This paper introduces the results of a project initiated by Cantho University (CTU) on the introduction of micro-credits for addressing the environmental pollution in Vietnam’s craft villages. At Tan Phu Dong, a traditional rice powder production village in Sa Dec, Dong Thap, all wastes from domestic and production activities and animal husbandry were freely disposed into open water sources. This practice led to a negative impact on the local environment. With the financial support provided by the Bread for the World (BfdW), a micro-credit program was initiated in which farmers could borrow money to construct a biogas plant to treat animal husbandry and domestic wastes. In addition, the staff transferred biogas plant construction technology to the local masons and organized training courses on biogas plant operation and maintenance and biogas usage for the farmers and the local officials. 61 farmers borrowed money from the program to construct their biogas plants, followed by more than 250 farmers that constructed their biogas plants by their own finance after realizing the positive benefits of biogas plants. As result, the environmental pollution issue was solved step-by-step, thereby helping enhance the living conditions of the local community. / Bài báo này trình bày biện pháp sử dụng nguồn quỹ tín dụng nhỏ để các hộ dân cải thiện tình trạng ô nhiễm môi trường ở các làng nghề Việt Nam. Tại làng nghề làm bột Tân Phú Đông - Sa Đéc - Đồng Tháp, các loại chất thải sinh hoạt, chất thải sản xuất và chăn nuôi xả thải bừa bãi đã gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Với kinh phí tài trợ từ tổ chức Bánh mỳ cho thế giới (BfdW), các cán bộ trường Đại học Cần Thơ đã tổ chức cho người dân luân phiên vay vốn để xây dựng hầm ủ khí sinh học xử lý chất thải chăn nuôi và chất thải sinh hoạt. Bên cạnh đó còn tổ chức các lớp tập huấn chuyển giao công nghệ xây hầm ủ khí sinh học cho thợ xây địa phương, hướng dẫn vận hành và bảo dưỡng hầm ủ cho người dân và cán bộ địa phương. Thông qua nguồn vốn vay của dự án, có 61 hộ dân đã xây dựng hầm ủ khí sinh học và trên 250 hộ dân khác đã tự đầu tư xây dựng khi thấy được lợi ích của hầm ủ. Nhờ đó tình trạng ô nhiễm môi trường từng bước được giải quyết góp phần cải thiện điều kiện sống của người dân tại địa phương.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene zweiphasige Vergärungssysteme hinsichtlich der mikrobiellen Biomasse und Abbauaktivität charakterisiert, mit dem Ziel, eine mikrobiologische Prozessüberwachung zu ermöglichen. Bei der analytischen Begleitung des Biogasprozesses stellte sich heraus, dass viele Biomasse- und Aktivitätsparameter anlagen- bzw. substratspezifische Werte aufweisen und Prozessstörungen bzw. Verfahrensmodifikationen über diese mikrobiologischen Kenngrößen detektiert und verifiziert werden können. Im Normalbetrieb der Vergärung von Maissilage konnte in der Hydrolysestufe eine starke Vermehrung der mikrobiellen Gesamtzellzahl sowie eine Zunahme des Archaea:Bacteria-Verhältnisses verzeichnet werden. Die Aktivitätsprofile von Hydrolasen (unspezifische Esterase, Polysaccharasen und Proteasen) erlaubten eine Visualisierung des Hydrolysefortschritts. Hierbei erwiesen sich die Esterase-, Cellulase- und Xylanaseaktivität als besonders aussagekräftig. Ähnlich ermöglichte dies die Analyse der Atmungsaktivität, die die mikrobielle Abbauaktivität des Eingangs- bzw. das Restgaspotential des Ausgangsmaterials der Hydrolysestufe wiedergibt. Die phylogenetischen Analysen der ersten Prozessstufe zeigten eine klare Dominanz von cellulolytischen Bakterien der Gattung Clostridium (Ø 35%). Der Anteil der hydrogenotrophen Methanogenen lag in den untersuchten Systemen etwa 50% über dem der Acetoklastischen, was darauf schließen lässt, dass der hydrogenotrophe Methanbildungsweg favorisiert wird. Es wurde aber auch eine erhöhte Abundanz der nicht-methanogenen Crenarchaeota festgestellt, deren Rolle im Biogasprozess noch ungeklärt ist. Im Zuge dieser Arbeit wurde weiterhin die Vergärbarkeit von HCH-belasteter Grassilage bzw. ein potentieller mikrobieller β-HCH-Abbau