DE19805580C1

DE19805580C1 - Biogasfermenter

Info

Publication number: DE19805580C1
Application number: DE1998105580
Authority: DE
Inventors: Matthias Beisler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-02-12
Filing date: 1998-02-12
Publication date: 1999-09-16
Anticipated expiration: 2018-02-13

Abstract

Bei Biogasfermentern, die im Durchfluß betrieben werden, besteht die Gefahr, daß auch noch nicht ausgefaultes Substrat den Behälter verläßt. Dadurch verringert sich die Gasausbeute und die Hygienisierungswirkung. Im neuen Fermenter bildet sich bereichsweise eine Pfropenströmung auf, so daß eine Mindestverweilzeit des Substrats garantiert werden kann. DOLLAR A Zur Verhinderung von Schwimmschichten wird lediglich der obere Bereich (III) des Faulraumes durchmischt. Im unteren Bereich unterteilt eine zylindrische Trennwand (3) den Raum in eine Ringkammer (I) und eine Innenkammer (II). Über einen Zulauf (4) am Boden der Ringkammer wird das frische Substrat tangential zugeführt. Während der Beschickung schiebt sich der Inhalt der Ringkammer schichtweise nach oben in Richtung Hauptgärkammer (III). Gleichzeitig wird Substrat aus der Hauptgärkammer in die Ringinnenkammer verdrängt, wo es wie ein Pfropfen nach unten zum Auslauf (5) wandert. Dabei wird durch die Trennwand Wärmeenergie an das zugeführte Substrat abgegeben. DOLLAR A Der Fermenter eignet sich insbesondere für landwirtschaftliche Reststoffe. Substrate mit starker Neigung zur Schwimmdeckenbildung werden sicher beherrscht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Faulbehälter (Fermenter), in dem organische Substrate mit Hilfe anaerober Mikroorganismen einem Abbauprozeß unterworfen werden. Aufgrund deren Stoffwechseltätigkeit entsteht Biogas, ein Gemisch aus 50-70% Methan und 30-50% Kohlendioxid mit Spuren von Wasserstoff, Schwefelwasserstoff und anderen Gasen.

Bei der Vergärung von landwirtschaftlichen Reststoffen wie Gülle haben sich Biogas fermenter bewährt, die auf dem Durchflußverfahren beruhen. Bei diesem Verfahren wird dem Faulbehälter einmal oder mehrmals täglich Frischgülle zugeführt, wobei gleichzeitig eine entsprechende Menge ausgefaulter Gülle durch den Überlauf verdrängt wird. Die kontinuierliche Zugabe von Frischgülle begünstigt eine gleichmäßige Gasproduktion. Da der Behälter immer gefüllt ist, ergibt sich außerdem eine gute Faulraumauslastung und damit eine kompakte Bauweise mit niedrigen Wärmeverlusten.

Beim Durchflußverfahren besteht jedoch die Gefahr, daß auch noch nicht ausgefaultes Substrat den Fermenter verläßt. Dadurch verringert sich die Gasausbeute und die Hygienisierungswirkung wird beeinträchtigt. Hiervon sind insbesondere volldurchmischte Fermenter betroffen. Bei längs durchströmten Fermentern hingegen wird angenommen, daß sich alle Substratteile gleichmäßig durch den Behälter bewegen (Pfropfenströmung). Doch kann es auch hier zu Kurzschlußströmen kommen, so daß die Mindestverweilzeit nicht unbedingt erreicht wird.

Ob sich im Fermenter eine Pfropfenströmung ausbilden kann, hängt im wesentlichen von der Rühreinrichtung ab, die das Substrat homogen halten soll. Insbesondere Rindergülle mit Anteilen von Futterresten und Stroheinstreu neigt nämlich zur Bildung von Schwimmschichten. Soll der Faulprozeß nicht zum Erliegen kommen, müssen die in der Gülle aufschwimmenden Feststoffe mit der Flüssigkeit durchmischt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem aufrechtstehenden, zylinderförmigen Fermenter eine möglichst gleichmäßige Strömung aller Substratteile zu erzielen, so daß bei hoher Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit eine definierte Verweilzeit des Substrats garantiert werden kann. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß nur im oberen Bereich des Faulraums eine Durchmischung stattfindet, und das Substrat ansonsten gleichmäßig durch den Fermenter geführt wird. Hauptbestandteil dabei ist eine zylindrische Trennwand aus wärmeleitendem Material, die am Fermenterboden konzentrisch zur Behälterwand befestigt ist.

Der Substratzulauf befindet sich am Boden der ringförmigen Kammer zwischen Trennwand und Behälterwand. Während der Beschickung schiebt sich der Inhalt der Ringkammer schichtweise nach oben in Richtung Hauptgärkammer, die den Behälterraum oberhalb der Trennwand einnimmt. Gleichzeitig wird Substrat aus der Hauptgärkammer in die Ringinnenkammer verdrängt, wo es wie ein Pfropfen nach unten zum Auslauf wandert. Dabei wird durch die Trennwand Wärmeenergie an das zugeführte Substrat abgegeben. Im Übergangsbereich von der Ring- zur Hauptgärkammer befindet sich die Heizung, die die vorgewärmte Gülle auf die erforderliche Prozeßtemperatur bringt. Eine Rühreinrichtung sorgt dafür, daß der Inhalt der Hauptgärkammer vollständig durchmischt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Biogasfermenter;

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch den Fermenter gemäß Fig. 1.

