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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von Gülle unter Biogas-Gewinnung, bei welchem Frisch-Gülle, gegebenenfalls nach Verdünnung mit Wasser, in einem zumindest teilweise unter der Erdoberfläche angeordneten Gülle-Behälter einem anaeroben Fermentations-Prozess unterworfen wird, und das dabei gebildete Biogas in einem Gasspeicher gesammelt und zur Energie-Ge-
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Eine nicht unbeträchtliche Problematik bei Massentierhaltungen besteht vor allem darin, dass infolge der anfallenden grossen Mengen an Gülle starke Geruchsbelästigungen der Nachbarschaft auftreten. Des weiteren weist ein solcher Betrieb mit Massentierhaltung einen relativ hohen
Fremdenergiebedarf auf, der insbesondere in Form von elektrischer Energie aus dem allgemeinen
Versorgungsnetz entnommen wird und einen wesentlichen und immer steigenden Betriebskostenanteil darstellt.
Zur Beseitigung der Geruchsbelästigung durch die anfallende Gülle wurde allgemein die aerobe Vergärung empfohlen. Diese bringt jedoch wesentliche Nachteile mit sich. Darunter zählt vor allem, dass zum Betrieb derartiger Anlagen zusätzliche Energie insbesondere für die Sauerstoff- einbringung u. zw. in erheblichem Ausmass notwendig ist, und dass die Gülle durch Änderung des C/N-Verhältnisses (Kohlenstoff/Stickstoffverhältnis in %, bezogen auf die Masse der Trocken- substanz in der Gülle) zur negativen Seite hin als Düngemittel relativ weniger wertvoll ist.
Daneben existieren noch andere Nachteile, wie schlechte Konsistenz der Gülle u. dgl. Als wesent- lich bessere Lösung wurde die anaerobe Vergärung von Gülle zur Lösung der obengenannten
Probleme in Betracht gezogen.
Derartige Anlagen zur anaeroben Vergärung von Stalldung in flüssiger Form sind z. B. die Biogasanlagen nach dem "System Darmstadt", bei denen der Stalldung direkt durch den Stall- boden in einen unterirdischen, abgedeckten Gärkanal gefördert wird. Dieses System bringt unter anderem bauliche Schwierigkeiten in der Konstruktion der gasdichten Kanalabdeckung.
Bei einer Anlage zur aerob/anaeroben Mischvergärung von Stalldung zur Gasgewinnung gemäss der US-PS Nr. 4, 100, 023 ist in einen im Erdboden ausgehobenen Graben ein dichter Sack aus einem verstärkten Elastomermaterial eingelegt, in dessen unterem, im Graben befindlichen Teil drei flüssigkeitsgefüllte Gärkammern ausgebildet sind, deren gemeinsame Abdeckung der obere, über der Erdoberläche liegende haubenartige Abschnitt des Sackes bildet, der gleichzeitig als Gassammelraum dient. Bei dieser Konstruktion ist zwar der bauliche Aufwand verringert, jedoch andere Nachteile gegeben.
So ist der haubenartige, freiliegende Abschnitt des Sackes nicht selbsttragend ; er wird nur durch das entwickelte Gas gehalten und ist insbesondere bei Windbelastung instabil, was zu einer starken Belastung der in seinem obersten Bereich angeordneten Gasableitungsverbindungen führt und auch die Gasentnahmeregelung unerwünscht beeinflusst, da diese durch die Aufwölbung der Haube als Funktion des Füllungszustands gesteuert wird.
Weiterhin ist diese Konstruktion nur für Gebiete warmen Klimas geeignet, da an der Innenseite der Haube - auch ohne Schneebelastung - Eisbildung auftreten kann, die die Funktion der Anlage empfindlich stört, wenn nicht die Anlage überhaupt funktionsunfähig macht.
