DE102008033049A1

DE102008033049A1 - Anlage zur anaeroben und elektrodynamischen Behandlung von Substraten mittels eines kaskadierten Biogasreaktors

Info

Publication number: DE102008033049A1
Application number: DE102008033049A
Authority: DE
Inventors: Heinz Harrendorf
Original assignee: Harrendorf Heinz Dipl-Ing
Current assignee: Harrendorf Heinz Dipl-Ing
Priority date: 2008-07-14
Filing date: 2008-07-14
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2028-07-15
Also published as: DE102008033049B4

Abstract

Bei der Erfindung handelt es sich um eine Biogasanlage bzw. um ein Kläranlagensystem mit einem kaskadierten Anaerobreaktor, wobei aufbereitete organische Substanzen und abbaufähige Verbindungen oder organisch belastetes Abwasser durch eine anaerobe und elektrodynamische Behandlung in einem mehrstufigen Verfahren in Biogas umgewandelt werden. In dem Anaerobreaktor wird die Suspension der aufbereiteten Substanzen nach dem Schlaufenprinzip mittels optimal angeordneter Mammutpumpen umgewälzt. Durch die Kombination der anaeroben und elektrodynamischen Prozesse wird eine große Gasausbeute sowie ein hoher Methananteil im Biogas erzielt, wobei durch die Produktion von Sauerstoff bzw. den dosierten Eintrag von Luft die Bildung von Schwefelwasserstoff in dem Verfahren unterbunden wird. Die höhere Gasausbeute erfolgt durch eine optimale Umwandlung von organischen Substanzen und komplexen Verbindungen sowie schwer abbaubaren Stoffen durch Gleichstromimpulse mittels eines Generators und der Erzeugung von Gleichstrom nach dem magnethydrodynamischen Prinzip gemäß dem Hall-Effekt. Der erzeugten Hallspannung wird die Gleichspannung des Impulsgenerators überlagert, insbesondere um eine entsprechende Gasmenge an Wasserstoff und Sauerstoff zu gewinnen. Durch das kombinierte Verfahren wird in dem Prozessraum der ersten Stufe des Anaerobreaktors vorwiegend Wasserstoff und Kohlendioxid erzeugt, wobei die Gase in den Prozessraum der zweiten Stufe zurückgeführt und dort in Methangas ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage mit einem Biogasreaktor zur anaeroben, elektrischen und der magnetischen Behandlung von organisch belasteten Abwasser sowie organischer Substrate.
Zur Realisierung der verschärften Grenzwerte für die Einleitung von Abwasser und der Auflagen für den Klimaschutz wurde ein Verfahren mit einem neuartigen Biogasreaktor entwickelt.
Stand der Technik
Der anaerobe Abbau von organischen Molekülen erfolgt durch verschiedene Bakteriengruppen in vier Stufen, und zwar in der Hydrolyse, der Acidogenese, der Acetogenese und der Methanogenese.
In den einzelnen Phasen der Prozessstufen werden die molekularen organischen Substanzen abgebaut und in letzter Instanz zu CH₄, CO₂, und H₂S umgewandelt.
In der Hydrolyse-Phase werden die hochmolekularen Verbindungen durch Enzyme von verschiedenen Mikroorganismen in Bruchstücke umgewandelt, welche im Substrat dann in Lösung gehen.
Die Hydrolyse der Biopolymere erfolgt bei einer Temperatur von 25–35°C, wobei der pH-Wert 4,5 bis 6,0 und das Redoxpotential 400 bis –300 mVolt beträgt.
Die Generationszeiten der Bakterien liegen in einem Bereich von 1 bis 120 Stunden, jedoch werden die meisten organischen Substanzen in ein paar Stunden abgebaut.
In der Versäuerungs-Phase werden durch fakultative und obligate anaerobe Bakterien die organischen Verbindungen in organische Säuren, Ethanol, H₂ und CO₂ umgewandelt.
Die Versäuerung vorgenannten Produkte läuft bei einer Temperatur von 25–35°C, einem pH-Wert von 4,5–6,0 und einem Redoxpotential von 400 bis –300 mVolt ab.
Die Generationszeiten der Bakterien liegen bei 1 bis 48 Stunden, jedoch werden die meisten Substanzen in 10 bis 20 Stunden abgebaut.
