kap. 8.1.2.1 dargestellt. Die TS- und oTS-Gehalte der
in diesem Versuch verwendeten Bananen betrugen 8,51 bzw. 7,49 Mass.-%. Tab.
8.21 zeigt eine Übersicht der sich aus der Beschickung ergebenden Parameter. Da
bei den jeweiligen Versuchen im Kleinmaßstaß, wobei die kleinste Raumbelastung
3 g oTS/l war, die Biogasausbeuten, die auf die oTS des zugegebenen Substrats
bezogen sind, einen abnehmenden Trend bei zunehmender Raumbelastung
aufwiesen (siehe Tab. 8.10), wurde hier, wie bei Papayaabfällen, mit einer kleineren
Raumbelastung begonnen. Die Reaktoren wurden in der ersten Woche einmal pro
Woche beschickt. Aufgrund einer unstabilen und täglich sinkenden Biogasproduktion
in der ersten Woche wurde die Beschickung in der zweiten Woche auf zweimal und
ab der dritten bis zur sechsten Woche auf dreimal erhöht. In der siebten Woche
wurde aufgrund der hohen Beschickungsmenge und, um eine Überlastung zu
verhindern, die Beschickungsfrequenz der Reaktoren auf einmal pro Woche
reduziert. Bei diesen Versuchen wurden daher zwei unterschiedliche
Substratmengen benötigt, und zwar von 100 g (7,49 g oTS) und ab der sechsten
Woche von 131,2 g (9,83 g oTS). Diese Substratmengen in Zusammenhang mit der
Beschickungsfrequenz erfolgten in fünf unterschiedlichen zu untersuchenden
Raumbelastungen (0,38, 0,77, 1,18, 1,59 und 0,54 g oTS/l • Woche).
Während der Vergärungszeit schwankte der wöchentliche durchnittliche oTS-Gehalt
des Gärmaterials zwischen 3,70 und 5,57 Mass.-%. Der durchnittliche TS-Gehalt lag
zwischen 5,07 und 7,53 Mass.-%. Damit wurde der TS-Grenzwert von 10 Mass.-%
Ergebnisse und Diskussion 183
(24), (21) nicht überschritten. Die Unterschiede zwischen den wöchentlichen
mittleren oTS-Gehalten sind auf die unterschiedlichen oTS-Abbaugrade
zurückzuführen. In Abhängigkeit davon bewegte sich ausserdem das oTS-bezogene
Inokulum/Substrat-Verhältnis zwischen 2,54 und 4,02 und nahm bei steigendem
oTS-Gehalt ab (bei sinkendem oTS-Abbau).
Tab. 8.21: Beschickungsabhängige Parameter bei der anaeroben Vergärung von Bananenabfällen mit Rumensaft
8.2.2.1 Anorganische und organische Prozess- und Bewertungsparameter
In Tab. 8.22 sind die Durchschnittswerte von den chemisch-physikalisch organischen
und anorganischen Summenparametern, von CSB:N:P-Mindestverhältnis, sowie von
den pH- und ORP-Werten und von oTS-Abbaugrad dargestellt. Wie bei den
Versuchen mit Papayaabfällen, konnten aus Kapazitätsgründen nicht kontinuierlich
alle Parameter analysiert werden. Das in einem kohlenhydrathaltigen Substrat
gewünschte Nährstoffverhältnis von 300:5:1 (15) war am Ende jeder Versuchswoche
gegeben. Daher kann angenommen werden, dass auch zu Beginn keiner der
beobachteten Wochen ein Mangel an diesen Nährstoffen bei der anaeroben
Vergärung bestand.
Der niedrige Proteingehalt in Bananen wird durch einen ebenso geringen
Gesamtstickstoffgehalt von ca. 1,9 g/kg in frischer Bananen (siehe Tab. 7.1) bedingt.
Der pure Rumensaft wies ebenso einen niedrigen Gesamtstickstoffgehalt von ca.
1,2 g/kg auf (siehe Tab. 7.1), was mit einem geringen Proteinhalt von ca. 0,38 Mass.-
% (siehe Tab. 7.3) im gesiebt verwendeten Rumensaft einherging. Dabei lag ein Teil
des Gesamtstickstoffgehaltes als Ammoniak-Stickstoff vor. Der wöchentliche
Ammoniak-Stickstoff bewegte sich zwischen ca. 403 und ca. 1335 mg/l. Diese
Ammoniak-Stickstoff Konzentrationen sind höher als die bei purem Rumensaft
(g oTS/l•Woche) (g oTS/l•d)
1 100,00 7,49 0,38 0,05 5,44 3,64
2 200,00 14,98 0,77 0,11 4,75 3,97
3 300,00 22,47 1,17 0,17 4,32 4,02
4 300,00 22,47 1,18 0,17 4,34 3,70
5 300,00 22,47 1,20 0,17 5,57 2,72
6 393,60 29,48 1,59 0,23 3,70 3,70
7 131,20 9,83 0,54 0,08 5,23 2,54
oTS-
Gehalt
(%)Woche
Substrat
(g/Woche)
Beschickung Raumbelastung Verhältnis
(I/S)(g oTS/Woche)
Ergebnisse und Diskussion 184
gemessene Konzentration von 590 mg/l (siehe Tab. 7.1), weshalb angenommen
werden kann, dass dieser Wert dem eines stabilen anaeroben Pansenmilieus
entspricht. Die hohen Ammoniak-Stickstoff Konzentrationen können nach Van
Velsen (1981) auf die thermophilen Temperaturen zurückgeführt werden.
Konzentrationen über 700 mg/l führen nach Angelidaki und Ahring (1994) zu einer
niedrigen Prozessleistung, was eine Anhäufung von nicht abgebauten
Zwischenprodukten (u. a. flüchtige Fettsäuren) bedingt. Zugleich verursachen nach
Wellinger et al. (1991) die hohen Konzentrationen an flüchtigen Fettsäuren, die bei
einer Überlastung oder sonstigen Störung des Prozesses auftreten, einen fallenden
pH-Wert. Bei pH-Werten < 6,5 wird der durch Methanogene durchgeführte
Acetatabbau deutlich gehemmt (33).
Tab. 8.22: Mittelwerte chemisch-physikalischer Parameter und des Nährstoffverhältnisses bei der Vergärung von Bananenabfällen mit Rumensaft
Bei den Gärungsversuchen von Bananenabfällen traten in den ersten zwei Wochen
pH-Werte < 6,5 auf (siehe Tab. 8.22). Die bereits genannte Instabilität in der
täglichen Biogasproduktion der ersten zwei Gärungswochen kann auf die hohe
Konzentration von Ammoniak-Stickstoff sowie auf eine Anhäufung von
Zwischenprodukten (vor allem von Essigsäure und Iso-Buttersäure) zurückgeführt
werden (siehe Abb. 8.14). Theoretisch führte dies entsprechend zu einem niedrigen
Methangehalt, da nicht nur der Acetatabbau durch die pH-Werte < 6.5 gehemmt
wurde, sondern die niedrigen pH-Werte < 6,2 (222) sich negativ auf die
Methanbakterien ausgewirkt hatten. Wie Abb. 8.14 zeigt, führte das in den nächsten
Wochen zu einer weiteren Anhäufung von Zwischenprodukten, besonders von
Essigsäure.
Abgesehen von Essigsäure und Iso-Buttersäure lagen die Konzentrationen an
organischen Säuren während der Versuchszeit bei allen verwendeten
NFGNB: Nicht fermentierende Gram-negative Bakterien
Papayasabfälle
Zitrusmischung
Bananenabfälle
Geflügelbrutabfälle
Abwasser aus
Gefügelverpackungen
Geflügelschlachtabwasser
Hühnermist
Anhänge 214
Tab. 12.6: Eigenschaften der vor und nach den Versuchen identifizierten Mikroorganismen bei allen Substraten (225), (226), (227), (228), (229), (230)
Gattung Familie Menschen Pflanzen Tieren
EnterobacterEntero-
bacteriaceae • ••
(w einige
Stämme)
35-37 ⁰C (einige
bei 44,5 ⁰C)- - +
Stäbchen, die chemoorganotrophe sind, d. h. sie verwenden organische
Verbindungen als Energie- und C-Quelle. Sie haben respiratorischen und
fermentativen Stoffwechsel. Sie kommen in fast allen Lebensräumen
einschließlich des menschlichen Darmes vor. Viele sind Zersetzer und wachsen
auf toter organischer Substanz und auch in Gegenwart von Gallensäuren und
Reinigungsmittel
KlebsiellaEntero-
bacteriaceae • • • 37 ⁰C - - +
Chemoorganotrophe Stäbchen, die Stickstoff-Fixierer und in der Natur
allgegenwärtig sind und respiratorischen und fermentativen Stoffwechsel haben.
D-Glucose und andere Kohlenhydrate werden mit der Produktion von Säure und
Gas abgebaut, aber anaerogenic Stämme auftreten. Sie wachsen besonders in
menschlichen Fäkalien, Boden, Wasser, Getreide, Obst und Gemüse. Einige
Arten sind opportunistische Krankheitserreger
CitrobacterEntero-
bacteriaceae • • • 37 ⁰C - - +
chemoorganotrophe Stäbchen, die in der Natur allgegenwätig und in der Lage
sind Stickstoff zu fixieren und respiratorischen und fermentativen Stoffwechsel
haben. Sie fermentieren Lactose und reduzieren Nitraten und sind auch
diazotrophe, d. h. sie wachsen mit elementaren molekularem N2 als
Stickstoffquelle. D-Glucose und andere Kohlenhydrate werden mit der
Produktion von Säure und Gas abgebaut
NFGNB
mindestens
15
verschieden
e Familien
• • • • 5-42 ⁰C -
- (einige
Stämme)
+ (einige
Stämme)
+
Kokkoiden oder stäbchenförmigen, nicht sporenbildende Bakterien, die Glukose
oxidativ oder gar nicht abbauen und nicht zur Fermentation fähig sind. Die
Oxidase-positive können Nitrat reduzieren und die Oxidase-negative nicht
Pseudo-
monaden
Pseudo-
monadaceae ••
(einige
Stämme)
• (einige
Stämme)
• (einige
Stämme)
37 ⁰C (fähig zu
wachsen auch
bei 42 ⁰C)
- + +
Allengegenwärtige nicht sporenbildende Stäbchen, die O2 als
Elektronenakzeptor für ihren oxidativen Energiestoffwechsel brauchen. Zucker
werden dabei über den Entner-Doudoroff-Weg zur Energiegewinnung abgebaut.
Nitrat kann bei den meisten Arten als alternativer Elektronenakzeptor bei der
Atmung dienen (Nitratatmung). Aufgrund ihrer Porine-enthaltende Zellwand sind
sie tolerant gegenüber einer Vielzahl von physikalischen Bedingungen,
einschließlich Temperatur. Sie sind beständig gegenüber hohen
Konzentrationen von Salzen, Farbstoffen, schwachen Antiseptika und den
meisten häufig verwendeten Antibiotika. Sie haben einen an die Umwelt
anpassenden Stoffwechsel
E. ColiEntero-
bacteriaceae • • • 37 ⁰C - - +
Kurze, gerade nicht sporenbildende Stäbchen, die häufig im unteren Darm von
warmblütigen Organismen zu finden sind, als single oder paarweise auftreten
und schnell in Wasser, Boden und Planzen wachsen. Sie haben
respiratorischen und fermentativen Stoffwechsel. Unter anaeroben Bedingungen
brauchen sie Kohlenhydrate. Sie können Lactose und Glucose fermentieren
und Nitrat zu Nitrit reduzieren. Glucose wird zu Pyruvat fermentiert, das zu
Milchsäure, Essigsäure und Ameisensäure umgesetzt wird. Ein Teil der
letzteren wird durch Hydrogenlyase zu H2 und CO2 umgewandelt. Einige
Stämme produzieren kein Gas. Sie fassen apathogene, fakultativ pathogene
und obligat pathogene Stämme um
ProteusEntero-
bacteriaceae • ••
(einige
Stämme)
37 ⁰C - - +
Nicht verkapselte und nicht sporenbildende chemoorganotrophe Stäbchen, die
Teil der normalen Darmflora des Menschen sind und respiratorischen und
fermentativen Stoffwechsel haben aber keine Lactose fermentieren. Ein oder
mehrere Stämme fermentieren Glycerin, Maltose, Saccharose, Trehalose und D-
Xylose. D-Glucose und andere Kohlenhydrate werden mit der Produktion von
Säure und in der Regel Gas abgebaut
ProvidenciaEntero-
bacteriaceae • • • 37 ⁰C - - +
Nicht verkapselte und nicht sporenbildende chemoorganotrophe Stäbchen, die
respiratorischen und fermentativen Stoffwechsel haben. Sie fermentieren keine
Lactose. Einige Arten fermentieren Glycerin, Maltose, Saccharose, Trehalose
und D-Xylose. D-Glucose und andere Kohlenhydrate werden mit der Produktion
von Säure abgebaut. Einige Stämme produzieren Gas
MorganellaEntero-
bacteriaceae • • • 37 ⁰C - - +
Nicht verkapselte und nicht sporenbildende chemoorganotrophe Stäbchen, die
respiratorischen als auch fermentativen Stoffwechsel haben aber keine Lactose
fermentieren
Gram-
positive
Kokken: 1) Strepto-
coccus 2) Staphylo-
cocous
1) Strepto-
coccaceae 2) Staphylo-
coccaceae
• •1)>10-<45 ⁰C
2)30-37 ⁰C+ -
1)- 2)+
Die Kokken produzieren Säure ohne Gas aus der Glucose und wachsen bei 5
% NaCl. Streptococcus: Nicht sporenbildende, kugelförmige bis ellipsoide
Zellen, die paarweise oder in verschieden langen Ketten angeordnet sind. Sie
sind chemoorganotroph und fermentieren hauptsächlich Kohlenhydrate zu
Milchsäure und siedeln in und an Menschen und Säugetieren, können aber
auch schwere Erkrankungen verursachen. Staphylococcus: kugelförmige, in
Paaren oder in unregelmäßigen (weintraubenähnlichen) Haufen angeordnete,
nicht sporenbildende Bakterien. Sie sind chemoorganotroph und haben ein
oxydatives und fermentatives Energiestoffwechsel. Sie besiedeln als
Kommensalen und Krankheitserreger die Haut und Schleimhäute von Menschen
und warmblütigen Wirbeltieren und kommen auch in der Umwelt (Gewässer,
Luft, Lebensmittel) vor
Entero-
kokken (bis 1984 unter
Streptococcus
gegliedert)
Entero-
coccaceae •
• (einige
Stämme)
5-50 ⁰C (optimale
47,8 ⁰C. Einige
bis auf 60 ⁰C bei
einer bestimmten
Zeit)
+ - -
Nicht sporenbildende Kokken, die sowohl als singles Bakterium als auch in
Ketten auftreten. Sie produzieren Milchsäure und Bakteriozine, sind
Temperaturbeständig und haben hohe Resistenz gegen Antibiotika und spielen
in Lebensmitteln eine wichtige Rolle bei Fermentations- und
Reifungsprozessen. Einige Stämme (z. B. E. faecalis ) können Infektionen bei
Menschen auslösen. Ihre Temperaturbeständigkeit ist mit Membran-Struktur
verbunden und wird zu Lipid- und Fettsäuregehalt in Verbindung gebracht
Bacillus Bacillaceae • •• (nur
einige
Stämme)
• (nur
einige
Stämme)
• (nur
einige
Stämme)
Siehe Tab. 7.4 + - + Siehe Kap. 2.4 für weitere Details
Mikroorganismen
faku
ltati
v
an
aero
b
an
aero
b
aero
b Wachstums-
temperaturBemerkungen
Pathogenität bei
Gra
m
Oxid
ase
Kata
lase
Anhänge 215
12.3.2 Weitere Ergebnisse der Versuche mit Papayaabfällen als Substrat
Tab. 12.7: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Papayaabfällen mit dem Faktor Bioadditiv: a) Nach dem SNK (Student-Newman-Keuls) Kontrasttest, b) Nach dem Duncan Kontrasttest
Tab. 12.8: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Papayaabfällen mit dem Faktor
Raumbelastung: a) Nach dem SNK (Student-Newman-Keuls) Kontrasttest, b) Nach dem Duncan Kontrasttest
* Für Gesamtbiogasmenge (Transformationen: Log (Gesamtbiogasmenge + 10) und Optimierung mit Box-Cox mit Potenz λ = 1,77054)
b) Ducan Kontrasttesta) SNK Kontrasttest
Anhänge 216
12.3.3 Weitere Ergebnisse der Versuche mit Bananenabfällen als Substrat Tab. 12.9: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Bananenabfällen mit dem Faktor
Bioadditiv: a) Nach dem SNK (Student-Newman-Keuls) Kontrasttest, b) Nach dem Duncan Kontrasttest
Tab. 12.10: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Bananenafällen mit dem Faktor
Raumbelastung: a) Nach dem SNK (Student-Newman-Keuls) Kontrasttest, b) Nach dem Duncan Kontrasttest
a-c: Mittelwerte mit ungleichen hochgestellten Buchtaben sind nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest
signifikant unterschiedlich mit 95 %-Konfidenz (α = 0,05 %)
oTS Abbau
(%)
Behandlung
(Akronym) (mg/l)oTS (g/l)
CSB : N : P
Verhältnis
0
5
10
15
20
25
30
KTL P B R PB PR BR PBR
(ml)
b) Biogas
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
KTL P B R PB PR BR PBR
%
a) oTS-Abbau
Anhänge 218
Tab. 12.12: Verwendete Materialmengen, Verhältnisse Bioadditive zu oTS des Substrats, Biogasmengen und -ausbeuten bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen
Einheit
(mg/l) 6,67
Bacillus sp. (mg/l) 6,67
Rumensaft (g oTS/l) 6,67
Zitrusmischung (g oTS/kg) Siehe Spalte Substrat
g g oTS S g g P/g oTS S g g B/g oTS S g oTS g oTS R/g oTS S Brutto2) Netto3) ml/g oTS Szu ml/g oTS Sab
KTL 2,12 0,30 n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. 2,07 6,95
Papain (P) 2,12 0,30 0,0013 0,0045 n. a. n. a. n. a. n. a. 1,61 -0,46 5,39 -346,68 /g Pzu
Bacillus sp. (B) 2,12 0,30 n. a. n. a. 0,0001 0,0002 n. a. n. a. 1,01 -1,06 3,40 -15828,59 /g Bzu
Rumensaft (R ) 2,12 0,30 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,1177 0,3953 0,3953 5,56 3,49 18,66 29,64 /g oTS Rzu
PB 2,12 0,30 0,0013 0,0045 0,0001 0,0002 n. a. n. a. 1,69 -0,37 5,69 -267,18 /(g P + g B)zu
PR 2,12 0,30 0,0013 0,0045 n. a. n. a. 0,1177 0,3953 0,3953 5,81 3,74 19,51 31,43 /(g P + g oTS R)zu
BR 2,12 0,30 n. a. n. a. 0,0001 0,0002 0,1177 0,3953 0,3955 5,61 3,54 18,85 30,09 /(g B + g oTS R)zu
PBR 2,12 0,30 0,0013 0,0045 0,0001 0,0002 0,1177 0,3953 0,3955 4,71 2,65 15,83 22,20 /(g P + g B + g oTS R)zu
KTL 4,25 0,60 n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. 2,04 3,42 44,84
Papain (P) 4,25 0,60 0,0013 0,0022 n. a. n. a. n. a. n. a. 1,20 -0,84 2,02 28,91 -627,21 /g Pzu
Bacillus sp. (B) 4,25 0,60 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 1,30 -0,74 2,18 32,04 -11084,57 /g Bzu
Rumensaft (R ) 4,25 0,60 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,1177 0,1976 0,1976 9,98 7,94 16,75 53,42 67,42 /g oTS Rzu
PB 4,25 0,60 0,0013 0,0022 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 1,41 -0,63 2,36 46,47 -449,64 /(g P + g B)zu
PR 4,25 0,60 0,0013 0,0022 n. a. n. a. 0,1177 0,1976 0,1976 18,28 16,24 30,69 65,09 136,42 /(g P + g oTS R)zu
BR 4,25 0,60 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 0,1177 0,1976 0,1978 11,18 9,14 18,76 44,12 77,57 /(g B + g oTS R)zu
PBR 4,25 0,60 0,0013 0,0022 0,0001 0,0001 0,1177 0,1976 0,1978 13,50 11,46 22,67 52,98 96,22 /(g P + g B + g oTS R)zu
KTL 6,38 0,90 n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. 1,31 1,46
Papain (P) 6,38 0,90 0,0013 0,0015 n. a. n. a. n. a. n. a. 1,17 -0,14 1,31 -104,92 /g Pzu
Bacillus sp. (B) 6,38 0,90 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 1,73 0,42 1,93 6249,33 /g Bzu
