DE3149344A1 - Umwaelzvorrichtung fuer die vermischung und homogenisierung von sink- und schwimmstoffschichten in faulraeumen zur erzeugung von biogas, ohne mechanischen kraftschluessigen bzw. pneumatischen antrieb - Google Patents

Description

• Umwälzvorrichtung für die Vermischung und Homogeni-
• sierung von Sink- und Schwunmstoffscichten in Faulräumen zur Erzeugung von Biogas, ohne mechanischen kraftschlüssigen bzw. pneumatischen Antrieb Die Erfindung bezieht sich auf eine Umwälzvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
• Die Gewinnung biologischer Gase - Methangas CM 4 - bei der Ausfaulung organischer, beispielsweise in der Landwirtschaft in Form von Dünger mit Stroh anfallender Stoffe, ist ein seit langem bekannter und technisch ausgewerteter Vorgang.
• In der Praxis ergeben sich jedoch immer wieder Schwierigketten verschiedener Art, insbesondere dadurch, daß Faulgut in der Zusammensetzung, bedingung durch verschiedene Flüssig- und Feststoffe und anderen Anteilen und somit u.a. durch die Konsistenz in einen für die Methanbakterien biologisch optimal günstigen Zustand zu bringen und in einem solchen zu erhalten.
• So entstehen von verschiedenen Tierarten herrührend sowohl Sink- als auch Schwimmstoffschichten, wobei gerade letztere bei hohem Einstreuanteil besonders starke und fest in großen bzw. Lagen zusammenhängende Massen bilden, die dann enorme Bewegungslcräfte beanspruchen, wenn sie wieder in einen homogenen Zustand zurückgeführt werden sollen.
• uebliche, bis jetzt für diesen Zweck bekannt gewordene mechanische Rtihrwerke, verlangen - um diesen Widerständen, besonders bei hohem Feststoffanteil, d.h.
• hoher Faulraumbelastung gewachsen zu sein - überaus stark dimensionierte Wellen, Rührflügel oder dgl., sowie entsprechend stark ausgelegte ubersetzungsgetriebe wie Zahn- Kettentriebwerke etc.
• Außerdem ist bei diesen bekannten System keinesfalls die Gewähr dafür gegeben, daß die mehr feifflcörnigen Sinkschichten tatsächlich auch mit den anderen Faulgutteilen vermischt werden, und damit ein für die Vergärung geeignetes, auch pumpfähiges Substrat darstellen.
• Eine andere Art, eine innige Vermischung darzustellen, besteht in der Verwendung eines durch eine Pumpe mit Düsen oder dgl. erzeugten, in verschiedenen auf die in Ecken etc. sich vielfach häufenden Ablagerungen von Schwimm- und Sinkschichten gerichteten Strahl flüssigen Faulgutes. Dieser wirkt sich jedoch ebenfalls sehr störend auf das Verhalten der Bakterien aus, da einerseits in der Druckleitung und auch in der Pumpe selbst die Bakterien einem hohen Druck und unmittelbar anschließend wieder einem gleich großen Druckabfall ausgesetzt sind. Die hohe Ausströmgeschwindigkeit aus der Düse wirkt sich ebenfalls nicht günstig auf das biologische Verhalten der Bakterien aus.
• Daß hierbei tatsächlich eine Benachteiligung der Bakterientätigkeit erfolgt, ergibt sich aus der Beobachtung, daß sowohl zu Beginn des Pumpens als auch bei Arbeitsbeginn einer üblichen Rührwerksausführung eine in den Schwimmschichten befindliche angesammelte Gasentwicklung vortäuscht, während nach dem Stillsetzen solcher Anlagen für einige Stunden kaum noch eine nennenswerte Gasentwicklung festzustellen ist.
• Die für die Bakterien optimalen Lebensbedingungen liegen also ganz offensichtlich in einer äußerst schonenden Behandlung derselben in Bezug auf Bewegungen und Druck des sie umgebenden Substrates.
• Somit ist eine langsame Umwälzbewegung erforderlich, die nur geringfügigen Druck und möglichst keine Stoßwirlxng auf die Bakterien ausübt, jedoch nach Bedarf auch unterbrochen werden kann. Es ist klar, daß der eigentliche Kraft-, jedoch nicht Leistungsbedarf bei langsamem Umwälzen stets größer sein muß, als wenn der Faulråuminhalt u.U. die Drehgeschwindigkeit des Rührwerkes annimmt.
