DE10134658A1

DE10134658A1 - Methode zur VFA Bestimmung in anaeroben Fermentaten

Info

Publication number: DE10134658A1
Application number: DE10134658A
Authority: DE
Inventors: Gerda Goertz; Gabriele Meisauer
Original assignee: Schmack Biogas GmbH
Current assignee: Schmack Biogas GmbH
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2001-07-20
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2021-07-21
Also published as: DE10134658C2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Methode zur Bestimmung flüchtiger Fettsäuren (volatile fatty acids - VFA) in bevorzugt hoch organisch belasteten Matrices und anaeroben Fermentaten. Dabei werden Proben mittels Versetzen mit Säure und Zentrifugation aufbereitet. Anschließend werden die VFA mittels eines gaschromatographischen Verfahrens bestimmt.

Description

Anwendungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Methode zur Bestimmung flüchtiger Fettsäuren (volatile fatty acids - VFA) in bevorzugt hoch organisch belasteten Matrices und anaeroben Fermentaten.

Hintergrund

Biogasanlagen zur kontrollierten Vergärung von organischen Substanzen haben in den letzten Jahren eine große Verbreitung erfahren. Biogasanlagen erzeugen Methan durch einen mikrobiellen Abbauprozess der eingebrachten organischen Substanzen. Insbesondere zeichnen sich Biogasanlagen dadurch aus, dass eine Vielzahl von verschiedenen organischen Substanzen vergoren werden kann.
Biogas entsteht in einem mehrstufigen mikrobiellen Abbauprozeß, der unter anaeroben Bedingungen abläuft. Abhängig von Ausgangssubstrat, Historie des Fermenters, Temperatur, pH-Wert, etc. beteiligen sich eine Vielzahl unterschiedlicher Mikroorganismen an dem Prozeß. Für annähernd jedes organische Substrat stellt sich innerhalb kurzer Zeit das passende mikrobielle Umfeld ein.
Der Prozess der Biogasentstehung aus hochmolekularen organischen Stoffen kann vereinfacht als vierstufiger Vorgang beschrieben werden. Im ersten Schritt wird die vorliegende Biomasse hydrolysiert. Die bei der Hydrolyse entstehenden kleineren Einheiten werden im zweiten Schritt durch Bakterien in niedermolekulare organische Fettsäuren zerlegt - dieser Schritt wird üblicherweise als Säurebildung bezeichnet. Neben den flüchtigen Fettsäuren (VFA) entstehen in diesem Schritt Alkohole, sowie geringe Mengen an Wasserstoff und Kohlendioxid. Im dritten Schritt, der Essigsäurebildung, werden die VFA und die Alkohole bakteriell zu Essigsäure, Kohlendioxid und Wasserstoff abgebaut. Im vierten Schritt, der Methanbildung, wird Essigsäure zusammen mit Wasserstoff und Kohlendioxid durch Bakterien in Methan umgewandelt.
Aus dieser schematisierten Darstellung des Ablaufes der Biogasgenese wird klar, dass hier eine Vielzahl mikrobieller und physikalisch chemischer Prozesse ineinander greifen. Stoffwechselprodukte der einen Organismen sind die Nahrungsgrundlage anderer Mikroben. Die Anreicherung einzelner Zwischenprodukte hemmt bestimmte Teilprozesse, während andere Schritte wiederum beschleunigt werden. Die Zusammenhänge zwischen allen Teilprozessen sind z. Zt. noch nicht völlig verstanden bzw. erforscht.
Als Zwischenprodukt bei der Biogasentstehung spielen neben anderen Parametern die VFA eine wichtige Rolle. Entscheidende Größen sind insbesondere die absoluten Konzentrationen von Essigsäure, Propionsäure und Buttersäureisomeren, sowie das Verhältnis von Essigsäure- zu Propionsäure bzw. der Anteil von Propionsäure an den VFA. Aus der Kenntnis der genannten Parameter kann der Fachmann ggf. im Zusammenhang mit weiteren Parametern den Zustand einer Biogasanlage abschätzen und Entscheidungen zur Optimierung der Biogasproduktion treffen.
Ähnliche Vorgänge wie in einer Biogasanlage laufen in Klärwerken, Faultürmen und dergleichen ab. Prinzipiell kann davon ausgegangen werden, dass an allen Anlagen, an denen hoch mit organischen Stoffen belastete Flüssigkeiten bzw. Schlämme anaerob abgebaut werden, die erläuterten Zusammenhänge gelten und dass aus der Kenntnis der wichtigsten VFA Informationen über den Zustand der Anlagen gewonnen werden können.
