CH648058A5 - Gaerbehaelter mit vorrichtungen zur kontinuierlichen oder intermittierenden ausfaulung organischer substanzen. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Gärbehälter mit Vorrichtungen zur kontinuierlichen oder intermittierenden Ausfaulung organischer Substanzen, bestehend aus einem wärmeisolierten Behälter (Faulraum), in den Zuleitungen für den Frisch-guteinlauf und Ablaufleitungen für die Abführung des ausgefaulten Gutes münden und in dem Vorrichtungen zur Aufheizung und Umwälzung des Faulgutes angeordnet sind.
Zweck des eingangs genannten Gärbehälters ist die Herstellung von Methangas aus organischen Substanzen, vornehmlich Stallmist, Stroh, Fäkalien, Grünmaterial, Abfällen aus Haushalt, Garten, Landwirtschaft und Nahrungsmittelindustrie. Ferner ist mit dem aus dem Gärbehälter ausgetragenen, ausgefaulten Gut ein hygienisch einwandfreier, gerucharmer und stickstoffreicher Naturdünger gegeben.
Praktische Versuche mit homogenisiertem, faserreichem Faulgut haben gezeigt, dass dieses Material auch mit fortschreitender Ausfaulung nicht wie etwa kommunaler Klärschlamm absinkt, sondern nach oben steigt. Deshalb ist der kontinuierliche Betrieb stehender Faulbehälter mit spezifisch leichtem Faulgut nur möglich, wenn auch aufschwimmendes Material abgeführt werden kann. Da aber bei der Aufstellung einer Biogasanlage nicht festesteht, ob im betreffenden Fall entweder nur aufschwimmendes, nur absinkendes, oder aber nach oben und unten tendierendes Material zur Ausfaulung kommt, muss für die störungsfreie, gezielte Schlammabführung beider Alternativen eine Möglichkeit geschaffen werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gärbehälter der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sowohl aufschwimmendes Faulgut als auch absinkendes Faulgut verwertet werden kann. Der Gärbehälter gemäss der vorliegenden Erfindung soll also universell einsetzbar sein, mit hohem Wirkungsgrad arbeiten und transportabel sein.
Die Aufgabe wird gemäss der vorliegenden Erfindung ddurch gelöst, dass zur alternativen Abführung von aufschwimmendem oder von aufsteigendem Faulgut neben dem Schlammabzug am Behälterboden auch auf Höhe der Faulgutobergrenze ein Schlammabzug vorgesehen ist.
Wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist also, dass neben einem Schlammabzug zur Austragung des
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ausgefaulten Gutes vom Behälterboden aus ein weiterer Schlammabzug zur Austragung des im Gärbehälter aufschwimmenden ausgefaulten Gutes vorgesehen ist, so dass der Gärbehälter universell einsetzbar ist.
Die Ablaufleitungen des bodenseitigen und des decken-seitigen Schlammabzuges werden im oberen Behälterdrittel seitlich durch die Gärbehälterwand nach aussen geführt; sie münden in einem Staugefäss. Dieses Staugefäss dient in erster Linie als Gasverschluss und muss immer bis über die Oberkante der einmündenden Ablaufleitungen mit Flüssigkeit gefüllt sein. Es ist entweder an der Behälteraussenwand befestigt oder in nächster Nähe frei aufgestellt. Aus dem Staugefäss führt eine Ablaufleitung in die Jauchegrube. Das Staugefäss als Gasabschluss entspricht also einem Syphon, der selbstverständlich auch anders ausgebildet sein kann und am Aussenmantel angeflanscht ist.
Um die Faulgutobergrenze auch bei verschieden hohem Gasdruck auf gleicher Höhe halten zu können, wird die in das Staugefäss einmündende, zur Jauchegrube führende Ablaufleitung so weit durch den Boden des Staugefässes nach oben geführt, dass mit einem darübergeschobenen Rohrstück (verschiebbare Muffe) die Überlaufkante beliebig eingestellt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Schlammabzug am Behälterboden gebildet durch einen mit seiner Öffnung am Behälterboden aufstehenden Schlammleitkegel mit seitlichen Öffnungen, in den eine im wesentlichen vertikal aufsteigende Ablaufleitung mündet, deren andere Öffnung unterhalb der Faulgutobergrenze in das Staugefäss mündet.
