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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umbau eines Gärreaktors
mit einem Gärsubstrat
enthaltenen Gärraum,
der von Seitenwandungen und einem Boden begrenzt wird und mit einem
Tragluftdach, das vom Gasdruck innerhalb des Gärreaktors getragen wird.
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Derartige
Gärreaktoren
mit Tragluftdach sind bekannt. Aus dem Gärraum entweichendes Biogas, insbesondere
Methan, wird in einem Gasraum aufgefangen, der von dem Gärraum, von
den umseitigen Seitenwandungen sowie von dem Tragluftdach begrenzt
wird. Der Gasdruck innerhalb des Gärreaktors und innerhalb des
Gasraumes ist konstruktionsbedingt auf maximal 5 mbar über dem
Umgebungsdruck begrenzt. Der Gasraum wird dabei durch Einblasen
von Luft zwischen eine äußere gasdichte Membran
des Tragluftdaches und eine innere gasdichte Membran des Tragluftdaches
verkleinert und dadurch das im Gasraum befindliche Gas auf den Betriebsdruck
komprimiert. Zur Entnahme von Gas aus dem Gasraum ist jedoch ein
höherer
Druck als der bei Gärreaktoren
mit einem Tragluftdach realisierbare Betriebsdruck wünschenswert.
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Bekannt
sind zudem Gärreaktoren
mit einem Dach, das von einem oder mehreren Trägern getragen wird, die auf
dem Boden des Gärraumes
abgestützt
sind. Bedingt durch den oder die Träger sind stabilere Dachkonstruktionen
möglich,
die einen höheren
Betriebsdruck innerhalb des zwischen dem Gärraum und dem Dach angeordneten
Gasraumes ermöglichen.
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Ein
Umbau eines Gärreaktors
mit einem Tragluftdach zu einem Gärreaktor mit einem Dach, daß von einem
oder mehreren Trägern
getragen wird, erfolgt üblicherweise
so, daß das
Gärsubstrat zunächst vollständig aus
dem Gärraum
entfernt wird, anschließend
das Tragluftdach entfernt, ein oder mehrere Träger lotrecht auf dem Boden
des Gärraumes
aufgestellt und befestigt werden und anschließend ein neues Dach auf den
Trägern
aufgesetzt wird. Anschließend
wird der Gärraum
erneut mit Gärsubstrat
befüllt.
Das mikrobiologische Gleichgewicht ist nach dem Abpumpen im Gärsubstrat
zerstört.
Es dauert anschließend
mehrere Wochen, bis sich das erwünschte
mikrobiologische Gleichgewicht im Gärsubstrat wieder eingestellt
hat und erneut Biogas produziert wird. Zudem sind in derartigen
Gärreaktoren zum
Teil 100 m3 Gärsubstrat und mehr enthalten,
so daß das
Auspumpen des Gärraumes
sehr zeitaufwendig und der Abtransport oder die Zwischenlagerung
des Gärsubstrates
kostenintensiv ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Umbau eines
Gärreaktors
mit einem Tragluftdach der eingangs genannten Art bereitzustellen,
bei dem der Umbau und die erneute Produktion von Biogas in kürzerer Zeit
erfolgt als bisher.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen
2 bis 13 enthalten.
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Das
Tragluftdach des Gärreaktors
wird zumindest bereichsweise geöffnet,
um einen Zugang zum Gärraum
zu bilden. Bevorzugt wird das Tragluftdach jedoch vollständig entfernt
und später
komplett durch das neue Dach ersetzt. Durch den geschaffenen Zugang
hindurch wird ein Montagehilfsrohr in den Gärreaktor lotrecht eingesetzt
und auf dem Boden des Gärraumes
aufgesetzt. Die Längserstreckung
des Montagehilfsrohrs entspricht dabei zumindest der Füllhöhe des im
Gärreaktor
befindlichen Gärsubstrates.
Anschließend
wird das Gärsubstrat aus
dem Inneren des Montagehilfsrohres entfernt. Das Gärsubstrat
wird dabei bevorzugt aus dem Montagehilfsrohr ausgepumpt. Im Inneren
des Montagehilfsrohres entsteht dadurch ein Montageraum, der frei
von Gärsubstrat
ist. Der Querschnitt des Montagehilfsrohres ist dabei bevorzugt
so ausreichend dimensioniert, daß eine Person in dem Montageraum arbeiten
kann. Anschließend
wird ein Träger
in das Montagehilfsrohr eingeführt
und auf dem Boden des Gärreaktors
abgestützt.