• Von diesen Erkenntnissen geht nun die vorliegende Erfindung aus, mit der Aufgabe eine weitestgehend selbständige, d.h. von äußeren mechanischen Antriebselementen frei Umwälzvorrichtung anzuwenden, die dabei auch große Kräfte zum Bewegen unterschiedlichster Kaulraumschichten aufbringen kann.
• Gelöst wird diese Aufgabe in überraschend einfacher Weise durch eine horizontal im Faulraum (1) (Fig. 2 und 3) drehbar gelagerte Welle (2) od. dgl. mit zentrisch zur Wellenlängsachse (x) daran angeordneten, einseitig offenen kastenartigen Behältern, sowie Einleiten von dem Faulraum (1) bzw. einem Gassammelbehälter entnommenen Gas (G) in die Faulraumflüssigkeit (F) (Fig. 1) unterhalb der kastenartigen Behälter (3a - 3c).
• Ein derartiges System hat nun folgende Wirkungsweise und Vorteile gegenüber motorisch von außen angetriebener Rührwerkseinrichtungen: Die auf der Auftriebsseite oben geschlossenen Behälter stellen im Durchmesser des Faulraumes große Flächen dar, und demzufolge in Bezug auf deren Höhe auch große Volumen. Die Fläche kann je nach Anordnung und Konstruktionsmöglichkeit bis 2/3 des halben Faulraumbehälterdurchmessers betragen, so daß sich daraus je nach Faulraumlänge ein Inhalt eines Behälters bis zu 1/5 des Faulrauminhaltes ergibt. Maximal können konstruktiv 1 1/2 Behälter in wechselnder, sich laufend verändernder Stellung mit Gas gefüllt sein, so daß ein sehr großer Auftrieb entsteht und somit enorme Kräfte von unten auf die Schwimmschichten einwirken.
• Wie leicht zu errechnen ist, können diese Auftriebskräfte mehr als 1/10 des Faulrauminhaltsgewichtes betragen, denn der sich einstellende Auftrieb ist gleich dem Gewicht der aus den Behältern verdrängenden Flüssigkeit.
• Der Antrieb des Behältersystems erfolgt durch Einpumpen von Gas an bestimmter Stelle G (Fig. 4 u. 1) der Auftriebsseite mittels Pumpe über einen kleinen Elektromotor. Infolge des geringen, aus dem Durchmesser des Faulraumes sich ergebenden erforderlichen Druckes beträgt die Leistung des Motors unter einem KW; dabei reicht die Mengenleistung der Gaspumpe, daß, auf die Betriebszeit bezogen, die Umwälzvorrichtung höchstens 1/8 je Tag bzw. Zeiteinheit in Betrieb sein muß. Die Drehzahl der Umwälzvorrichtung läßt sich durch Mengenregelung des aus dem Faulraum abgesaugten Gases mittels Hahn oder auch automatisch sicher und einfach einstellen.
• Vorliegende Erfindung hat also nicht das Zerstören oder Zerwühlen einer Schwimmdecke durch Einleiten von Gas an geeigneter Stelle zum Ziel, sondern benützt die Einführung des Gases mit niederem Druck lediglich zum Antrieb einer Vorrichtung, der allein die Umwälzung und Homogenisierung obliegt.
• Die Aufwendungen für Herstellung aller Arten von Untersetzungsgetrieben mit Wellen etc mit gleich großem Drehmoment überschreiten das Vielfache des beschriebenen Systems mit Auftrieb erzeugenden Behältern, wobei auch keinerlei Wartung an Wellen und deren Dichtungen anfällt.
• Die oben im Faulraum auf der Antriebsseite befindliche Schwimmdecke wird von unten angehoben, auf die gegenüberliegende Seite geschoben, beschwert diese infolge Drehung des Systems und drückt die ganze Schwimmdecke unter die Oberkante des Flüssigkeitsspiegels. Diese löst sich in kleinere Masseteilchen auf und steigt langsam wieder nach oben.
• Gleichzeitig werden auch durch die Außenkanten, der die Behälterböden und die Faulraumbehälterwand berührenden Abstreifer aus weichem, verschleißfestem Material die Sinkstoffe nach oben gefördert undnit der Schwimmschicht vermischt.