Zur Bestimmung von VFA sind zahlreiche Verfahren bekannt. Die Methoden reichen dabei von einfachen Titrationen und dünnschichtchromatographischen Techniken über HPLC-Methoden und Kapillarelektrophorese-Verfahren bis hin zu GC- Methoden. In vielen Literaturstellen sind lediglich prinzipielle Nachweismöglichkeiten für Carbonsäuren in Standardlösungen beschrieben. Dabei werden Standardkonzentrationen an Carbonsäuren in destilliertem Wasser hergestellt und diese dann mit den unterschiedlichen analytischen Methoden bestimmt. Zur Bestimmung von Carbonsäuren in realen Proben sind meist umfangreiche Probenaufbereitungsschritte durchzuführen.
Allgemein anerkannt ist die Bestimmung der VFA als Summenparameter nach DIN 38409 H. Dabei wird die mit Phosphorsäure angesäuerte Probe einer aufwendigen Wasserdampfdestillation unterzogen. Das Destillat wird mit Natronlauge gegen Phenolphthalein titriert - die Angabe der Ergebnisse erfolgt in Essigsäure Äquivalenten. Alternativ zur Titration kann das Destillat einer der erwähnten chromatographischen Methoden vorgelegt werden. Nachteile des Verfahrens sind der hohe zeitliche und personelle Aufwand, sowie die relativ geringe Aussagekraft des Summenparameters.
Alle flüssigkeitschromatographischen Verfahren (z. B. Dünnschichtchromatographie, IC, HPLC, Kapillarelektrophorese) erfordern zumindest annähernd partikelfreie Proben. Zur Anwendung kommen unterschiedliche Filter und Filtrationstechniken. Bei relativ klaren Proben reicht im allgemeinen eine Filtration über ein Porenfilter mit einer Porengröße von etwa 0,45 µm. Bei der Bestimmung der Carbonsäuren in Proben aus unterschiedlichen Fermentationsprozessen ist der Analyse meist eine Filtration durch ein 0,45 µm Nylonfilter bzw. einer Ultrafiltration zur Entfernung von zellulärem und makromolekularen Materialien durch Hohlfibermodule vorgeschaltet. Gefärbte flüssige Matrizes, die anschließend spektrophotometrisch vermessen werden, müssen die Proben zuvor entfärbt werden. Dazu werden im allgemeinen die flüssigen Proben über Aktivkohle filtriert. Teilweise werden die Proben vor der Filtration mit destilliertem Wasser verdünnt.
Im Fall der Biogasgülle erweist sich aufgrund der hohen organischen Belastung und des hohen Anteils an sehr weichen, lehmigen Bestandteilen die Probenfiltration selbst geringer Probenmengen als echtes Problem. Die nur aufwendig zu gewinnenden Filtrate sind meist von dunkler, gelber bzw. brauner Farbe und über Aktivkohle nicht zu entfärben - direkte spektrophotometrische Verfahren sind damit nur begrenzt einsetzbar. Flüssigkeitschromatographische Verfahren sind zur Bestimmung der VFA in Gülle also nur nach aufwendigen Verfahren zur Filtration einsetzbar. Darüber hinaus ist bekannt, dass die Abtrennung der Partikel aus der Probe zur Abtrennung der an die Partikel adsorbierten bzw. der in die voluminösen Partikel eingeschlossenen VFA führt. Ein systematischer Minderbefund an VFA ist die Folge.
Eine weitere Möglichkeit zur Abtrennung der VFA von der störenden Biogasmatrix besteht in der Extraktion der VFA in ein organisches Lösungsmittel. So isoliert können unterschiedlichste chromatographische Verfahren zur Bestimmung der VFA eingesetzt werden. Nachteile dieses Verfahrens sind der Einsatz organischer Lösungsmittel, sowie die unangenehme Emulsionsbildung bei der Extraktion - die Phasentrennung verläuft nur schleppend und kaum vollständig. Anreicherungen der VFA an der Phasengrenze sind denkbar.
