DE102004059703A1 - Verfahren zur Herstellung von nicht eingehausten Reaktorkörpern und zur Gewinnung von Biogas aus solchen Reaktorkörpern - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von nicht eingehausten Reaktorkörpern (2), die Reaktorkörpermaterial (4) mit anerob fermentierbaren Bestandteilen enthalten, und zur Gewinnung von Biogas aus den so hergestellten Reaktorkörpern (2) angegeben, das eine effektivere Erzeugung von Biogas aus nicht eingehausten Reaktorkörpern ermöglicht. Dies erfolgt durch die Verfahrensschritte:
a) Vermischen des Reaktorkörpermaterials (4) mit bereits vergorenem Austragsmaterial (6) aus herkömmlichen Fermentationsanlagen;
b) Aufschütten des nicht eingehausten Reaktorkörpers (2) und Einbetten eines Rohrleitungssystems (8) in den Reaktorkörper (2) zur Abfuhr von Biogas aus dem Reaktorkörper (2); und
c) Abfuhr des sich in dem Reaktorkörper (2) bildenden Biogases über das Rohrleitungssystem (8).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von nicht eingehausten Reaktorkörpern, die Reaktorkörpermaterial mit anerob fermentierbaren Bestandteilen enthalten, und zur Gewinnung von Biogas aus diesen Reaktorkörpern nach Anspruch 1.
  • Herkömmlicherweise werden anaerob fermentierbare Biomassen kontrolliert in geschlossenen Fermentationsanlagen unter Produktion von Biogas behandelt. Diese Art der Biomassebehandlung ist besonders im Bereich der Abfallentsorgung aufgrund des damit einhergehenden apparativen Aufwandes kostenintensiv und daher nicht immer wirtschaftlich.
  • Darüber hinaus gibt es eine weitestgehend unkontrollierte Biogasbildung in Deponien, insbesondere Mülldeponien oder deponieähnlichen Ablagerungen. Diese Ablagerungen stellen nicht eingehausten Reaktorkörper mit Reaktorkörpermaterial dar, das anaerob fermentierbare Bestandteile, wie aus Hausmüll, hausmüllähnlichen Gewerbeabfällen, Klärschlamm, Abfällen aus dem Garten- und Landschaftsbau, Abfällen aus der Landwirtschaft, Abfällen und Reststoffen aus der Nahrungsmittelindustrie usw. i.d.R. vermischt mit nicht anaerob fermentierbaren Bestandteilen, wie Kunststoffen, Glas, Mineralien, Metallen etc. enthält. In diesem Fall läuft der gasbildende Fermentationsprozess unkontrolliert über mehrere Jahre und vergleichsweise ineffizient ab.
  • Die weltweit zunehmende Forderung nach Nutzung alternativer Energiequellen und Reduzierung von Treibhausgasen verlangt nach technisch einfachen und wirtschaftlich durchführbaren Verfahren zur energetischen Verwertung von anaerob fermentierbaren Biomassen.
    •
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von nicht eingehausten Reaktorkörpern, die Reaktorkörpermaterial mit anerob fermentierbaren Bestandteilen enthalten, und zur Gewinnung von Biogas aus dem so hergestellten Reaktorkörpern anzugeben, das ein effektivere Erzeugung von Biogas aus nicht eingehausten Reaktorkörpern ermöglicht.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren nach Anspruch 1.
  • Es wird ein Verfahren zur Gewinnung von Biogas aus nicht eingehausten Reaktorkörpern angegeben, wobei die Reaktorkörper Reaktorkörpermaterial mit anerob fermentierbaren Bestandteilen enthalten. Genauer wird ein Verfahren zur Herstellung solch nicht eingehauster Reaktorkörpern und zur Gewinnung von Biogas aus den so hergestellten Reaktorkörpern angegeben.
  • Durch das Vermischen des Reaktorkörpermaterials mit bereits vergorenem Austragsmaterial aus herkömmlichen, d. h. eingehausten Fermentationsanlagen wird die Erzeugung von Biogas beschleunigt, stabilisiert und insgesamt verbessert. Der Aufbau des Reaktorkörpers kann kontinuierlich in beliebiger Form und Menge über konventionelle Technik (Bagger, Radlader etc.) erfolgen. Beim Aufbau des nicht eingehausten Reaktorkörpers wird ein Rohrleitungssystem in den Reaktorkörper eingebettet, die im Reaktorkörper perforiert sind. Durch dieses Rohrsystem läßt sich das entstehende Biogas einfach und effizient abführen. Das abgeführte Biogas wir anschließend durch konventionelle Technik aufbereitet (gereinigt, getrocknet, etc.) und einer Verwertung zugeführt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Einbetten des Rohrleitungssystems nachdem der Reaktorkörper aufgeschüttet worden ist, in dem z. B. Rohr elemente, die im unteren Bereich perforiert sind, in den aufgeschütteten Reaktorkörper gerammt werden (Anspruch 2).