Rumensaft (R ) 6,38 0,90 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,1177 0,1315 0,1315 30,98 29,67 34,61 251,97 /g oTS Rzu
PB 6,38 0,90 0,0013 0,0015 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 1,58 0,27 1,76 191,15 /(g P + g B)zu
PR 6,38 0,90 0,0013 0,0015 n. a. n. a. 0,1177 0,1315 0,1315 33,79 32,48 37,75 272,78 /(g P + g oTS R)zu
BR 6,38 0,90 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 0,1177 0,1315 0,1316 38,17 36,86 42,65 312,91 /(g B + g oTS R)zu
PBR 6,38 0,90 0,0013 0,0015 0,0001 0,0001 0,1177 0,1315 0,1316 36,01 34,70 40,23 291,27 /(g P + g B + g oTS R)zu
1)in 100 ml Füllvolumen der Flaschen, 2)Gesamtvolumen jeder Probe, 3)Differenz vom Gesamtvolumen jeder Probe und Gesamtvolumen der KTL, n. a.: nicht anwendbar
3,00
6,00
9,00
1)Raum-
belastung
g oTS/l
Behandlung
(Akronym)
Substrat (S) Papain (P) Bacillus sp. (B) Rumensaft (R )Biogasmenge
Abb. 12.10: Residuenbasierte Überprüfung der Voraussetzungen für den Vergleich der Biogasmittelwerte bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen: a) Normale Wahrscheinlichkeitsverteilung b) Gleichheit der Varianzen
Tab. 12.14: Zweifaktorielle Varianzanalyse (ANOVA) mit festen Effekten und Interaktion bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen
Tab. 12.15: Mehrfachvergleiche bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen mit dem Faktor Bioadditiv nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest
Bioadditiv LS Mittelwert LS Sigma (σ)Homogene Gruppen*
%-Konfidenz
* Für Biogasmenge (Transformationen: Log (Biogasmenge + 10) und Optimierung
mit Box-Cox mit Potenz λ = -1,28348). LS: „Least Significant"
Anhänge 222
Tab. 12.16: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen mit dem Faktor Bioadditiv nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest
Tab. 12.17: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen mit dem Faktor Bioadditiv: a) Nach dem SNK (Student-Newman-Keuls) Kontrasttest, b) Nach dem Duncan Kontrasttest
* Für Gesamtbiogasmenge (Transformationen: Log (Gesamtbiogasmenge + 10) und Optimierung mit Box-Cox mit Potenz λ = -1,28348)
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
Anhänge 223
Tab. 12.18: Mehrfachvergleiche bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen mit dem Faktor Raumbelastung nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest
Tab. 12.19: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen mit dem Faktor Raumbelastung nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest
Tab. 12.20: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen mit dem Faktor Raumbelastung: a) Nach dem SNK (Student-Newman-Keuls) Kontrasttest, b) Nach dem Duncan Kontrasttest
95,00 96,00 97,00 98,00 99,00 99,99
3 g oTS/l 2,60358 0,01659
6 g oTS/l 2,75724 0,01704
9 g oTS/l 2,97521 0,01659keine
Homogene Gruppen*%-Konfidenz
* Für Biogasmenge (Transformationen: Log (Biogasmenge + 10) und Optimierung
mit Box-Cox mit Potenz λ = -1,28348). LS: „Least Significant"
Bioadditiv LS Mittelwert LS Sigma (σ)
95,00 96,00 97,00 98,00 99,00 99,99
3 g oTS/l - 6 g oTS/l -0,16982 0,04802 0,05044 0,05346 0,05757 0,06423 0,102473 g oTS/l - 9 g oTS/l -0,37669 0,04737 0,04976 0,05274 0,05678 0,06336 0,101086 g oTS/l - 9 g oTS/l -0,20687 0,04802 0,05044 0,05346 0,05757 0,06423 0,10247
Nic
ht s
igni
fikan
t
+/-
Limite
Nic
ht s
igni
fikan
t
+/-
LimiteN
icht
sig
nifik
ant
* Für Biogasmenge (Transformationen: Log (Biogasmenge + 10) und Optimierung mit Box-Cox mit Potenz λ = -1,28348)
* Für Gesamtbiogasmenge (Transformationen: Log (Gesamtbiogasmenge + 10) und Optimierung mit Box-Cox mit Potenz λ = -1,28348)
Anhänge 224
12.3.5 Ergebnisse der Versuche mit Geflügelbrutabfällen als Substrat
Tab. 12.21: Chemisch-physikalische Parameter, Nährstoffverhältnis und oTS-Abbau nach der Vergärung von Geflügelbrutabfällen mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen mit und ohne Bioadditiven (Mittelwerte)
Abb. 12.11: Abbau der oTS und erzeute Biogasmenge bei den Batch-Vergärungsversuchen von Geflügelbrutabfällen mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen
a-c: Mittelwerte mit ungleichen hochgestellten Buchtaben sind nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest
signifikant unterschiedlich mit 95 %-Konfidenz (α = 0,05 %)
Behandlung
(Akronym)
oTS Abbau
(%)
Verhältnis
CSB : N : P oTS (g/l)
(mg/l)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
KTL P B R PB PR BR PBR
b) Biogas
ml
0
10
20
30
40
50
60
KTL P B R PB PR BR PBR
%
a) oTS-Abbau
Anhänge 225
Tab. 12.22: Verwendete Materialmengen, Verhältnisse Bioadditive zu oTS des Substrats, Biogasmengen und -ausbeuten bei der Vergärung von Geflügelbrutabfällen
g g oTS S g g P/g oTS S g g B/g oTS S g oTS g oTS R/g oTS S Brutto2) Netto3) ml/g oTS Szu ml/g oTS Sab
KTL 0,49 0,30 n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. 2,02 6,75
Papain (P) 0,49 0,30 0,0013 0,0044 n. a. n. a. n. a. n. a. 1,20 -0,82 4,01 -615,81 /g Pzu
Bacillus sp. (B) 0,49 0,30 n. a. n. a. 0,0001 0,0002 n. a. n. a. 2,65 0,62 8,83 9351,18 /g Bzu
Rumensaft (R ) 0,49 0,30 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,0753 0,2513 0,2513 4,93 2,90 16,43 38,53 /g oTS Rzu
PB 0,49 0,30 0,0013 0,0044 0,0001 0,0002 n. a. n. a. 2,75 0,72 9,16 516,98 /(g P + g B)zu
PR 0,49 0,30 0,0013 0,0044 n. a. n. a. 0,0753 0,2513 0,2513 6,15 4,12 20,50 53,77 /(g P + g oTS R)zu
BR 0,49 0,30 n. a. n. a. 0,0001 0,0002 0,0753 0,2513 0,2515 6,57 4,55 21,91 60,29 /(g B + g oTS R)zu
PBR 0,49 0,30 0,0013 0,0044 0,0001 0,0002 0,0753 0,2513 0,2515 5,70 3,67 19,00 47,86 /(g P + g B + g oTS R)zu
KTL 3,38 0,60 n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. 7,52 12,54 26,82
Papain (P) 3,38 0,60 0,0013 0,0022 n. a. n. a. n. a. n. a. 6,95 -0,57 11,59 113,04 -428,79 /g Pzu
Bacillus sp. (B) 3,38 0,60 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 7,65 0,13 12,76 71,01 1915,85 /g Bzu
Rumensaft (R ) 3,38 0,60 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,0753 0,1256 0,1256 16,20 8,68 27,01 66,44 115,19 /g oTS Rzu
PB 3,38 0,60 0,0013 0,0022 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 9,03 1,50 15,05 96,00 1073,05 /(g P + g B)zu
PR 3,38 0,60 0,0013 0,0022 n. a. n. a. 0,0753 0,1256 0,1256 11,78 4,26 19,64 45,40 55,52 /(g P + g oTS R)zu
BR 3,38 0,60 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 0,0753 0,1256 0,1257 12,08 4,55 20,14 55,45 60,41 /(g B + g oTS R)zu
PBR 3,38 0,60 0,0013 0,0022 0,0001 0,0001 0,0753 0,1256 0,1257 15,10 7,58 25,18 59,53 98,77 /(g P + g B + g oTS R)zu
KTL 5,15 0,90 n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. 15,11 16,79
Papain (P) 5,15 0,90 0,0013 0,0015 n. a. n. a. n. a. n. a. 10,45 -4,65 11,62 -3487,31 /g Pzu
Bacillus sp. (B) 5,15 0,90 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 13,78 -1,32 15,32 -19842,75 /g Bzu
Rumensaft (R ) 5,15 0,90 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,0753 0,0837 0,0837 23,30 8,19 25,89 108,71 /g oTS Rzu
PB 5,15 0,90 0,0013 0,0015 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 10,44 -4,66 11,60 -3329,93 /(g P + g B)zu
PR 5,15 0,90 0,0013 0,0015 n. a. n. a. 0,0753 0,0837 0,0837 18,72 3,61 20,80 47,11 /(g P + g oTS R)zu
BR 5,15 0,90 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 0,0753 0,0837 0,0838 17,81 2,71 19,80 35,91 /(g B + g oTS R)zu
PBR 5,15 0,90 0,0013 0,0015 0,0001 0,0001 0,0753 0,0837 0,0838 23,47 8,37 26,09 109,02 /(g P + g B + g oTS R)zu
1)in 100 ml Füllvolumen der Flaschen, 2)Gesamtvolumen jeder Probe, 3)Differenz vom Gesamtvolumen jeder Probe und Gesamtvolumen der KTL, n. a.: nicht anwendbar
PBR 26,09 55,38 124,52 70,30 0,75 124,78 25,40 31,76 -1)in 100 ml Füllvolumen der Flaschen
1)Raum-
belastung
g oTS/l
Behandlung
(Akronym)
Prozentualen Differenzen zwischen den Biogasausbeuten
3,00
6,00
9,00
Anhänge 227
Abb. 12.13: Gesamtmenge an Biogas beim anaeroben Abbauprozess von Geflügelbrutabfällen ohne und mit Bioadditiveinfluss
Abb. 12.14: Akkumulierte Biogasproduktion beim anaeroben Abbauprozess von Geflügelbrutabfällen ohne und mit Bioadditiveinfluss
Abb. 12.15: Residuenbasierte Überprüfung der Voraussetzungen für den Vergleich der Biogasmittelwerte bei der Vergärung von Geflügelbrutabfällen: a) Normale Wahrscheinlichkeitsverteilung b) Gleichheit der Varianzen
Tab. 12.24: Zweifaktorielle Varianzanalyse (ANOVA) mit festen Effekten und Interaktion bei der Vergärung von Geflügelbrutabfällen
Tab. 12.25: Mehrfachvergleiche bei der Vergärung von Geflügelbrutabfällen mit dem Faktor Bioadditiv nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest
* Für Biogasmenge (Transformationen: Log (Biogasmenge + 10) und Optimierung mit Box-Cox mit Potenz λ =
1,83894). LS: „Least Significant"
Anhänge 229
Tab. 12.26: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Geflügelbrutabfällen mit dem Faktor Bioadditiv nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest
* Für Gesamtbiogasmenge (Transformationen: Log (Gesamtbiogasmenge + 10) und Optimierung mit Box-Cox mit Potenz λ = 1,83894)
Anhänge 230
Tab. 12.27: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Geflügelbrutabfällen mit dem Faktor Bioadditiv: a) Nach dem SNK (Student-Newman-Keuls) Kontrasttest, b) Nach dem Duncan Kontrasttest
Tab. 12.28: Mehrfachvergleiche bei der Vergärung von Geflügelbrutabfällen mit dem Faktor Raumbelastung nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest
Tab. 12.29: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Geflügelbrutabfällen mit dem Faktor Raumbelastung nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest
* Für Biogasmenge (Transformationen: Log (Biogasmenge + 10) und Optimierung
mit Box-Cox mit Potenz λ = 1,83894). LS: „Least Significant"
95,00 96,00 97,00 98,00 99,00 99,99
3 g oTS/l - 6 g oTS/l -0,40229 0,05175 0,05435 0,05760 0,06200 0,06916 0,11004
3 g oTS/l - 9 g oTS/l -0,67271 0,05405 0,05677 0,06016 0,06476 0,07223 0,11493
6 g oTS/l - 9 g oTS/l -0,27042 0,05480 0,05755 0,06099 0,06565 0,07323 0,11652
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
+/-
Limite
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
+/-
Limite
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
+/-
Limite
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
+/-
Limite
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
+/-
Limite
Vergleich* Differenz
%-Konfidenz
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
+/-
Limite
* Für Gesamtbiogasmenge (Transformationen: Log (Gesamtbiogasmenge + 10) und Optimierung mit Box-Cox mit Potenz λ = 1,83894)
Anhänge 231
Tab. 12.30: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Geflügelbrutabfällen mit dem Faktor Raumbelastung: a) Nach dem SNK (Student-Newman-Keuls) Kontrasttest, b) Nach dem Duncan Kontrasttest
12.3.6 Ergebnisse der Versuche mit Hühnermist als Substrat
Tab. 12.31: Chemisch-physikalische Parameter, Nährstoffverhältnis und oTS-Abbau nach der Vergärung von Hühnermist mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen mit und ohne Bioadditiven (Mittelwerte)
Abb. 12.16: Abbau der oTS und erzeute Biogasmenge bei den Batch-Vergärungsversuchen von Hühnermist mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen
6 g oTS/l - 9 g oTS/l -0,27042* Für Gesamtbiogasmenge (Transformationen: Log (Gesamtbiogasmenge + 10) und Optimierung mit Box-Cox mit Potenz λ = 1,83894)
a-c: Mittelwerte mit ungleichen hochgestellten Buchtaben sind nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest
signifikant unterschiedlich mit 95 %-Konfidenz (α = 0,05 %)
CSB : N : P
VerhältnisBehandlung
(Akronym)
oTS Abbau
(%)(mg/l)oTS (g/l)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
KTL P B R PB PR BR PBR
B) Biogas
ml
0
10
20
30
40
50
60
KTL P B R PB PR BR PBR
%
a) oTS-Abbau
Anhänge 232
Tab. 12.32: Verwendete Materialmengen, Verhältnisse Bioadditive zu oTS des Substrats, Biogasmengen und -ausbeuten bei der Vergärung von Hühnermist
Einheit
(mg/l) 6,67
Bacillus sp. (mg/l) 6,67
Rumensaft (g oTS/l) 6,67
Hühnermist (g oTS/kg) Siehe Spalte Substrat
g g oTS S g g P/g oTS S g g B/g oTS S g oTS g oTS R/g oTS S Brutto2) Netto3) ml/g oTS Szu ml/g oTS Sab
KTL 0,50 0,30 n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. 3,03 10,18
Papain (P) 0,50 0,30 0,0013 0,0045 n. a. n. a. n. a. n. a. 2,09 -0,94 7,02 -704,76 /g Pzu
Bacillus sp. (B) 0,50 0,30 n. a. n. a. 0,0001 0,0002 n. a. n. a. 2,51 -0,52 8,44 -7754,64 /g Bzu
Rumensaft (R ) 0,50 0,30 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,0659 0,2218 0,2218 15,16 12,13 50,98 183,96 /g oTS Rzu
PB 0,50 0,30 0,0013 0,0045 0,0001 0,0002 n. a. n. a. 2,62 -0,40 8,82 -288,90 /(g P + g B)zu
PR 0,50 0,30 0,0013 0,0045 n. a. n. a. 0,0659 0,2218 0,2218 14,59 11,56 49,06 171,81 /(g P + g oTS R)zu
BR 0,50 0,30 n. a. n. a. 0,0001 0,0002 0,0659 0,2218 0,2220 19,89 16,86 66,90 255,46 /(g B + g oTS R)zu
PBR 0,50 0,30 0,0013 0,0045 0,0001 0,0002 0,0659 0,2218 0,2220 8,47 5,45 28,50 80,87 /(g P + g B + g oTS R)zu
KTL 1,01 0,60 n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. 10,47 17,43 38,88
Papain (P) 1,01 0,60 0,0013 0,0022 n. a. n. a. n. a. n. a. 12,47 2,01 20,77 46,39 1503,60 /g Pzu
Bacillus sp. (B) 1,01 0,60 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 18,55 8,09 30,89 65,74 121234,67 /g Bzu
Rumensaft (R ) 1,01 0,60 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,0659 0,1098 0,1098 31,57 21,10 52,56 116,89 319,98 /g oTS Rzu
PB 1,01 0,60 0,0013 0,0022 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 14,85 4,39 24,73 60,05 3131,72 /(g P + g B)zu
PR 1,01 0,60 0,0013 0,0022 n. a. n. a. 0,0659 0,1098 0,1098 34,44 23,97 57,34 136,53 356,28 /(g P + g oTS R)zu
BR 1,01 0,60 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 0,0659 0,1098 0,1099 35,79 25,32 59,59 145,06 383,59 /(g B + g oTS R)zu
PBR 1,01 0,60 0,0013 0,0022 0,0001 0,0001 0,0659 0,1098 0,1099 30,53 20,06 50,83 124,03 297,91 /(g P + g B + g oTS R)zu
KTL 1,51 0,90 n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. 21,02 23,41
Papain (P) 1,51 0,90 0,0013 0,0015 n. a. n. a. n. a. n. a. 24,40 3,38 27,17 2531,66 /g Pzu
Bacillus sp. (B) 1,51 0,90 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 15,33 -5,70 17,07 -85392,27 /g Bzu
Rumensaft (R ) 1,51 0,90 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,0659 0,0734 0,0734 36,81 15,78 40,99 239,38 /g oTS Rzu
PB 1,51 0,90 0,0013 0,0015 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 30,31 9,29 33,76 6630,54 /(g P + g B)zu
PR 1,51 0,90 0,0013 0,0015 n. a. n. a. 0,0659 0,0734 0,0734 41,60 20,58 46,33 305,91 /(g P + g oTS R)zu
BR 1,51 0,90 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 0,0659 0,0734 0,0735 52,87 31,85 58,89 482,56 /(g B + g oTS R)zu
PBR 1,51 0,90 0,0013 0,0015 0,0001 0,0001 0,0659 0,0734 0,0735 45,02 24,00 50,14 356,34 /(g P + g B + g oTS R)zu
1)in 100 ml Füllvolumen der Flaschen, 2)Gesamtvolumen jeder Probe, 3)Differenz vom Gesamtvolumen jeder Probe und Gesamtvolumen der KTL, n. a.: nicht anwendbar
* Für Biogasmenge (Transformationen: Log (Biogasmenge + 10) und Optimierung
mit Box-Cox mit Potenz λ = 2,03128). LS: „Least Significant"
Anhänge 236
Tab. 12.36: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Hühnermist mit dem Faktor Bioadditiv nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest
Tab. 12.37: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Hühnermist mit dem Faktor Bioadditiv: a) Nach dem SNK (Student-Newman-Keuls) Kontrasttest, b) Nach dem Duncan Kontrasttest
PR - BR -0,16330 • •PR - PBR 0,10109 • • • • • • • • • • • •BR - PBR 0,26439* Für Gesamtbiogasmenge (Transformationen: Log (Gesamtbiogasmenge + 10) und Optimierung mit Box-Cox mit Potenz λ = 2,03128)
a) SNK Kontrasttest b) Ducan Kontrasttest
%-Konfidenz %-Konfidenz
Vergleich* Differenz
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
Anhänge 237
Tab. 12.38: Mehrfachvergleiche bei der Vergärung von Hühnermist mit dem Faktor Raumbelastung nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest
Tab. 12.39: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Hühnermist mit dem Faktor Raumbelastung nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest
Tab. 12.40: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Hühnermist mit dem Faktor Raumbelastung: a) Nach dem SNK (Student-Newman-Keuls) Kontrasttest, b) Nach dem Duncan Kontrasttest