Flexible Kunststoffspeicherkissen in einem Speicher waren im Zusammenhang mit der Speicherung von Klärgas bereits bekanntgeworden. Dabei werden bis zu 5 einzelne Kissen in einem Speicher aufeinandergesetzt, der getrennt vom Faulraum aufgestellt ist.
Es bestand die Aufgabe, ein System, d. h. ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gülleverwertung durch anaerobe Gärung unter Biogasgewinnung zu schaffen, das die konstruktiven und betriebstechnischen Nachteile der bekannten Systeme nicht aufweist, insbesondere aber auch in bezug auf die Herstellungskosten und die Gesamtenergiebildung so günstig liegt, dass es für jeden grösseren landwirtschaftlichen Betrieb zur Verfügung gestellt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird einerseits von einem möglichst im Erdboden eingebetteten System ausgegangen, bei dem durch Vermeidung von Hochbauten der Anteil von Eigenleistung sehr hoch gehalten werden kann und durch günstigere Isolierungsverhältnisse die Wärmebildung weitaus günstiger gestaltbar ist, und anderseits davon, durch entsprechende Kombination der Anordnung von dichten Elastomersäcken als Faulraum - bzw. auch Speicherauskleidung mit diesem System und durch spezielle Ausbildung dieser Säcke die bisher bekannten Nachteile zu vermeiden.
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Demgemäss ist das erfindungsgemässe Verfahren vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die bakterienarme Frischgülle, vorzugsweise nach inniger Mischung mit bereits im Güllebehälter im Gärprozess befindlicher bakterienreicher Altgülle, in einem zu wesentlichen Teilen oder gänzlich unter der Erdoberfläche, d. h.
im Erdboden versenkt, angeordneten, gegebenenfalls allseitig geschlossenen Faulraum, der mittels eines allseits geschlossenen, mit Öffnungen für die Rohran- schlüsse versehenen, der Form des Faulraumes entsprechend geformten, aus gegebenenfalls mit
Verstärkungseinlagen und/oder Armierungen versehenem Kunststoff, vorzugsweise aus Polyvinyl- chlorid, gefertigten, gegebenenfalls einen beschwerten Deckel aufweisenden, faltenbalgartig ausgebildeten Sackes gasdicht ausgekleidet ist, der anaeroben Gärung unterworfen wird und dass das sich über der Gülle im oberen Teil des Innenraumes der sackartigen Auskleidung sammeln- de Biogas in einen ebenfalls mit einer gasdichten Auskleidung versehenen, zu wesentlichen
Teilen oder gänzlich unter der Erdoberfläche (im Erdboden versenkt) angeordneten Biogasspeicher,
wobei die Auskleidung des Biogasspeichers vorzugsweise analog ausgebildet ist wie die Aus- kleidung des Faulraumes, übergeführt wird, von wo es schliesslich der Energiegewinnungsanlage zugeführt wird.
Die erfindungsgemässe Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens ist entsprechend vor allem gekennzeichnet durch einen zu wesentlichen Teilen oder gänzlich unter der Erdoberfläche angeordneten, Faulbehälter bzw. Faulraum, der mittels eines allseits geschlossenen, mit Öffnungen für die Rohranschlüse versehenen, der Form des Faulraumes entsprechend geformten, aus gegebenen- falls mit Verstärkungseinlagen und/oder Armierungen versehenem Kunststoff, vorzugsweise aus
Polyvinylchlorid, gefertigten, gegebenenfalls einen beschwerten Deckel aufweisenden, faltenbalg- artig ausgebildeten Sackes gasdicht ausgekleidet ist, in welchen Faulraum über Leitungen und mindestens eine Güllepumpe die Frisch-Gülle von einem Frisch-Güllebehälter zuführbar ist, und in welchem eine mittels Thermostat regelbare Heizeinrichtung angeordnet ist, einen über eine
Biogasentnahmeleitung,
vorzugsweise mit Gaskompressor, mit dem Faulraum verbundenen, in wesentlichen Teilen oder gänzlich unter der Erdoberfläche angeordneten, mit einer gasdichten Auskleidung versehenen Biogasspeicher, vorzugsweise Gasometer, wobei die Auskleidung des Biogasspeichers vorzugsweise analog ausgebildet ist wie die Auskleidung des Faulraumes, sowie eine über die Leitung mit dem Faulraum und dem Gasometer in Verbindung stehende Biogas-Energiegewinnungseinrichtung, beispielsweise eine Elektrizitätserzeugungseinrichtung mit Kraft-Wärme- - Kupplung.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, in welchen Fig. 1 ein Schema einer erfindungsgemässen Anlage, Fig. 2 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäss ausgestattetes Faulraum- bzw. Gasspeicherbauwerk im Aufriss sowie Fig. 3 eine Draufsicht auf die Anlage gemäss Fig. 2 zeigen.