• Die Breite der Auftriebsbehälter bzw. Durchmesser der ganzen Vorrichtung ist im Zusammenhang mit der Füllhöhe derart abgestimmt, daß die Behälter auf Auftriebsseite über den Flüssigkeitsspiegel noch herausragen, sich auf der nach unten bewegenden anderen Seite mit Flüssigkeit. füllen und deshalb hier kein Auftrieb mehr stattfindet. Im Zeitpunkt stärkster Kraftentwicklung entstehen dabei nur sehr geringe, seitwärts gerichtete Kraftkomponenten, wodurch die Träger des Behältersystems sowie die Welle nur geringfügig beansprucht werden, und damit eine Leichtbauweise der Umwälzvorrichtung möglich ist.
• Die beschriebene Umwälzvorrichtung ist im eigentlichen Sinne somit kein übliches Fahrwerk. Zudem wird auf die biologischen Bedürfnisse der Methanbakterien weitgehendst Rücksicht genommen, einfache Herstellung ermöglicht und eine sichere Betriebsweise gewährleistet, wobei infolge Fehlens von Wellen, Lagern mit Dichtungen, Triebwerken etc.
• nur geringe Störanfälligkeit bestehen.
• Weitere, insbesondere dabei bauliche Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt, sowie anhand einiger Ausführungsbeispiele zeichnerisch dargestellt und anschließend näher beschrieben.
• Es zeigen: Fig. 1 die erfindungsgemäße Umwälzvorrichtung in perspektivischer Darstellung; Fig. 2 eine in einen Faulraum eingebaute Umwälzvorrichtung, Fig. 3 eine Variante zu Fig. 2, Fig. 4 den Querschnitt eines Faulraumes und die Stelle des Gaseintrittes, Fig. 5 eine weitere Variante zu Fig. 1, Fig. 6 eine Lagerung der Umwälzvorrichtung in teilweiser Darstellung als Seitenansicht.
• Bei der Darstellung nach Fig. 1 und 2 befindet sich in einem Faulraum 1 eine drehend gelagerte Welle Z, an die zentrisch und in gleichem Winkelabstand zueinander kastenartige Behälter 3 mit geschlossenen Seitenflächen 3a und Boden 3b sowie offener Oberseite 3c angeordnet sind. Hierbei ist zudem vorgesehen, daß die kastenartigen Behälter 3 symmetrisch zur Wellenlängsachse (x) liegen, sich annähernd über den gesamten freien Querschnitt (Q) des Faulraumes 1 erstrecken und in vertikaler Richtung (Y) der jeweils oberste Kasten 3 aus der Oberfläche (0) der Faulraumfüllung (F) mit einem Teil (b') der Breite (b) herausragt.
• Wie hierbei Fig. 3 zeigt, können die kastenartigen Behälter 3 in Längsrichtung der Welle Z oder Achse gesehen, in mehrere drehkreuzartig nebeneinander liegende Einzelreihen 3' unterteilt sein, wobei diese Einzelreihen 3' in festem Winkelabstand zueinander versetzt auf der gemeinsame Welle 2 bzw.
• Achse liegen oder unabhängig voneinander drehbar auf letzterer 2 gelagert sind.
• Neben der direkten Lagerung der Welle 2 im Faulraum 1 (Fig. 1 + 3) ist auch eine indirekte oder fliegende Lagerung über Laufrollen 4 und Führungsbahnen 5 (Fig. 6) denkbar, wenn die Welle 2 entsprechend Fig. 2 als Hohlwelle 2 (Fig. 6) ausgebildet wird.
• Dies ist beispielsweise immer dann der Fall, wenn Heizrohre o.ä. durch den Faulraum 1 geführt werden sollen bzw. durch die Zwischenräume 6 inmitten gegenüberliegender Auftriebsbehälter (Fig. 5).
• In Fig. 4 ist vorteilhafterweise dargestellt, daß die Bodenpartie 1a des Faulraumes 1 konzentrisch zur Bewegungsbahn (B) der kastenartigen Behälter 3 verläuft, wobei die Leisten bzw. Abstreifer 7 (Fig. 5) an den kastenartigen Behältern 3 den gleichen Abstand zu den Faulraumwandungen 1b und zum Bodenla überbrücken und ebenfalls für eine gute Durchmischung des Faulgutes F sorgen.
• Der die Drehbewegung der gesamten Umwälzvorrichtung auslösende Auftrieb der Kästen 3 wird schließlich durch Einleiten von Biogas G unterhalb der Kästen 3 erzeugt, wobei dieses Gas G dem Faulraum oder einem Gassammelbehälter entnommen werden kann.