In der acetogenen Phase werden die Produkte aus den ersten Stufen von obligaten Anaerobiern in Essigsäure, Wasserstoff und Kohlendioxid umgewandelt.
Für die Umwandlung der Stoffe ist der Wasserstoffpartialdruck maßgebend, wobei der optimale Bereich bei 10^–6 bis 10^–4 bar und der pH-Wert zwischen 6,7–7,4 liegt.
Acetogene Bakterien sind sehr sauerstoffempfindlich und können nur in Symbiose mit den wasserstoff verbrauchenden Methanbakterien existieren.
Die biochemische Reaktion in der Acetogenese erfolgt bei einer Temperatur in dem mesophilen Bereich mit 36–40°C, in dem thermophilen Bereich mit 52–56°C und einem Redoxpotential in dem Bereich von –300 bis –400 mVolt.
Die Generationzeiten der verschiedenen Bakterien sind substratabhängig und liegen bei 10 Stunden bis zu 10 Tagen, jedoch sind meisten organischen Verbindungen bereits in 2 Tagen umgesetzt.
In der methanogenen Phase werden die gebildeten Stoffwechelprodukte Essigsäure, Wasserstoff und Kohlendioxid von fakultativen und obligaten Mikroorganismen in Methangas, Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff umgewandelt.
Die Zusammensetzung des Biogases ist von den organischen Stoffgruppen im Substrat abhängig, wobei der Methangehalt 50%–75%, der Kohlendioxidgehalt 49,5%–23,5% und der Schwefelwasserstoffgehalt 0,5 %–1,5 % betragen kann.
In der Methanstufe beträgt die optimale Temperatur im mesophilen Bereich 36–40°C, im thermophilen Bereich 52–56°C und der pH-Wert 6,7–7,5.
Bei Substraten mit normaler Zusammensetzung der organischen Stoffe liegt das Redoxpotential in einem Bereich von –200 mVolt bis –700 mVolt, wobei der optimale Wert –530 mVolt beträgt.
Die Generationszeiten der substratabhängigen Bakterien liegen in einem Bereich von 18 Stunden bis zu 15 Tagen, jedoch sind die meisten Substanzen bereits in 8 Tagen umgewandelt.
Für die Behandlung organischer Substrate sind sehr unterschiedliche Verfahren und Reaktoren konzipiert worden, jedoch sollen nur die Patente DE 31 02 739 C2 , DE 34 27 976 C2 , DE 37 09 690 A1 , US 4,252,901 und DE 10 2005 024 886 B3 aufgezeigt werden.
Bei dem Patent DE 31 02 739 C2 handelt es sich um einen anaerob arbeitenden Kaskasdenreaktor mit einen festen Raumverhältnis der Säure- und Methanstufe, jedoch ist in den beiden Prozessstufen eine Umwälzung des Substrates nicht vorgesehen.
Da die Reaktionsräume unten vollständig offen sind, kommt es bei der Behandlung von Abwasser oder organischer Substrate zu Kurzschlussströmungen und zu keiner Einstellung der aufgezeigten pH-Werte.
Bei dem Patent DE 34 27 976 C2 handelt es sich um einen Anaerob-Reaktor mit einer Hydrolyse- und Versäuerungsstufe sowie der Methanbildungsstufe, wobei das Gärsubstrat in der ersten Stufe durch thermischen Auftrieb und in der zweiten Stufe durch Gaseinpressung umgewälzt wird.
Es hat sich gezeigt, dass in den Prozessräumen eine ideale Mischung des Gärsubstrates nicht möglich ist und die Tendenz einer Pfropfenströmung auftritt.
In der Offenlegungsschrift DE 37 09 690 690 A1 wird ein Biogasreaktor mit Trägerkörpern und einem externen Umwälzkreislauf mit Auffangbehälter aufgezeigt.
In dem Patent US 4,252,901 wird ein Fermenter mit integrierten Magnetkopf dokumentiert, wobei dieser zur Bildung einer reaktiven Zone unterhalb des Substratspiegels angeordnet ist, jedoch fehlen die Umwälzvorrichtungen.