Zur Bestimmung der VFA mittels Gaschromatographie (GC) kann die sogenannte headspace Technik angewendet werden. Dabei wird die flüssige Probe in einem Thermostaten auf eine definierte Temperatur gebracht und der pH-Wert exakt eingestellt. Aus der Gasphase über der thermostatisierten Flüssigkeit werden dann die im Gleichgewicht vorhandenen gasförmigen Säuren auf eine GC Säule aufgegeben, getrennt und mit einem Flammenionisationsdetektor oder Wärmeleitfähigkeitsdetektor quantifiziert. Als problematisch hat sich bei diesem Verfahren die Übertragbarkeit der Kalibration von einer Matrix auf eine andere erwiesen. Als Folge dieser schlechten Übereinstimmung sind sehr ungenaue Ergebnisse bei der Analyse verschiedener Proben hinzunehmen. Alternativ dazu kann die Genauigkeit durch aufwendige Standardadditionsverfahren erhöht werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung kurzkettiger Carbonsäuren mittels GC ist bei K. Schäfer, Chromatographia Vol. 39, No. 11/12, Dezember 1994 angegeben. Schäfer nutzt bereits ein einfaches Direktinjektionsverfahren zur Bestimmung kurzkettiger Carbonsäuren in verschiedenen Proben aus dem Intestinaltrakt. Trotz Reinigung der Analyten mittels Filtration durch Membranfilter berichtet Schäfer von störenden Verunreinigungen im unteren Bereich der GC-Säule, die nur mittels regelmäßiger mechanischer Reinigung beseitigt werden können. Das von Schäfer angegebene Verfahren stimmt weitgehend mit der von Tangermann et al. in Anal. Biochem. 236, S. 1-8, 1996 beschriebenen Methode überein. Tangermann bestimmte Mischungen aus kurzkettigen Carbonsäuren in Fäkalien nach Ansäuern mit Ameisensäure und Klarzentrifugation. Die Kalibration erfolgt über Zugabe an internem Standard. Als Trennsäule wird bei Tangermann et al. eine 2 m lange Glassäule mit einem i. D. von 2 mm verwendet. Wesentlicher Bestandteil der Arbeit von Tangermann ist die Optimierung der eingesetzten Glasvorsäule. Diese mit Glaswolle, bzw. teilweise mit Glaskügelchen gefüllte Vorsäule hat die Aufgabe die GC-Säule vor Verunreinigung zu schützen und reproduzierbare Chromatographiebedingungen zu gewährleisten, wobei in diesem Zusammenhang vor allem die Konstanz der Injektionsparameter gemeint sind. Aufgrund sich anreichernder Verunreinigungen, die zu Peakverbreiterungen bzw. -tailing führen, ist die von Tangermann beschriebene Vorsäule nach ca. 100 Injektionen auszutauschen.
In EP 0757017 B1 ist ein Verfahren zur Überwachung von Konzentrationen von Substanzen, die von ansäuernden oder alkalinisierenden Mikroorganismen in Flüssigkeiten abgebaut werden angegeben. Unter anderem wird in dieser Schrift angegeben, dass das beschriebene Verfahren zur Überwachung von VFA im Rahmen der Prozesskontrolle an anaeroben Fermentern geeignet ist. Diese Aussage wird durch kein Ausführungsbeispiel untermauert. Darüber hinaus unterliegt das beschriebene Verfahren mit dem Gehalt an Feststoffen in der Probe gewichtiger werdenden zahlreichen Störeinflüssen wie z. B. pH-Pufferkapazität in der Probe, gelöste Gase in der Probe, Adsorptionsphänomene, etc. In hoch organisch belasteten Proben sind also allenfalls nur noch ungenaue Ergebnisse für Summenparameter zu erwarten. Eine Auflösung der Gehalte verschiedener Fettsäuren nebeneinander, die im Konzentrationsverhältnis von 1/100 und noch deutlich darunter stehen, ist mit dem in EP 0757017 B1 beschriebenen Verfahren gänzlich undenkbar.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass den bekannten Verfahren zur Bestimmung von VFA in hoch organisch belasteten Wässern eine relativ aufwendige Probenvorbereitung voranzustellen ist, bzw. die Analysenergebnisse ungenau oder gar systematisch falsch sind.
Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, mit dessen Hilfe VFA in hoch organisch belasteten Proben schnell, sicher und mit geringem personellem Aufwand quantifiziert werden können.
Insbesondere ist eine Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens die Quantifizierung zumindest der Gehalte an Essigsäure, Propionsäure und der verschiedenen Buttersäureisomeren in hoch organisch belasteten Abfällen und anaeroben Fermentaten.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, mit dessen Hilfe der Betrieb anaerober Fermenter überwacht und ggf. auch optimiert werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zum Aufbereiten einer aus einer Biogasanlage entnommenen Gärsubstratprobe umfassend die folgenden Schritte:

- Versetzen der Gärsubstratprobe mit einer Säure mit anschließendem ruhen lassen der Probe
- Zentrifugieren der Probe bis zur Trennung
- Entnahme eines Teiles des Überstandes

Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Aufbereiten einer aus einer Biogasanlage entnommenen Gärsubstratprobe, wobei die Säure eine Karbonsäure ist.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Aufbereiten einer aus einer Biogasanlage entnommenen Gärsubstratprobe, wobei die Karbonsäure in einer 10 bis 30 gewichtsprozentigen wässrigen Lösung vorliegt.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Aufbereiten einer aus einer Biogasanlage entnommenen Gärsubstratprobe, wobei die Karbonsäure Ameisensäure ist.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Aufbereiten einer aus einer Biogasanlage entnommenen Gärsubstratprobe, wobei die Probe nach dem Versetzen mit einer Säure für mindestens 5 Minuten ruhen gelassen wird.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zur Analyse des Gärsubstrates einer Biogasanlage umfassend die Verfahrensschritte eines der vorhergehenden Ansprüche und die Bestimmung des Gehaltes einer oder mehrerer flüchtiger Fettsäuren in der Probe mittels Gaschromatographie.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zur Analyse des Gärsubstrates einer Biogasanlage, wobei die flüchtigen Fettsäuren aus der Gruppe Essigsäure, Propionsäure, iso-Buttersäure, Buttersäure, iso-Valeriansäure, Valeriansäure ausgewählt sind.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zur Analyse des Gärsubstrates einer Biogasanlage, wobei die Bestimmung der Fettsäuren mittels gaschromatographischer Trennung nach Direktinjektion der wässrigen Probe mit anschließender unspezifischer Detektion vorgenommen wird.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt das Ergebnis einer Standardkalibration mit einem handelsüblichen Mehrkomponentenstandard in Form eines Chromatogramms.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Bei der Erfindung handelt es sich um ein analytisches Verfahren zur Bestimmung von VFA in organisch hoch belasteten Matrices bzw. in anaeroben Fermentaten. Des weiteren ist die Verwendung der analytischen Ergebnisse zur Beurteilung und zum Betrieb anaerob arbeitender Fermentoren ebenfalls Bestandteil der Erfindung.
Das der Erfindung zugrunde liegende analytische Verfahren besteht aus einer verbesserten Probenvorbereitung und einer gaschromatographischen Trennung nach Direktinjektion der wässrigen Probe mit anschließender unspezifischer Detektion.
In einem Aspekt der Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur Aufbereitung einer Gärsubstratprobe aus einer Biogasanlage.
Unter dem Ausdruck "Biogasanlage" wird hierin eine Anlage verstanden, in der aus organischen Substanzen durch Vergärung Biogas erzeugt wird. Biogasanlagen umfassen daher Biogasanlagen im engeren Sinn, die unter dem Aspekt der Biogaserzeugung gebaut worden sind, aber auch andere Anlagen, in denen Biogas durch Vergärung entsteht wie zum Beispiel die Faultürme von Kläranlagen, Güllespeicher, Reststoffdeponien und ähnliche mehr.
Unter dem Ausdruck Biogas wird hierin das Gas verstanden, das bei Vergärung oder Fäulnis unter Sauerstoffabschluss aus organischen Materialien erhalten wird. Der Vergärungs- oder Fäulnisprozess ist wie bereits beschrieben ein komplexer, mehrstufiger Prozess. Der Prozess und die beteiligten Mikroorganismen hängen dabei in starkem Maße von den Prozessparametern wie Temperatur, pH-Wert, etc. sowie der verwendeten organischen Ausgangssubstanz ab. Biogas enthält als wesentlichen Bestandteile Methan und Kohlendioxid, die je nach Ausgangssubstanz in unterschiedlichen Verhältnissen zueinander entstehen. Zudem können je nach Zusammensetzung der vergärenden organischen Substanz noch andere Gase entstehen wie zum Beispiel Schwefelwasserstoff.