untersucht. Hier konnte gezeigt werden, dass die Aktivität der Mikroorganismen durch die Schadstoffbelastung des Substrates nicht inhibiert war. Darüber hinaus konnte ein Abbau des β-HCH nach der Hydrolyse der Grassilage nachgewiesen werden. Durch das Auftreten von Prozessstörungen bzw. Verfahrensmodifikationen konnten die Auswirkungen auf die untersuchten mikrobiologischen Kenngrößen näher untersucht und u. a. auch statistisch abgesichert verifiziert werden. Korrelationsanalysen verdeutlichten die mikrobiellen bzw. biochemischen Zusammenhänge im System. Besonders interessant sind dabei die signifikanten Korrelationen zwischen der Gesamtzellzahl, der Esteraseaktivität und dem Chemischen Sauerstoffbedarf, die für jede Verfahrensstufe nachgewiesen werden konnten. Diese Analysen zeigten erstmalig, dass die unspezifische Esteraseaktivität als allgemeiner mikrobieller Aktivitätsparameter in verschiedenen Prozessstufen von Biogasanlagen als Indikator zur Prozesseffizienz und -stabilität einsetzbar ist. Daher wurde die Methodik als Schnelltest weiterentwickelt, der auch vor Ort Anwendung finden kann. Dies ermöglicht eine direkte Analyse des Biogassubstrates, der Effizienz der Substratumsetzung sowie die Detektion von Störungen und eine entsprechende Steuerung und Regelung des Prozesses.

Die im Biogasprozess anfallenden Gärreste werden oftmals als Wirtschaftsdünger verwendet. Krankheitserreger, die sich in den Gärresten befinden können über die Düngung in die Lebensmittelkette gelangen. Die Möglichkeit einer Vermehrung von Bakterien in den Biogasanlagen sowie deren Ausbreitung schürt die Bedenken der Öffentlichkeit. Das Ziel dieser Arbeit war es, Nachweismethoden für die Untersuchung von Proben aus Biogasanlagen zu etablieren, die Praxistauglichkeit dieser anhand von Proben aus Biogasanlagen zu überprüfen und die mikrobielle Belastung dieser Proben hinsichtlich ausgewählter Indikatorkeime zu erfassen. Bei den Indikatorkeimen handelte es sich um Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Enterokokken, Escherichia coli, ESBL-bildende Enterobaceriaceae und Salmonellen. Für die Etablierung der bakteriologischen Nachweismethoden wurde autoklavierter Gärrest mit einer definierten Keimmenge beimpft und auf verschiedene Nährmedien aufgebracht. Diese wurden bebrütet, ausgezählt und die KbE/ml berechnet. Mittels Probitanalyse wurde für jedes Medium die untere Grenze für den Nachweis aus beimpftem Gärrest bestimmt. Bei den Nährmedien handelte es sich um Brilliance™ Salmonella Agar, XLT4 Agar und XLD Agar für den Nachweis von Salmonella spp. Für E. coli wurden Tergitol 7 Lactose TCC Agar und Brilliance™ E. coli/Coliform Selektiv Agar verwendet. Der Nachweis von Enterokokken erfolgte mittels Slanetz Bartley Agar und Enterococcus Selektivagar. Für die ESBL-bildenden Enterobacteriaceae wurde der Brilliance™ ESBL Agar eingesetzt. Die getesteten Nährmedien zum Nachweis von C. perfringens waren Membran Clostridium Perfringens (mCP) Selektivnährboden sowie Tryptose Sulphite Cycloserine (TSC) Agar überschichtet mit TSC Agarbasis. Für C. botulinum erfolgte der Nachweis auf Eigelb Laktose Agar. Darüber hinaus wurde eine PCR zur C. perfringens Toxintyp-Bestimmung nach dem Protokoll von VAN ASTEN et al. (2009) etabliert. Zum Nachweis von C. botulinum wurde die PCR nach dem Protokoll von HILL et al. (2010) eingesetzt. Bei der Untersuchung der Praxistauglichkeit wurden Proben aus zehn Biogasanlagen des Freistaates Sachsen entnommen und untersucht. Hierbei handelte es sich um Proben aus Abschnitten vor, während und nach der Fermentation. Anhand der ermittelten Nachweisgrenze sowie der Handhabung wurden die folgenden Nährmedien für die Untersuchung der Biogasanlagen-Proben ausgewählt: Brilliance™ Salmonella Agar, XLT4 Agar, Brilliance™ E. coli/Coliform Selektiv Agar, Slanetz Bartley Agar, Brilliance™ ESBL Agar, TSC Agar überschichtet mit TSC Agarbasis und Eigelb Laktose Agar. Für die Anzucht anaerober Bakterien wurden die Proben vor der Beimpfung der Agarplatten erhitzt. Zudem erfolgte eine Anreicherung des zuvor erhitzten Probenmaterials in