Der dem schwimmenden Faulgut zugeordnete Schlammabzug in Höhe der Faulgutobergrenze ist in einer bevorzugten Ausführungsform gebildet aus einem mit seiner Ablaufkante in Höhe der Faulobergrenze angeordneten Trichter, der in eine Ablaufleitung mündet, deren andere Öffnung unterhalb der Faulgutobergrenze in einem Staugefäss iiündet. Die Öffnungen der bodenseitigen und der decken->eitigen Ablaufleitung münden also beide zusammen in dem Staugefäss, wo sie wahlweise von einem Schieber verschlossen werden können. Der Schieber ist z.B vertikal beweg-ich, in diesem Fall sind die zu verschliessenden Öffnungen /ertikal übereinander angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Schieber luch horizontal verschiebbar angeordnet sein, in diesem Fall sind die den Ablaufleitungen zugeordneten Öffnungen n einer horizontalen Linie nebeneinander angeordnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der jodenseitige und der deckenseitige Schlammabzug dadurch gebildet, dass ein durchgehendes Rohr mit seitlichen Öff-lungen im Bereich des Behälterbodens und im Bereich der -aulgutobergrenze vom Behälterboden bis über die Spitze les Gasglockendeckels hinaus geführt ist, wobei unterhalb les Gasglockendeckels Öffnungen für den Gasaustritt vorge-ehen sind und das Rohr ausserhalb des Gasglockendeckels jasdicht verschlossen ist, wobei unterhalb der Faulgutober-;renze ein im wesentlichen waagrechtes Rohr am durchge-lenden Rohr ansetzt, während die andere Öffnung des im vesentlichen waagrechten Rohres in dem Staugefäss mündet, liermit ist eine besonders einfache konstruktive Verwirkli-hung des boden- und deckenseitigen Schlammabzuges gewährleistet, weil im wesentlichen lediglich ein vertikal auf-agendes Rohr mit einem seitlichen Abzweig im Gärbehälter ngeordnet werden muss.
Es wird bevorzugt, wenn im Gärbehälter ein Mannloch ür die Installation und eventuelle Reparatur vorgesehen st, das im Gasglockendeckel nahe der Behälterwand angeordnet sein kann, damit die Bedienungsperson beim Ein-tieg am oberen Schlammablauftrichter vorbeikommt. Es ist aber auch möglich, das Mannloch seitlich durch die Behälterwand zu führen. Es ergibt sich hiermit der Vorteil,
dass der ganze Behälterdeckel im Bereich des Gasvorratsraumes gasdicht verschweisst ist und keine lösbare Verbindung aufweist. Ausserdem kann man die Tauchpumpe erst am Aufstellungsort mühelos montieren, was für den Transport günstig ist. Ebenso problem- und gefahrlos kann sie bei möglichen Störungen von aussen ausgewechselt werden, nachdem der Behälterinhalt bis auf Montagehöhe abgelassen wurde.
Vorteilhaft ist ferner, dass der nachfolgend beschriebene Hochleistungsgärbehälter ohne weiteres auf herkömmlichen Transportwegen auf öffentlichen Strassen transportierbar ist, weil sich sein Durchmesser in den ohne Sondergenehmigung behördlich vorgeschriebenen Grenzen bewegt. Dadurch kann man die Gärbehälter werksseitig in Serie fertig montieren. Am Aufstellungsort sind dann nur noch die vorgesehenen Leitungen für Strom, Heizwasserkreislauf und Faulgutzu- und -ableitungen anzuschliessen. Diese geringen Abmasse ergeben sich insbesondere dadurch, dass eine ther-mophile Gärmethode, das heisst, eine Erhitzung des Behälterinhalts über 50° angewandt wird.
Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung erstreckt sich nicht nur auf den Gegenstand der einzelnen Ansprüche, sondern auch auf die Kombination der Ansprüche miteinander.
Die Erfindung wird nun an Hand einer lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnung näher erläutert. Hierbei gehen aus der Zeichnung und ihrer Beschreibung weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung hervor.
Der in der Abbildung dargestellte Gärbehälter zeigt einen zylinderförmigen Querschnitt, mit einer Behälterinnenwand la, Behälteraussenwand lb und einer zwischen diesen beiden Wänden angebrachten Isolierung lc. Auf dem Behälter la, lb ist ein Gasglockendeckel 2a angeordnet, der aus einer Gasglockeninnenwand 2b und einer Gasglocken-aussenwand 2c gebildet ist. Der Gasglockendeckel 2a schliest den Gasvorratsraum 2 ab, der über der Faulgutobergrenze 3 ausgebildet ist. Über den Frischgutzulauf 4 wird das Gärsubstrat in den Faulraum 1 eingepumpt und strömt aus den Frischgutaustrittsöffnungen 4a so lange aus, bis der Behälter etwa zur Faulgutobergrenze 3 gefüllt ist. Im Betrieb erfolgt eine stetige Umwälzung des Faulgutes dadurch, dass im Inneren des Faulraums 1 eine Tauchpumpe 25 angeordnet ist, die über den Ansaugfuss 30 das Faulgut ansaugt und über die Umwälzleitung 8 und die Austrittsdüsen 8a im Behälter verströmt. Hierbei ist in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Bodenbereich eine erste Austrittsdüse 8a angeordnet, durch die das Faulgut in Pfeilrichtung 32 ausströmt, während im Gasvorratsraum 2 eine zweite Austrittsdüse 8a vorgesehen ist, die auf die sich an der Faulgutobergrenze 3 bildende Schwimmdecke gerichtet ist, so dass durch das in Pfeilrichtung 31 austretende Faulgut die Schwimmdecke zerkleinert wird.
Der Behälterboden lf ist kegelförmig als Faulraumboden lg ausgebildet, wobei auf diesem ein Schlammleitkegel 12 mit basisseitigen Öffnungen 12a vorgesehen ist. Der zur Mitte des Faulraumbodens lg über die an der umlaufenden Verstärkung 23 angeordneten und einwärts geneigten Leitflächen 24a gelangende Faulschlamm kann dann schliesslich über die Ablaufleitung 5 für den ausgefaulten Ab-schlamm in Pfeilrichtung 33 entnommen werden.
Der Faulschlamm wird mit einer pyramidenförmig in Form eines Heizungskegels 24 angeordneten Heizschlange 10 auf eine relativ hohe Temperatur gebracht, wobei die Heizschlange 10 über den HeizungsVorlauf 10a und den Heizungsrücklauf 10b an eine Warmwasserheizung angeschlossen wird.
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Durch die über dem Schlammleitkegel angeordnete Heizung wird eine Konvektionsströmung erreicht, durch die der vorhandene Behälterraum besser ausgenutzt wird. Die Anwendung der thermophilen Gärmethode (über 50°) gestattet die Verwendung kleiner und damit transportabler Gärbehälter. Selbstverständlich kann das Gärsubstrat auch ausserhalb des Behälters aufgeheizt werden.
Das sich im Gasvorratsraum 2 bildende Gas kann über die Gasablaufleitung 9 entnommen werden.