95,00 96,00 97,00 98,00 99,00 99,99
3 g oTS/l 2,91519 0,02179
6 g oTS/l 3,54217 0,02246
9 g oTS/l 3,80936 0,02436
keine
Homogene Gruppen*
%-KonfidenzLS Sigma (σ)Bioadditiv LS Mittelwert
* Für Biogasmenge (Transformationen: Log (Biogasmenge + 10) und Optimierung
mit Box-Cox mit Potenz λ = 2,03128). LS: „Least Significant"
95,00 96,00 97,00 98,00 99,00 99,99
3 g oTS/l - 6 g oTS/l -0,60198 0,06311 0,06627 0,07023 0,07561 0,08433 0,134183 g oTS/l - 9 g oTS/l -0,89521 0,06591 0,06922 0,07336 0,07897 0,08808 0,140156 g oTS/l - 9 g oTS/l -0,29323 0,06682 0,07018 0,07437 0,08006 0,08930 0,14208
+/-
Limite
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
+/-
Limite
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
+/-
Limite
Vergleich* Differenz
%-Konfidenz
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
+/-
Limite
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
+/-
Limite
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
+/-
Limite
Nic
ht
sig
nifi
kan
t
* Für Gesamtbiogasmenge (Transformationen: Log (Gesamtbiogasmenge + 10) und Optimierung mit Box-Cox mit Potenz λ = 2,03128)
* Für Gesamtbiogasmenge (Transformationen: Log (Gesamtbiogasmenge + 10) und Optimierung mit Box-Cox mit Potenz λ = 2,03128)
Vergleich* Differenz
%-Konfidenz %-Konfidenz
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
Nic
ht s
igni
fikan
t
Anhänge 238
12.3.7 Ergebnisse der Versuche mit Geflügelschlachtabwasser als Substrat
Tab. 12.41: Chemisch-physikalische Parameter, Nährstoffverhältnis und oTS-Abbau nach der Vergärung von Geflügelschlachtabwasser mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen mit und ohne Bioadditiven (Mittelwerte)
Abb. 12.21: Abbau der oTS und erzeute Biogasmenge bei den Batch-Vergärungsversuchen von Geflügelschlachtabwasser mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen
a-c: Mittelwerte mit ungleichen hochgestellten Buchtaben sind nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest
signifikant unterschiedlich mit 95 %-Konfidenz (α = 0,05 %)
VerhältnisBehandlung
(Akronym)
oTS Abbau
(%)(mg/l)oTS (g/l)
CSB : N : P
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
KTL P B R PB PR BR PBR
b) Biogas
ml
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
KTL P B R PB PR BR PBR
%
a) oTS-Abbau
Anhänge 239
Tab. 12.42: Verwendete Materialmengen, Verhältnisse Bioadditive zu oTS des Substrats, Biogasmengen und -ausbeuten bei der Vergärung von Geflügelschlachtabwasser
g g oTS S g g P/g oTS S g g B/g oTS S g oTS g oTS R/g oTS S Brutto2) Netto3) ml/g oTS Szu ml/g oTS Sab
KTL 0,49 0,30 n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. 0,11 0,36
Papain (P) 0,49 0,30 0,0013 0,0045 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,00 -0,11 0,00 -79,83 /g Pzu
Bacillus sp. (B) 0,49 0,30 n. a. n. a. 0,0001 0,0002 n. a. n. a. 0,05 -0,06 0,15 -912,31 /g Bzu
Rumensaft (R ) 0,49 0,30 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,0753 0,2515 0,2515 0,00 -0,11 0,00 -1,41 /g oTS Rzu
PB 0,49 0,30 0,0013 0,0045 0,0001 0,0002 n. a. n. a. 0,30 0,20 1,02 141,19 /(g P + g B)zu
PR 0,49 0,30 0,0013 0,0045 n. a. n. a. 0,0753 0,2515 0,2515 0,38 0,27 1,27 3,57 /(g P + g oTS R)zu
BR 0,49 0,30 n. a. n. a. 0,0001 0,0002 0,0753 0,2515 0,2517 0,00 -0,11 0,00 -1,41 /(g B + g oTS R)zu
PBR 0,49 0,30 0,0013 0,0045 0,0001 0,0002 0,0753 0,2515 0,2517 0,18 0,08 0,61 0,99 /(g P + g B + g oTS R)zu
KTL 0,97 0,60 n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. 0,00 0,00 0,00
Papain (P) 0,97 0,60 0,0013 0,0022 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 /g Pzu
Bacillus sp. (B) 0,97 0,60 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 /g Bzu
Rumensaft (R ) 0,97 0,60 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,0753 0,1258 0,1258 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 /g oTS Rzu
PB 0,97 0,60 0,0013 0,0022 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 0,03 0,03 0,05 0,53 21,72 /(g P + g B)zu
PR 0,97 0,60 0,0013 0,0022 n. a. n. a. 0,0753 0,1258 0,1258 0,67 0,67 1,12 6,95 8,73 /(g P + g oTS R)zu
BR 0,97 0,60 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 0,0753 0,1258 0,1259 0,03 0,03 0,05 0,16 0,40 /(g B + g oTS R)zu
PBR 0,97 0,60 0,0013 0,0022 0,0001 0,0001 0,0753 0,1258 0,1259 0,03 0,03 0,05 0,20 0,40 /(g P + g B + g oTS R)zu
KTL 1,46 0,90 n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. 0,08 0,08
Papain (P) 1,46 0,90 0,0013 0,0015 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,43 0,35 0,47 262,29 /g Pzu
Bacillus sp. (B) 1,46 0,90 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 0,00 -0,08 0,00 -1140,39 /g Bzu
Rumensaft (R ) 1,46 0,90 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,0753 0,0838 0,0838 0,00 -0,08 0,00 -1,01 /g oTS Rzu
PB 1,46 0,90 0,0013 0,0015 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 0,00 -0,08 0,00 -54,30 /(g P + g B)zu
PR 1,46 0,90 0,0013 0,0015 n. a. n. a. 0,0753 0,0838 0,0838 0,18 0,11 0,20 1,39 /(g P + g oTS R)zu
BR 1,46 0,90 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 0,0753 0,0838 0,0839 0,02 -0,06 0,02 -0,81 /(g B + g oTS R)zu
PBR 1,46 0,90 0,0013 0,0015 0,0001 0,0001 0,0753 0,0838 0,0839 0,09 0,02 0,10 0,20 /(g P + g B + g oTS R)zu
1)in 100 ml Füllvolumen der Flaschen, 2)Gesamtvolumen jeder Probe, 3)Differenz vom Gesamtvolumen jeder Probe und Gesamtvolumen der KTL, n. a.: nicht anwendbar
Punkt Varscheinlichkeit 0,75000 1,00000 1,00000 1,00000 0,42857 0,05357 0,75000 0,17143
a. Kruskal-Wallis Test
b. Gruppierungsvariable: Raumbelastung
Teststatistikena,b
Anhänge 242
Tab. 12.45: Kruskal-Wallis Test nach dem Faktor Raumbelastung bei der Vergärung von Geflügelschlachtabwasser
12.3.8 Ergebnisse der Versuche mit Abwasser aus der Geflügelverpackungs-anlage als Substrat
Tab. 12.46: Chemisch-physikalische Parameter, Nährstoffverhältnis und oTS-Abbau nach der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen mit und ohne Bioadditiven (Mittelwerte)
Abb. 12.25: Abbau der oTS und erzeute Biogasmenge bei den Batch-Vergärungsversuchen von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen
: Mittelwerte mit ungleichen hochgestellten Buchtaben sind nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest
signifikant unterschiedlich mit 95 %-Konfidenz (α = 0,05 %)
CSB : N : P oTS (g/l)
(mg/l)
Behandlung
(Akronym)
oTS Abbau
(%)
Verhältnis
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
KTL P B R PB PR BR PBR
b) Biogas
ml
0
5
10
15
20
25
30
35
40
KTL P B R PB PR BR PBR
%
a) oTS-Abbau
Anhänge 243
Tab. 12.47: Verwendete Materialmengen, Verhältnisse Bioadditive zu oTS des Substrats, Biogasmengen und -ausbeuten bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage
Einheit
Papain (mg/l) 6,67
Bacillus sp. (mg/l) 6,67
Rumensaft (g oTS/l) 6,67
Abwasser aus Geflügelverpackungen (g oTS/kg) Siehe Spalte Substrat
g g oTS S g g P/g oTS S g g B/g oTS S g oTS g oTS R/g oTS S Brutto2) Netto3) ml/g oTS Szu ml/g oTS Sab
KTL 0,52 0,30 n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. 0,00 0,00
Papain (P) 0,52 0,30 0,0013 0,0045 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,00 0,00 0,00 0,00 /g Pzu
Bacillus sp. (B) 0,52 0,30 n. a. n. a. 0,0001 0,0002 n. a. n. a. 0,00 0,00 0,00 0,00 /g Bzu
Rumensaft (R ) 0,52 0,30 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,0659 0,2209 0,2209 0,56 0,56 1,89 8,54 /g oTS Rzu
PB 0,52 0,30 0,0013 0,0045 0,0001 0,0002 n. a. n. a. 0,00 0,00 0,00 0,00 /(g P + g B)zu
PR 0,52 0,30 0,0013 0,0045 n. a. n. a. 0,0659 0,2209 0,2209 1,49 1,49 4,99 22,16 /(g P + g oTS R)zu
BR 0,52 0,30 n. a. n. a. 0,0001 0,0002 0,0659 0,2209 0,2211 0,59 0,59 1,99 8,99 /(g B + g oTS R)zu
PBR 0,52 0,30 0,0013 0,0045 0,0001 0,0002 0,0659 0,2209 0,2211 1,34 1,34 4,48 19,88 /(g P + g B + g oTS R)zu
KTL 1,05 0,60 n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. 0,18 0,30 1,39
Papain (P) 1,05 0,60 0,0013 0,0022 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,00 -0,18 0,00 0,00 -136,85 /g Pzu
Bacillus sp. (B) 1,05 0,60 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 0,00 -0,18 0,00 0,00 -2736,93 /g Bzu
Rumensaft (R ) 1,05 0,60 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,0659 0,1094 0,1094 0,76 0,58 1,26 3,54 8,72 /g oTS Rzu
PB 1,05 0,60 0,0013 0,0022 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 0,00 -0,18 0,00 0,00 -130,33 /(g P + g B)zu
PR 1,05 0,60 0,0013 0,0022 n. a. n. a. 0,0659 0,1094 0,1094 2,22 2,04 3,68 12,95 30,26 /(g P + g oTS R)zu
BR 1,05 0,60 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 0,0659 0,1094 0,1095 0,49 0,30 0,81 2,29 4,61 /(g B + g oTS R)zu
PBR 1,05 0,60 0,0013 0,0022 0,0001 0,0001 0,0659 0,1094 0,1095 1,80 1,62 2,99 9,32 24,06 /(g P + g B + g oTS R)zu
KTL 1,57 0,90 n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. n. a. 0,00 0,00
Papain (P) 1,57 0,90 0,0013 0,0015 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,00 0,00 0,00 0,00 /g Pzu
Bacillus sp. (B) 1,57 0,90 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 0,00 0,00 0,00 0,00 /g Bzu
Rumensaft (R ) 1,57 0,90 n. a. n. a. n. a. n. a. 0,0659 0,0732 0,0732 0,78 0,78 0,86 11,77 /g oTS Rzu
PB 1,57 0,90 0,0013 0,0015 0,0001 0,0001 n. a. n. a. 0,00 0,00 0,00 0,00 /(g P + g B)zu
PR 1,57 0,90 0,0013 0,0015 n. a. n. a. 0,0659 0,0732 0,0732 2,55 2,55 2,83 37,94 /(g P + g oTS R)zu
BR 1,57 0,90 n. a. n. a. 0,0001 0,0001 0,0659 0,0732 0,0732 1,87 1,87 2,07 28,26 /(g B + g oTS R)zu
PBR 1,57 0,90 0,0013 0,0015 0,0001 0,0001 0,0659 0,0732 0,0732 1,55 1,55 1,72 23,04 /(g P + g B + g oTS R)zu
1)in 100 ml Füllvolumen der Flaschen, 2)Gesamtvolumen jeder Probe, 3)Differenz vom Gesamtvolumen jeder Probe und Gesamtvolumen der KTL, n. a.: nicht anwendbar
6,00
9,00
1)Raum-
belastung
g oTS/l
Inokulum
/Substrat
Substrat (S) Papain (P) Bacillus sp. (B) Rumensaft (R )Biogasmenge
Abb. 12.26: Biogasausbeuten bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage: a) oTS-bezogene Biogasausbeuten, b) Bioadditivbezogene Biogasausbeuten
Tab. 12.48: Vergleich der prozentualen Differenzen zwischen den oTS-bezogenen Biogasausbeuten bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage
0
5
10
15
20
25
30
35
40
ml
Bio
gas/g
Bio
ad
dit
ive
Inokulum/Substrat-Verhältnis(Raumbelastung g oTS/l)
b) Bioadditivbezogene Biogasausbeuten
Rumensaft (R )
PR
BR
PBR
0,10 0,20 0,40(9,00) (6,00) (3,00)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5m
l B
iog
as/g
oT
S
Inokulum/Substrat-Verhältinis(Raumbelastung g oTS/l)
Beschickung: 1.-5. Woche = 1 Mal (0,41 g oTS/l • Woche)6.-7. Woche = 1 Mal (1,62 g oTS/l • Woche)
Anhänge 251
Abb. 12.30: Tägliche Biogasproduktion aus der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen mit Rumensaft
Abb. 12.31: Biogasmenge und -ausbeuten bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen mit Rumensaft
Tab. 12.59: Biogasmengen und -ausbeuten bei der Vergärung von Zitrusmischung mit Rumensaft bei verschieden Beschickungsgraden und Raumbelastungen
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Bio
gas (
ml/
d)
Zeit (Wochen)
Beschickung: 1.-5. Woche = 1 Mal (0,41 g oTS/l • Woche)6.-12. Woche = 1 Mal (1,62 g oTS/l • Woche)
0
100
200
300
400
500
600
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
1 2 3 4 5 6 7
Bio
gasau
sb
eu
ten
(m
l/g
oT
S)
Bio
gasm
en
ge (m
l/W
och
e)
Zeit (Wochen)
mittlere Biogasmenge
Biogasausbeute bez. auf den oTS-Gehalt des zugeführten SubstratsBiogasausbeute bez. auf den oTS-Gehalt des RumensaftsBiogasausbeute bez. auf den gesamtenoTS-Gehalt im Reaktor
Beschickung: 1.-5. Woche = 1 Mal (0,41 g oTS/l • Woche)6.-7. Woche = 1 Mal (1,62 g oTS/l • Woche)
Tab. 12.60: Vorzeichentest bei der Vergärunung von Zitrusmischung mit Rumensaft: Teststatistiken
Tab. 12.61: Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test bei der Vergärunung von Zitrusmischung mit Rumensaft: Teststatistiken
Tab. 12.62: Vorzeichentest bei der Vergärunung von Zitrusmischung mit Rumensaft: Frequenzen
Tab. 12.63: Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test bei der Vergärunung von Zitrusmischung mit Rumensaft: Ränge
Exakte Signifikanz (2-Seitig)a 0,063a
Exakte Signifikanz (1-Seitig) 0,031
Punkt-Wahrscheinlichkeit 0,031
a. Binomialverteilung verw endet RB: Raumbelastung
Paarweise Vergleiche
RB 1 - RB 2
Z -2,023a
Asymptotische Signifikanz (2-Seitig) 0,043
Exakte Signifikanz (2-Seitig) 0,063
Exakte Signifikanz (1-Seitig) 0,031
Punkt-Wahrscheinlichkeit 0,031
a. Basierend auf positiven Rängen RB: Raumbelastung
RB 1 - RB 2
Paarweise Vergleiche
Anzahl
Negative Differenzena 5
Positive Differenzenb 0
Bindungenc 0
Total 5
a. RB 1 < RB 2 b. RB 1 > RB 2 c. RB 1 = RB 2
Vergleich
RB 1 - RB 2
RB: Raumbelastung
AnzahlMittlerer
Rang
Summe der
Ränge
Negative Ränge 5a 3,00 15,00
Positive Ränge 0b
0,00 0,00
Bindungen 0c
Total 5
a. RB 1 < RB 2 b. RB 1 > RB 2 c. RB 1 = RB 2
Vergleich
RB 1 - RB 2
RB: Raumbelastung
Anhänge 253
12.4.4 Ergebnisse der Versuche mit Abwasser aus der Geflügelverpackungs-anlage als Substrat
Tab. 12.64: Beschickungsabhängige Parameter bei der anaeroben Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage mit Rumensaft
Tab. 12.65: Mittelwerte chemisch-physikalischer Parameter und des Nährstoffverhältnisses bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage mit Rumensaft
Abb. 12.32: Konzentrationen an organischen Fettsäuren bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanalge mit Rumensaft
Beschickung: 1. Woche = 1 Mal (1,38 g oTS/l • Woche)2.-5. Woche = 3 Mal (4,29 g oTS/l • Woche)
6. Woche = 3 Mal (4,87 g oTS/l • Woche)7. Woche = 1 Mal (1,64 g oTS/l • Woche)
Anhänge 254
Abb. 12.33: Tägliche Biogasproduktion aus der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage mit Rumensaft
Abb. 12.34: Biogasmenge und -ausbeuten bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage mit Rumensaft
Tab. 12.66: Biogasmengen und -ausbeuten bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage mit Rumensaft bei verschieden Beschickungsgraden und Raumbelastungen
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Bio
gas (
ml/
d)
Zeit (Wochen)
Beschickung: 1. Woche = 1 Mal (1,38 g oTS/l • Woche)2.-5. Woche = 3 Mal (4,29 g oTS/l • Woche)
6. Woche = 3 Mal (4,87 g oTS/l • Woche)7.-12- Woche = 1 Mal (1,64 g oTS/l • Woche)
0
20
40
60
80
100
120
140
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
1 2 3 4 5 6 7
Bio
gasau
sb
eu
ten
(m
l/g
oT
S)
Bio
gasm
en
ge (m
l/W
och
e)
Zeit (Wochen)
mittlere Biogasmenge
Biogasausbeute bez. auf den oTS-Gehalt des zugeführten Substrats
Biogasausbeute bez. auf den oTS-Gehalt des Rumensaftes
Biogasausbeute bez. auf den gesamtenoTS-Gehalt im Reaktor
Beschickung: 1. Woche = 1 Mal (1,38 g oTS/l • Woche)2.-5. Woche = 3 Mal (4,29 g oTS/l • Woche)
6. Woche = 3 Mal (4,87 g oTS/l • Woche)7. Woche = 1 Mal (1,64 g oTS/l • Woche)
Tab. 12.67: Vorzeichentest bei bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage mit Rumensaft: Teststatistiken
Tab. 12.68: Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage mit Rumensaft: Teststatistiken
Tab. 12.69: Vorzeichentest bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage mit Rumensaft: Frequenzen
Tab. 12.70: Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage mit Rumensaft: Ränge
Exakte Signifikanz (2-Seitig) 1,000a
Exakte Signifikanz (1-Seitig) 0,500
Punkt-Wahrscheinlichkeit 0,313
a. Basierend auf positiven Rängen RB: Raumbelastung
RB 1 - RB 2
Paarweise Vergleiche
Z -0,135
a
Asymptotische Signifikanz (2-Seitig) 0,893
Exakte Signifikanz (2-Seitig) 1,000
Exakte Signifikanz (1-Seitig) 0,500
Punkt-Wahrscheinlichkeit 0,094
a. Basierend auf positiven Rängen RB: Raumbelastung
Paarweise Vergleiche
RB 1 - RB 2
Anzahl
Negative Differenzena 2
Positive Differenzenb 3
Bindungenc 0
Total 5
a. RB 1 < RB 2 b. RB 1 > RB 2 c. RB 1 = RB 2
Vergleich
RB 1 - RB 2
RB: Raumbelastung
AnzahlMittlerer
Rang
Summe der
Ränge
Negative Ränge 2a 3,50 7,00
Positive Ränge 3b 2,67 8,00
Bindungen 0c
Total 5
a. RB 1 < RB 2 b. RB 1 > RB 2 c. RB 1 = RB 2
Vergleich
RB 1 - RB 2
RB: Raumbelastung
Literaturverzeichnis 256
13 Literaturverzeichnis
1. Fachverband Biogas e.V. Biogas – das Multitalent für die Energiewende: Fakten im Kontext der Energiepolitik - Debatte. Freising : FvBeV, 2006.
