pH in de vergister: welk bereik is juist en wat veranderingen betekenen

De juiste pH in een agrarische biogasinstallatie ligt doorgaans binnen 7,0–8,2, en methanogene micro-organismen werken het best bij een pH van ca. 6,8–7,5. De pH-waarde op zich volstaat niet om het proces te beoordelen: het is een vertraagde indicator, omdat de buffer (bicarbonaten en ammonium) de toename van zuren lange tijd maskeert. Over de toestand van het proces zegt pas de combinatie iets: pH, FOS/TAC, vetzuren en gassamenstelling.

Waar de buffer vandaan komt

In de vergister werken twee hoofdbuffersystemen:

• carbonaat: in de vloeistof opgelost CO₂ en bicarbonaten, gebonden aan kationen; hun hoeveelheid bepaalt de alkaliteit (TAC),
• ammonium: uit eiwitten en ureum vrijgekomen ammoniumstikstof, die zuren neutraliseert.

Daarom hebben installaties op drijfmest doorgaans een hogere pH en grotere alkaliteit dan installaties op alleen snijmaïs, die een kleine bufferreserve hebben en sneller stabiliteit verliezen.

Waarom pH laat reageert

Wanneer er zuren in de vergister komen in een hoeveelheid die het vermogen van de methanogenen overstijgt, neutraliseren bicarbonaten ze en verandert de pH nauwelijks. Pas nadat de alkaliteit is uitgeput, volgt een daling. In de praktijk duurt dit enkele dagen, en een daling van de pH onder ca. 6,8–7,0 wijst al op een ernstige verstoring. Daarom zijn FOS/TAC en het zurenprofiel (VVZ) gevoeligere indicatoren.

Hoge pH — ook niet zonder risico

Het gehalte aan vrij ammoniak hangt af van pH en temperatuur. Bij dezelfde concentratie ammoniumstikstof (TAN) kan een stijging van de pH met 0,3 eenheid de NH₃-concentratie verdubbelen. Vereenvoudigd voorbeeld (pKa van NH₄⁺ ca. 8,86 bij 38 °C): bij TAN 3,5 g N/l en pH 7,5 is het vrije NH₃ ca. 145 mg N/l, bij pH 7,8 — ca. 280 mg N/l. Vandaar dat bij pluimveedrijfmest en soortgelijke substraten een hoge pH een signaal is voor voorzichtigheid.

Oriënterende bereiken

De bereiken hangen af van het substraat; belangrijker dan de absolute waarde is de trend en de vergelijking met de historie van de betreffende installatie.

Hoe te meten

1. Neem het monster steeds op hetzelfde punt en op hetzelfde tijdstip.
2. Meet zo snel mogelijk na de monstername — het ontsnappen van CO₂ verhoogt de pH van het monster.
3. Meting bij een temperatuur die dicht bij die van de vergister ligt of met temperatuurcompensatie.
4. Kalibreer de elektrode in buffers (doorgaans 7,0 en 4,0 of 10,0) vóór meetreeksen en reinig haar — vetten en biofilm veroorzaken drift.
5. Continue sondes die in de vergister zijn geïnstalleerd vereisen regelmatige controle en vergelijking met de laboratoriummeting.

Maatregelen afhankelijk van de trend

• Daling van de pH: verminder of stop de dosering van licht afbreekbare substraten, controleer FOS/TAC, overweeg toevoeging van buffer (kalk, natriumbicarbonaat, as — met de nodige voorzichtigheid) en verhoog het drijfmestaandeel.
• Stijging van de pH: bereken het vrije NH₃, beperk stikstofrijke substraten, verdun, verhoog indien nodig het aandeel koolstofrijke substraten.
• Schommelingen: zoek de oorzaken in ongelijkmatige dosering.

Correctie van de pH alleen neemt de oorzaak niet weg; het is een tijdelijke maatregel die tijd koopt voor een wijziging van de dosering of het mengsel.

pH in de afzonderlijke fasen

Verschillende groepen micro-organismen hebben verschillende optima: hydrolyse en acidogenese werken goed bij een pH van ca. 5,5–6,5, en methanogenese bij neutrale pH. In tweetrapssystemen werkt de eerste vergister bewust bij een lagere pH. In eentrapssystemen moet het hele proces plaatsvinden in een bereik dat gunstig is voor methanogenen, wat een van de redenen is waarom licht afbreekbare substraten voorzichtig moeten worden gedoseerd.

Corrigerende toevoegingen

Als tijdelijke maatregel worden kalk, natriumbicarbonaat of andere alkalische middelen toegepast. Hun dosis wordt vastgesteld op basis van TAC en het doel (bijv. verhoging van de alkaliteit met een bepaalde waarde), en niet “op het oog”. Een teveel aan calcium kan neerslag van carbonaten en afzetting van kalksteen op warmtewisselaars en leidingen veroorzaken. Deze middelen lossen het probleem niet bij de bron op; nadat het proces is gestabiliseerd, moet de dosering of de samenstelling van het mengsel worden gewijzigd.

pH-logboek in de praktijk

Noteer de pH samen met datum, tijdstip ten opzichte van de dosering, temperatuur van het monster, dosis en samenstelling daarvan. Na enkele maanden ontstaat een profiel van “normale” werking van de betreffende installatie, dat waardevoller is dan welke waarden uit de literatuur ook. Een afwijking van 0,2–0,3 van dit profiel zonder duidelijke oorzaak is het waard als reden te beschouwen om FOS/TAC en gassamenstelling te controleren.