Bei dem Patent DE 10 2005 024 886 B3 handelt es sich um eine Biogasanlage mit einen Rührkesselfermenter sowie einem externen Magnetrückhaltesystem und einem Zwischenlagerbehälter.
In den Prozessraum des Fermenters werden magnetische Partikel eingebracht und ablaufende mikrobielle Biomassen teilweise zurückgeführt.
Merkmale der Erfindung
Es ist bekannt, dass Mikroorganismen Substanzen optimal umwandeln, wenn diese als molekulare Verbindungen vorliegen bzw. die Stoffe im Substrat in Lösung gegangen sind oder die Partikel mit einer Größe zwischen 10 μm und 100 μm zur Verfügung stehen.
Für die anaerobe Behandlung organischer Rohstoffe ist es deshalb erforderlich, dass die heterogenen Substanzen zu einer Suspension aufbereitet werden.
Die Herstellung einer Suspension erfolgt in einer Aufbereitungsanlage, wobei die Energiepflanzen Mais, Getreide, Gras usw. mittels Walzenmühlen, Vibration-Kolloidmühlen oder Extrudern zerkleinert und in einem Behälter unter der zusätzlichen Dosierung von Wasser homogenisiert werden.
Für die Aufbereitung der organischen Substanzen ist es von besonderer von Bedeutung, das diese mit dem Gärsubstrat gemischt werden, um durch ein günstiges Verhältnis der Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen eine hohe Abbaubarkeit der Stoffe in einen Bereich von C/N mit 20 bis 35 zu erzielen. Durch die weitgehende Rückführung des abgelaufenen Gärsubstrates wird sowohl die organische als auch die bakterielle Biomasse in den Fermenter aufkonzentriert.
Die Kofermentation mit Substanzen aus einer Mischung von Energiepflanzen, sowie einem Substratanteil von Schweinegülle, organisch belastetem Abwasser oder die Verwertung von Algen ist für eine hohe Gasbeute der organischen Substanzen daher von erheblichen Vorteil.
Um in dem zur Diskussion stehenden Biogasreaktor optimale Voraussetzungen für die Stoffübertragung und der Stoffumwandlung zu erzielen, ist es erforderlich, dass die Suspension der aufbereiteten organischen Stoffe mit einem Trockenstoffgehalt von 8% bis 12% in den Fermenter eingespeist wird. Bei einer vollständigen Durchmischung des Gärsubstrates ist ein hochgradiger Stoffaustausch gegeben.
Ein ideales Mischverhalten des Gärsubstrates ist durch eine optimale Anordnung von Mammutpumpen in einem Biogasreaktor realisierbar, wobei die Substanzen durch Gaseinpressung im Aufstrom und im Abstrom nach dem Schlaufenprinzip umgewälzt werden.
Hierbei sind die Mammutpumpen am Kopfende mit einer konzentrischen Reduzierung ausgerüstet, um im Bereich des Flüssigkeitsspiegels die Geschwindigkeit des Gärsubstrates herabzusetzen, sodass bei unausgeglichenen Nährstoffgehalten des Substrates einer Schaumbildung entgegen gewirkt wird. In der Zweiphasenströmung werden durch erzeugte Phasengrenzflächen sowie der Kontaktzeit die Prozesse für den Stoffübergang und der Stoffumwandlung entscheidend beeinflusst.
Es ist bekannt, dass die Leistung eines Biogasrektors durch niederfrequenten Wechelstrom wesentlich gesteigert werden kann, wobei die Ergebnisse bereits 1952 in Deutschland gewonnen wurden. Für diesen Aspekt sind in erster Linie Magnetbakterien der Gattung Rhodospirillaceae maßgebend.
Darüber hinaus wurde entdeckt, dass Magnetbakterien in der Zelle Magnetosomenkristalle aufweisen und Magnetosomenproteinen ein Bestandteil jener Membranhülle ist, die die Magnetkristalle umschließt d. h., oszillierende elektrische Felder und magnetische Schwingungen können die Mikroorganismen so beeinflussen, dass biochemische Reaktionen beschleunigt und verstärkt werden.
Elektrostatische Wechselwirkungen beruhen auf den Ladungsdifferenzen der Molekühle, sodass durch diese Elektronegativität umliegende Verbindungen beeinflusst werden.