Nach Montage des Trägers wird
das Montagehilfsrohr entfernt und ein neues Dach auf dem Gärreaktor
aufgesetzt, das von dem Träger
getragen und mit den Seitenwandungen des Gärreaktors gasdicht verbunden
wird.
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Durch
dieses Vorgehen muß lediglich
das Volumen des Inneren des Montagehilfsrohres von Gärsubstrat
befreit werden und nicht der gesamte Gärraum. Das Auspumpen des Montagehilfsrohres dauert
entsprechend deutlich weniger lang, so daß der Umbau des Gärreaktors
schneller fertiggestellt werden kann. Das mikrobiologische Gleichgewicht wird
durch diesen Eingriff nur unwesentlich gestört, so daß bereits nach wenigen Tagen
erneut Biogas erzeugt wird.
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Das
Montagehilfsrohr und der Träger
werden bevorzugt in der Mitte des Gärreaktors positioniert. Hierdurch
ist eine stabile Statik des von dem Träger getragenen neuen Daches
sichergestellt.
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Mit
Vorteil weist das Montagehilfsrohr zur Stabilisierung seiner lotrechten
Position eine Standeinrichtung auf, die auf dem Boden des Gärreaktors aufgesetzt
wird. Ein Kippen des Montagehilfsrohres zur Seite und ein dadurch
bedingtes Eindringen von Gärsubstrat
in das Innere des Montagehilfsrohres wird dadurch entgegengewirkt.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird
das Montagehilfsrohr alternativ oder ergänzend zur Standeinrichtung
mit Halteelementen an den Seitenwandungen des Gärreaktors fixiert. Die Halteelemente
werden dabei bevorzugt von Seilen oder Verstrebungen gebildet, die
mit Vorteil jeweils am oberhalb des Gärsubstrates liegenden Endes
des Montagehilfsrohres angreifen. Der stabile Stand des Montagehilfsrohres
auf dem Boden des Gärraumes
wird dadurch weiter verbessert.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die
Fuge zwischen dem Montagehilfsrohr und dem Boden des Gärraumes
abgedichtet. Hierdurch wird verhindert, daß Gärsubstrat, insbesondere bei
einem unebenen Boden, aus dem Gärraum
in den Montageraum eindringt und permanent abgepumpt werden muß. In einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Montagehilfsrohr
an seinem auf dem Boden des Gärraumes
aufsetzenden Ende eine umlaufende Dichtung auf, die beim Einsetzen
des Montagehilfsrohres in den Gärreaktor
auf dem Boden des Gärraumes aufgesetzt
wird. Eine zusätzliche
manuelle Abdichtung der Fuge zwischen dem Montagehilfsrohr und dem
Boden des Gärraumes
erübrigt
sich dadurch und die Fuge ist dennoch auch bei unebenem Boden ausreichend
abgedichtet.
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Mit
Vorteil werden im Montagehilfsrohr gegebenenfalls befindliche, gesundheitsschädliche Gase zumindest
bis zu einer für
Menschen unbedenklichen Konzentration abgesaugt. Hierdurch ist ein
Arbeiten im Montageraum ohne Gasmaske möglich und die Arbeitssicherheit
für das
Montagepersonal dennoch sichergestellt.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der
Träger
fest mit dem Boden des Gärraumes
verbunden. Der Träger
muß dadurch
nicht zusätzlich über Verstrebungen
oder dergleichen zu den Seitenwänden
in dessen Position fixiert werden.
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Mit
Vorteil wird der Träger
zumindest bereichsweise als Rohr mit einer Eintrittsöffnung und
einer Austrittsöffnung
ausgebildet, wobei zwischen den Öffnungen
ein Rührwerk
zur Beförderung
von Gärsubstrat
von der Eintrittsöffnung
zur Austrittsöffnung angeordnet
wird. Durch diese Ausgestaltung ist ein Umwälzen des Gärsubstrates im Gärraum nach
Fertigstellung des Umbaus möglich,
wodurch die Produktion von Biogas gesteigert werden kann. Zudem werden
hierdurch Schwimmdecken auf dem Gärsubstrat verhindert. In einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zudem ein Heizsystem
in den rohrförmigen
Träger
eingesetzt. In Verbindung mit dem Rührwerk ist dadurch eine gleichmäßige und kontrollierte
Temperierung des Gärsubstrates
im gesamten Gärraum
möglich,
wodurch die Produktion von Biogas weiter gesteigert werden kann.