Frische Stallgülle, die aus den Stallungen z. B. über eine mechanische oder eine Schwemmentmistungsanlage abgeführt wird, gelangt über eine Leitung --1-- in eine Güllegrube --3, 5--, die ein Abteil --3-- für Frischgülle und ein Abteil --5-- für Altgülle aufweist. Die Frischgülle wird in das Frischgülleabteil --3-- eingespeist ; über eine Wasserleitung --2-- wird sie hier, falls notwendig, noch zusätzlich mit Wasser verdünnt, um in einen pumpfähigen Zustand gebracht zu werden und den für eine mikrobielle Zerlegung der in der Gülle enthaltenen organischen Bestandteile günstigsten Zustand bzw. die vorteilhafte Konsistenz zu erreichen.
Die Verweilzeit der Gülle in dieser Frischgüllegrube --3-- wird bei möglichst niedriger Temperatur möglichst kurz gehalten, sonst kommt es hier bereits zu einer nicht erwünschten Vergärung und damit zum Verlust von biologisch abbaubaren, energieliefernden Substanzen.
Aus der Frischgüllegrube --3-- wird die Gülle von der Pumpe --22-- über die Leitung --L-in den gegen Luftsauerstoff abgeschlossenen, unter Erdniveau liegenden Faulraum --F-- überführt, in welchem der mikrobielle anaerobe Abbau der organischen Substanzen unter Biogasbildung erfolgt. Zur Minimierung der Anlagenkosten ist es günstig, den Faulraum --F-- möglichst klein zu halten, also den Abbau dieser Substanzen möglichst zu beschleunigen, so dass die Verweilzeit der Gülle im Faulraum --F-- kurz sein kann. Um dies zu erreichen, ist es vorteilhaft, die bakterienarme, noch nicht biologisch abgebaute Frischgülle möglichst innig mit der bereits entgasten oder zum Teil entgasten, aber bakterienreichen, bereits im Faulraum--F--befindlichen
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Altgülle zu vermischen.
Um das Bakterienwachstum zu beschleunigen, ist es vorteilhaft, den
Faulraum --F-- so zu beheizen, dass die für den Abbau zu Methan herangezogenen Methanbakterien die für sie günstigsten Lebensbedingungen vorfinden. Da gerade Methanbakterien äusserst empfind- lich gegen den Zutritt von Sauerstoff sind, ist unbedingt zu verhindern, dass Luftsauerstoff in den Faulraum --F-- gelangt.
Das von den Methanbakterien in Bläschenform abgeschiedene Methan steigt, sobald ein
Methanbläschen so gross ist, dass die Auftriebskräfte dieses Bläschens die Viskosität der Flüssig- keit überwinden können, in der Flüssigkeit nach oben und sammelt sich im über der Flüssigkeit befindlichen Gas-Sammelraum des Faulraumes --F--, aus welchem das gebildete Bio-Gas über eine Rohrleitung-18-zur weiteren Verwendung abgezogen wird. Um die Methanabscheidung zu beschleunigen, ist es günstig, die Faulraumfüllung in periodischen Abständen entweder mit einer Pumpe umzuwälzen oder mit bereits erzeugtem Biogas zu durchperlen.