2. Maucher, Jonas. Evaluierung des Anfahrprozesses eines anaeroben Abbaus von organischen Abfällen und Klärschalamm mit und ohne Schwermetalleeinfluss. Diplomarbeit. Stuttgart / Merida : Hochschule für Technik Stuttgart und Universidad Autónoma de Yucatán, 2006.
6. BMWi, Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie. Verfügbarkeit und Versorgung mit Energierohstoffen. Abteilung III, BMWi. 2006. Kurzbericht.
7. Boullagui, H., et al. Mesophilic biogas production from fruit and vegetable waste in tubular digester. Bioresource Technology, 2003. Vol. 86, pp. 85-89.
8. Mata-Álvarez, J., et al. Anaerobic digestión of the Barcelona central food market organic wastes. Plant design and feasibility study. Bioresource Technology, 1992a, Vol. 42, pp. 33-42.
9. Mata- Álvarez, J., et al. Anaerobic digestión of the Barcelona central food market organic wastes: experimental study. Bioresource Technology, 1992b. Vol. 39, pp. 39-48.
10. Verrier, D., Ray, F. and Florentz, M. Two-stage anaerobic digestion of solid vegetable wastes: bench-scale studies. [book auth.] The 3rd. International Symposium of Anaerobic Digestion. Proceedings of the 3rd. International Symposium of Anaerobic Digestion. Boston : s.n., 1983.
11. Ahring, B.K., et al. State of the art and future perspectives of thermophilic anaerobic digestion.. s.l. : International Water Associaton, Water Science and Technology, 2002. Vol. 45, pp. 298-308.
12. Buhr, H. O. and Andrews, J. F. The thermophilic anaerobic digestion process., Water Research 2, 1977. Vol. 11, pp. 129-143.
13. Lindenblatt, Claus, et al. Kap. 1.6: Umweltauswirkungen. [Buchverf.] Bayerisches Landesamt für Umwelt (LfU). Biogashandbuch Bayern: Materialienband. Ausburg : s.n., 2007, S. 17.
14. Kunst, S. und Mudrack, K. Mikrobiologische Grundlagen. [Buchverf.] B. Böhnke, W. Bischofsberger und C.F. Seyfried. Anaerobtechnik: Handbuch der anaeroben Behandlung von Abwasser und Schlamm. Berlin : Springer-Verlag, 1993, S. 1-61.
15. Mudrack, Klaus und Kunst, Sabine. Biologie der Abwasserreinigung. Stuttgart : Gustav Fischer Verlag, 1991. ISBN 3-437-30667-7.
16. Wellinger, A., et al. Biogas-Handbuch: Grundlagen-Planung-Betrieb landwirtschaftlicher Anlagen. Aarau : Wirtz, 1991. Bde. 2., stark überarb. Aufl. 3-85983-035-X.
17. Kaltschmitt, M. und Hartmann, H. Energie aus Biomasse: Grundlagen, Techniken und Verfahren. Berlin : Springer Verlag, 2001. 3-540-64853-4.
18. Schulz, H., Perwanger, A. und Mitterleitner, H. Einsatzmöglichkeiten verschiedener Energieträger in der Landwirtschaft. Endbericht des Landtechnischen Vereins in Bayern e.V., München. München : Landtechnischen Verein in Bayern e.V., 1982.
Literaturverzeichnis 257
19. Graf, W. Kraftwerk Wiese: Strom und Wärme aus Gras. Berlin : Graskraft, 1999. Bd. 1. Auflage. 3-89811-193-8.
20. Ottow, J.C.G. und Bidlingmaier, W. Umweltbiotechnologie. Stuttgart : Fischer Verlag, 1997. 3-437-25230-5, 3-8274-0771-0.
21. Kleemann, Manfred und Meliß, Michael. Regenerative Energiequellen. 2. völlig neubearbeitete Auflage. Berlin : Springer Verlag, 1993. ISBN 3-540-55085-2.
22. Wenzel, W. Mikrobiologische Charakterisierung eines Anaerobreaktors zur Behandlung von Rübenmelasseschlempe. Dissertation. Berlin : TU Berlin, 2002.
23. Schluz, Heinz. Biogas Praxis. Staufen bei Freiburg : ökobuch Verlag, Staufen, 1996. p. 20. ISBN 3-922964-59-1.
24. Dauber, S. Einfluβfaktoren auf die anaeroben biologischen Abbauvorgänge. [book auth.] B. Böhnke, W. Bischofsberger and C.F. Seyfried. Anaerobtechnik: Handbuch der anaeroben Behandlung von Abwasser und Schlamm. Berlin : Springer-Verlag, 1993, 2, pp. 62-95.
26. Zoetemeyer, R. J., et al. Influence of temperature on the anaerobic acidification of glucose in a mixed culture forming part of two stage digestion process. Water Research, 1982.Vol. 16, pp. 313-321.
27. Methanobacterium thermoautotrophicum sp. nov. an anaerobic antotrophic, extrem thermophile. Zeikus, J. G. and Wolff, R. S. 1972, Journal Bacteriology, pp. 707-713.
28. Aschmann, Volker, et al. Grundlagen und Technik. [Buchverf.] Bayerisches Landesamt für Umwelt (LfU). Biogashandbuch - Materialienband. Ausburg : s.n., 2007, S. 11.
29. Grepmeier, Martin. Experimentelle Untersuchungen an einer zweistufigen fuzzy-geregelten anaeroben Abwasserreinigungsanlage mit neuartigem Festbettmaterial. Dissertation. München : Technische Universität München, 2002. S. 5.
30. Boyle, W.C. Energy recovery from sanitary landfills. [book auth.] A.G. Schlegel and J. Barnea. Microbial Energy Conversion. s.l. : Unitar, 1977, pp. 119-138.
31. ATV-Fachausschuss 7.5: Anaerobe Verfahren zur Behandlung von Industrieabwässern. ATV-Fachausschuß. 1990, Korrespondez Abwasser, Abfall, Bd. 37, S. 1247-1251.
32. Sahm, H. Biologie der Methanbildung., Chemie-Ingenieur-Technik, Bd. 53, 1981. S. 854-863.
33. Roediger, Hanns, Roediger, Markus und Kapp, Helmut. Anaerobe alkalische Schlammfaulung. München : R. Oldenburg Verlag, 1990. S. 75. Bd. 4. Auflage. ISBN 3-486-26103-7.
34. Saake, M. Abscheidung und Rückhalt der Biomasse beim anaeroben Belebungsverfahren un in Festbett-Reaktoren. In: Dauber, S. (1993). Einflussfaktoren auf die anaeroben biologischen Abbauvorgänge. In: Böhnke, B. et al. (1993). Anaerobtechnik. Institutes für Siedlungswasserwirtschaft un Abfalltechnik der Universität Hannover. s.l. : Veröffentlichungen des Institutes. Heft 68, 1986.
35. Koster, I.W. and Lettinga, G. The influence of ammonium-nitrogen on the specific activity of pelletized methanogenic sludge. Agricultural Wastes, 1984. Vol. 9, pp. 205-216.
36. Favre, R. Verfahren der Biogasgewinnung. [Buchverf.] A. Wellinger, W. Edelmann und E. Haltiner. Fachtagung Biogas. s.l. : SSIV und NEFF-Biogas Projekt, 1982, S. 14-33.
37. Hungate, R.E. A roll tube method for cultivation of strict anaerobes. [book auth.] J.R. Norris and D.W. Ribons. Methods in Microbiology. 1969, pp. 117-132.
Literaturverzeichnis 258
38. Verink, J. Sulfatreduktion und Sulfideliminierung bei der ein- und zweistufigen anaeroben Behandlung hochsulfathaltiger Abwässer. Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik, Universität Hannover. 1988. 70.
39. Kroiss, H. Anaerobe Abwasserreinigung: Wiener Mitteilungen, Wasser-Abwasser-Gewässer, Band 62. Wien : s.n., 1986.
40. Monroy, O., et al. The anaerobic filtration of dairy waste: Results of a pilot plant.. Bioresource Technology, 1994. Vol. 50, pp. 243-251.
41. Mountdort, D.O. and Asher, R.A. Changes in proportions of acetate and carbon dioxide used as methane precursors during the anaerobic digestion of bovine waste. 4, 1978, Applied and Environmentel Microbiology, Vol. 35, pp. 648-654.
42. Chen, Ye, Cheng, Jay J. and Creamer, Kurt S. Inhibition of anaerobic digestion process: A review. Bioresource Technolgy, 2008. Vol. 99, pp. 4044-4064.
43. Hendriksen, Hanne V. and Ahring, Birgitte K. Effects of ammonia on growth and morphology of thermophilic hydrogen-oxidizing methanogenic bacteria. FEMS Microbiology Ecology, 1991. Vol. 85, pp. 241-246.
45. De Baere, L. A., et al. Influence of high NaCl and NH4Cl salt levels on methanogenic associations. 5, 1984, Vol. 18, pp. 543-548.
46. Kayhanian, Masoud. Performance of a high-solids anaerobic digestion process under various ammonia concentrations. Journal of Chemical Technology and Biotechnology , 1994. Vol. 59, pp. 239-352.
47. Angelidaki, I. and Ahring, B.K. Thermophilic anaerobic digestion of livestock waste: the effect of ammonia., Applied Microbiology and Biotechnology, 1993. Vol. 38, pp. 560-564.
48. Effects of total ammonia on anaerobic digestion and an example of digestor performance from cattle manure-protein mixtures. Robins, J.E., Gerhard, S.A. and Kappel, T.J. 1989, Biological Wastes, Vol. 27, pp. 1-14.
49. Borja, Rafael, Sánchez, Enrique and Weiland, Peter. Influence of ammonia concentration on thermophilic anaerobic digestion of cattle manure in upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors. Process Biochemestry, 1996. pp. 477-483.
50. Zeeman, G., et al. The influence of the total-ammonia concentration on the thermophilic digestion of cow manure. Agricultural Wastes, 1985. Vol. 14, pp. 19-35.
51. The mechanism of ammonia inhibition in the thermophilic digestion of livestock wastes. Wiegant, W.M. and Zeeman, G. Agricultural Wastes : s.n., 1986, Vol. 16, pp. 243-253.
52. Koster, Iman W. and Koomen, Ernst. A growth rate (µm) of hydrogenotrophic methanogens at various pH-levels and temperatures. USA : Applied Microbiology and Biotechnology, 1988, Vol. 28, pp. 500-505.
53. Angelidaki, I., Ellegard, L. and Ahring, B.K. A mathematical model for dynamic simulation of anaerobic digestion of complex substrates: Focusing on ammonia inhibition. Biotechnology and Bioengineering, 1993. Vol. 42, pp. 159-166.
54. Van Velsen, A.F.M. Anaerobic digestion of piggery waste. Wageningen, Netherlands : s.n., 1981. Ph. D. Thesis of the Agric.. ISBN 136086-02.
55. Braun, B. and Huber, P. Meyrath, J. Ammonia toxicity in liquid piiggery manure digestion. Biotechnology Letters, 1981. Vol. 3, pp. 159-164.
56. Hashimoto, Andrew G. Ammonia inhibition of methanogenesis from cattle waste. Agricultural Wastes, 1986. pp. 241-261.
Literaturverzeichnis 259
57. Koster, I.W. and Lettinga, G. Anaerobic digestion at extreme ammonia concentrations. Biological Wastes, 1988. Vol. 25, pp. 51-59.
58. Angelidaki, I. and Ahring, B.K. Anaerobic thermophilic digestion of manure at different ammonia loads: Effect of temperature. Water Resources, 1994, Vol. 28, pp. 727-731.
59. Krylova, Nailia I. Khabiboulline, Roustem E., Naumova, Rimma P. and Nagel, Mark A. The influence of ammonium and methods for removal during anaerobic digestion of poultry manure. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 1997. Vol. 70, pp. 99-105.
60. Poggi-Varaldo, H.M. et al. Inhibition of mesophilic solid-substrate anaerobic digestion by ammonia nitrogen. Applied Microbiology and Biotechnology, 1997Vol. 47, pp. 284-291.
61. Bujoczek, G., et al. High Solid Anaerobic Digestion of Chicken Manure., Journal of Agricultural Engineering Research, 2000. Vol. 76, pp. 51-60.
62. Borja, R., Sánchez, E. and Durán, M.M. Effect of the clay mineral zeolite on ammonia inhibition of anaerobic thermophilic reactors treating cattle manure. Journal of Environmental Science and Health . Part A: Environmental Science and Engineering and Toxicology, 2, 1996. Vol. 31, pp. 479-500.
63. Lawrence, Alonzo Wm. and McCarty, Perry L. The Role of Sulfide in Preventing Heavy Metal Toxicity in Anaerobic Treatment. 3 Part I, Journal Water Pollution Control Federation, 1965. Vol. 37, pp. 392-406.
64. Shen, C.F., Kosaric, N. and Blazczyk. The effect of selected heavy metals (Ni, Co and Fe) on anaerobic granules and their Extracellular Polymeric Substance (EPS). Water Research, 1, 1993. Vol. 27, pp. 25-33.
65. Hickey, Robert F., Vanderwielen, Juliana and Switzenbaum, Michael S.The effect of heavy metals on methane production and hydrogen and carbon monoxide levels during batch anaerobic sludge digestion. Water Research, 2, 1989. Vol. 23, pp. 207-218.
66. Hayes, Thomas D. and L., Theis Thomas. The Distribution of Heavy Metals in Anaerobic Digestion. Journal Water Pollution Control Federation 1, 1978. Vol. 50, pp. 61-72.
67. Callander, I.J. and Barford, J.P. Precipitation, chelation, and the availability of metals as nutrients in anaerobic digestion. I. Methodology 8, 1983a, Vol. 25, pp. 1947-1957.
68. Callander, I.J. and Barford, J.P. Precipitation, chelation, and the availability of metals as nutrients in anaerobic digestion. II. Applications, 8, 1983b, Vol. 25, pp. 1959-1972.
69. Bhattacharya, Sanjoy K., et al. Toxic effects of cadmium on methanogenic systems. Water Research, 10, 1995. Vol. 29, págs. 2339-2345.
70. Jin, Peikang, et al. Effects of sulfide addition on copper inhibition in methanogenic systems. Water Research, 4, 1998. Vol. 32, pp. 977-988.
71. Lin, Chiu-Yue and Chen, Chin-Chao. Effect of heavy metals on the methanogenic UASB granule. 2, 1999, Water Research, Vol. 33, pp. 409-416.
72. Zayed, G. and Winter, J. Inhibition of methane production from whey by heavy metals – protective effect of sulfide. Applied Microbiology and Biotechnology, 2000. Vol. 53, pp. 726-731.
73. Effect of heavy metals on acidogenesis in anaerobic digestion. Lin, Chiu-Yue. 1, 1993, Water Research, Vol. 27, pp. 147-152.
74. Lin, Chiu-Yue. Effect of heavy metals on volatile fatty aceid degradation in anaerobic digestion. Water Research, 2, 1992. Vol. 26, pp. 177-183.
75. Oleszkiewicz, J.A. and Sharma, V.K. Simulation and inhibition of anaerobic processes by heavy metals-A review. Biological Wastes, 1990. Vol. 31, pp. 45-67.
Literaturverzeichnis 260
76. Ulmanu, Mihaela, et al. Removal of Copper and Cadmium Ions from Diluted Aqueous Solutions by Low Cost and Waste Material Adsorbents. Water, Air, and Soil Pollution, 2003. Vol. 142, pp. 357-373.
77. Braun, R. Biogas-Methangärung organischer Abfallstoffe: Grundlagen und Anwendungsbeispiele. Wien : Springer Verlag, 1982. ISBN: 3-211-81705-0, 0-387-81705-0.
78. Grudsky, P. and Roberto y Arias, B. Aspectos Generales de la Microbiología del Rumen. Facultad de Ciencias Agrarias, Veterinarias y Forestales, Universidad de Chile. Argentina : s.n., 1983. Monografia. In: http://www.produccion-animal.com.ar/informacion_tecnica/manejo_del_alimento/12-microbiologia.pdf.
79. NCBI, National Center for Biotechnology Information. NCBI Taxonomy Browser. [Online] U.S. National Library of Medicine, 10 28, 2009. [Cited: 02 15, 2013.] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Browser/wwwtax.cgi?mode=Root.
80. Ottenbrite, R.M. and Albertsson, A.C. Discussion on degradation terminology. [book auth.] M. Vert, et al. Biodegradable Polymers and Plastics. Cambridge : The Royal Society of Chemistry, 1992, pp. 73-92.
81. Shelton, Daniel and Tiedje, James M. General Method for Determining Anaerobic Biodegradation. Applied and environmental microbiology, 4, 1984Vol. 47, pp. 850-857.
82. OECD´ 1992, Organisation for Economic Cooperation and Devolopment. Guidelines for the Testing of Chemicals. Organisation for Economic Cooperation and Devolopment. Paris : s.n., 1992.
83. Smith, A.D., et al. Oxford Dictionary of Biochemistry and Molecular Biology. Oxford : Oxford University Press, 1997.
84. Toporek, M. Bioquimica. [trad.] Brenda Salmón V. 3a. Edición. Mexico, D.F. : Nueva editorial interamericana, 1984. ISBN-968-25-0892-4.
85. Radzicka, A. and Wolfenden, R. A proficient enzyme.., Science, 5194, 1995. Vol. 267, pp. 90-93.
86. Vasconcellos, F. Wikipedia, the Free Encyclopedia: Diagram of a catalytic reaction. [Online] 2008. [Cited: 09 30, 2011.] http://en.wikipedia.org/wiki/File:Carbonic_anhydrase_reaction_in_tissue.svg.
87. IUPAC, Compendium of Chemical Terminology. IUPAC Compendium of Chemical Terminology. [book auth.] Alan D. MacNaught. 2nd. Ed. Oxford : Blackwell Science, 1997, Vol. VII.
89. Campbell, Mary K. y Farrell, Shawn O. Bioquímica. [trad.] Alberto Camas Reyes, Jorge Humberto Cortés Gasco y Jorge Bonilla Talavera. 6a. Ed. Querétaro : Cengage Learning, 2009. ISBN-13: 978-970830016-2, ISBN-10: 970830016-0.
90. Webb, E.C. Recommendations of the Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology on the Nomenclature and Classification of Enzymes. [book auth.] Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology. Enzyme Nomenclature 1992. Orlando : Academic Press, 1992, Vol. XIII.
91. Horton, Robert H., y otros. Bioquímica. Mexico : Prentice-Hall Hispanoamericana, S.A., 1995. ISBN 968-880-474-6.
Literaturverzeichnis 261
92. Conn, Eric E., y otros. Bioquímica Fundamental (Outlines of biochemestry). Mexico : Limusa, S.A. de C.V., 2001. ISBN 968-18-5231-1.
93. Jano, Prof. Blog Profesor Jano: Materiales digitales de estudio y aprendizaje para bachillerato y preparación para la universidad. [En línea] 13 de 07 de 2010. [Citado el: 10 de 02 de 2012.] San Sebastián, Guipúzcoa, España. http://www.profesorjano.info/2010/07/enlace-glucosidico-disacaridos.html.