Mit dem gleichen Effekt wird auch das neue Dachsystem außenseitig
mit Vorteil wärmeisoliert.
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Der
Gasraum des Gärreaktors
wird in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mit
einem Niederdruck-Gasspeicher verbunden, in dem Biogas aus dem Gasraum
eingeleitet wird und aus dem Gas zum Verbrauch entnommen werden kann.
Der Druck im Inneren des Niederdruck-Gasspeichers wird bevorzugt
auf 5 bis 80 mbar über
dem Umgebungsdruck eingestellt, insbesondere auf 10 bis 40 mbar.
Bedingt durch den Umbau des Gärreaktors
ist der Druck im Inneren des Gasraumes höher als zuvor, so daß weniger
Energie aufgewandt werden muß,
um das Biogas aus dem Gasraum in den Niederdruck-Gasspeicher einzuleiten.
Der sich durch die Produktion von Biogas im Gasraum oberhalb des Gärsubstrates
einstellende Druck wird in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung auf einen Wert oberhalb oder gleich dem Betriebsdruck
des Niederdruck-Gasspeichers eingestellt. Hierdurch ist ein Betrieb
der Biogasanlage, umfassend den erfindungsgemäß umgebauten Gärreaktor und
den damit verbunden Niederdruck-Gasspeicher, ohne zusätzlichen
Gasverdichter zur Druckerhöhung möglich. Kosten
für die
Anschaffung, den Betrieb und die Wartung derartiger Druckerhöhungsverdichter entfallen
dadurch. Der hohe Gasdruck der Anlage bewirkt zudem eine sichere,
druckschwankungsfreie Gasversorgung der Gasverbraucher.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung begrenzt
eine Membran des neuen Dachsystems einen Gasraum oberhalb des Gärraumes,
wobei die Dehnung der Membran von Stabilisierungselementen begrenzt
wird, die außerhalb des
Gasraumes zwischen den Seitenwandungen des Gärreaktors und dem Träger oder
einer mit dem Träger
verbundenen Halteeinrichtung angeordnet werden. Als Stabilisierungselemente
werden dabei bevorzugt Netze eingesetzt, die zwischen den Seitenwandungen
und einer auf dem Träger
aufmontierten Platte als Halteeinrichtung gespannt werden.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie
den nachfolgend beschriebenen schematisch dargestellten Verfahrensschritten
der Erfindung entnehmbar; es zeigen:
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1 einen
Gärreaktor
mit Tragluftdach vor dem Umbau,
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2 den
Gärreaktor
aus 1 mit abgenommenem Tragluftdach,
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3 den
Gärreaktor
aus 1 mit eingesetztem Montagehilfsrohr,
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4 das
Auspumpen des Montagehilfsrohres,
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5 das
Einsetzen des Trägers
in das Montagehilfsrohr,
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6 den
Gärreaktor
nach Entfernen des Montagehilfsrohres,
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7 den
Gärreaktor
mit neuem Dachsystem nach dem erfindungsgemäßen Umbau und
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8 den
Gärreaktor
aus 7 verbunden mit einem Niederdruck-Gasspeicher.
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Nachfolgend
werden gleichwirkende Teile mit einheitlichen Bezugsziffern versehen.
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Die 1 bis 8 zeigen
insgesamt verschiedene Verfahrensstadien des Umbaus eines Gärreaktors 2. 1 zeigt
den Gärreaktor 2 mit
einem Gärsubstrat 4 enthaltenen
Gärraum 6,
der von Seitenwandungen 8 und einem Boden 10 begrenzt wird.
Der Gärreaktor 2 hat
ein Tragluftdach 12, das vom Gasdruck innerhalb des Gärreaktors 2 getragen wird. Über ein
Druckluftgebläse 14 wird
Luft zwischen eine äußere Membran 16 und
eine innere Membran 18 des Tragluftdaches 12 eingeleitet.
Hierdurch wird ein Gasraum 20 verkleinert, der unterhalb
der inneren Membran 18 und begrenzt durch das Gärsubstrat 4 und
die Seitenwandungen 8 angeordnet ist, so daß der Gasdruck
im Inneren des Gasraumes 20 erhöht wird.
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2 zeigt
den Gärreaktor 2 mit
abgenommenem Tragluftdach 12. Hierdurch wird ein Zugang 22 zum
Gärraum 6 gebildet,
in den ein Montagehilfsrohr 24 eingesetzt werden kann,
wie in 3 dargestellt. Das Montagehilfsrohr 24 wird
dabei lotrecht in den Gärreaktor 2 eingesetzt
und auf dem Boden 10 des Gärraumes 6 aufgesetzt.