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Einbetten des Rohrleitungssystems durch Einrammen von Biogassammelrohren in den hergestellten Reaktorkörper. Dieses nachträgliche Einrammen der Biogassammelrohre stellt eine kostengünstige Variante des Einbettens des Rohrleitungssystems in den Reaktorkörper dar (Anspruch 3).
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach wird dem Reaktorkörper zur Beschleunigung und Stabilisierung der Fermentierung Perkolat zugeführt (Anspruch 4).
  • Diese Perkolatzufuhr erfolgt vorzugsweise mittels des in dem Reaktorkörper eingebetteten Rohrleitungssystems. Dieses Rohrleitungssystem stellt damit ein kombiniertes Perkolationszufuhr und Biogasabfuhrsystem dar (Anspruch 5).
  • Alternativ kann die Zufuhr von Perkolat in den Reaktorkörper auch über ein eigenes in den Reaktorkörper eingebettetes Perkolatrohrsystem erfolgen (Anspruch 6).
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das verwendete Perkolat im wesentlichen aus dem im Reaktorkörper anfallenden und an der Basis des Reaktorkörpers gesammelten und gegebenenfalls biologisch und chemisch nachträglich konditionierten Sickerwassers. Hierzu wird auf dem nach unten wasserdicht abgedichteten Boden des Reaktorkörpers ein Sickerwassererfassungssystem in Form einer Drainageeinrichtung vorgesehen (Anspruch 7).
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden aus dem Reaktorkörpermaterial vor dem Aufschütten des Reaktorkörpers Störstoffe, d. h. nicht anerob fermentierbare Bestandteile, wie Metall, Mineralien, Kunststoffe etc. aussortiert. Dieses Aussortieren kann insbeson dere durch Aussieben erfolgen. Hierdurch wird die Menge des pro Reaktorkörpervolumen erzeugten Biogases erhöht und der Fermentationsprozeß stabilisiert (Anspruch 8).
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Reaktorkörpermaterial vor dem Aufschütten des Reaktorkörpers zerkleinert. Auch hierdurch wird die Erzeugung von Biogas verbessert (Anspruch 9).
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Reaktorkörper nach dem Aufschütten und dem Einbetten des Rohrleitungssystems (Schritt b)) abgedeckt. Auch hierdurch wird der Fermentationsprozeß stabilisiert und verbessert, da somit auch in der äußeren Randschicht des Reaktorkörpers Biogas erzeugt wird (Anspruch 10).
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Reaktorkörper nach Abschluß der Biogaserzeugung über das Rohrleitungssystem zwangsbelüftet. Auf diese Weise wird die Aerobisierung und Nachkompostierung des Reaktorkörpers gewährleistet. Auch kann er danach ohne Explosionsgefahr abgetragen werden (Anspruch 11).
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Abfuhr des Biogases durch Absaugen. Hierbei wird die Saugkraft der Pumpen über die Zusammensetzung des aus dem Reaktorkörper abgesaugten Gasgemisches geregelt. Sinkt der Anteil des verwertbaren Biogases wird die Saugkraft reduziert. D. h. es wird mehr Biogas abgesaugt als erzeugt wird. Steigt der Anteil des Biogases über einen bestimmten Prozentsatz, wird die Saugkraft der Pumpen erhöht (Anspruch 12).
    •
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevor zugter Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung.
  • Es zeigt
  • 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Reaktorkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung; und
  • 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Reaktorkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung
  • 1 zeigt einen nach Art einer Miete langgestreckten Reaktorkörper 2 mit Reaktorkörpermaterial 4 mit anerob fermentierbaren Bestandteilen. Das Reaktorkörpermaterial 4 ist mit bereits vergorenem Austragsmaterial 6 aus herkömmlichen eingehausten Fermentationsanlagen durchmischt. Eingebettet in den Reaktorkörper 2 ist ein Rohrleitungssystem 8. Das Rohrleitungssystem 8 besteht aus einer Mehrzahl von waagrecht verlaufenden, sich über die Breite des Reaktorkörpers 2 erstreckenden perforierten Rohrelementen 10. die waagrechten Rohrelemente 10 münden mittig in ein vertikales Rohrelement 12, das aus dem Reaktorkörper 2 herausragt. Durch ein sich in Längsrichtung des Reaktorkörpers 2 erstreckendes Rohrstück 14 wird angedeutet, dass sich die Anordnung aus waagrechten und senkrechten Rohrelementen 10 und 12 über die Länge des Reaktorkörpers 2 wiederholt.
  • Der Reaktorkörper 2 wird durch eine gasdichte Abdeckfolie 16 abgedeckt. Der Reaktorkörper 2 ist auf einer flüssigkeitsdichten Bodenwanne 18 angeordnet. In der Bodenwanne 18 ist eine Drainageeinrichtung 20 integriert, mittels der Sickerflüssigkeit aus dem Reaktorkörper 2 abgezogen wird. Diese Sickerflüssigkeit wird gegebenenfalls nach Aufbereitung dem Reaktorkörper 2 über das Rohrleitungssystem 8 wieder als Perkolat zugeführt.