Nachfolgend wird nun der bodenseitige Schlammabzug 5, 12, 12a erläutert:
Wie eingangs ausgeführt wurde, dient dieser Schlammabzug zur Entfernung von ausgefaultem Gut, welches zum Faulraumboden lg absinkt. Das eine Ende der Ablaufleitung 5 mündet in den Schlammleitkegel 12, während das andere Ende mit seiner Öffnung 21 in das Staugefäss 26 mündet. Soll nun der sich am Faulraumboden lg abgesetzte, ausgefaulte Schlamm entfernt werden, so wird der die Öffnung 21 der Ablaufleitung 5 verschliessende Schieber 34 in Pfeilrichtung 35 nach oben bewegt, so dass die Öffnung 22 der deckenseitigen Ablaufleitung 5a verschlossen wird. Aufgrund des Flüssigkeitsdruckes (Faulgutobergrenze 3 liegt über der Öffnung 21 der Ablaufleitung 5) wird das am Faulraumboden lg abgelagerte Faulgut in Pfeilrichtung 33 in die Ablauf leitung 5 gedrückt und fliesst in das Staugefäss 26 ein. Nachdem die Öffnungen 21, 22 der Ablaufleitungen 5, 5a stets unterhalb der Faulgutobergrenze 3 liegen, bildet das Staugefäss 26 einen Gasverschluss, wobei ein Entlüftungsstutzen 44 im oberen Teil des Staugefässes 26 angeordnet ist. Das in das Staugefäss 26 einfliessende Material füllt das Staugefäss so lange auf, bis es über die Kante 38 einer längs der Ablaufleitung 5b verschiebbaren Muffe 36 gelangt und somit über die Ablaufleitung 5b in Pfeilrichtung 39 abgelassen wird.
Wie eingangs ausgeführt, dient die verschiebbare Muffe 36 zur Beibehaltung einer konstanten Höhe der Fäul-gutobergrenze 3, unabhängig vom Gasdruck innerhalb des Gasvorratsraums 2. Ist der Gasdruck null im Innern des Gasvorratsraumes, dann bildet sich sowohl im Inneren des Faulraums 1 als auch im Staugefäss 26 eine gleiche Flüssigkeitshöhe aus. Ist der Gasdruck im Gasvorratsraum 2 beispielsweise 250 mm Wassersäule, dann ist der Flüssigkeitsstand im Staugefäss höher, theoretisch um etwa 250 mm. Der Weg der Verschiebung der Muffe 36 in Pfeilrichtung 37 richtet sich also nach dem Gasdruck im Innern des Faulraums 1.
Es ist in einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die Verschiebung der Muffe automatisch entsprechend dem Gasdruck im Gasvorratsraum 2 erfolgt. Ebenso ist die Verschiebung der Muffe 36 selbstverständlich auch manuell möglich. Der Gärbehälter ist für einen gewissen Höchstdruck zugelassen. Erkennt man am Gasmanometer, dass der Höchstdruck überschritten wird, so muss der Flüssigkeitsspiegel im Gärbehälter (Faulgutobergrenze 3) gesenkt werden. Hierzu wird die Muffe 36 nach unten in Pfeilrichtung 37 verschoben, so dass die Kante 38 ebenfalls nach unten verschoben wird und der Flüssigkeitsstand im Staugefäss 26 sinkt, weil jetzt in Pfeilrichtung 39 über das Rohr 5b mehr Flüssigkeit aus dem Staugefäss ab-fliesst. Der Flüssigkeitsstand im Staugefäss darf nie so tief sinken, dass die Öffnungen 21, 22 der Ablaufleitungen 5, 5 a frei werden, weil sonst das Gas aus dem Gasvorratsraum 2 in das Staugefäss 26 eingedrückt wird.
Hierzu kann es auch vorgesehen sein, dass die Öffnungen 21, 22 der Ablaufleitungen 5, 5a horizontal nebeneinander angeordnet sind und der Schieber 34 ebenfalls horizontal verschiebbar ist. Auf diese Weise kann dann ein relativ niedriger Flüssigkeitsstand im Staugefäss 26 erzielt werden, ohne dass dabei die Öffnungen 21, 22 unterhalb der Faulgutobergrenze 3 liegen könnten.
Nachfolgend wird der deckenseitige Schlammabzug 5a, 12b beschrieben.