Auch die Bewegungen der Elektronen, die ein Atomkern eines Elementes in einem Molekül umgeben, sind entscheidend von der Lage der Atome in den Molekülen abhängig.
Diese Bewegungen erzeugen ein lokales Magnetfeld, welches dem statischen Magnetfeld so entgegen wirkt, dass es zu einer Änderung der Resonanzfrequenz bzw. einer chemischen Verschiebung kommt. Es ist hierbei bemerkenswert, dass ein Elektron durch die Eigenrotation (Spin) ein magnetischen Dipol besitzt und durch die rotierende elektrische Ladung ein Kreisstrom erzeugt wird, welcher für eine magnetische Resonanz die Basis bildet.
Zur Aktivierung der Ladungsträger in den komplexen Molekülen des Substrates sowie einer Resonanz in den Mikroorganismen sind elektrostatische Wechselwirkungen und magnetische Schwingungen von entscheidender Bedeutung, insbesondere wird die chemiosmotische Kopplung beeinflusst.
Ein besonderes Merkmal ist die Leitfähigkeit von Abwasser und der Substrate, die je nach Art der Substanzen in einem Bereich von 2 mS/cm und 20 mS/cm liegt.
Bei Anlegung einer Spannung fließt in dem Substrat ein elektrischer Strom nach dem ohmschen Gesetz.
Durch die Anwendung des Hall-Effektes kann in einem leitenden Substrat eine elektrische Spannung induziert werden, wobei diese durch die gruppierte Anordnung von elektrischem und magnetischen Vorrichtungen mittels Elektroden abgegriffen wird.
Für die erzeugte Hallspannung ist die Konzeption eines MHD-Generators maßgebend, welcher nach dem magnetohydrodynamischen Prinzip arbeitet.
Nach der theoretisch aufgestellten Gleichung beträgt die Hallspannung: UH = I·B·RH·b–1(Volt)
Zwischen den Elektroden, die im Gärsubstrat angeordnet sind, fließt ein Strom gemäß der Faradayschen Gesetze, der bei ausreichender Gruppierung von Elektroden und Dauermagneten das Wasser im Substrat zersetzt und dadurch die Gase Wasserstoff und Sauerstoff an den Elektroden bzw. an den Kathoden und Anoden aufsteigen.
Bei diesem Verfahren handelt es sich um die Elektrolyse von Wasser durch elektrischen Gleichstrom nach der Reaktionsgleichung: 4H₃O⁺ + 4OH^– → 2H₂+ O₂ + 6H₂O
Es ist erwiesen, dass durch gepulste Gleichstromfelder Poren in der Zellwand von Mikroorganismen entstehen und die Moleküle des Gärsubstrates in einem Magnetfeld polarisiert werden.
Durch die gebildeten Poren werden Ionen und abgespaltene Moleküle in die Zelle der Mikroogarnismen geschleust und verändern somit die Innenkonzentration und den pH-Gradienten.
Die Stoffwechselleistung der Bakterien wird durch diesen elektrodynamischen Prozess gesteigert, das Wachstum beschleunigt und die Zellsterblichkeit reduziert.
Die aufgezeigten Felder werden durch einen Impulsgenerator mit Gleichtrombetrieb erzeugt und mittels der gruppierten Anordnung von Elektroden und permanenten Magneten unmittelbar auf die Mikroorganismen sowie in die Substanzen des strömenden Gärsubstrates übertragen.
Als Parameter ist die Einstellung der Spannung, der Pulssequenz, der Pulsbreite und der Pulszyklus des Generators mittels eines Computers oder einer Fuzzy-Logic-Regelanlage maßgebend.
Nach bisherigen Erkenntnissen sind rechteckige Gleichstromimpulse mit einer Feldstärke von 20 bis 600 Volt/cm, einer Sequenz von 10 bis 1000 Pulse/s, einer Pulsbreite von 10 μs bis 1000 μs sowie einen Pulszyklus von 10 μs bis 10 ms optimale Werte für die Mikroorganismen und organischen Stoffe. Bei optimaler Einstellung der Parameter wird durch die Absenkung des Redoxpotentials die maximale Nutzbarkeit der freien Energie im Gärsubstrat wesentlich verbessert und die Tendenz von molekularen Verbindungen zur Abgabe von Elektronen erhöht.