TPYG Bouillon. Diese wurde genutzt, um daraus aufgereinigte DNA mittels PCR auf C. botulinum und C. perfringens zu untersuchen. Die verwendeten Nährmedien wurden im Praxistest positiv evaluiert. Die Ergebnisse für die Proben aus den Biogasanlagen zeigten, dass, mit Ausnahme von C. perfringens, alle Indikatororganismen während des Biogasprozesses einer Reduktion unterlagen. Die durchschnittliche anaerobe Lebendkeimzahl belief sich auf 107 bis 108 KbE/g Probe. E. coli erfuhr eine Reduktion um bis zu vier Zehnerpotenzen. Enterokokken wurden um 1 bis 2 log10 Stufen reduziert. ESBL-bildende Enterobacteriaceae konnten in sechs der zehn Biogasanlagen nachgewiesen werden. Hierbei handelte es sich überwiegend um E. coli und Klebsiella spp. In keiner der Proben konnten Salmonellen oder C. botulinum nachgewiesen werden. Typ A war der am häufigsten nachgewiesene C. perfringens-Toxintyp. Das β2-Toxin-Gen wurde in 20 Fällen nachgewiesen. Einmal konnte C. perfringens Typ C, β2-Toxin-Gen-positiv detektiert werden. Der hygienische Status der Gärreste entsprach in etwa dem hygienischen Status von Gülle. In Abhängigkeit vom Indikatorkeim war eine Verbesserung des Status durch eine Reduktion der Keimzahl festzustellen.

The essence of the thesis is to evaluate the efficiency of investments supported from the Rural Development Programme in the selected farm. A number of investments has been solved now, some practical highest investment firm, to invest in biogas. The evaluation of investment effectiveness were compared assumptions when planning an investment of information resulting from the two-year service biogas. It was also based on selected indicators, assess the implementation of the objectives and programs.

This diploma thesis is mainly focused on the digestate thickening in a biogas plant. First, overview of the biogas technology in the Czech Republic is presented. Furthermore, problems with waste heat utilization and processing of fermentation residues (digestate) are described in more detail. Based on the research, multi-stage flash (MSF) evaporation was chosen as the technology for the digestate thickening. The main part deals with the integration of the chosen technology into a biogas plant process. The programming language Python was used to simplify the given task. In the preliminary stage, a complex mathematical model of a biogas plant was created, focusing particularly on the mass and energy balances. Subsequently, a computational model of the MSF evaporator was programmed. A procedure for the integration was suggested using the sensitivity analyses. Additionally, the model of a biogas plant was extended with the MSF evaporator. The key outcome of the thesis is a technical-economic analysis in which the impact of digestate transport price and electricity feed-in tariff on payback period is investigated. The results suggest profitability of MSF evaporator for biogas plants without subsidized feed-in tariff. Contrastingly, installation of MSF evaporator in older biogas plants with subsidized feed-in tariff can be economically viable only in cases of significantly longer transport distances.

The import of the vegetable has prevailed in the long run over the own production. In connection with this reality and increasing demand for the food with higher quality the production greenhouse is more often built. The providing heat, cold and electricity for the year-round operation is related to the construction and working of these objects. The theoretical part of this theses describes possible ways how to cover energy consumption for the model greenhouse in Kožichovice, Třebíč region. The heat losses and the year-round heat consumption were stated for the selected model and compared with the exact values from Kožichovice. The following method of energy supply was selected based on the calculated energy consumption - the separate cogeneration unit, cooperation of several cogeneration units, a biogas station, a heat pump and central heating system. These methods of energy supply were subjected to technical and economical comparison.