Wesentlich bei dieser Ausführungsform ist, dass der deckenseitige Schlammabzug in Höhe der Faulgutobergrenze 3 gebildet ist aus einem mit seiner Ablaufkante 40 in Höhe der Faulgutobergrenze 3 angeordneten Trichter 12b, der in die Ablaufleitung 5a mündet, deren andere Öffnung 22 unterhalb der Faulgutobergrenze 3 in dem Staugefäss 26 mündet. Die Trichterform des Trichters 12 ist deshalb wichtig, weil an der unteren Kante 45 des Trichters 12b sich eine schräge Fläche bildet. Das aufsteigende Gärmaterial wird an dieser schrägen Fläche schräg nach oben geleitet und stösst dort mit der sich eventuell ausbildenden Schwimmdecke an der Faulgutobergrenze 3 zusammen. Es erfolgt dann dort eine Brechung des Faulgutes über die Kante 46 des Trichters 12b sowie eine Entgasung an der Kante 46, so dass das Material der Schwimmdecke dort in gebrochener Form in den Trichter 12b hineinfällt und in Pfeilrichtung 41 über die Ablaufleitung 5a in das Staugefäss 26 ausgelassen wird. Es erfolgt damit in Zusammenhang mit der Austrittsdüse 8a der Umwälzleitung 8 eine optimale Zerkleinerung der Schwimmdecke.
Der Trichter 12 ist mit Streben 12c am Gasglockendek-kel 2a befestigt.
In der gezeichneten Darstellung ist der Schieber 34 in seiner untersten Stellung und verschliesst die der Ablaufleitung 5 zugeordnete Öffnung 21. In der Darstellung wird also das an der Faulgutobergrenze 3 sich ausbildende Material über den Trichter 12b und die Ablaufleitung 5a in Pfeilrichtung 41 aus dem Gärbehälter ausgelassen.
Statt der Anordnung eines Trichters 12b mit einer Kante 46 und einer Ablaufkante 40 ist es auch möglich, zur Zerteilung der Schwimmdecke eine Rührschnecke oder andere mechanische Zerkleinerungsvorrichtungen zu verwenden. Ebenso können mehrere Düsenöffnungen 8a vorgesehen sein, um die Schwimmdecke durch den Düsenstrahl aus der Umwälzleitung 8 zu zerteilen. Die Ablaufkante 40 des Trichters 12b kann auch noch mit Vorsprüngen und Zacken versehen sein, um eine zusätzliche mechanische Zerkleinerung des in den Trichter 12b hineinfallenden Materials zu gewährleisten. Ebenso kann die Tauchpumpe 25 auch ausserhalb des Gärbehälters angeordnet sein.
Es liegt auch im Bereich der vorliegenden Erfindung, wenn statt eines zylinderförmigen Behälters ein Kugeltank verwendet wird. Ebenso ist es möglich, statt der festen Verbindung zwischen dem Gasglockendeckel 2a und der vertikal aufstrebenden Behälterseitenwand la, lb, lc einen auf einem Flüssigkeitsverschluss schwimmenden Gasglockendeckel 2a zu verwenden.
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1 Blatt Zeichnungen
Claims (15)
1. Gärbehälter mit Vorrichtungen zur kontinuierlichen oder intermittierenden Ausfaulung organischer Substanzen, bestehend aus einem wärmeisolierten Behälter, in den Zuleitungen für den Frischguteiniauf und Ablaufleitungen für die Abführung des ausgefaulten Gutes münden und in dem Vorrichtungen zur Aufheizung und Umwälzung des Faulgutes angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur alternativen Abführung von aufschwimmendem oder von aufsteigendem Faulgut neben dem Schlammabzug (5, 12, 12a) am Behälterboden (lf) auf auf Höhe der Faulgutobergrenze (3) ein Schlammabzug (5a, 12b) vorgesehen ist.
2. Gärbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlammabzug (5, 12, 12a) am Behälterboden (lf) gebildet ist durch einen mit seiner Öffnung am Behälterboden (lf) aufstehenden Schlammleitkegel (12) mit seitlichen Öffnungen (12a), in den eine im wesentlichen vertikal aufsteigende Ablaufleitung (5) mündet, deren andere Öffnung (21) unterhalb der Faulgutobergrenze (3) in ein Staugefäss (26) mündet.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Gärbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlammabzug (5a, 12b) in Höhe der Faulgutobergrenze (3) gebildet ist aus einem mit seiner Ablaufkante (40) in Höhe der Faulgutobergrenze (3) angeordneten Trichter (12b), der in eine Ablaufleitung (5a) mündet, deren andere Öffnung (22) unterhalb der Faulgutobergrenze (3) in einem Staugefäss (26) mündet.
4. Gärbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlammabzug am Behälterboden und in Höhe der Faulgutobergrenze (3) dadurch gebildet ist, dass ein durchgehendes Rohr mit seitlichen Öffnungen im Bereich des Behälterbodens (lf) und im Bereich der Faulgutobergrenze (3) vom Behälterboden (lf) bis über die Spitze des Gasglockendeckels (2a) hinaus geführt ist, wobei unterhalb des Gasglockendeckels (2a) Öffnungen für den Gasaustritt vorgesehen sind und das Rohr ausserhalb des Gasglockendeckels (2a) gasdicht verschlossen ist, und dass unterhalb der Faulgutobergrenze (3) ein im wesentlichen waagrechtes Rohr am durchgehenden Rohr ansetzt, während die andere Öffnung des im wesentlichen waagrechten Rohres in einem Staugefäss (26) mündet.
5. Gärbehälter nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (21, 22) der in das Staugefäss (26) mündenden Ablaufleitungen (5a, 5) wahlweise durch einen elektrisch, hydraulisch oder manuell verstellbaren Schieber (34) verschliessbar sind, und dass der Schieber im Staugefäss (26) angeordnet ist.
6. Gärbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Konstanthaltung einer gleichbleibenden Faulgutobergrenze (3) im Faulraum (1) unabhängig vom Gasdruck im Gasvorratsraum (2) im Staugefäss (26) eine Abflussvorrichtung (5b, 36, 38) mit veränderbarer Abflusshöhe angeordnet ist.
7. Gärbehälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflussvorrichtung (5b, 36, 38) im Staugefäss (26) gebildet ist aus einer im Staugefäss (26) mündenden Ablaufleitung (5b), auf deren Rohrstutzen eine in vertikaler Richtung verschiebbare Muffe (36) angeordnet ist.
8. Gärbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Faulraum (1) eine Tauchpumpe (25) bzw. ausserhalb eine Anordnung angeordnet ist, die das Faulgut über Umwälzleitungen (8) im Faulraum (1) umwälzt.
9. Gärbehälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Faulraumobergrenze (3) eine Umwälzleitung (8) mit einer auf die Schwimmdecke des Faulgutes gerichteten Düse (8a) angeordnet ist.
10. Gärbehälternach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmasse des thermophil beheizbaren Gärbehälters den üblichen Transportbedingungen von maximal 3.000 mm Durchmesser und 7.500 mm Höhe angepasst sind.
11. Gärbehälter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die pyramidenförmig angeordneten Heizschlangen (10) zwischen Schlammleitkegel (12) und oberem Trichter (12b) angeordnet sind.
12. Gärbehälter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dss sich die im Abstand voneinander angeordneten Heizschlangen (10) im Bereich der Gärsubstratzuströmöffnungen (4a, 8a) befinden.
13. Gärbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Behälterboden (lf) eine umlaufende Verstärkung (23) angeordnet ist, die gleichzeitig der Abstützung des Schlammleitkegels (12) und des Heizungskegels (24) dient.
14. Gärbehälter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung (23) Leitflächen (24a) besitzt, die nach der Basis bzw. Öffnungen (12a) im Schlammleitkegel (12) weisen.
15. Gärbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Staugefäss (26) mittels Flanschverbindungen mit dem Gehäusemantel des Gärbehälters verbunden ist.
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