Der Biogasfermenter ist wärmeisoliert und als aufrechtstehender, zylinderförmiger Behälter (1) ausgeführt, der oben geschlossen ist. Der Füllstand des im Durchfluß betriebenen Fermenters wird durch den Überlauf (2) ins Endlager festgelegt. Im unteren Bereich des Behälters unterteilt eine Trennwand (3) aus wärmeleitendem Material den Raum in eine Ringkammer (I) und eine zylindrische Innenkammer (II). Über einen Zulauf (4) in Bodennähe wird das frische Substrat der Ringkammer tangential zugeführt, so daß in gewisser Weise ein Umtrieb entsteht und das Substrat sich gleichmäßig über den Umfang verteilt. Der Ablauf (5) befindet sich mittig am Boden der Innenkammer.

Die räumliche Trennung des eingebrachten Substrats vom ausgefaulten durch die wärmeleitende Wand (3) stellt eine einfache Bauart eines Gegenstrom-Wärmetauschers dar. Das von unten nach oben geführte Frischsubstrat entzieht dem abwärtsfließenden Substrat der Innenkammer einen Teil seiner Wärme. Prinzipbedingt befindet sich das "kalte Ende" des vertikal durchströmten Wärmetauschers am Behälterboden. Dadurch ergibt sich eine stabile Temperaturschichtung, die einen vertikalen Wärmeaustausch durch Thermokonvektion weitgehend verhindert.

Um die optimale Prozeßtemperatur zu erreichen und aufrechtzuerhalten, muß dem vorgewärmten Substrat die restliche noch erforderliche Wärmeenergie zugeführt werden. Dies geschieht während das Substrat in die Hauptgärkammer (III) eintritt und dabei die Heizzone passiert. Vorzugsweise werden glattwandige Plattenheizkörper (6) eingebaut, an die sich keine Feststoffe ansetzen können.

Die obenliegende Hauptgärkammer (III) ist als volldurchmischter Reaktorraum ausgebildet. Durch den Einbau eines Tauchmotor-Propellerrührwerks (7) oder eines Stabmixers mit außenliegendem Motor lassen sich auch schwierige Substrate mit starker Neigung zur Schwimmdeckenbildung sicher beherrschen. Sinkstoffe wie z. B. Sand werden bereits in der Ringkammer zurückgehalten. Dadurch werden Verstopfungen des Behälterauslaufs verhindert, denn die Fließgeschwindigkeit im Überlaufrohr (2) würde nicht ausreichen, um diese Stoffe auszutragen. Die Sinkschicht, die sich im Laufe der Zeit in der Ringkammer bildet, beeinträchtigt die Funktion des Fermenters nicht und kann im Rahmen einer Revision entfernt werden. Bei Substraten mit einem hohen Anteil an Sinkstoffen sollte jedoch in der Ringkammer ein Tauchmotor-Propellerrührwerk installiert werden. Dann muß aber auch die Möglichkeit gegeben sein, am Behälterauslauf Sinkschichten abzuziehen.

Der beschriebene Fermenter hat den Vorteil, daß eine definierte Mindestverweilzeit des Substrats garantiert werden kann. Außerdem wird die zugeführte Frischgülle in der Ringkammer zunächst versäuert, bevor sie in die Hauptgärkammer gelangt. Durch eine solche zweistufige Betriebsweise erhöht sich die Stabilität des anaeroben Abbauprozesses. Zudem wird ein hoher Abbaugrad erreicht, der noch dadurch verbessert wird, daß die aufschwimmenden (und schwerer abbaubaren) Feststoffpartikel eine längere Verweilzeit in der Hauptgärkammer haben. Das ist darauf zurückzuführen, daß die Ringinnenkammer nicht durchmischt wird und sich so die leichteren Feststoffpartikel von dem schwereren, ausgefaulten Substrat separieren können. Von nicht minderem Wert ist auch die teilweise Rückgewinnung von Prozeßwärme.

Claims

1. Biogasfermenter in aufrechtstehender, zylinderförmiger Bauform, mit einer volldurchmischten Hauptgärkammer im oberen Bereich (III), gekennzeichnet durch eine zylindrische Trennwand (3), die den Behälter im unteren Bereich in eine Ringkammer (I) und eine Innenkammer (II) mit vertikaler Pfropfenströmung unterteilt.

2. Biogasfermenter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenn wand (3) aus wärmeleitendem Material besteht.

3. Biogasfermenter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in die Ringkammer (I) eingebracht wird und in der Innenkammer (II) abfließt.