Eine Vielzahl an Biogasanlagen ist im Stand der Technik bekannt wie zum Beispiel aus EP-A-1 088 885. Zentrales Element der Biogasanlage ist der oder sind die Fermentationsbehälter, in denen die Vergärung unter Sauerstoffabschluss stattfindet. Zur Unterstützung des Vergärungsprozesses können die Fermentationsbehälter mit weiteren Merkmalen wie Rührwerk zur kontinuierlichen Bewegung des Substrates oder einer Heizvorrichtung zur Vorgabe einer erhöhten Prozesstemperatur ausgerüstet sein. Biogasanlagen können auch mit einer sequentiellen oder parallelen Anordnung von zwei oder mehr Fermentationsbehältern ausgestattet werden. Alle Fermentationsbehälter können dabei mit den benötigten Anschlüssen für Zugabe und Entnahme von Substrat sowie für die Entnahme von Biogas vorgesehen sein.
Als Fermentationsbehälter kommen dabei eine Vielzahl von künstlich errichten Hohlräumen wie Tanks oder Silobehälter in Betracht aber auch natürliche Hohlräume gegebenenfalls mit einer zusätzlichen Abdeckung wie sie zum Beispiel für Mülldeponien verwendet werden, kommen in Betracht.
Zur Untersuchung des Gärprozesses ist die Entnahme von Proben des Gärsubstrates aus dem Fermentationsbehälter notwendig.
Naturgemäß werden in Biogasreaktoren eine Vielzahl von verschiedenen organischen Substraten vergoren. Die Gärsubstrate unterscheiden sich nicht nur in der Zusammensetzung der Biomasse sondern auch in ihren physikalischen Eigenschaften wie Wassergehalt, Viskosität, Trockensubstanzanteil usw. Um eine breite Anwendbarkeit der in der vorliegen Erfindung beschrieben Analytik zu gewährleisten kommt der Probenaufbereitung eine entscheidende Rolle zu.
Die erfindungsgemäße Aufbereitung der Proben umfasst einen Schritt der Versetzung der Probe mit einer Karbonsäure, bevorzugt Ameisensäure. Die Karbonsäure wird dabei in einer Konzentration zwischen 10 und 30 Gew.-%, bevorzugt 20 Gew-%, verwendet. Die Versetzung erfolgt in einem Verhältnis zwischen 2 : 1 und 4 : 1, bevorzugt 3 : 1, zwischen nicht aufbereiteter Gärsubstratprobe und Karbonsäurelösung.
Optional und im Falle einer stark schäumenden Gärsubstratprobe, kann es vorteilhaft sein, die Mischung mit einer geringen Menge eines handelsüblichen Entschäumungsmittels zu versetzen.
Im Anschluss an die Versetzung mit der Karbonsäure und die optionale Versetzung mit einem Entschäumungsmittel soll die Mischung bevorzugt 5 Minuten, besonders bevorzugt 10 Minuten, noch mehr bevorzugt 15 Minuten ruhen.
Der erfindungsgemäße Aufbereitung der Proben umfasst weiter einen Schritt der Zentrifugation der Probe. Dazu wird eine repräsentative Fraktion des Substrat/Karbonsäuregemisches, die gegebenenfalls durch vorsichtiges Schütteln des Gemisches erhalten werden kann, in eine handelsübliche Zentrifuge eingebracht. Das Zentrifugieren erfolgt so, dass im Anschluß ein saubere Trennung in Überstand und Reststoffe erfolgt ist. Eine zusätzliche Filtration des abgenommenen Zentrifugationsüberstandes durch Membranfilter ist für die dauerhafte Funktionsfähigkeit des Verfahrens nicht notwendig.
Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung von flüchtigen Fettsäuren im Gärsubstrat einer Biogasanlage bereitzustellen.
Zur Überwachung des Gärprozesses in einer Biogasanlage ist es unter anderem von Bedeutung die Konzentration von bestimmten Zwischenprodukten des Gärproduktes zu bestimmen und zu vergleichen, um dann Rückschlüsse auf den Zustand des Prozesses und gegebenenfalls auf Möglichkeiten zur Optimierung des Prozesses ziehen zu können.