Claims (1)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Umwälzvorrichtung fr die Vermischung und Homogenisierung von Sink- und Schwirnmstoffschichten in horizontal gerichteten aus Metall oder keton bestehenden Faulräumen ohne mechanischen kraftschlüssigen Åntrieb, beispielsweise bei landwirtschaftlichen Biogasanlagen, gekennzeichnet durch eine horizontal im Faulraum (1) drehbar gelagerte Velle 2 oder dergleichen und zentrisch zur Wellenlängsachse (X) daran angeordneten, einseitig offenen, kastenartigen Behältern (3).

   2. Umwälzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da!j der Antrieb derselben ohne mechanische kraItschlüssige übertragung wie Ketten, Zahnräder, Riemen oder dergleichen, sondern nur durch Sinleiten von aus dem Faulraum oder einem Gassammelbehälter entnommenen Gas an bestimmter Stelle (G Fig. 4 und 1) erfolgt, wobei durch die Verdrängung der in den kastenartigen Behältern befindlichen Flüssigkeit der zum Antrieb der Vorrichtung erforderliche Auftrieb erzeugt wird.

   5. Umwälzvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Durchmesser des Faulraumes im freien ;«uerschnitt desselben beliebig viele kastenartige Behalter (3) symmetrisch zur Wellenachse (X) liegen können, die sich annähernd über den gesamten, freien Querschnitt (Q) des Faulraumes (') erstrekken und in vertikaler Richtung (Y) der jeweils oberste Kasten (3) aus der Oberfläche (C) der Fau'-raumfüllung -(F) mit einem Tal (b') seiner Breite (b) herausragt.

   4. TFmlelzvorrlchtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kastenartigen Behälter (3) in Längsrichtung der zelle (Z) oder Achse gesehen in mehrere drehkreuzartige nebeinander legente tnzelreihen (3') unterteilt sein können.

   5. Umwälzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinzelrethen (3') in festem Winkelabstand zueinander versetzt auf der gemeinsamen Welle (Z) bzw. Achse liegen oder unabhangig voneinander drehbar auf letzterer (Z) gelagert sind.

   6. Umwälzvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kastenartigen Behalter (3) (Fig.6) (Fig.2+6) über Rollen (4) mit entsprechenden Laufringen (5) fliegend gelagert sein können.

   7. Umwälzvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspr##che, dadurch gekennzeichnet, daß die :Welle (2') als feststehende Hohlwelle (Fig. 6) ausgebildet sein kann, oder daß in den Freiräumen (6) (Fig. 2, 5 und 0) zwischen den kastenartigen Behältern, entlang deren Längsachse (x) feststehende Rohre angeordnet sein können, die entweder selbst als heizrohre oder aber zur Aufnahme solcher dienen können.

   8. Umwälzvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Änspriche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Faulraumes besonders bei Behältern aus Beton in quadratischem Querschnitt oder auch mit längsseitig ausgerundeten sicken (E) (Fig. 2) ausgebildet sein kann, und daß bei kreisrunden Faulräumen aus Metall oder anderen Baustoffen die Längsachse (x) der Umwälzvorrichtung (Fig. 5 und 6) zentrisch im Mittelpunkt des Querschnittes des Faulraumes verläuft.

   9. Umwälzvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den kastenartigen Behältern (3) den Abstand (z) zu den Faulraumwandungen (1b) iberbrückende Abstreiferleisten (7) zugeordnet sind.