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Analytical approach for the determination of micro elements in anaerobic digestion systems by sequential extraction technique

Published 2012

Citation: Rachbauer, L. Analytical approach for the determination of micro elements in anaerobic digestion systems by sequential extraction technique, Master Thesis, University of Natural Resources and Life Sciences Vienna, Vienna, Austria, 2012.

Abstract

Der Einfluss von Nährstoffzusammensetzung und Additivzugabe beim anaeroben Abbau organischer Substanz stieß in den letzten Jahren vermehrt auf Interesse. Im Besonderen Spurenelemente haben erwiesenermaßen erheblichen Einfluss auf u.a. methanogene Archaeen und deren metabolische Aktivität. Massive Probleme der Prozessstabilität speziell bei Monovergärung unterschiedlichster Substrate können durch Co-Fermentation oder gezielte Zudosierung von Spurenelementmischungen überwunden werden. Ein profundes Verständnis der Wirkung dieser Elemente auf die verschiedenen mikrobiellen Spezies im Biogasreaktor als auch ihre Verfügbarkeit, ist die Voraussetzung für eine wirtschaftliche Gestaltung des anaeroben Fermentationsprozesses organischer Roh- als auch Reststoffe. Der heutige Stand-der-Technik zur Analyse von Biogasproben hat seinen Ursprung in der Wasser-, Abwasser- und Schlammanalytik und besteht aus einem einzelnen Filtrationsschritt vor Elementdetektion mittels ICP-OES bzw. ICP-MS. Diese Methodik erlaubt nur einen äußerst begrenzten Einblick in die Verteilung von essentiellen Spurenelementen in Anaerobreaktoren. Eine aussagekräftige Beurteilung der mikrobiellen Verfügbarkeit von beispielsweise Cobalt, Nickel oder Molybdän ist somit nur eingeschränkt möglich. Ziel dieser Arbeit war es, eine bestehende Methode zur sequentiellen Extraktion aus dem Bereich der Boden- und Sedimentanalytik für die Anwendung auf Biogasproben zu adaptieren. Der daraus resultierende Einblick in die Verteilung von Spurenelementen in den einzelnen Fraktionen erlaubt eine genauere Bewertung der mikrobiellen Verfügbarkeit von Nährstoffen in Biogasreaktoren, verglichen mit bestehenden analytischen Untersuchungsmethoden. Anforderungen an das Verfahren wie die Reproduzierbarkeit der Daten, zeitsparende Analytik und wirtschaftliche Realisierbarkeit konnten erfüllt werden. Wiederfindungsraten zwischen 90 und 110 % wurden für die wichtigsten Spurenelemente erreicht. Durch die sequentielle Extraktion konnte gezeigt werden, dass essenzielle Mikro-Nährstoffe bis zu 98 % in einer unlöslichen Form vorliegen können. Die Ergebnisse dieser Arbeit belegen die Anwendbarkeit der entwickelten Methodik zur Spurenelement-Extraktion in Anaerob-Systemen.