94. Spencer, W. Wikipedia: The free encyclopedia. [Online] 02 22, 2008. [Cited: 02 10, 2012.] http://en.wikipedia.org/wiki/File:Hydrolase_mech.gif.
95. NLM, United States National Library of Medicine. Medical Subject Headings (MeSH). Washinton D.C. : US Gov. Print. Off., 2007. pp. ISSN: 0565-811X, 0019-3879.
96. Medical Subject Headings (MeSH). Washinton D.C. : US Gov. Print. Off., 2007. pp. ISSN: 0565-811X, 0019-3879.
97. Heldmaier, Gerhard und Neuweiler, Gerhard. Vergleichende Tierphysiologie. Berlin : Springer-Verlag, 2004. Bd. 2. ISBN 3-540-00067-4.
98. Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, Einblicke in die Evolution von Parasitismus. Molekularbiologen haben das Genom eines in Käfern lebenden Fadenwurms entschlüsselt. Tübingen : s.n., 2008.
99. Eggert, Eric. Chemie MSS13: Organische Stickstoffchemie. [En línea] 2006. [Citado el: 30 de 09 de 2011.] http://yatil.de/chemie/.
100. Hauptmann, Siegfried. Reaktion und Mechanismus in der organischen Chemie. Stuttgart : Teubner, 1991. ISBN 3-519-03515-4 .
102. Leitenberger, Bernd. Was ist drin?: Die Tricks der Industrie bei der Lebensmittelkennzeichnung verstehen und durchschauen. Norderstedt : Book on Demand GmbH, 2009. Bd. 1.Auflage. ISBN-13: 9783837035612.
104. Lipase protein engineering. Svendsen, A. 2, 2000, Biochim Biophys Acta, Vol. 1543, pp. 223–228.
105. Saulich, Katja. Reaktionskinetische Experimente zur Lipase-katalysierten Hydrolyse von Rapsöl in Wasser-in-Öl-Emulsionen. Dissertation. Cottbus : Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus, 2008.
106. Han, D., Rhee, H. and Lee, S. Lipase reaction in aot-isooctane reversed micelles. Effect of water on equilibria. Biotechnology and Bioengineering, 3, 1987. Vol. 30, pp. 381–388.
107. Schmid, Ulrike. Lipase-Katalysierte Synthese strukturierter Triglyceride: Verfahrensoptimierung und Erzeugung selektiver Lipasemutanten durch gerichtete Evolution. Dissertation. Stuttgart : Universität Stuttgart, 2000.
108. Konno, K., et al. Papain protects papaya trees from herbivorous insects: role of cysteine proteases in latex. Plant Journal, 3, 2004. Vol. 37, pp. 370–378.
109. Wikipedia. Wikipedia the free encyclopedia. [Online] 08 22, 2011. [Cited: 08 22, 2011.] http://en.wikipedia.org/wiki/Papain.
110. Monti, Rubens, Contiero, Jonas and Goulart, Antonio José. Isolation of Natural Inhibitors of Papain Obtained from Carica Papaya Latex. 5, Rio Claro, Brasil : Brazilian archives of Biology and Technology an International Journal, 2004, Vol. 47, pp. 747-754. ISSN 1516-8913.
115. Ménard R, Khouri HE, Plouffe C, Dupras, R., et al. A protein engineering study of the role of aspartate 158 in the catalytic mechanism of papain. Biochemistry, 28, 1990. Vol. 29, pp. 6706–6713.
116. Järvinen, Mikko. Purification and some characteristics of two human serum proteins inhibiting papain and other thiol proteases. Oulu, Finland : FEBBS Letters of the Federation of European Biochemical Societies, 2, 1979, Vol. 108, pp. 461-464.
117. Grzonka, Zbigniew, Kasprzykowski, Franciszek and Wiczk, Wieslaw. Cysteine proteases. [book auth.] Julio Polaina and Andrew, P. MacCabe. Industrial Enzymes - Structure, Function and Applications. Dordrecht, The Netherlands : Springer, 2007, 11, pp. 181-195.
118. Kamphuis, I.G., et al. Structure of papain refined at 1.65 Å resolution. 10 25, 1984. Vol. 179, 2, pp. 233-256.
119. Chandler, Stephanie. eHow Trusted advice for corious life. [Online] 2009. [Cited: 08 23, 2011.] http://www.ehow.com/about_5509731_structure-papain.html.
121. Storer, A.C. and Ménard, R. Catalytic mechanism in the papain family of cysteine peptidases. [book auth.] A.J. Barrett. Methods of Enzymology. New York : Academic Press, 1994, Vol. 244.
123. Suda, Hiroyuki, et al. Antipain, a new protease inhibitor isolated from actinomycetes. 4, Tokio, Japan : The Journal of Antibiotics, 1972, Vol. XXV.
125. Universität Giessen. Glossar des Projektes: Mikroorganismen aus Kompostierungsanlagen:. [Online] 2011. [Zitat vom: 23. 09 2011.] http://www.uni-giessen.de/~gh1484/.
126. Monteiro, Ana C. S., et al. Identification, characterization and localization of chagasin, a tight-binding cysteine protease inhibitorin Trypanosoma cruzi. Journal of Cell Science, 2001, Vol. 114, pp. 3933-3942.
127. Wikipedia. Tryptosomen. [En línea] 2011. [Citado el: 23 de 09 de 2011.] http://de.wikipedia.org/wiki/Trypanosomen.
128. Turnbull, P.C.B. Bacillus. In: Barron's Medical Microbiology. [book auth.] S. Barron. 4th. Texas : University of Texas Medical Branch, 1996. In: Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Bacillus#cite_note-Baron-0, Download 10.11.2011.
129. Madigan, M. and Martinko, J. Brock Biology of Microorganisms. 11th. Ed. Lebanon, Indiana, U.S.A. : Prentice Hall, 2005. In: Wikipedia:
Literaturverzeichnis 263
http://en.wikipedia.org/wiki/Bacillus#cite_note-Brock-1, Download 10.11.2011. ISBN 10: 0-13-144329-1, ISBN-13: 978-0131443297.
130. Koneman, E., et al. Colar atlas and textbook of diagnostic microbiology. 6. USA : Lippincott Williams & Wilkins, 2006. pp. 775-776. ISBN-10: 0397515294 ISBN-13: 978-0397515295.
131. Holt, J. G., et al. Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology. 9. USA : Williams & Wilkins, 1994. p. 559. ISBN-10: 0683006037, ISBN-13: 978-0683006032.
132. Graumann, P. Bacillus: Cellular and Molecular Biology. 1st. Ed. Norfolk, U.K. : Caister Academic Press, 2007. In Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Bacillus#cite_note-Graumann-2, Download 10.11.2011. ISBN 978-1-904455-12-7.
133. Tambe, Y. Wikipedia, the Free Encyclopia. [Online] 2005. [Cited: 10 25, 2011.] http://es.wikipedia.org/wiki/Bacillus_subtilis.
134. Nakano, M.M. and Zuber, P. Anaerobic growth of a "strict aerobe" (Bacillus subtilis). Annual Review Microbiology, 1998. Vol. 52, pp. 165-190. In Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Bacillus_subtilis#cite_note-Nakano_1998-3, Download 11.11.2011.
135. Ouoba, Labia Iréne Ivette, et al. Degradation of polysaccharides and non-digestible oligosaccharides by Bacillus subtilis and Bacillus pumilus isolated from Soumbala, a fermented African locust bean (Parkia biglobosa) food Condiment. Springer-Verlag, 2007, Eur Food Res Technology, pp. 689-694.
136. Microbiology Laboratories, Microbe in our world and what they do. Virtual Microbiology: Characterization and Identification of Bacteria. 7-4 Typical results for biochemical tests. [Online] 2012. [Cited: 03 07, 2012.] http://inst.bact.wisc.edu/inst/index.php?module=Book&func=displayarticle&art_id=123.
137. Williams, C.M., et al. Isolation, Identification, and Characterization of a Feather-Degrading Bacterium. Applied and environmental microbiology, 6, 1990. Vol. 56, pp. 1509-1515.
138. GWDG, Gesellschaft für wissenschaftliche Datenverarbeitung mbH Göttingen. Genomic analysis of Bacillus licheniformis - Using genome sequencing and DNA microarrays for comprehensive description of carbon metabolism. [Online] 2011. [Zitat vom: 2012. 05 09.] http://wwwuser.gwdg.de/~aehrenr/bacillus/c_bacillus.html.
139. Cummings, Benjamin. Biología y Geografía 4o Oja. [Online] 2011. [Cited: 10 31, 2011.] http://biologiaygeologia4oja.blogspot.com/2011/01/tema-1-la-celula-2-raquel-arenas-azofra.html.
140. Pepe, Olimpia, et al. Rope-Producing Strains of Bacillus spp. from Wheat Bread and Strategy for Their Control by Lactic Acid Bacteria. Applied adn Environmental Microbiology, 4, 2003. Vol. 69, pp. 2321–2329.
141. Salkinoja-Salonen, M. S. et al. Toxigenic Strains of Bacillus licheniformis Related to Food Poisoning. Applied and Environmental Microbiology, 10, 1999. Vol. 65, pp. 4637–4645.
142. Vijaya, B., et al. Characterization of Bacillus Polymyxa from Jamnagar Mine Water and Biobeneficiation of Bauxite Ore for Calcite Through Surface Modification. International Journal of Microbiological Research, 2, 2011. Vol. 2, pp. 156-161.
143. Nakamura, L.K. Bacillus polymyxa (Prazmowski) Mace 1889 Deoxyribonucleic Acid Relatedness and Base Composition., International Journal of Systematic Bacteriology, 4, 1987. Vol. 37, pp. 391-397.
144. Kanamori, K., Weiss, R.L. and Roberts, J..D. Ammonia assimilation in Bacillus polymyxa: N-15 NMR and enzymatic studies. The Journal of Biological Chemestry, 23, 1987. Vol. 262, pp. 11038-11045.
146. Wallace, R.J., et al. Increasing the flow of protein from ruminal fermentation – review. Journal of Animal Science, 2001. Vol. 13, pp. 885-893. Asian-Aust.
148. Encyclopædia, Britannica. Cellulose. 2008. on line: http://www.britannica.com/EBchecked/topic/101633/cellulose. ISBN ISBN 1-59339-292-3.
149. LadyofHats. Schema pflanzliche Zellwand. Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. [En línea] 2009. [Citado el: 02 de 03 de 2012.] http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Schema_pflanzliche_Zellwand.svg&filetimestamp=20090512143321.
150. Griffin, Robert, et al. Methode zur Behandlung von Lignin- und Zellulosehaltigen Beschikungen zur erhöhten Produktion von Xylose und Ethanol. DE60217303T2 30.08.2007 Ontario, CA, 30. 08 2007. http://www.patent-de.com/20070830/DE60217303T2.html.
151. Tian, Juan, et al. Hydrolysis of cellulose by the heteropoly acid H3 PW12 O40 . : Springer Science + Business Media B.V., Cellulose, 2010. Vol. 17, pp. 587-594.
152. The Columbia Electronic Encyclopedia, Sixth Edition. Cellulose. [Online] 2012. [Cited: 03 02, 2012.] http://www.answers.com/topic/cellulose.
153. Weiler, Elmar W., Nover, Lutz und Nultsch, Wilhelm [Begr.]. Allgemeine und molekulare Botanik. Thieme, Stuttgart : s.n., 2008. ISBN 978-3131476616.
154. McGraw-Hill: Encyclopedia of Science and Technology. Hemicellulose. [Online] 2005. [Cited: 03 05, 2012.] http://www.answers.com/topic/hemicellulose.
156. Taiz, Lincoln y Zeiger, Eduardo. Fisiología Vegetal. s.l. : Publicaciones de la Universitat Jaume I, , 2006. Vol. 1. ISBN 978-84-8021-600-5.
157. Sitte, Peter, et al. Lehrbuch der Botanik für Hochschulen, Begründet von Strasburger, E. et al. s.l. : Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg-Berlin, 2002. Bd. 35. Auflage. ISBN 3-8274-1010-X.
158. Mukhiddinov Z.K. et al. Isolation and structural characterization of a pectic homo and ramnogalacturonan. Talanta, 2000. Vol. 53, pp. 171-176.
159. FAO, Food and Agriculture Organization of the United Nations. Pectins. [Online] 2001. [Cited: 03 02, 2012.] http://www.fao.org/ag/agn/jecfa-additives/specs/Monograph1/Additive-306.pdf.
160. Sriamornsak, Pornsak. Chemistry of pectin and its pharmaceutical uses: A Review. 1-2, Bangkok, Tailand. Silpakorn University International Journal, 2003. Vol. 3, pp. 194-204.
162. Gunaseelan, V. N. Biochemical methane potential of fruits and vegetable solids waste feedstocks. Biomass and bioenergy, 26, 2004. pp. 389-399.
163. Bouallagui, H., et al. Bioreactor performance in anaerobic digestion of fruit and vegetables wastes., Process Biochemistry, 2004. Vol. 40, pp. 989-995.
Literaturverzeichnis 265
164. Callaghan, F.J., et al. Continuous co-digestion of cattle slurry with fruit and vegetable wastes and chicken manure. Biomass and Bioenergy. Biomas and Bioenergy, 2002. Vol. 27, pp. 71-77.
165. Alvarez, R. and Lidén, G. Semi-continuos co-digestion of solid slaughterhouse waste, manure and fruit an vegetable waste. Renewable Energy, 4, 2007. Vol. 33, pp. 726-734.
166. Deivanai, K. and Kasturi, Bai R. Batch biomethanation of banana trash and coir pith., Bioresource Technology, 1995. Vol. 52, pp. 93-94.
167. Caballero-Arzápalo, N., Ponce-Caballero, C., Meyer-Pittroff, R., Gamboa-Loira, C.C. Biogas Potential from the Anaerobic Digestion of Banana Waste (Musa sp.) Using Different Bio-Additives. Elsevier, Journal of Biotechnology, 2010. Vol. 150, pp. 168-169.
168. Caballero-Arzápalo, N., Ponce-Caballero, C., Meyer-Pittroff, R., Gamboa-Loira, C.C. Biogas-Yield-organic load relationship model for predicting the anaerobic digestion of banane waste (musa sp.) influenced by papain and rumen.. s.l. : Elsevier, Journal of Biotechnology, 2010. Vol. 150, pp. 261-262.
169. Caballero-Arzápalo, N., Gamboa-Loira, C.C. and Meyer-Pittroff, R. Biogas Potential from the Anaerobic Digestion of Papaya Waste (Carica papaya) Using Different Bio-Additives. Guadalajara, Mexico : s.n., 2010. 12th World Congress on Anaerobic Digestion (AD12).
170. Owen, W.F., et al. Bioassay for monitoring biochemical methane potential and anaerobic toxicity. Water Research, 1979. Vol. 13, pp. 485-492.
171. Hashimoto, A. G., Varel, V. H. and Chen, Y. R. Ultimate methane yield from beef cattle manure: Effect of temperature, ration constituents, antibiotics and manure age. Agricultural Wastes, 1981. Vol. 3, pp. 246-251.
172. Hashimoto, Andrew G. Effect of inoculum/substrate ratio on methane yield and production rate from straw. Biological Wastes, 1989. Vol. 28, pp. 247-255.
173. Raposo, F., et al. Influence of inoculum to substrate ratio on the biochemical methane potential of maize in batch tests. Process Biochemestry, 2006Vol. 41, pp. 1444-1450.
174. Effect of feed to inoculum ratios on biogas yields of food and green wastes. Liu, Guangqing, et al. 21, 2009, Bioresource Technology, Vol. 100, pp. 5103–5108.
175. Zhou, Yulin, et al. Influence of substrate-to-inoculum ratio on the batch anaerobic digestion of bean curd refuse-okara under mesophilic conditions., Biomass and Bioenergy, 2011. Vol. 35, pp. 3251-3256.
176. YucatanAhora.com. Yucatan Ahora: Noticias al Momento. [En línea] 2009. [Citado el: 30 de 09 de 2010.] http://www.yucatanahora.com/noticias/perdidas-800-hectareas-papaya-maradol-con-afectacion-70-millones-pesos-2476/.
177. Weimer, P. J., Russell, J. B. and Muck, R. E. Lessons from the cow: What the ruminant animal can teach us about consolidated bioprocessing of cellulosic biomass. Bioresource Technology, 21, 2009. Vol. 100, pp. 5323-5331.
178. Deivanai, K. and Kasturi, Bai R. Batch biomethanation of banana trash and coir pith. Bioresource Technology, 1995. Vol. 52, pp. 93-94.
179. USDA, United State Department of Agriculture. National Nutrient Database for Standard Reference: Release 24. [Online] September 2011. http://ndb.nal.usda.gov/ndb/foods/list.
180. LENI, Leung's Encyclopedia of Natural Ingredients Used in Food, Drugs and Cosmetics. Pectin. Answers.com: ReferenceAnswers. [Online] 2010. [Cited: 03 02, 2010.] http://www.answers.com/topic/pectin.
181. Pingel, H. und Scholtyssek, S. Faustzahlen über Schlachtgeflügel. [Buchverf.] J. Petersen. Jahrbuch für die Geflügelwirtschaft 1999. Stuttgart : Eugen Ulmer GmbH & Co., 1998, S. 169-173.
Literaturverzeichnis 266
182. Fehlhaber, K. Bedeutung des Geflügelfleisch. [Buchverf.] R. Fries, V. Bergmann und K. Fehlhaber. Praxis der Geflügelfleischuntersuchung. Hannover : Schlütersche, 2001, S. 17-19.
183. Shariati, Parvin, et al. Anaerobic metabolism in Bacillus licheniformis NCIB 6346. Microbiology, 1995. Vol. 141, pp. 1117-1124.
184. Bredermann, G. Untersuchungen über die Variation und das Stickstoffbindungsvermögen des Bacillus asterosporus A.M. ausgeführt an 27 Stämmen verschiedener Herkunft. In: Nakamura, L.K. (1987). Bacillus polymyxa (Praznowski) Mace 1889 Deoxyribonucleic Acid Relatedness and., International Journal of Systematic Bacteriology, 4, 1909. Vol. 37, pp. 391-397.
185. Grau, F.H. and Wilson, P.W. Physiology of nitrogen fixation by Bacillus polymyxa. In: Nakamura, L.K. (1987). Bacillus polymyxa (Prazmowski) Mace 1889 Deoxyribonucleic Acid Relatedness and Base Composition, 4, 1962, Vol. 37, pp. 391-397.
186. Kalisninskaya, T.A. Strains of B . polymyxa isolated from nitrogen-fixing bacterial associations. In: Nakamura, L.K. (1987). Bacillus polymyxa (Prazmowski) Mace 1889 Deoxyribonucleic Acid Relatedness and Base Composition. International Journal of Systematic Bacteriology, 4, 1968. Vol. 37, pp. 391-397.
187. APHA-AWWA-WEF. Standard Methods for the examination of Water and Wastewater –APHA, AWWA & WEF-. 21th. Washington D.C. : American Public Health Association/American Water Works Association / Water Environment Federation, 2005.
188. ASTM, American Standards for Testing Materials. Standard Test Method for Determining Anaerobic Biodegradation Potential of Organic Chemicals. [Buchverf.] ASTM. Journal Book of American Society for Testing and Materials. 2001, Bd. 11, 05.
189. SECOFI, Secretaría de Economía y Fomento Industrial. NMX-F-608-NORMEX-2002: Alimentos - Determinación der proteínas en alimentos - Método de prueba (Cancela a la NMX-F-068-1980). 2002.
190. NMX-Y-118-SCFI-2001: Alimentos balanceados e ingredientes para animales - Determinación de proteína cruda - Método de prueba (cancela a la NMX-Y-118-A-1982). 2001.
191. NMX-F-615-NORMEX-2004: Alimentos – Determinación de extracto etéreo (Método Soxhlet) en alimentos - Método de prueba (cancela a la NMX-F-089-S-1978). 2004.
192. NMX-Y-103-SCFI-2004: Alimentos para Animales – Determinación de extracto etéreo en alimentos terminados e ingredientes para animales - Método de prueba (cancela a la NMX-N-103-1976). 2004.