Die gruppierten Dauermagnete sollten ein Energieprodukt (B × H) von 200 kJ/m³ und eine Remanenz von 1000 mTesla sowie eine Koerzitivfeldstärke (H_c) von 800 kA/m aufweisen.
Für eine hochgradige Reaktion der Stoffe sowie der Resonanz von Mikroorganismen sind elektromag netische Impulse wirksam, die mittels entsprechender Spulen mit integrierten Magnetkern unmittelbar in das Gärsubstrat gestrahlt werden.
Die Magnetspulen werden mit pulsierenden Gleichstrom betrieben und sollten eine Flussdichte (B) zwischen 600 bis 3000 Tesla aufweisen.
Der Gleichstrom wird von einem Impulsgenerator erzeugt, wobei die magnetischen Felder mittels der gruppierten Anordnung von Elektromagnetspulen auf die Mikroorganismen und Substanzen wirken. Wirksame magnetische Felder werden durch Gleichstrom mit einer steilen Flanke, Pulsbereichen von 20 Volt bis 250 Volt, Pulsbreiten von 10 μs bis 100 ms, Pulssequenzen von 100 bis 4000 Pulse/s und einem Pulszyklus in einem Bereich von 10 μs bis 100 ms erzielt.
Die optimale Einstellung der Parameter für die elektrischen und die magnetischen Impulse sowie eine Verschiebung der Pulsfolge erfolgt mittels eines Computers oder durch eine Fuzzy-Logic-Regelanlage.
Da es sich bei einer Gärung um anaerobe Redoxprozesse an Kohlenstoffverbindungen handelt, kann durch Redoxreaktionen in der Cytoplasmamembran von Bakterien ein Protonengradient aufgebaut werden, d. h., dass es zu einer Elektronentransportphosphorylierung kommt.
In dem Milieu des Substrates stellen sich unter diesem Aspekt optimale biologische Bedingungen für die Leistung der Mikroorganismen ein, sodass ein sehr hoher Abbaugrad der Substanzen erreicht wird.
In biochemischen Reaktionen ist Sauerstoff der wichtigste Elektronenakzeptor, insbesondere, da durch die paramagnetische Eigenschaft des Gases die Prozesse verstärkt ablaufen.
Für die kinetische Reaktion einer Elektronenaufnahme ist die Strömung des Gärsubstrates im Bereich magnetischer Felder durch die Anordnung von gruppierten Magneten maßgebend.
Obwohl Sauerstoff die Methanbakterien schädigt, wird bei einem dosierten Eintrag von molekularem Sauerstoff oder Luft das Wachstum der obligaten Desulfurikanten in dem Gärsubstrat gehemmt und die Produktion von Schwefelwasserstoff (H₂S) unterbunden.
Für die Hemmung der Schwefelbakterien ist es relevant, dass durch den Eintrag des Gases O₂ sich eine Sauerstoffkonzentration von maximal 0,1 mg/l in dem Gärsubstrat eingestellt.
Durch die unmittelbare Elektronenaufnahme ist der Eintrag von Sauerstoff mit geringerer Menge erforderlich, d. h., dass die Stoffwechselleistungen der Methanbakterien nicht gemindert werden. Aufgrund der elektrodynamischen Vorrichtungen wird die Bildung von Wasserstoffperoxid (H₂O₂) oder Superoxid (O₂) in den Prozessräumen blockiert und Zellbausteine der Mikroorganismen nicht zerstört.
Die Erzeugung von Methangas mit Wasserstoff als universelles Substrat sowie Kohlendioxid als Kohlenstoffquelle und Elektronenakzeptor ist ein energetischer Vorteil.
Die erhöhte Produktion von Methangas aus Wasserstoff und Kohlendioxid erfolgt in der ersten Stufe des anaeroben Verfahrens gemäß folgender Gleichung: 4H₂ + CO₂ → CH₄ + 2H₂O – 135,4 kJ/mol
Hierbei wird das in der ersten Stufe des Fermenters gebildete Biogas in die zweite Stufe zurückgeführt, insbesondere, um die produzierten Gase Wasserstoff und Kohlendioxid fast vollständig in Methangas umzuwandeln.