  • Die zweite Ausführungsform der Erfindung nach 2 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nach 1 lediglich in der Ausgestaltung des Rohrleitungssystems für die Abfuhr des Biogases. Die zweite Ausführungsform der Erfindung weist ein Rohrleitungssystem 22 auf, das nicht beim Aufschütten des Reaktorkörpers 2 in den Reaktorkörper 2 eingebettet wird, sondern nachträglich, nachdem der Reaktorkörper 2 bereits aufgeschüttet worden ist. Hierzu umfasst das Rohrleitungssystem 22 eine Mehrzahl von zum Teil in den Reaktorkörper 2 hineinragenden und zum Teil aus dem Reaktorkörper 2 herausragenden Biogasaufnahmerohren 24. Die Biogasaufnahmerohre 22 umfassen einen unteren, im Reaktorkörper befindlichen perforierten Teil 25 und einen nicht perforierten Teil 26, der aus dem Reaktorkörper 2 herausragt. Die Biogasaufnahmerohre 24 werden in den bereits aufgeschütteten bzw. aufgebauten Reaktorkörper 2 hineingerammt, so dass der perforierte Teil 25 sich im Inneren des Reaktorkörpers 2 befindet und der nicht perforierte Teil 25 aus dem Reaktorkörper 2 herausragt. Über schematisch angedeutete Sammelrohre 28 wird das in den Biogasaufnahmerohren 24 aufsteigende Biogas gesammelt und seiner weiteren Verwendung zugeführt.
    • 2
    Reaktorkörper
    4
    Reaktorkörpermaterial
    6
    Austragsmaterial
    8
    Rohrleitungssystem
    10
    waagrechte perforierte Rohrelemente
    12
    senkrechte Rohrelemente
    14
    Verbindungsrohrelemente
    16
    Abdeckfolie
    18
    Bodenwanne
    20
    Drainageeinrichtung
    22
    Rohrleitungssystem
    24
    Biogasaufnahmerohre
    25
    perforierter Teil von 24
    26
    nicht perforierter Teil von 24
    28
    Sammelrohre

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung eines nicht eingehausten Reaktorkörpers (2), der Reaktorkörpermaterial (4) mit anerob fermentierbaren Bestandteilen enthält, und zur Gewinnung von Biogas aus dem hergestellten Reaktorkörper (2), mit den Verfahrensschritten: a) Vermischen des Reaktorkörpermaterials (4) mit bereits vergorenem Austragsmaterial (6) aus herkömmlichen Fermentationsanlagen; b) Aufschütten des nicht eingehausten Reaktorkörpers (2) und Einbetten eines Rohrleitungssystems (8) in den Reaktorkörper (2) zur Abfuhr von Biogas aus dem Reaktorkörper (2); und c) Abfuhr des sich in dem Reaktorkörper (2) bildenden Biogases über das Rohrleitungssystem (8).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt b) in einen Verfahrensschritt b1) des Aufschüttens des nicht eingehausten Reaktorkörpers (2) und in einen Verfahrensschritt b2) des Einbettens des Rohrleitungssystems (8) aufgespalten wird, die zeitlich nacheinander erfolgen.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt b2) Biogasaufnahmrohre (24) in den Reaktorkörper (2) gerammt werden, die einen unteren, im Reaktorkörper (2) befindlichen perforierten Teil (25) und einen nicht perforierten Teil (26) aufweisen, der aus dem Reaktorkörper (2) herausragt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Zufuhr von Perkolat in den Reaktorkörper (2).
  5. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Perkolat in den Reaktorkörper (2) nach dem Verfahrensschritt c) über das Rohrleitungssystem (8) zur Abfuhr des Biogases erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Perkolat in den Reaktorkörper (2) über ein in den Reaktorkörper (2) eingebrachtes Perkolatrohrsystem erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zugeführte Perkolat zumindest teilweise über eine Drainageeinrichtung (20) am Boden (18) des Reaktorkörpers (2) aufgesammelt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verfahrensschritt a) grob nicht anerob fermentierbare Inhaltsstoffe aus dem Reaktorkörpermaterial (4) aussortiert, insbesondere ausgesiebt werden.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verfahrensschritt b) das Reaktorkörpermaterial (4) mechanisch zerkleinert wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktorkörper (2) nach dem Verfahrensschritt b) abgedeckt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch d) Belüftung des Reaktorkörpers (2) über das Rohrleitungssystem (8) nach Beendigung der Biogasabfuhr.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahrensschritt c) die Abfuhr des Biogases über Saugpumpen erfolgt, und dass die Saugkraft dieser Pumpen über die Zusammensetzung des abgeführten Biogases geregelt wird.
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