Insbesondere ist die Bestimmung von flüchtigen Fettsäuren (VFA) ein wichtiger Bestandteil der Prozesskontrolle in einer Biogasanlage. Dabei ist es von besonderer Bedeutung, die individuellen Konzentrationen von Essigsäure, Propionsäure, ggf. der verschiedenen Valeriansäureisomeren und der verschiedenen Buttersäureisomeren zu bestimmen.
Der Überstand der Probe nach dem Zentrifugieren wird mittels eines handelsüblichen Gaschromatographen auf den Gehalt an VFA analysiert. Bevorzugt wird dabei eine gaschromatographische Trennung nach Direktinjektion der wässrigen Probe mit anschließender unspezifischer Detektion angewendet. Der Einsatz schützender Vorsäulen ist nicht notwendig. Der Gehalt an VFA in der Ausgangsprobe kann nach erfolgter Detektion mittels Rückrechnen im Bezug auf die bei der Probenaufbereitung umgesetzten Mengen erhalten werden.
Zur Illustration des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im folgenden Ausführungsbeispiele dargestellt:
Zu jeweils 12 mL unbehandelter Biogasgülle werden jeweils 4 mL 20 Gew.-%iger Ameisensäure zugegeben. Stark schäumende Proben werden mit wenigen Tropfen einer ca. 20 gew.-%igen Lösung eines handelsüblichen Entschäumers (z. B. Baysilone - Entschäumer 117408L8, Bayer AG, Leverkusen, D) versetzt. Von nach Entschäumerzugabe weiterhin schäumenden Proben wird jeweils ein neuer 1 zu 1 mit entionisiertem Wasser verdünnter Ansatz hergestellt.
Die angesäuerten Proben ruhen 15 Minuten lang. Danach werden die Proben vorsichtig aufgeschüttelt und repräsentative Fraktionen in Mikroreaktionsgefäße (z. B. Eppendorf Cups, 2 mL Volumen) überführt. Die Proben werden in den Reaktionsgefäßen 20 Minuten lang bei 18.000 UPM zentrifugiert (Hettich EBA 12/12R, Festwinkelrotor für Mikroreaktionsgefäße, Hettich AG, CH Bäch).
Die nach der Zentrifugation vorliegenden klaren, tiefbraunen bis gelben Überstände (ca. 1,5 bis 1,7 mL) werden in vials zur GC-Analyse überführt.
Die Probenzuführung zum GC-System erfolgt über einen Autosampler (Varian, Modell 8200). Das injizierte Probenvolumen beträgt 1 µL. Die Injektortemperatur beträgt 200°C.
Beim GC-System handelt es sich um ein Gerät der Fa. Varian, Modell 3800 mit angeschlossenen FID-Detektor. Das zur Analyse verwendete Ofen- Temperaturprogramm lautet: Start bei 50°C. Mit einer Rate von 10°C/min auf 200°C aufheizen. Die Detektortemperatur beträgt 250°C. Zur Trennung wird eine GC- Säule der Fa. Chrompack (Middleburg, The Netherlands) des Typs WOOT Fused Silica mit CP-Sil 5CB coating, Cat. No. 8540 im Format 15 m × 0,32 mm i. D. eingesetzt. Als Säulengas wird Stickstoff bei einem Fluss von 2,5 mL/min eingesetzt.
Die Kalibration erfolgt mit Standards verschiedener Carbonsäuren in Wasser. Typische Standardkonzentrationen sind 50, 200, 500, 1000, 2000 und 5000 mg/L. Die bevorzugt analysierten Carbonsäuren sind: Essigsäure, Propionsäure, iso- Buttersäure, Buttersäure, iso-Valeriansäure, Valeriansäure.
Ausgewertet wird mit der von Varian angebotenen Star-Chromatographiesoftware im Peakfläche Modus. Zwischen zwei Proben wird jeweils eine Blindprobe gemessen.
Alle verwendeten Chemikalien sind - soweit nicht anders angegeben - von Fluka (Basel, CH) bezogen und erfüllen zumindest die Reinheitsstufe p. a./zur Analyse.
Das Ergebnis einer Standardkalibration mit einem gravimetrisch hergestellten Mehrkomponentenstandard (Essigsäure, Propionsäure, iso-Buttersäure, Buttersäure, iso-Valeriansäure, Valeriansäure, jeweils 1000 mg/L, Chemikalien der Fa. Fluka, Basel, CH) ist in Form eines Chromatogramms in Fig. 1 wiedergegeben. Bereits 20 Minuten nach der Injektion ist die Analyse mit guter Auflösung abgeschlossen.
Zur Sicherung der Richtigkeit der Ergebnisse in realen Proben wurden zahlreiche Vergleichsanalysen mit dem in der DIN 38409-H21 angegebenen Verfahren zur Bestimmung der VFA durchgeführt. Ein Auszug aus den Ergebnissen ist in folgender Tabelle dargestellt:

Claims

1. Verfahren zum Aufbereiten einer aus einer Biogasanlage entnommenen Gärsubstratprobe umfassend die folgenden Schritte

- Versetzen der Gärsubstratprobe mit einer Säure mit anschließendem ruhen lassen der Probe

- Zentrifugieren der Probe bis zur Trennung

- Entnahme eines Teiles des Überstandes

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Säure eine Karbonsäure ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Karbonsäure in einer 10 bis 30 gewichtsprozentigen wässrigen Lösung vorliegt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Karbonsäure Ameisensäure ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, wobei die Probe nach dem Versetzen mit einer Säure für mindestens 5 Minuten ruhen gelassen wird.

6. Verfahren zur Analyse des Gärsubstrates einer Biogasanlage umfassend die Verfahrensschritte eines der vorhergehenden Ansprüche und die Bestimmung des Gehaltes einer oder mehrerer flüchtiger Fettsäuren in der Probe mittels Gaschromatographie.

7. Verfahren nach Anspruch 6 wobei die flüchtigen Fettsäuren aus der Gruppe Essigsäure, Propionsäure, iso-Buttersäure, Buttersäure, iso-Valeriansäure, Valeriansäure ausgewählt sind.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Bestimmung der Fettsäuren mittels gaschromatographischer Trennung nach Direktinjektion der wässrigen Probe mit anschließender unspezifischer Detektion vorgenommen wird.