The thesis titled Biogas Plant Pikárec deals with the building technology preparation and implementation of the construction. Construction of a biogas plant consists of six main buildings which will be implemented in the area of agricultural cooperatives during its operation. All buildings will be designed as reinforced concrete. The aim of the thesis is the design time, financial and material resources to ensure the smooth progress of construction.

This thesis deals with the design of computational model of a biogas plant and its use in the concept of intelligent region with focusing on district heating and cooling network. The introduction contains review of technology used in the biogas plant. This review covers the description of modern biogas plants and determination of the energy and technology parameters for computational model of biogas plant. The next part of thesis describes analyze of the dynamics of the operation and the possibilities of using waste heat from biogas plant. The last and also the most important part is based on design of computational model of a biogas plant and design of connection of a biogas plant to the district heating and cooling network.

This dissertation thesis deals with the development of technology which could tackle two major issues related to biogas plants. These issues concern the insufficient use of waste heat from biogas combustion and its subsequent processing. It also concerns the use of the fermentation residues which are formed in large quantities and whose use is restricted by law. Based on a literary search of separation methods, a vacuum evaporator was selected as the most suitable technology. Its advantages include its simple construction, operational reliability and robustness, low costs of thickening medium pre-treatment, potential for a quick commercial application and, especially, the chance to use a low-potential waste heat. A primary purpose of this technological unit is the reduction in the volume of fermentation residues. Other benefits include the efficient use of waste heat from a biogas plant, which would otherwise be wasted. Evaporators with a low consumption of electrical energy (which is a main product of a biogas plant) seem to be the best option for applications in the biogas plants. Three of these technologies were subjected to a more thorough analysis, which included the development of computational models and their quantification for conditions in a sample biogas plant. A one-stage evaporator with a forced circulation (680 – 712 kWhth/m3, 25.9 – 30.5 kWhel/m3) was evaluated as the least suitable option in terms of energy demands. The energy intensity of a three-stage evaporator with a falling film (241 – 319 kWhth/m3, 12.0 – 23.6 kWhel/m3) and a nine-stage flash evaporator (236 – 268 kWhth/m3, 13.6 – 18.4 kWhel/m3) is significantly lower. A multi-stage flash evaporator (MSF) was then chosen for development and will form the central focus of this thesis. The reasons for the choice are as follows: the low requirements on the heat transfer surface, good operational experience in the field of desalination, its simple construction, modularity and evaporation outside the heat transfer surface. A thorough technical-economic evaluation was also performed on the integration of the evaporator into the biogas plant. The main part of the work included the experimental development of a MSF evaporator prototype. The main objective of this development was to achieve a stable flow rate of the thickening liquid digestate fraction and the continuous formation of the distillate. This was not an easy objective to achieve, especially due to the properties of the liquid digestate, which has a non-newtonian characteristic and increased density and viscosity compared to water. The tendency of the liquid digestate to form foam was also the subject of analysis. The development of the evaporator and first successful operational test are described in the thesis in detail. This required the use of an anti-foaming product. A fully-developed prototype of the MSF evaporator allowed us to achieve continuous operation with a distillate production, reaching from 5 to 10 kg/h at a liquid digestate flow rate of 0.4–0.5 m3/h. The main drawback of this technology is the pollution of the distillate with ammonia nitrogen, and it is for this reason that the basic procedures of its subsequent elimination was selected for further analysis.