Der energetische Vorteil zur Produktion von Methangas basiert auf der vorwiegenden Erzeugung von Wasserstoff in der ersten Stufe des anaeroben Verfahrens.
Die Hydrolyse- und Versäuerungsphase muss deshalb in dem Fermenter mit einer hydraulischen Verweilzeit zwischen 12 und 36 Stunden betrieben werden.
Für die vorwiegende Erzeugung von Wasserstoff ist in ersten Stufe des Fermenters die Einstellung eines pH-Wertes zwischen 5,0 und 5,6 erforderlich.
Bei einem Absinken des pH-Wertes unter 5 wird in den Prozessraum der ersten Stufe Gärsubstrat aus dem Prozessraum der zweiten Stufe eingespeist.
Aufgrund der neuen Technologien kann eine Gasausbeute der Substanzen in dem Biogasreaktor mit 600 m³/t oTS bis 1200 m³/t oTS erwartet werden, wobei der Methangehalt etwa 65%–85% und der Kohlendioxidgehalt etwa 35%–15% des Gases beträgt.
Die Methanqualität des Biogases ist in erster Linie von der Zusammensetzung der organischen Stoffe in dem Substrat abhängig.
In der 1 ist ein vollständig durchmischter Biogasreaktor mit einem vertikalen Schnitt in einer zweistufigen Ausführung in dem kompletten Schaltschema des Verfahrens dargestellt.
Aus der Konzeption des Reaktors ist ersichtlich, dass nur in der zweiten Stufe des Prozessraumes ein Wärmetauscher angeordnet ist.
In der 2 ist ein vollständig durchmischter Biogasrektor mit einem vertikalen Schnitt in einer zweistufigen Ausführung in dem kompletten Schaltschema des Verfahrens dargestellt.
Aus der Konzeption des Reaktors ist ersichtlich, dass sowohl in der ersten als auch in der zweiten Stufe der Prozessräume Wärmetauscher angeordnet sind.
In der 3 ist ein Biogasreaktor in einem horizontalen Schnitt gemäß 1 mit den angeordneten Mammutpumpen im ersten und zweiten Prozessraum sowie der Wärmetauscher dargestellt.
In der 4 ist ein Biogasreaktor in einem horizontalen Schnitt gemäß 2 mit den angeordneten Mammutpumpen und den Wärmetauschern im ersten und zweiten Prozessraum dargestellt.
In der 5 ist eine Begasungsvorrichtung mit einem oberen Ausschnitt des Begasungstellers sowie einem vertikalen Schnitt durch das Modul der gruppierten Anordnung der Elektroden und Dauermagnete und der geschlossenen Gaskammer für den Prozessraum 2 der Anlage gemäß 1 dargestellt.
In der 6 ist eine Begasungsvorrichtung mit einem oberen Ausschnitt des Begasungstellers sowie einem vertikalen Schnitt durch das Modul der gruppierten Anordnung der Elektroden und Dauermagnete und der geschlossenen Gaskammer für den Prozessraum 4 der Anlage gemäß 1 dargestellt.
In der 7 ist eine Begasungsvorrichtung mit einem oberen Ausschnitt des Begasungstellers sowie einem vertikalen Schnitt durch das Modul der gruppierten Anordnung der Elektroden und Magnetkernspulen und der geschlossenen Gaskammer für den Prozessraum 2 der Anlage gemäß 2 dargestellt.
In der 8 ist eine Begasungsvorrichtung mit einem oberen Ausschnitt des Begasungstellers sowie einem vertikalen Schnitt durch das Modul der gruppierten Anordnung der Elektroden und Magnetkernspulen und der geschlossenen Gaskammer für den Prozessraum 4 der Anlage gemäß 2 dargestellt.
Gemäß der 1 werden die aufzubereitenden Energiepflanzen über die Dosiervorrichtung 43 in der Walzenmühle 42 zerkleinert und mittels der Förderschnecke 72 direkt in den äußeren Kreislauf einer Maischanlage eingespeist.
Das Substrat der Maischanlage wird in dem äußeren Kreislauf mittels der Pumpe 75, der Rohrleitung 74 über das Schraubenspindelaggregat 73 umgewälzt und homogenisiert.