Die Längserstreckung L
des Montagehilfsrohres 24 ist dabei länger als die Füllhöhe H des
Gärsubstrates 4 im
Gärraum 6.
Das Montagehilfsrohr 24 ist mit Halteelementen 26 an
den Seitenwandungen 8 des Gärreaktors 2 fixiert.
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Die
zwischen dem Montagehilfsrohr 24 und dem Boden 10 des
Gärraumes 6 befindliche
Fuge 28 ist abgedichtet. Die Abdichtung erfolgt im Ausführungsbeispiel
dadurch, daß das
Montagehilfsrohr 24 an seinem auf dem Boden 8 des
Gärraumes 6 aufsetzenden
Ende eine umlaufende Dichtung 30 aufweist, deren Position
durch Pfeil 30 angedeutet ist.
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Nach
der Montage des Montagehilfsrohres 24 wird der durch das
Innere 32 des Montagehilfsrohres 24 gebildete
Montageraum von dem dort befindlichen Gärsubstrat 4 befreit,
wobei das Gärsubstrat 4 im
Ausführungsbeispiel
mittels Pumpeinrichtung 34, wie in 4 dargestellt,
ausgepumpt wird.
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Anschließend wird
ein Träger 36 in
das Montagehilfsrohr 24 eingesetzt, auf dem Boden 10 des Gärraumes 6 aufgesetzt
und dort von einem Monteur 38 befestigt, wie in 5 dargestellt.
Danach wird das Montagehilfsrohr 24 entfernt, so daß das Gärsubstrat 4 den
Träger 36 unmittelbar
umgibt, wie in 6 abgebildet.
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7 zeigt
den Gärreaktor 2 nach
abgeschlossenem Umbau. Ein neues Dach 40 ist auf dem Gärreaktor 2 aufgesetzt
und wird von dem Träger 36 getragen.
Das neue Dach 40 ist gasdicht mit den Seitenwänden 8 des
Gärreaktors 2 verbunden.
Der Gasraum 20 wird von einer Membran 42 des neuen
Daches 40 begrenzt, deren Dehnung von Stabilisierungselementen 44 begrenzt
wird, die außerhalb
des Gasraumes 20 zwischen den Seitenwandungen 8 und
einer mit dem Träger 36 verbundenen
Halteeinrichtung 46, im Ausführungsbeispiel gebildet durch eine
auf dem Träger 36 aufmontierte
Platte, angeordnet werden. Über
eine zwischen den Stabilisierungselementen 44 und der Membran 42 angeordneten Isolierung 48 ist
das neue Dach 40 wärmeisoliert.
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Der
Träger 36 ist
im Ausführungsbeispiel
als Rohr ausgebildet, das Eintrittsöffnungen 50 vom Gärraum 6 zum
Rohrinneren 51 und Austrittsöffnungen 52 vom Rohrinneren 51 zum
Gärraum 6 aufweist.
Ein zwischen den Öffnungen 50, 52 im
Rohrinneren 51 angeordnetes Rührwerk 54 befördert durch
die Eintrittsöffnungen 50 in
das Rohrinnere 51 gelangendes Gärsubstrat 4 zu den
Austrittsöffnungen 52.
Hierdurch entsteht eine Umwälzung
des Gärsubstrates, die
durch Pfeile 58 veranschaulicht ist. Im Inneren 51 des
rohrförmig
ausgebildeten Trägers 36 ist
zudem ein Heizsystem angeordnet, das im Ausführungsbeispiel Teil des Rührwerkes 54 ist.
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Das
Rührwerk 54 wird
von einem Motor 60 angetrieben, der oberhalb der Halteeinrichtung 46 angeordnet
ist. Auf der Halteeinrichtung 46 sind zudem Anschlüsse 62 zur
Gasentnahme montiert. Der Gärreaktor 2 ist
in 8 über
eine Gasleitung 63 mit einem Niederdruck-Gasspeicher 64 verbunden.
Dabei mündet
die Gasleitung 63 im Ausführungsbeispiel in einem Vorschacht 66,
in dem Gasarmaturen des Gärreaktors 2 und
des Niederdruck-Gasspeichers 64 zusammengeführt sind.
Der Niederdruck-Gasspeicher 64 wird
mit einem Betriebsdruck von 5 bis 80 mbar betrieben.