Die im Biogasprozess anfallenden Gärreste werden oftmals als Wirtschaftsdünger verwendet. Krankheitserreger, die sich in den Gärresten befinden können über die Düngung in die Lebensmittelkette gelangen. Die Möglichkeit einer Vermehrung von Bakterien in den Biogasanlagen sowie deren Ausbreitung schürt die Bedenken der Öffentlichkeit. Das Ziel dieser Arbeit war es, Nachweismethoden für die Untersuchung von Proben aus Biogasanlagen zu etablieren, die Praxistauglichkeit dieser anhand von Proben aus Biogasanlagen zu überprüfen und die mikrobielle Belastung dieser Proben hinsichtlich ausgewählter Indikatorkeime zu erfassen. Bei den Indikatorkeimen handelte es sich um Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Enterokokken, Escherichia coli, ESBL-bildende Enterobaceriaceae und Salmonellen. Für die Etablierung der bakteriologischen Nachweismethoden wurde autoklavierter Gärrest mit einer definierten Keimmenge beimpft und auf verschiedene Nährmedien aufgebracht. Diese wurden bebrütet, ausgezählt und die KbE/ml berechnet. Mittels Probitanalyse wurde für jedes Medium die untere Grenze für den Nachweis aus beimpftem Gärrest bestimmt. Bei den Nährmedien handelte es sich um Brilliance™ Salmonella Agar, XLT4 Agar und XLD Agar für den Nachweis von Salmonella spp. Für E. coli wurden Tergitol 7 Lactose TCC Agar und Brilliance™ E. coli/Coliform Selektiv Agar verwendet. Der Nachweis von Enterokokken erfolgte mittels Slanetz Bartley Agar und Enterococcus Selektivagar. Für die ESBL-bildenden Enterobacteriaceae wurde der Brilliance™ ESBL Agar eingesetzt. Die getesteten Nährmedien zum Nachweis von C. perfringens waren Membran Clostridium Perfringens (mCP) Selektivnährboden sowie Tryptose Sulphite Cycloserine (TSC) Agar überschichtet mit TSC Agarbasis. Für C. botulinum erfolgte der Nachweis auf Eigelb Laktose Agar. Darüber hinaus wurde eine PCR zur C. perfringens Toxintyp-Bestimmung nach dem Protokoll von VAN ASTEN et al. (2009) etabliert. Zum Nachweis von C. botulinum wurde die PCR nach dem Protokoll von HILL et al. (2010) eingesetzt. Bei der Untersuchung der Praxistauglichkeit wurden Proben aus zehn Biogasanlagen des Freistaates Sachsen entnommen und untersucht. Hierbei handelte es sich um Proben aus Abschnitten vor, während und nach der Fermentation. Anhand der ermittelten Nachweisgrenze sowie der Handhabung wurden die folgenden Nährmedien für die Untersuchung der Biogasanlagen-Proben ausgewählt: Brilliance™ Salmonella Agar, XLT4 Agar, Brilliance™ E. coli/Coliform Selektiv Agar, Slanetz Bartley Agar, Brilliance™ ESBL Agar, TSC Agar überschichtet mit TSC Agarbasis und Eigelb Laktose Agar. Für die Anzucht anaerober Bakterien wurden die Proben vor der Beimpfung der Agarplatten erhitzt. Zudem erfolgte eine Anreicherung des zuvor erhitzten Probenmaterials in TPYG Bouillon. Diese wurde genutzt, um daraus aufgereinigte DNA mittels PCR auf C. botulinum und C. perfringens zu untersuchen. Die verwendeten Nährmedien wurden im Praxistest positiv evaluiert. Die Ergebnisse für die Proben aus den Biogasanlagen zeigten, dass, mit Ausnahme von C. perfringens, alle Indikatororganismen während des Biogasprozesses einer Reduktion unterlagen. Die durchschnittliche anaerobe Lebendkeimzahl belief sich auf 107 bis 108 KbE/g Probe. E. coli erfuhr eine Reduktion um bis zu vier Zehnerpotenzen. Enterokokken wurden um 1 bis 2 log10 Stufen reduziert. ESBL-bildende Enterobacteriaceae konnten in sechs der zehn Biogasanlagen nachgewiesen werden. Hierbei handelte es sich überwiegend um E. coli und Klebsiella spp. In keiner der Proben konnten Salmonellen oder C. botulinum nachgewiesen werden. Typ A war der am häufigsten nachgewiesene C. perfringens-Toxintyp. Das β2-Toxin-Gen wurde in 20 Fällen nachgewiesen. Einmal konnte C. perfringens Typ C, β2-Toxin-Gen-positiv detektiert werden. Der hygienische Status der Gärreste entsprach in etwa dem hygienischen Status von Gülle. In Abhängigkeit vom Indikatorkeim war eine Verbesserung des Status durch eine Reduktion der Keimzahl festzustellen.