193. SSA, Secretaria de Salud y Asistencia. Norma Oficial Mexicana NOM-086-SSA1-1994: Bienes y servicios. Alimentos y bebidas no alcoholicas con modificaciones en su composicion. Especificaciones nutrimentales. 1994.
194. SECOFI, Secretaría de Economía y Fomento Industrial. NMX-Y-094-SCFI-2001: Alimentos para animales - Determinación de fibra cruda en ingredientes y alimentos terminados - Método de prueba (Cancela la NMX-Y-094-1976). 2001.
195. Geisser, Seymour and Johnson, Wesley O. Modes of Parametric Statistical Inference. s.l. : Wiley, 2006. ISBN 978-0471743132.
197. Williams, Lynne J. and Abdi, Hervé. Fischer´s Least Significant Difference (LSD) Test. [book auth.] Neil Salking. Encyclopedia of Research Design. s.l. : Sage, 2010.
198. Carlson, James E. and and Others. The Distribution of the Test Statistic Used in the Newman-Keuls Multiple Comparison Technique. [book auth.] American Educational
Literaturverzeichnis 267
Research Association. Annual Meeting of the American Educational Research Association. Washington, D. C. : s.n., 1975.
202. Use of ranks in one-criterion variance analysis. Kruskal, William and Allen, Wallis W. 620, Dec. 1952, Journal of de American Statistical Association, Vol. 47, pp. 583-621.
203. Montgomery, Douglas C. Design and analysis of experiments. Danvers : John Wiley & Sons, Inc., 2005. ISBN 0-471-48735-X.
206. Medina Peralta, S. Diplomado en estadística aplicada - Modulo III: Estadística no paramétrica. s.l., México : Facultad de Matemáticas, UADY, 2009. Apuntes de curso.
207. Pfister, Roland. Methoden der Unsterschiedsprüfung - Mitschrift der Vorlesung von Dr. Rainer Scheuchenpflug im SS 2008, Julius-Maximilians-Universität Würzburg. 2008.
208. Wikipedia, die freie Enzyklopädie. Data transformation (statistics). [Online] 2012. [Cited: 09 07, 2012.] http://en.wikipedia.org/wiki/Data_transformation_(statistics).
209. Lohninger, Hans. Lectures in Physics. Grundlagen der Statistik: Dean-Dixon Ausreißertest. [Online] eBooks für den Reader, 2011. [Zitat vom: 04. 09 2012.] http://www.statistics4u.info/fundstat_germ/cc_outlier_tests_dixon.html.
210. Koster, Iman W. Characteristics of the pH-influenced adaptation of methanogenic slugde to ammonium toxicity, 1986, Vol. 36, pp. 445-455.
211. Scholwin, Frank, Liebetrau, Jan und Edelmann, Werner. Biogaserzeugung und -nutzung. [Buchverf.] Martin Kaltschmitt, Hans Hartmann und Hermann (Hrsg.) Hofbauer. Energie aus Biomasse - Grundlagen, Techniken und Verfahren. 2., neu bearbeitete und erweiterte Auflage. s.l. : Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009, 16.
212. Steiner, Anton. Wirkungsgrad der methanproduktion aus landwirdschaftlichen Abfällen. München : s.n., 1983. Dissertation der Fakultät für Biologie der Ludwig-Maximilians-Universität München.
213. Doyle, Michael P. and Erickson, Marilyn C. Closing the door on the fecal coliform assay, 4, 2006, Microbe, Vol. 1, pp. 162-163. ISSN 1558-7460.
214. Environment Agency. Microbiology of drinking water - Part 1 - Water quality and public health - Methods for the examination of water and associated materials. Bristol : s.n., 2002.
215. CEPIS. Guía para la evaluación de laboratorios bacteriológicos de análisis de agua. Lima . Serie documentos técnicos, 1978. Vol. No. 3.
216. Kenneth, Todar. Pathogenic E. coli. Todar´s Online Textbook of Bacteriology. [Online] 2008-2012. [Cited: 06 07, 2013.] http://www.textbookofbacteriology.net/e.coli.html.
217. Richard G., Feachem, et al. Sanitation and Disease - Health Aspects of Excreta and Wastewater Management. Wordl Bank. s.l. : John Wiley & Sons, 1983. Wordl Bank Studies in Water and Sanitation 3.
Literaturverzeichnis 268
218. Nelson, Kara L., et al. Sludge accumulation, characteristics, and pathogen inactivation in four primary waste stabilization ponds in central Mexico. Water Research, 1, 2004. Vol. 38, pp. 111-127.
219. Doulaye, Koné, et al. Helminth eggs inactivation efficiency by faecal sludge dewatering and co-composting in tropical climates. Water Research, 2007. Vol. 41, pp. 4397-4402.
220. Jiménez-Cisneros, B. E. Helminth ova control in wastewater and sludge for agricultural reuse. [book auth.] UNESCO. Water and Health. s.l. : Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS), 2008, Vol. II.
221. Gunaseelan, V. Nallathambi. Effect of inoculum/substrate ratio and pretreatments on methane yield from parthenium. Biomass and Bioenergy, 1, 1995. Vol. 8, pp. 39-44.
222. Stadlbauer, E. Methanbildung durch anaerobe Fermentation. Biogasanlagen: Reihe Kontakt und Studium. Grafenau : Expert Verlag, 1982.
223. Koster, I.W. and Lettinga, G. Noordwij Verhout . Ammonium toxicity in anaerobic digestion. European AWWT-Symposium, 1983.
224. ATV-Fachausschuß. F.A. 7.5: Anaerobe Verfahren zur Behandlung von Industrieabwässern, KA 37. 1990. S. 1247-1251.
225. Holt, John G. and Bergey, David H. Bergey's manual of determinative bacteriology. [ed.] William R. Hensyl. Ninth Edition. s.l. : Lippincott Williams & Wilkins, 1994. 978-0-683-00603-2.
226. Hahn, Helmut, et al. Medizinische Mikrobiologie und Infektiologie. 6. Auflage. s.l. : Springer Medizin Verlag Heidelberg, 2009. 978-3-540-46359-7.
227. Sussman, Max. Escherichia coli: mechanisms of virulence. s.l. : Cambridge University Press, 1997. 0 521 45361 5.
228. Romero Cabello, Raúl. Microbiologia y parasitologia humana - Bases etiológicas de las enfermedades infecciosas y parasitarias. 3a Edición. s.l. : Editorial Médica Panamericana, 2007. 978-968-7988-48-1.
229. Ochei, J. and Kolhatkar, A. Medical laboratory science - Theory and practice. Tenth reprint. s.l. : Tata McGraw-Hill, 2008. 978-0-07-463223-9 / 0-07-463223-X.
230. Winn, Washington Jr., et al. Koneman's color atlas and textbook of diagnostic microbiology. Sixth Edition. s.l. : Lippincott Williams & Wilkins, 2006. 978-0-7817-3014-3 / 0-7817-3014-7.
231. Koolman, J. und Röhm, K-H. Taschenatlas der Biochemie. 2003.
232. Gunaseelan, V.N. Regression models of ultimate methane yields of fruit and vegetable solid wastes, sorghum and napiergrass on chemical composition., Bioresource Technology, 2007. Bd. 98, S. 1270-1277.
233. Hair, J.F., et al. Dependence techniques. Multivariate data analysis. 6th. s.l. : Prentice Hall, 2006.
234. Parkin, G.F., Owen, W.F. Fundamentals of anaerobic digestion of wastewater sludges. Journal of Environmental Engineering, 1986. Bd. 112, S. 867-920.
235. Weimer, Paul J., Russell, James B. y Muck, Richard E. Lessons from the cow: What the ruminant animal can teach us about consolidated bioprocessing of cellulosic biomass. Bioresource Technology, 21, 2009. Vol. 100, págs. 5323-5331.
236. Buhr, H.O. und Andrews, J.F. The thermophilic anaerobic digestion process. Water Research, 2, 1977. Bd. 11, S. 129-143.
237. Zoetenmeyer, R.J., et al. Influence of temperature on anaerobic acidificacion of glucose in a mixed culture forming part of two stage digestion process. Water research, 1982. Vol. 16, pp. 313-321.
239. Rogg, Harald. Optimierung der Gasproduktion des Vergärungsprozesses. s.l. : Hochschule für Technik Stuttgart und Universidad Autónoma de Yucatan, 2007. Diplomarbeit.
240. Wagner, H. J. and Borsch, P. Energie und Umweltbelastung. Heidelberg : Springer Verlag, 1998. p. 17. ISBN 3-540-63612-9.
241. Mata-Alvarez, J., et al. Anaerobic digestion of Barcelona central food market organic wastes: studie. Bioresource Technology, 1992. Vol. 42, pp. 33-42.
242. ATV-Fachausschuß. Anaerobe Verfahren zur Behandlung von Industrieabwässern. In: Maucher, J. (2006). Evaluierung des Anfahrprozesses eines anaeroben Abbaus von organischen Abfällen und Klärschalamm mit und ohne Schwermetalleeinfluss. Bd. 7.51990.
243. Kapp, Helmut. Schlammfaulung mit hohem Feststoffgehalt. München: Verlag R. Oldenbourg, 1984.
244. Schechter, I. and Berger, A. On the size of the active site in proteases. I. Papain. Biochemical and Biophysical Research Communication, 157,1967, Vol. 27.
245. Schweiger, Mark. Evaluierung der Biogaserzeugung as fetthaltigem Material. Diplomarbeit. Hochschule für Technik Stuttgart und Universidad Autónoma de Yucatán, 2006.
246. Baserga, U. Zur Dimensionierung einer Biogasanlage., Sonnenenergie (SSES), 1983. S. 18-22.
247. Applicon Biotechnology. Autoclavable biorector 2-7 liter: User manual. 2005.
248. Callaghan, F.J., et al. Continuous co-digestion of cattle slurry with fruit and vegetable wastes and chicken manure. Biomass and Bioenergy., Biomas and Bioenergy, 2002. Vol. 27, pp. 71-77.
249. Baserga, U. Der Einfluss der Gärtemperatur bei der Biogaserzeugung aus Rindermastgülle. Swiss Biotech, 1984. Bd. 2, S. 18-22.
250. Slavin, J.L., Brauer, P.M. and Marlett, J.A. Neutral detergent fiber, hemicellulose and cellulose digestibility in human subjects. The Journal of nutrition, 2, 1981. Vol. 111, pp. 287-297.
251. Joshi, S. and Agte. Digestibility of dietary fiber components in vegetarian men., Plant foods for human nutrition, 1, 1995. Vol. 48, pp. 39-44.
252. Ross, J.K., English C, Perlmutter CA. Dietary fiber constituents of selected fruits and vegetables., Journal of American Diet Association, 9, 1985, pp. 1111-1116.
253. May, C.D. Industrial pectins: Sources, production and applications. Carbohydrate Polymers, 1990. Vol. 12, pp. 79-99.
254. Marlett, J.A. Content and composition of dietary fiber in 117 frequently consumed foods. Journal of American Diet Association, 2, 1992, pp. 175-86.
255. Damárys Gélvez, Lilian. Animales y producción. [Online] 2010. [Abgerufen am 05.03.2012.] http://mundo-pecuario.com/tema60/nutrientes_para_monogastricos/gallinaza_piso-299.html.
257. ASTM. Standard Test Method for Determining Anaerobic Biodegradation Potential of Organic Chemicals. Journal Book of American Society for Testing and Materials. 2001, Bd. 11, 05.
Literaturverzeichnis 270
258. Orozco-Santos, Mario y Orozco-Romero, José. La sigatoka negra en bananos y plátanos: El caso de México. 2004. Publicación Especial, XVI Reunión Internacional ACORBAT 2004.
259. Orozco-Santos, M. y Ramírez, S.G. La sigatoka negra del plátano (Mycosphaerella fijiensis) en el estado de Colima. Revista Mexicana de Fitopatología, 2, 1991. Vol. 9, págs. 69-75.
260. Wilcoxon, Frank. Individual Comparisons by Ranking Methods. Biometrics Bulletin, 1945. Vol. 1, pp. 80-83.
261. Mann, H. B. and Whitney, D. R. On a test of whether one of two random variables is stochastically larger than the other. The Annals of Mathematical Statistics, Ohio, 1947. Vol. 18, pp. 50-60.
262. Bortz, Jürgen, Lienert, Gustav A. und Klaus, Boehnke. Verteilungsfreie Methoden in der Biostatistik. Springer Verlag, 2008. S. 256-259. Bd. 3. Auflage.
263. Rinne, Horst. Taschenbuch der Statistik. s.l. : Verlag Harri Deutsch, 2003. S. 530. Bd. 3. Auflage.
264. Werner, Voss. Taschenbuch der Statistik. Leizig : Fachbuchverlag Leipzig, 2000. p. 463. Vol. 1. Auflage.
265. Hartung, H. Statistik: Lehr- und Handbuch der angewandten Statistik. s.l. : Oldenbourg, 1991. S. 242. Bd. 8. Auflage.
266. Voß, W.(a). Taschenbuch der Statistik. s.l. : Fachbuchverlag Leipzig, 2000. S. 470. Bd. 1. Auflage.
269. Hölker, Udo. Pilzenzyme in biogasanlagen. Bioreact GmbH. s.l. : Fachtagung Biogas am 21.02.2007, 2007. http:/Auch in: www.innovations-report.de/html/berichte/biowissenschaften_chemie/bericht-28013.html.
270. Mizuno, O., et al. Characteristics of hydrogen production from bean curd manufacturing waste by anaerobic microflora. Water Science and Technology, Water Science & Technology, 2000. Vol 42 No 3-4 pp 345–350.
271. Mawson, A.J., Earle, R.L. and Larsen, V.F. Degradation of acetic and propionic acids in the methane fermentation. Water Research, 1991 Vol. 25, 12, pp. 1549-1554.
272. Hashimoto, A.G. Thermophilic and mesophilic anaerobic fermentation of swine manure. Agricultural Wastes, 1983. Vol. 6, pp. 175-191.
273. TUWIEN, Technische Universität Wien, BOKU, Universität für Bodenkultur Wien und ÖWAV, Österreichische wasser- und abfallwirtschaftsverband. Wiener Mittetilungen, Wasser-Abwasser-Gewässer, 1986. Bd. Band 62.
274. McCarty, P.L. and McKinney, R. Salt toxicity in anaerobic digestion. Resarch Journal of Water Pollution Control Federation, 1961. Vol. 33, pp. 399-415.
275. McCarty, Perry L. and E., McKinney Ross. Water Environmet Federation, 4, 1961. Vol. 33, pp. 399-415.
276. Konzeli-Katsiri, A. and Kartsonas, N. Inhibition of Anaerobic Digestion by Heavy Metals. [book auth.] A.M. Bruce, A. Konzeli-Katsiri and P.J. Newman. Anaerobic Digestion of Sewage Sludge and Organic Agricultural Wastes. s.l. : Elivier Applied Science Publishers, 1986, pp. 104-119.
Literaturverzeichnis 271
277. Scherber, K. und Steiner, A. Zur Toxizität von Schwermetallen bei der biologischen Abwasserreinigung. Müncherner Beiträge zur Abwasser-, Fischerei- und Flussbiologie, München 1982. Bd. 34, S. 191-207.
278. Köhler, R. Schadenswirkung auf den Schlammfaulungsprozess durch stagnierend und toxisch wirkende Stoffe. Wasser-Luft und Betrieb, 1966. Bd. 6, S. 388-395.
279. Sterritt, R.M. y Lester, J.N. Interactions of heavy metals with bacteria., The Science of the Total Environment, 1980. Vol. 14, págs. 5-17.
280. L. Vallee Bert and D. Ulmer David. Biochemical effects of mercury, cadmium, and lead. Annual Review of Biochemistry, 1972. Vol. 41, pp. 91-128.
281. Prosky, L., et al. Determination of insoluble, soluble, and total dietary fiber in foods and food products: interlaboratory study. Journal of Association of Official Analytical Chemists, 5, 1988. Vol. 71, pp. 1017-1023.
282. Babich, H. and Stotzky, G.Toxicity of Nickel to Microbes: Environmental Aspects, Advances in Applied Microbiology, 1983. Vol. 29, pp. 195-265.
283. Anderson, G.K., Donnelly, T. and Mckeown, K.J.. Identification and control of inhibition in the anaerobic treatment of industrial wastewater. Process Biochemistry, 1982. Vol. 17, pp. 28-32.
284. Ahring, B.K. and Wetermann, P Sensitivity of thermophilic methanogenic bacteria to heavy metals. Current Microbiology, 1985. Vol. 12, pp. 273-276.
285. Toxicity of Nickel to Microbes: Environmental Aspects. Babich, H. and Stotzky, G. 1983, Advances in Applied Microbiology, Vol. 29, pp. 195-265.
286. Influence of wastewater characteristics on methane potential in food-processing industry wastewaters. Maya-Altamira, L., et al. 2008, Water Research, Vol. 42, pp. 2195-2203.
287. Chynoweth, D. P., et al. Biochemical methane potential of biomass and waste feedstocks. Biomass and Bioenergy, 1993. Vol. 5, pp. 95-111.
288. Silva Lopes, Wilton, Duarte Leite, Valderi and Prasad, Shiva. Influence of inoculum on performance of anaerobic reactors for treating municipal solid waste. Bioresource Technology, 2004. Vol. 94, pp. 261-266.
289. Tong, Xinggang, Smith, Laurence H. and McCarty, Perry L. Methane fermentation of selected lignocellulosic materials. Biomass, 1990. Vol. 21, pp. 239-255.
290. Popova, N. M. and Bolotina, O. T. The present state of purification of town sewage and the trend in research work in the City of Moscow. Adv. in Water Pollution Res., Macmillan, New York, 1964. Vol. 2, p. 97.
291. Weiland, P. Grundlagen der Methangärung - Biologie der Substrate. [Buchverf.] Verein Deutscher Ingenieure (VDI). Biogas als regenerative Energie - Stand und Perspectiven. s.l. : VDI-Verlag, 2001, Bde. VDI-Berichte Nr. 1620.
292. Guangqing, Liu, et al.Effect of feed to inoculum ratios on biogas yields of food and green wastes. Elsevier, Bioresource Technology, 2009. Vol. 100, pp. 5103-5108.
293. Köhler, R. Schadenswirkung auf den schlammfaulungsprozess durch. Wasser-Luft und Betrieb, 1966.
294. Scherber, K. und Steiner, A. Zur toxizität von schwermetallen bei der biologischen Abwasserreinigung. Münchener Beiträge zur Abwasser-, Fischerei- und Flussbiologie, 1982. Bnd. 34. S. 191-207.
295. Konzeli-Katsiri, A. und Kartsonas, N. Inhibition of anaerobic digestion by heavy metals. [Buchverf.] A.M. Bruce, A. Konzeli-Katsiri und P.J. Newman. Anaerobic digestion of sewage sludge and organic agricultural wastes. London / New York : s.n., 1986.
Literaturverzeichnis 272
296. Hickey, R.F., Vanderwielen, J. and Switzenbaum, M.S. The effect of heavy metals on methane production and hydrogen and carbon monoxide levels during batch anaerobic sludge digestion. In: Maucher, J. (2006). Evaluierung des Anfahrprozesses eines anaeroben Abbaus von organischen Abfällen und Klärschalamm mit u.. Netherlands : s.n., 1989.
297. Rinzema, A., Van Lier, J. and Lettinga, G. Sodium inhibition of acetoclactic methanogens in granular sludge from a uasb reactor. In: Maucher, J. (2006). Evaluierung des Anfahrprozesses eines anaeroben Abbaus von organischen Abfällen und Klärschalamm mit und ohne Schwermetalleeinfluss. Netherlands, 1987. Proceedings of the GASMAT Workshop.
298. Steiner, A. und Müller, R. Influence of nickel and copper on anaerobic sludge digestion. In. Maucher, J. (2006). Evaluierung des Anfahrprozesses eines anaeroben Abbaus von organischen Abfällen und Klärschalamm mit und ohne Schwermetalleeinfluss. Bologna, 1988. Fifth international symposium on anaerobic digestion.
