Hemmtest - VDI 4630 - Hemmung - Bakterienaktivität

Mit dem Hemmtest (in Anleh. an VDI 4630) werden substratbedingte oder nährstoffbedingte Einschränkungen der Bakterienaktivität ermittelt. Durch den Eintrag bestimmter Stoffe oder durch die Entstehung von negativ wirkenden Substanzen während der Vergärung, kann es zu einer Hemmung der Bakterienaktivität kommen.

 

Substanzen, wie Antibiotika, Desinfektions- oder Lösungsmittel, Herbizide, Salze oder Schwermetalle können schon in geringen Mengen den biologischen Abbauprozess hemmen.

 

Aber auch lebensnotwendige Spurenelemente können in zu hohen Konzentationen toxisch für die Bakterien sein. Zwei Hemmstoffe, die durch den bakteriellen Abbau während des Biogasprozesses entstehen sind Schwefelwasserstoff (H2S) und Ammoniak (NH3) und Ammonium (NH4).

NH3-Konzentration in Abhängigkeit von Temperatur und pH Wert. Quelle: Dornak, 2000
NH3-Konzentration in Abhängigkeit von Temperatur und pH Wert. Quelle: Dornak, 2000

    • Ammoniak (NH3)

Ammoniak (NH3) steht im Gleichgewicht mit der Ammoniumkonzentration (NH4) im Fermenter und wirkt schon in geringen Konzentrationen hemmend auf die Bakterien.

 

Bei zunehmend steigenden, alkalischen pH verschiebt sich das Gleichgewicht und die Ammoniakkonzentration nimmt zu. Bei pH 7 liegen ca. 0,5 % NH3 vor und bei pH 8 rund 10 %.

 

Dieser Negativeffekt nimmt mit steigender Temperatur zu. Eiweißreiche Substrate tragen zu höheren NH3-Gehalten bei. Durch Massnahmen wie Reduktion von pH-Wert und Gärtemperatur kann die Konzentration an freiem Ammoniak gesenkt und die hemmende Wirkung beseitigt werden.

    • Ammonium (NH4+) 

Bereits ab einer NH4-Konzentration von 3g - 5g/l kann mit einer beginnenden Hemmung der Bakterien gerechnet werden. Die Hemmung geht oftmals mit deutlicher Schaumbildung einher. Gleichzeitig dient Ammonium (NH4) den meisten Bakterien als Stickstoffquelle.

 

Eintragsquellen für Stickstoff sind Hühnertrockenkot und Schweinegülle. Dennoch ist der Wert nicht absolut, da Bakterien sich an bestimmte Konzentrationen anpassen ohne dass Hemmungen festzustellen sind.

    • Schwefelwasserstoff (H2S)

Beim Abbau von schwefelhaltigen und eiweißreichen Substraten entsteht Schwefelwasserstoff (H2S). H2S wirkt extrem toxisch auf die Bakterien im Fermenter. Mit sinkendem pH-Wert steigt die Gefahr der Schwefelwasserstoffbildung.

 

Schon bei Konzentrationen von ca. 30 mg/l kann der Abbauprozess gehemmt werden. Schwefel ist allerdings auch ein essentielles Spurenelement und damit ein wichtiger Mineralstoff der methanbildenden Bakterien.

 

Eine mögliche Hemmwirkung verschiedener Stoffe hängt also von mehreren Faktoren ab und eine Festlegung auf feste Grenzwerte ist nur schwer durchzuführen.

    • organische Säuren

Generell weist eine niedrige Konzentration an organischen Säuren auf eine stabile Abbauleistung und einen weitgehend vollständigen Abbau hin. Ein hoher Fettanteil im Inputsubstrat birgt die Gefahr, dass beim biologischen Abbau primär Fettsäuren entstehen. 

 

Die Zusammensetzung der Substrate hinsichtlich der Bestandteile Kohlenhydrate, Eiweiße und Fette beeinflusst die Art der freiwerdenden organischen Säuren und die Geschwindigkeit der Hydrolyse. Große Bedeutung für den Gesamtprozess hat der Wasserstoffgehalt im System. Wird der Wasserstoff nicht in ausreichendem Maße abgeführt, kommt es zu ungünstigen thermodynamischen Verhältnissen und schwer abbaubare organische Säuren (z.B. Propionsäure) werden gebildet.

 

Insbesondere der Propionsäureabbau kann besonders problematisch sein und limitierend wirken. In der Literatur werden für Essigsäure-Konzentration von 10 g/l keine Wachstumshemmung beschrieben. Handelt es sich jedoch um Propionsäure werden deutliche Hemmung bereits für Konzentrationen von 1 g/l bis 6g/l beschrieben.

Biogas Analyse Hemmtest


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