Kostensparend ist die Umwälzung mit der Güllepumpe, --22--, da durch einfache Umschaltung diese Güllepumpe --22-- zum Befüllen des Faulraumes --F-- mit Frischgülle, zum Abführen der Altgülle aus dem Faulraum --F-- und zum Durchmischen des Faulrauminhaltes verwendet werden kann. Durch eine zusätzliche Einrichtung an der Einströmdüse des Faulraumes --F-kann eine besonders innige Durchmischung des Faulrauminhalts bewirkt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, die innige Mischung der aus dem Frisch-Güllebefälle kommenden bakterienarmen Frisch-Gülle mit der sich im Faulraum --F-- befindlichen bakterienreichen Altgülle mittels Ejektor und/oder Injektorpumpe, vorzugsweise mittels Wasserstrahlpumpe, deren Auslass sich vorzugsweise im obersten Drittel der Standhöhe der Gülle im Faulraum --F-- befindet, vorzunehmen.
Der Faulraum --F-- ist mit einer Füllstandsbegrenzung in Form eines Überlauftrichters-11- versehen, der über eine Überlaufleitung-8-mit dem Altgüllebehälter --5-- verbunden ist.
Die Füllhöhe des Faulraumes --F-- wird über einen Füllhöhenanzeiger --14-- geregelt. Im unteren Drittel des Faulraumes --F-- befindet sich die Heizschlange --12--, vorzugsweise aus korrosionsbeständigem Kunststoff, der Faulraumbeheizung, durch die über eine Zuführungsleitung - und eine Abführungsleitung --10-- Heizmedium strömt, das von einer Umwälzpumpe --16-- umgewälzt wird. Zur Regelung der Temperatur und der Menge des Heizmediums ist ein Regler --17-vorgesehen. Die Temperatur des Faulrauminhaltes wird über einen Faulraumthermostat --19-- gemessen und gesteuert.
Etwa in Höhe der Heizschlange --12-- befindet sich der mit der Frischgülleleitung --L-- verbundene Frischgülleeinlass in den Faulraum --F--. Weiterhin ist im Faulraum --F-- eine obere Auslassleitung vorgesehen, von der eine Bypassleitung --21-- zum Frischgülleeinlass führt, und die mit der Rückführleitung --7-- zum Abführen von Altgülle in das Altgülleabteil --5-- der Güllegrube --3, 5-- verbunden ist.
Die Bypassleitung --21-- dient dazu, der in den Faulraum - über die Frischgülleleitung --L-- eingespeisten Frischgülle gleichzeitig über die obere Auslassleitung abgezogene Altgülle beizumischen, so dass auf diese Art und Weise im oberen Bereich des Faulraumes --F-- ein Gemisch aus Frischgülle und Altgülle umgewälzt werden kann.
Weiterhin ist im Faulraum --F-- eine zentrale Bodenablassleitung --13-- für Altgülle angeordnet, die mit der Rückführleitung --7-- verbindbar ist, so dass aus dem Bodenbereich des Faulraumes --F-- die dort angesammelte entgaste Altgülle - bei gesperrter Verbindung zum Frischgülleeinlass in den Faulraum --F--, gesperrter Frischgülleleitung --L-- und gesperrter oberer Auslassleitung des Faulraumes --F-- - in das Altgülleabteil --5-- der Güllegrube --3, 5-- abgeführt werden kann.