299. Aschmann, Volker, et al. Grundlagen und Technik. [Buchverf.] Bayerisches Landesamt für Umwelt (LfU). Biogashandbuch Bayern: Materialienband. Ausburg : s.n., 2007, S. 4-90.
300. Koster, I.W. and Koomen, E. Ammonia inhibition of the maximum growth rate (µm) of hydrogenotrophic methanogens at various pH-levels and temperatures.. USA : Applied Microbiology and Biotechnology, 1988.
301. Scherb, K. und Steiner, A. Zur Toxizität von Schwermetallen bei der biologischen Abwasserreinigung. Schwermetalle im Abwasser, Gewässer und Schlamm. München : R. Oldenbourg Verlag, 1982, Bd. 34, S. 191-209.
302. Konzeli-Katsiri, A. und Kartsonas, N. Inhibition of Anaerobic Digestion by Heavy Metals. [Buchverf.] A.M. Bruce, A. Konzeli-Katsiri und P.J. Newman. Anaerobic Digestion of Sewage sludge and Organic Agricultural Wastes. London : s.n., 1986.
303. Hölker, Udo. Pilzenzyme in biogasanlagen. Bioreact GmbH. s.l. : Fachtagung Biogas am 21.02.2007, 2007.
304. L., Prosky, et al. Determination of insoluble, soluble, and total dietary fiber in foods and food products: interlaboratory study., Journal of Association of Official Analytical Chemists, 5, 1988. Vol. 71, pp. 1017-1023.
305. Visauta, V. B. Análisis estadístico con SPSS para Windows, estadística básica. McGraw-Hill-Interamericana, 1997.
306. Roediger, H., Roediger, M. und Kapp, H. Anaerobe alkalische Schlamfaulung. München : Oldenburg Verlag GmbH, 1990. S. 193. ISBN 3-486-26103-7.
307. Santamaría Basulto, Felipe. Dr. INIFAB (Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias). Mérida, 03-04 de 2014.
308. SAGARPA (Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación). SIAP (Servicio de Información Agroalimentaria y Pesquera). [En línea] 2012. [Citado el: 15 de 04 de 2014.] http://www.siap.gob.mx/cierre-de-la-produccion-agricola-por-cultivo/.
309. Bioenergie Service Agentur Aschheim, GmbH. Bioenergie Service Agentur. [Online] [abgerufen am 17.04.2014.] http://www.bioenergie-serviceagentur.de/vs_neu/.
310 G. Eisenbrand, P. Schreier; RÖMPP Lexikon Lebensmittelchemie; Thieme, Stuttgart; Mai 2006.
Abbildungsverzeichnis 273
14 Abbildungsverzeichnis
Abb. 2.1: Phasen der Biogasentstehung (13), (14) ...............................................................12
Abb. 2.2: Abhängigkeit der relativen Methanproduktion von der Temperatur, .......................18
Abb. 2.3: Wirkungsweise eines Enzyms (86) ........................................................................50
Abb. 2.4: Schematischer Aufbau und Funktion eines substratspezifischen Enzyms (E = Enzym, S = Substrat ) (14). ..................................................................................51
Abb. 2.5: Schematische Darstellung eines Enzym-Substrat-Komplexes Komplexes (245) .....................................................................................................................51
Abb. 2.6: Allosterische Reaktionen eines Enzyms (88) .........................................................53
Abb. 2.7: Graphische Darstellung der Michaelis-Menten-Beziehung (14). ............................55
Abb. 2.8: O-Glykosidbindung der Kohlenhydrate (Maltose: Glucose-O-Glucose) (93) ..........59
Abb. 2.9: Mechanismus einer Hydrolase (94) .......................................................................60
Abb. 2.10: Peptidbindung der Proteine (99) ..........................................................................61
Abb. 2.11: Veresterung einer Carbonsäure (101) .................................................................63
Abb. 2.12: Fettsynthese durch Veresterung (103) ................................................................63
Abb. 2.13: Beispiel eines ungesättigten Fettes (103) ............................................................64
Abb. 2.15: Enzymatischer Mechanismus der Protein-Hydrolyse durch eine Cystein-Protease (117) ...................................................................................................68
Abb. 2.16: Hemmung eines substratspezifischen Enzyms durch einen Inhibitor (E = Enzym, S = Substrat, I = Inhibitor) (14). .............................................................69
Abb. 2.17: Bacillus subtilis in der Gramfärbung (133) ...........................................................72
Abb. 2.18: Bacillus Spezies, a) B. licheniformis (138), b) B. Polymyxa (139) ........................74
Abb. 2.19: Aufbau der Zellwand einer Pflanzenzelle (149) ...................................................80
Abb. 7.2: Gewinnung der Rumensaftproben ....................................................................... 109
Abb. 7.3: Inkubation der Reaktoren im Schüttelinkubator ................................................... 110
Abb. 7.4: a) Schematischer Aufbau des Reaktors, b) Foto des gebauten Reaktors ............ 111
Abb. 7.5: a) Gaszähler und -beutel, b) Reaktor mit Gaszählerbox, c) Gaszähler im Gaszählerbox ..................................................................................................... 112
Abb. 7.6: Einflussbereiche der geplanten Maßnahmen....................................................... 113
Abb. 7.7: Zweite Phase: Batchversuche im Kleinmaßstab in Durchstechflaschen von 125 ml ................................................................................................................ 114
Abb. 7.8: Versuchsgelände an der Facultad de Ingeniería der UADY ................................. 116
Abb. 7.9: Dritte Phase: Reaktorenreihe (Schema und Foto der Versuchsanordnung) ........ 117
Abb. 7.10: Prozessschema zur Entscheidung der statistischen Analysen........................... 126
Abb. 8.1: Abbau der oTS und erzeute Biogasmenge bei den Batch-Vergärungsversuchen von Papayaabfällen mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen ..................................................................................................... 133
Abb. 8.2: Biogasausbeuten bei der Vergärung von Papayaabfällen: a) oTS-bezogene Biogasausbeuten, b) Bioadditivbezogene Biogasausbeuten ............................... 137
Abbildungsverzeichnis 274
Abb. 8.3: Gesamtmenge an Biogas beim anaeroben Abbauprozess von Papayaabfällen ohne und mit Bioadditiveinfluss .......................................................................... 142
Abb. 8.4: Akkumulierte Biogasproduktion beim anaeroben Abbauprozess von Papayaabfällen ohne und mit Bioadditiveinfluss ................................................. 143
Abb. 8.5: Residuenbasierte Überprüfung der Voraussetzungen für den Vergleich der Biogasmittelwerte bei der Vergärung von Papayaabfällen: a) normale Wahrscheinlichkeitsverteilung, b) Gleichheit der Varianzen ................................ 144
Abb. 8.6: Abbau der oTS und erzeugte Biogasmenge bei den Batch-Vergärungsversuchen von Bananenabfällen mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen ..................................................................................................... 155
Abb. 8.7: Biogasausbeuten bei der Vergärung von Bananenabfällen: a) oTS-bezogene Biogasausbeuten, b) Bioadditivbezogene Biogasausbeuten ............................... 158
Abb. 8.8: Gesamtmenge an Biogas beim anaeroben Abbauprozess von Bananenabfällen ohne und mit Bioadditiveinfluss ............................................... 162
Abb. 8.9: Akkumulierte Biogasproduktion beim anaeroben Abbauprozess von Bananenabfällen ohne und mit Bioadditiveinfluss ............................................... 163
Abb. 8.10: Residuenbasierte Überprüfung der Voraussetzungen für den Vergleich der Biogasmittelwerte bei der Vergärung von Bananenabfällen: a) Normale Wahrscheinlichkeitsverteilung, b) Gleichheit der Varianzen ............................. 164
Abb. 8.11: Konzentrationen an organischen Fettsäuren bei der Vergärung von Papayaabfallen mit Rumensaft ......................................................................... 174
Abb. 8.12: Tägliche Biogasproduktion bei der Vergärung von Papayaabfällen mit Rumensaft ........................................................................................................ 177
Abb. 8.13: Biogasmenge und -ausbeuten bei der Vergärung von Papayaabfällen mit Rumensaft ........................................................................................................ 179
Abb. 8.14: Konzentrationen an organischen Fettsäuren bei der Vergärung von Bananenabfällen mit Rumensaft ...................................................................... 185
Abb. 8.15: Tägliche Biogasproduktion bei der Vergärung von Bananenabfällen mit Rumensaft ........................................................................................................ 188
Abb. 8.16: Biogasmenge und -ausbeuten bei der Vergärung von Bananenabfällen mit Rumensaft ........................................................................................................ 189
Abb. 12.1: Foto der Reaktoren im Mittelmaßstab im Umweltlabor des Lehrstuhls für Energie-und Umwelttechnik der Lebensmittelindustrie der TU München .......... 210
Abb. 12.2: Tägliche Biogasproduktion und Fettsäurekonzentrationen bei der Vergärung von Papayaabfällen mit Faulschlamm .............................................................. 210
Abb. 12.3: Tägliche Biogasproduktion und Fettsäurekonzentrationen bei der Vergärung von Bananenabfällen mit Faulschlamm ............................................................ 210
Abb. 12.4: Tägliche Biogasproduktion und Fettsäurekonzentrationen bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen mit Faulschlamm ................................................ 211
Abb. 12.5: Tägliche Biogasproduktion und Fettsäurekonzentrationen bei der Vergärung von der Kontrolle (Faulschlamm) ...................................................................... 211
Abb. 12.6: Abbau der oTS und erzeute Biogasmenge bei den Batch-Vergärungsversuchen von Papayaabfällen mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen .................................................................................................. 217
Abb. 12.7: Biogasausbeuten bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen: a) oTS-bezogene Biogasausbeuten, b) Bioadditivbezogene Biogasausbeuten ............ 219
Abbildungsverzeichnis 275
Abb. 12.8: Gesamtmenge an Biogas beim anaeroben Abbauprozess von Zitrusmischungsabfällen ohne und mit Bioadditiveinfluss ................................ 220
Abb. 12.9: Akkumulierte Biogasproduktion beim anaeroben Abbauprozess von Zitrusmischungsabfällen ohne und mit Bioadditiveinfluss ................................ 220
Abb. 12.10: Residuenbasierte Überprüfung der Voraussetzungen für den Vergleich der Biogasmittelwerte bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen: a) Normale Wahrscheinlichkeitsverteilung b) Gleichheit der Varianzen ............... 221
Abb. 12.11: Abbau der oTS und erzeute Biogasmenge bei den Batch-Vergärungsversuchen von Geflügelbrutabfällen mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen ............................................................................ 224
Abb. 12.12: Biogasausbeuten bei der Vergärung von Geflügelbrutabfällen: a) oTS-bezogene Biogasausbeuten, b) Bioadditivbezogene Biogasausbeuten ........... 226
Abb. 12.13: Gesamtmenge an Biogas beim anaeroben Abbauprozess von Geflügelbrutabfällen ohne und mit Bioadditiveinfluss ....................................... 227
Abb. 12.14: Akkumulierte Biogasproduktion beim anaeroben Abbauprozess von Geflügelbrutabfällen ohne und mit Bioadditiveinfluss ....................................... 227
Abb. 12.15: Residuenbasierte Überprüfung der Voraussetzungen für den Vergleich der Biogasmittelwerte bei der Vergärung von Geflügelbrutabfällen: a) Normale Wahrscheinlichkeitsverteilung b) Gleichheit der Varianzen .............................. 227
Abb. 12.16: Abbau der oTS und erzeute Biogasmenge bei den Batch-Vergärungsversuchen von Hühnermist mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen .................................................................................................. 231
Abb. 12.17: Biogasausbeuten bei der Vergärung von Hühnermist: a) oTS-bezogene Biogasausbeuten, b) Bioadditivbezogene Biogasausbeuten ........................... 233
Abb. 12.18: Gesamtmenge an Biogas beim anaeroben Abbauprozess von Hühnermist ohne und mit Bioadditiveinfluss ....................................................................... 234
Abb. 12.19: Akkumulierte Biogasproduktion beim anaeroben Abbauprozess von Hühnermist ohne und mit Bioadditiveinfluss .................................................... 234
Abb. 12.20: Residuenbasierte Überprüfung der Voraussetzungen für den Vergleich der Biogasmittelwerte bei der Vergärung von Hühnermist: a) Normale Wahrscheinlichkeitsverteilung, b) Gleichheit der Varianzen ............................. 235
Abb. 12.21: Abbau der oTS und erzeute Biogasmenge bei den Batch-Vergärungsversuchen von Geflügelschlachtabwasser mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen ............................................................................ 238
Abb. 12.22: Biogasausbeuten bei der Vergärung von Geflügelschlachtabwasser: a) oTS-bezogene Biogasausbeuten, b) Bioadditivbezogene Biogasausbeuten ... 240
Abb. 12.23: Gesamtmenge an Biogas beim anaeroben Abbauprozess von Geflügelschlachtabwasser ohne und mit Bioadditiveinfluss ............................. 241
Abb. 12.24: Akkumulierte Biogasproduktion beim anaeroben Abbauprozess von Geflügelschlachtabwasser ohne und mit Bioadditiveinfluss ............................. 241
Abb. 12.25: Abbau der oTS und erzeute Biogasmenge bei den Batch-Vergärungsversuchen von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen .................................................. 242
Abb. 12.26: Biogasausbeuten bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage: a) oTS-bezogene Biogasausbeuten, b) Bioadditivbezogene Biogasausbeuten ......................................................... 244
Abbildungsverzeichnis 276
Abb. 12.27: Gesamtmenge an Biogas beim anaeroben Abbauprozess von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage ohne und mit Bioadditiveinfluss .............. 245
Abb. 12.28: Akkumulierte Biogasproduktion beim anaeroben Abbauprozess von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage ohne und mit Bioadditiveinfluss ............................................................................................ 245
Abb. 12.29: Konzentrationen an organischen Fettsäuren bei der Vergärung von Zitrusmischung mit Rumensaft ........................................................................ 250
Abb. 12.30: Tägliche Biogasproduktion aus der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen mit Rumensaft ................................................................................................. 251
Abb. 12.31: Biogasmenge und -ausbeuten bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen mit Rumensaft .......................................................... 251
Abb. 12.32: Konzentrationen an organischen Fettsäuren bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanalge mit Rumensaft ....................... 253
Abb. 12.33: Tägliche Biogasproduktion aus der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage mit Rumensaft .................................................... 254
Abb. 12.34: Biogasmenge und -ausbeuten bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage mit Rumensaft .................................................... 254
Tabellenverzeichnis 277
15 Tabellenverzeichnis
Tab. 2.1: Stoffumsetzungen in der Hydrolyse und Beispiele beteiligter Mikroorganismen (18), (14) ............................................................................................................13
Tab. 2.2: Stoffumsetzungen in der Acidogenese und Beispiele beteiligter Bakterien (18), (19), (20) ............................................................................................................14
Tab. 2.3: Stoffumsetzungen der Acetogenese und Beispiele beteiligter Mikroorganismen (18), (21), (22) ........................................................................15
Tab. 2.4: Stoffumsetzungen in der Methanogenese und Beispiele beteiligter Mikroorganismen (17), (22) ................................................................................16
Tab. 2.5: Vergleich zwischen dem anaeroben Abbau im mesophilen und thermophilen Temperaturbereich (2), (16), (21), (23), (28) .......................................................20
Tab. 2.6: Theoretische Biogaszusammensetzung beim Abbau der wesentlichen organischen Stoffe (16) ......................................................................................22
Tab. 7.7: Verwendete Methoden bei den Versuchen im Kleinmaßstab und Großmaßstab ................................................................................................... 119
Tab. 7.8: Verwendete statistische Methoden zum Vergleich der Ergebnisse der Versuchen im Klein- und Großmaßstab ........................................................... 123
Tab. 8.1: Chemisch-physikalische Parameter, Nährstoffverhältnis und oTS-Abbau nach der Vergärung von Papayaabfällen mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen mit und ohne Bioadditive (Mittelwerte)....................................... 131
Tab. 8.2: Verwendete Materialmengen, Verhältnisse Bioadditive zu oTS des Substrats, Biogasmengen und -ausbeuten bei der Vergärung von Papayaabfällen .......... 136
Tab. 8.3: Vergleich der prozentualen Differenzen zwischen den oTS-bezogenen Biogasausbeuten bei der Vergärung von Papayaabfällen ................................ 138
Tab. 8.4: Zweifaktorielle Varianzanalyse (ANOVA) mit festen Effekten und Interaktion bei der Vergärung von Papayaabfällen ............................................................ 145
Tabellenverzeichnis 278
Tab. 8.5: Mehrfachvergleiche bei der Vergärung von Papayaabfällen mit dem Faktor Bioadditiv nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest ............... 145
Tab. 8.6: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Papayaabfällen mit dem Faktor Bioadditiv nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest ............... 146
Tab. 8.7: Mehrfachvergleiche bei der Vergärung von Papayaabfällen mit dem Faktor Raumbelastung nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest ...... 147
Tab. 8.8: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Papayaabfällen mit dem Faktor Raumbelastung nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest ...... 147
Tab. 8.9: Chemisch-physikalische Parameter, Nährstoffverhältnis und oTS-Abbau nach der Vergärung von Bananenabfällen mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen mit und ohne Bioadditiven (Mittelwerte) ..................................... 152
Tab. 8.10: Verwendete Materialmengen, Verhältnisse Bioadditive zu oTS des Substrats, Biogasmengen und -ausbeuten bei der Vergärung von Bananenabfällen ........ 157
Tab. 8.11: Vergleich der prozentualen Differenzen zwischen den oTS-bezogenen Biogasausbeuten bei der Vergärung von Bananenabfällen .............................. 159
Tab. 8.12: Zweifaktorielle Varianzanalyse (ANOVA) mit festen Effekten und Interaktion bei der Vergärung von Bananenabfällen .......................................................... 164
Tab. 8.13: Mehrfachvergleiche bei der Vergärung von Bananenabfällen mit dem Faktor Bioadditiv nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest ............... 165
Tab. 8.14: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Bananenabfällen mit dem Faktor Bioadditiv nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest .... 166
Tab. 8.15: Mehrfachvergleiche: LSD-Kontrasttest nach dem Faktor Raumbelastung bei der Vergärung von Bananenabfällen ................................................................ 167
Tab. 8.16: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Bananenabfällen mit dem Faktor Raumbelastung nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest ...................................................................................................... 167
Tab. 8.17: Beschickungsabhängige Parameter bei der anaeroben Vergärung von Papayaabfällen mit Rumensaft ......................................................................... 172
Tab. 8.18: Mittelwerte chemisch-physikalischer Parameter und des Nährstoffverhältnisses bei der Vergärung von Papayaabfällen mit Rumensaft ........................................................................................................ 173
Tab. 8.19: Vorzeichentest bei der Vergärung von Papayaabfällen mit Rumensaft: Teststatistiken .................................................................................................. 181
Tab. 8.20: Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test bei der Vergärung von Papayaabfällen mit Rumensaft: Teststatistiken ............................................................................... 181
Tab. 8.21: Beschickungsabhängige Parameter bei der anaeroben Vergärung von Bananenabfällen mit Rumensaft ...................................................................... 183
Tab. 8.22: Mittelwerte chemisch-physikalischer Parameter und des Nährstoffverhältnisses bei der Vergärung von Bananenabfällen mit Rumensaft ........................................................................................................ 184
Tab. 8.23: Vorzeichentest bei der Vergärung von Bananenabfällen mit Rumensaft: Teststatistiken .................................................................................................. 191
Tab. 8.24: Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test bei der Vergärung von Bananenabfällen mit Rumensaft Bananen: Teststatistiken ................................................................ 191
Tab. 12.1: Stand der Produktion von Zitrusfrüchten, Banane und Papaya in Mexiko, Jahr 2012 nach SAGARPA, 2012 und INIFAP, 2014........................................ 209
Tabellenverzeichnis 279
Tab. 12.2: Stand der Produktion von Zitrusfrüchten, Banane und Papaya in Yucatán, Mexiko, Jahr 2012 nach SAGARPA, 2012 und INIFAP, 2014 .......................... 209
Tab. 12.3: Zusammensetzung zweier Stichproben des erzeugten Biogases der Vergärung von organischen Abfallsubstraten mit Faulschlamm ....................... 211
Tab. 12.4: Konzentrationen an Spurenelementen und Schwermetallen in den verwendeten Substraten (179), (225), (24) ....................................................... 212
Tab. 12.5: Mikroorganismen vor und nach den Versuchen bei allen Substraten und Behandlungen .................................................................................................. 213
Tab. 12.6: Eigenschaften der vor und nach den Versuchen identifizierten Mikroorganismen bei allen Substraten (225), (226), (227), (228), (229), (230) ................................................................................................................ 214
Tab. 12.7: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Papayaabfällen mit dem Faktor Bioadditiv: a) Nach dem SNK (Student-Newman-Keuls) Kontrasttest, b) Nach dem Duncan Kontrasttest ........................................................................ 215
Tab. 12.8: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Papayaabfällen mit dem Faktor Raumbelastung: a) Nach dem SNK (Student-Newman-Keuls) Kontrasttest, b) Nach dem Duncan Kontrasttest.................................................................... 215
Tab. 12.9: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Bananenabfällen mit dem Faktor Bioadditiv: a) Nach dem SNK (Student-Newman-Keuls) Kontrasttest, b) Nach dem Duncan Kontrasttest.................................................................... 216
Tab. 12.10: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Bananenafällen mit dem Faktor Raumbelastung: a) Nach dem SNK (Student-Newman-Keuls) Kontrasttest, b) Nach dem Duncan Kontrasttest ............................................... 216
Tab. 12.11: Chemisch-physikalische Parameter, Nährstoffverhältnis und oTS-Abbau nach der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen mit und ohne Bioadditiven (Mittelwerte) ............... 217
Tab. 12.12: Verwendete Materialmengen, Verhältnisse Bioadditive zu oTS des Substrats, Biogasmengen und -ausbeuten bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen ................................................................................... 218
Tab. 12.13: Vergleich der prozentualen Differenzen zwischen den oTS-bezogenen Biogasausbeuten bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen................... 219
Tab. 12.14: Zweifaktorielle Varianzanalyse (ANOVA) mit festen Effekten und Interaktion bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen ............................................... 221
Tab. 12.15: Mehrfachvergleiche bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen mit dem Faktor Bioadditiv nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest ...................................................................................................... 221
Tab. 12.16: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen mit dem Faktor Bioadditiv nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest ...................................................................................................... 222
Tab. 12.17: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen mit dem Faktor Bioadditiv: a) Nach dem SNK (Student-Newman-Keuls) Kontrasttest, b) Nach dem Duncan Kontrasttest ............................................... 222
Tab. 12.18: Mehrfachvergleiche bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen mit dem Faktor Raumbelastung nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest ...................................................................................................... 223
Tab. 12.19: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen mit dem Faktor Raumbelastung nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest ...................................................................................................... 223
Tabellenverzeichnis 280
Tab. 12.20: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Zitrusmischungsabfällen mit dem Faktor Raumbelastung: a) Nach dem SNK (Student-Newman-Keuls) Kontrasttest, b) Nach dem Duncan Kontrasttest ............................................... 223
Tab. 12.21: Chemisch-physikalische Parameter, Nährstoffverhältnis und oTS-Abbau nach der Vergärung von Geflügelbrutabfällen mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen mit und ohne Bioadditiven (Mittelwerte) ..................................... 224
Tab. 12.22: Verwendete Materialmengen, Verhältnisse Bioadditive zu oTS des Substrats, Biogasmengen und -ausbeuten bei der Vergärung von Geflügelbrutabfällen ......................................................................................... 225
Tab. 12.23: Vergleich der prozentualen Differenzen zwischen den oTS-bezogenen Biogasausbeuten bei der Vergärung von Geflügelbrutabfällen ......................... 226
Tab. 12.24: Zweifaktorielle Varianzanalyse (ANOVA) mit festen Effekten und Interaktion bei der Vergärung von Geflügelbrutabfällen ..................................................... 228
Tab. 12.25: Mehrfachvergleiche bei der Vergärung von Geflügelbrutabfällen mit dem Faktor Bioadditiv nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest .... 228
Tab. 12.26: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Geflügelbrutabfällen mit dem Faktor Bioadditiv nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest .... 229
Tab. 12.27: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Geflügelbrutabfällen mit dem Faktor Bioadditiv: a) Nach dem SNK (Student-Newman-Keuls) Kontrasttest, b) Nach dem Duncan Kontrasttest.................................................................... 230
Tab. 12.28: Mehrfachvergleiche bei der Vergärung von Geflügelbrutabfällen mit dem Faktor Raumbelastung nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest ...................................................................................................... 230
Tab. 12.29: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Geflügelbrutabfällen mit dem Faktor Raumbelastung nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest ...................................................................................................... 230
Tab. 12.30: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Geflügelbrutabfällen mit dem Faktor Raumbelastung: a) Nach dem SNK (Student-Newman-Keuls) Kontrasttest, b) Nach dem Duncan Kontrasttest ............................................... 231
Tab. 12.31: Chemisch-physikalische Parameter, Nährstoffverhältnis und oTS-Abbau nach der Vergärung von Hühnermist mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen mit und ohne Bioadditiven (Mittelwerte) ..................................... 231
Tab. 12.32: Verwendete Materialmengen, Verhältnisse Bioadditive zu oTS des Substrats, Biogasmengen und -ausbeuten bei der Vergärung von Hühnermist ....................................................................................................... 232
Tab. 12.33: Vergleich der prozentualen Differenzen zwischen den oTS-bezogenen Biogasausbeuten bei der Vergärung von Hühnermist....................................... 233
Tab. 12.34: Zweifaktorielle Varianzanalyse (ANOVA) mit festen Effekten und Interaktion bei der Vergärung von Hühnermist ................................................................... 235
Tab. 12.35: Mehrfachvergleiche bei der Vergärung von Hühnermist mit dem Faktor Bioadditiv nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest ............... 235
Tab. 12.36: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Hühnermist mit dem Faktor Bioadditiv nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest ............... 236
Tab. 12.37: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Hühnermist mit dem Faktor Bioadditiv: a) Nach dem SNK (Student-Newman-Keuls) Kontrasttest, b) Nach dem Duncan Kontrasttest ........................................................................ 236
Tab. 12.38: Mehrfachvergleiche bei der Vergärung von Hühnermist mit dem Faktor Raumbelastung nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest ...... 237
Tabellenverzeichnis 281
Tab. 12.39: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Hühnermist mit dem Faktor Raumbelastung nach dem LSD (Least Significant Difference) Kontrasttest ...... 237
Tab. 12.40: Paarweise Vergleiche bei der Vergärung von Hühnermist mit dem Faktor Raumbelastung: a) Nach dem SNK (Student-Newman-Keuls) Kontrasttest, b) Nach dem Duncan Kontrasttest.................................................................... 237
Tab. 12.41: Chemisch-physikalische Parameter, Nährstoffverhältnis und oTS-Abbau nach der Vergärung von Geflügelschlachtabwasser mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen mit und ohne Bioadditiven (Mittelwerte) ............... 238
Tab. 12.42: Verwendete Materialmengen, Verhältnisse Bioadditive zu oTS des Substrats, Biogasmengen und -ausbeuten bei der Vergärung von Geflügelschlachtabwasser ............................................................................... 239
Tab. 12.43: Vergleich der prozentualen Differenzen zwischen den oTS-bezogenen Biogasausbeuten bei der Vergärung von Geflügelschlachtabwasser ............... 240
Tab. 12.44: Kruskal-Wallis Test nach dem Faktor Bioadditiv bei der Vergärung von Geflügelschlachtabwasser ............................................................................... 241
Tab. 12.45: Kruskal-Wallis Test nach dem Faktor Raumbelastung bei der Vergärung von Geflügelschlachtabwasser ......................................................................... 242
Tab. 12.46: Chemisch-physikalische Parameter, Nährstoffverhältnis und oTS-Abbau nach der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage mit 6 g oTS/l bei thermophilen Temperaturen mit und ohne Bioadditiven (Mittelwerte) ..................................................................................................... 242
Tab. 12.47: Verwendete Materialmengen, Verhältnisse Bioadditive zu oTS des Substrats, Biogasmengen und -ausbeuten bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage ................................................................ 243
Tab. 12.48: Vergleich der prozentualen Differenzen zwischen den oTS-bezogenen Biogasausbeuten bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage ............................................................................. 244
Tab. 12.49: Kruskal-Wallis Test nach dem Faktor Bioadditiv bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanalge ................................................ 246
Tab. 12.50:Kruskal-Wallis Test nach dem Faktor Raumbelastung bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage ................................................ 246
Tab. 12.51: Biogasmengen und -ausbeuten bei der Vergärung von Papayaabfällen mit Rumensaft bei verschieden Beschickungsgraden und Raumbelastungen ........ 247
Tab. 12.52: Vorzeichen Test Vorzeichentest bei der Vergärung von Papayaabfällen mit Rumensaft: Frequenzen ................................................................................... 247
Tab. 12.53: Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test bei der Vergärung von Papayaabfällen mit Rumensaft: Ränge ........................................................................................... 247
Tab. 12.54: Biogasmengen und -ausbeuten bei der Vergärung von Bananenabfällen mit Rumensaft bei verschieden Beschickungsgraden und Raumbelastungen ........ 248
Tab. 12.55: Vorzeichentest bei der Vergärung von Bananenabfällen mit Rumensaft: Frequenzen ...................................................................................................... 248
Tab. 12.56: Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test bei der Vergärung von Bananenabfällen mit Rumensaft: Ränge ...................................................................................... 249
Tab. 12.57: Beschickungsabhängige Parameter bei der anaeroben Vergärung von Zitrusmischungabfällen mit Rumensaft ............................................................. 250
Tabellenverzeichnis 282
Tab. 12.58: Mittelwerte chemisch-physikalischer Parameter und des Nährstoffverhältnisses bei der Vergärung von Zitrusmischungabfällen mit Rumensaft ........................................................................................................ 250
Tab. 12.59: Biogasmengen und -ausbeuten bei der Vergärung von Zitrusmischung mit Rumensaft bei verschieden Beschickungsgraden und Raumbelastungen ........ 251
Tab. 12.60: Vorzeichentest bei der Vergärunung von Zitrusmischung mit Rumensaft: Teststatistiken .................................................................................................. 252
Tab. 12.61: Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test bei der Vergärunung von Zitrusmischung mit Rumensaft: Teststatistiken ......................................................................... 252
Tab. 12.62: Vorzeichentest bei der Vergärunung von Zitrusmischung mit Rumensaft: Frequenzen ...................................................................................................... 252
Tab. 12.63: Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test bei der Vergärunung von Zitrusmischung mit Rumensaft: Ränge ...................................................................................... 252
Tab. 12.64: Beschickungsabhängige Parameter bei der anaeroben Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage mit Rumensaft ........................ 253
Tab. 12.65: Mittelwerte chemisch-physikalischer Parameter und des Nährstoffverhältnisses bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage mit Rumensaft ..................................................... 253
Tab. 12.66: Biogasmengen und -ausbeuten bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage mit Rumensaft bei verschieden Beschickungsgraden und Raumbelastungen ................................................... 254
Tab. 12.67: Vorzeichentest bei bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage mit Rumensaft: Teststatistiken ............................. 255
Tab. 12.68: Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage mit Rumensaft: Teststatistiken ............................. 255
Tab. 12.69: Vorzeichentest bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage mit Rumensaft: Frequenzen ................................ 255
Tab. 12.70: Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test bei der Vergärung von Abwasser aus der Geflügelverpackungsanlage mit Rumensaft: Ränge ......................................... 255
Veröffentlichungen und Kongressbeiträge 283
16 Veröffentlichungen und Kongressbeiträge
Nelson Caballero-Arzápalo, German Giacoman-Vallejo, Walther Stein, Stefan Birk. Removal of contaminants and pathogens from domestic wastewater using the vertical root zone method (RZM) with consumption plants”. 7th Biennial Symposium of the International of Environmental Biotechnology. Chicago, Ill. USA, June 18-21, 2004.
García Robles C. A., Hernández Ramos F., Tapia González F., Caballero Arzápalo N., Giacomán Vallejos G. Evaluación de la eficiencia de los procesos de eliminación de materia orgánica y nitrógeno de un humedal artificial con flujo subsuperficial horizontal a microescala para el tratamiento de agua residual. VI Congreso Internacional, XII Congreso Nacional de Ciencias Ambientales. Chihuahua. Chi. México, Junio 6.7 y 8 del 2007.
Rodriguez Alcocer D.J., Giacomán Vallejos G., Caballero Arzápalo N., García Sosa J. Determinación de parámetros integrales en la distribución del tiempo de residencia en un lecho empacado con flujo subsuperficial. VI Congreso Internacional, XII Congreso Nacional de Ciencias Ambientales. Chihuahua. Chi. México, Junio 6, 7 y 8 del 2007.
Ileana Cerón Palma, María Milagrosa Pérez Sánchez, Mirna López Pacheco, Carmen Ponce Caballero, Armando Sansores Cabrera, Nelson Caballero Arzápalo, Germán Giacoman Vallejos. Evaluación de la calidad ambiental en el interior de la vivienda económica en Mérida, Yucatán, México. XXXI Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental AIDIS. Santiago, Chile, Octubre 12 – 15, 2008.
Mauricio Chi-Tec, Nelson Caballero-Arzápalo, Germán Giacoman Vallejos, Roger Méndez-Novelo, Carlos Quintal-Franco. Effect of temperature increments in septic tank efficiency. Third International Meeting on Environmental Biotechnology and Engineering. Illes Balears, Spain. September 21 th - 25th, 2008.
Cortes Esquivel. J. A., Giácoman Vallejos. G., Ponce Caballero. C., Caballero Arzápalo N. (2010). Evaluación de la remoción de metales pesados de aguas residuales porcícolas en un sistema de humedal horizontal con flujo subsuperficial. IX Congreso Internacional y XV Nacional de Ciencias Ambientales, Universidad de Quintana Roo - Academia Nacional de Ciencias Ambientales A.C. Chetumal Quintana Roo, México del 9-11 de junio de 2010.
Mena V., Méndez R., Castillo E. y Caballero N. Tratamiento de aguas porcinas mediante un reactor UASB. IX Congreso Internacional y XV Nacional de Ciencias Ambientales, Universidad de Quintana Roo - Academia Nacional de Ciencias Ambientales A.C. Chetumal Quintana Roo, México del 9-11 de junio de 2010.
Castillo B. E. R., Koh S. A. A., Méndez N. R. I., Caballero A. N. Tratamiento de aguas residuales de un rastro mediante un reactor UASB. IX Congreso Internacional y XV Nacional de Ciencias Ambientales, Universidad de Quintana Roo - Academia Nacional de Ciencias Ambientales A.C. Chetumal Quintana Roo, México del 9-11 de junio de 2010.
Veröffentlichungen und Kongressbeiträge 284
Nelson Caballero-Arzápalo, Carmen Ponce-Caballero, Cinthia C. Gamboa-Loira, Roland Meyer-Pittroff (2010) Biogas yield-organic load relationship model for predicting the anaerobic digestion of banana waste (musa sp.) influenced by papain and rumen. IBS 2010. 14th International Biotechnology Syposium and Exhibition. Biotechnology for the sustainability of human Society. 14-18 September 2010. Rimini – Italy.
Nelson Caballero-Arzápalo, Carmen Ponce-Caballero, Cinthia C. Gamboa-Loira, Roland Meyer-Pittroff (2010). Biogas potential from the anaerobic digestion of banana waste (Musa Sp.) using Different bio-additives. IBS 2010. 14th International Biotechnology Syposium and Exhibition. Biotechnology for the sustainability of human Society. 14-18 September 2010. Rimini – Italy.
N. Caballero-Arzápalo, C. C. Gamboa-Loira, R. Meyer-Pittroff. Biogas potential from the anaerobic digestion of papaya waste (Carica papaya) using different bio-additives. 12th World Congress on Anaerobic Digestion, Guadalajara, Mexico, October 31st – November 4th, 2010.
N. Caballero-Arzápalo, Gamboa-Loira, R. Meyer-Pittroff (2010). Biogas-organic load relationship model for predicting the anaerobic digestion of papaya waste (Carica papaya) influenced by bacillus species and rumen. 12th World Congress on Anaerobic Digestion, Guadalajara, Mexico, October 31st – November 4th , 2010.
Giácoman Vallejos G., Cortes Esquivel J.A., Ponce Caballero C., Caballero Arzápalo N. Remoción de metales pesados del agua residual porcícola por medio de humedales construidos de flujo subsuperficial horizontal. XXXII Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental (AIDIS). Punta Cana, República Dominicana, 7-11 Noviembre, 2010.
Veröffenttlichungen in indizierten Fachzeitschriften
Nelson Caballero-Arzápalo, Carmen Ponce-Caballero, Cinthia C. Gamboa-Loira, Roland Meyer-Pittroff (2010). Biogas yield-organic load relationship model for predicting the anaerobic digestion of banana waste (musa sp.) influenced by papain and rumen. Journal of Biotechnology, Volume 150, Supplement 1, November 2010, Pages 261-262.
Nelson Caballero-Arzápalo, Carmen Ponce-Caballero, Cinthia C. Gamboa-Loira, Roland Meyer-Pittroff. Biogas potential from the anaerobic digestion of banana waste (Musa Sp) using different bio-additives. Journal of Biotechnology, Volume 150, Supplement 1, November 2010, Pages 168-169.
Danksagung 285
17 Danksagung
Die Durchführung der vorliegenden Arbeit wäre ohne den Beitrag von verschieden
Personen und Behörden nicht möglich gewesen. Deswegen möchte ich mich von
ganzem Herzen bedanken bei:
meinem Doktorvater Herrn Univ.-Prof. i. R. Dr.-Ing. Roland Meyer-Pittroff für die
Ermöglichung dieser Arbeit, für die Unterstützung, die gute Zusammenarbeit und
für den Glauben an meine Person und Fähigkeiten trotz der unterschiedlichen
Schwierigkeiten während und im Rahmen der Durchführung der Arbeit
den Herren Univ. Prof. Dr.-Ing. Heiko Briesen und Univ. Prof. Dr.-Ing. Martin
Faulstich für die Übernahme der Prüfungskommission
den „Fondos Mixtos (FOMIX): Gobierno del Estado de Yucatán-CONACYT“ für
die Finanzierung des Projektes FOMIX-YUC-2004-C03-46 in welchem Rahmen
die vorliegende Arbeit durchgeführt wurde
der „Secretaría de Educación Pública“ (SEP) der mexikanischen
Bundesregierung für das Stipendium PROMEP für die Mobilität
den Kollegen und Technikern vom Umweltlabor der „Facultad de Ingeniería“ der
„Universidad Autónoma de Yucatán“ (UADY) für ihre Unterstützung
der Geflügelverarbeitungsfirma „Bachoco S. A. de C. V.“ für die Ermöglichung
der Erhebung von Stichproben der Geflügelproduktion
dem Großmarkt für Obst und Gemüse „Central de Abastos de Mérida“ für die
Ermöglichung der Erhebung von Stichproben von Fruchtabfällen
dem „Centro de Investigación Regional Dr. Hideyo Noguchi“ der UADY für die
Unterstützung bei den mikrobiologischen Analysen
der technischen Hochschule „Instituto Tecnológico de Mérida“ für die
Ermöglichung der Arbeit in seinen biochemischen Laboratorien
Herrn Dr.-Ing. Ulich Buchhauser für seine Zeit, Mühe und fachliche Beratung
Herrn Dipl.-Ing. Gunther Pesta für die Unterstützung bei der Planung und
Organisierung von Verwaltungs- und Labortätigkeiten am Lehrstuhl für Energie
und Umwelttechnik der Lebensmittelindustrie der TUM
An allen Kollegen, Studenten und Freunden für ihre Unterstützung bzw.
Motivation
meiner Familie für ihre bedingungslose und wertvolle Unterstützung.