Aus dem altgülleabteil --5-- wird die nunmehr gerucharme Altgülle über eine Pumpe - zur weiteren Verwendung für Düngezwecke abgeführt. Einer Weiterverwendung dieser Altgülle auch in der Nähe von Ortschaften steht, und eine Geruchsbelästigung nicht mehr auftritt, nichts im Wege. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung dieser hochwertigen Gülle nicht als Kopfdüngung, sondern als Tiefdüngung durch Gülleeinbringer in etwa 10 bis 20 cm Tiefe, da hiebei auch das in der Gülle enthaltene Wasser zur Gänze der Ackerkrume zur Verfügung steht und gleichzeitig eine Verschlammung und damit ein Verschliessen der Oberflächenporen verhindert wird.
Hiefür gibt es bereits handelsübliche Systeme.
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eine dichte Auskleidung --38-- jeweils in Form eines in den Raum --35-- eingesetzten Sackes anschliesst, der, soweit er von Mauerwerk umgeben ist, der Form des Raumes --35-- genau angepasst ist. Im oberen, aus dem Bauwerk herausragenden Abschnitt --39-- ist der Sack faltenbalgartig mit flacher Kuppel ausgebildet, was eine sehr gute Formstabilität ergibt.
Bei einer nicht dargestellten Variante ist das Bauwerk oben geschlossen, so dass sich auch die faltenbalgartig ausgebildeten Abschnitte --39-- innerhalb des Bauwerkes befinden.
Ebenfalls ist es möglich, nur die Seitenwände oder Teile davon über den Ausdehnungsbereich der faltenbalgartigen Abschnitte --39-- hochzuziehen.
In jedem Fall lassen sich die gesondert hergestellten, dichten Säcke leicht entfernen und wieder einsetzen, z. B. zu Reparaturzwecken oder zur Erneuerung. Die Bauwerke selbst können weitgehend unter Heranziehung von Eigenleistungen erstellt werden, so dass bei grösseren landwirtschaftlichen Betrieben eine baldige Amortisation der Anlage angenommen werden kann, da Ganzjahresbetrieb möglich ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verwertung von Gülle unter Biogas-Gewinnung, bei welchen Frisch-Gülle, gegebenenfalls nach Verdünnung mit Wasser, in einem zumindest teilweise unter der Erdoberfläche angeordneten Gülle-Behälter einem anaeroben Fermentations-Prozess unterworfen wird, und das dabei gebildete Biogas in einem Gasspeicher gesammelt und zur Energie-Gewinnung in einer Biogas-Energie-Erzeugungs-und/oder Verwertungsanlage, insbesondere in einer Elektrizitäts- - Erzeugungs-Einrichtung mit Kraft-Wärme-Kupplung, genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die bakterienarme Frisch-Gülle, vorzugsweise nach inniger Mischung mit bereits im Güllebehälter im Gärprozess befindlicher bakterienreicher Altgülle, in einem zu wesentlichen Teilen oder gänzlich unter der Erdoberfläche, d.
h. im Erdboden versenkt angeordneten, gegebenenfalls allseitig geschlossenen Faulraum (F), der mittels einer allseits geschlossenen, mit Öffnungen für die Rohranschlüsse versehenen, der Form des Faulraumes entsprechend geformten, aus gegebenenfalls mit Verstärkungseinlagen und/oder Armierungen versehenem Kunststoff, vorzugsweise aus Polyvinylchlorid, gefertigten, gegebenenfalls einen beschwerten Deckel aufweisenden, faltenbalgartig ausgebildeten Sackes (38,39) gasdicht ausgekleidet ist, der anaeroben Gärung unterworfen wird und dass das sich über die Gülle im oberen Teil des Innenraumes der sackartigen Auskleidung sammelnde Biogas in einen ebenfalls mit einer gasdichten Auskleidung versehenen, zu wesentlichen Teilen oder gänzlich unter der Erdoberfläche (im Erdboden versenkt) angeordneten Biogas-Speicher (G),
wobei die Auskleidung des Biogasspeichers vorzugsweise analog ausgebildet ist wie die Auskleidung des Faulraumes, übergeführt wird, von wo es schliesslich der Energiegewinnungsanlage zugeführt wird.