Die Herstellung einer Suspension erfolgt mittels geeigneter Mischwerkzeuge in dem Maischbehälter 44, wobei den organischen Stoffen Wasser über das Magnetventil 45 zudosiert wird, um den erforderlichen Trockenstoffgehalt der Suspension einzustellen.
Darüber hinaus wird abgebautes Gärsubstrat aus dem Behälter 99 angesaugt und durch die Pumpe 98 sowie der Rohrleitung 97 in den Maischbehälter 44 zurückgeführt.
Bei dem Betrieb einer Kofermentation wird der Suspension aus dem Behälter 44 Abwasser oder Gülle aus dem Behälter 46 mittels der Pumpen 77 und 79 in dem Injektor 81 beigemischt und das gemischte Substrat über die Rohrleitungen 78 und 82 in den Prozessraum 2 des Biogasreaktors eingespeist.
Die Einspeisung des Substrates erfolgt durch das innere Rohr des Doppelrohres 41 und der Düse 39, wobei durch den Ringraum des Doppelrohres 41 Biogas und Luft in die Gaskammern 55 der Begasungsvorrichtungen gedrückt wird.
Im Prozessraum 2 sind die Mammutpumpen 50 ohne Wärmetauscher angeordnet, da durch den hohen Wärmefluss über die zylindrische Wand 9 die Einstellung einer Temperatur nicht erforderlich ist.
Für die kreisförmige Umwälzung des Gärsubstrates im Prozessraum 2 wird Biogas aus dem Gasraum 3 angesaugt und mittels des Verdichters 12 und Rohrleitung 84 über den Ringraum des Doppelrohres 41 in die Gaskammern 55 der Begasungsvorrichtungen gedrückt.
Die zylinderischen Mammutpumpen 50 sind am Kopfende mit der konzentrischen Reduzierung 53 bestückt, um eine Schaumbildung im Gasraum 3 zu verhindern..
Im unteren Bereich sind die Mammutpumpen 50 mit der konzentrischen Reduzierung 49 ausgeführt um eine Begasungsvorrichtung mit dem Modul der Elektroden 62 und 64 sowie den Dauermagneten 63 und 65 integrieren zu können.
Da der Fermenter im Durchlaufprinzip arbeitet, strömt die gleiche Menge des eingespeisten Substrates durch die Schlitze 90, die oberhalb des Kegelbodens 91 angeordnet sind, in den Prozessraum 4.
Im Prozessraum 4 sind die Mammutpumpen 11 mit den Wärmetauschern 15 ausgerüstet, welche über die Heizungsleitungen 69 und 70 angeschlossen sind.
Die zylinderischen Mammutpumpen 11 sind am Kopfende mit der konzentrischen Reduzierung 10 bestückt, um eine Schaumbildung im Gasraum 6 zu verhindern.
Im unteren Bereich sind die Mammutpumpen 11 mit der konzentrischen Reduzierung 18 ausgeführt, um eine Begasungsvorrichtung mit dem Modul der Elektroden 29 und 31 sowie den Dauermagneten 30 und 32 integrieren zu können.
Für die kreisförmige Umwälzung des Gärsubstates im Prozessraum 4 wird Biogas aus dem Gasraum 6 angesaugt und in die Gaskammern 21, die unterhalb der Mammutpumpen 11 angeordnet sind, gedrückt. Zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit des Biogasreaktors wird das im Prozessraum 2 erzeugte Biogas mittels des Verdichters 13 aus dem Gasraum 3 angesaugt und über das Regelventil 1 und der Rohrleitung 85 in die Gaskammern 21 der Begasungsvorrichtungen gedrückt.
Durch die Entnahme des Biogases aus dem Gasraum 3 und den Eintrag in den Prozessraum 4 ist ein Druckausgleich zwischen dem Gasraum 3 und 6 erforderlich, welches mittels der Einstellung eines Differenzdruckes durch das Regelventil 1 erfolgt.
Der Verdichter 87 saugt über das Regelventil 83 Luft an und drückt das Gas über die Rohrleitung 88 in das Ringrohr des Doppelrohres 41 in die Gaskammern 55 der Begasungsvorrichtungen.
Der Verdichter 95 saugt über das Regelventil 94 Luft an und druckt das Gas über die Rohrleitung 96 in die Gaskammern 21 der Begasungsvorrichtungen.
Bei dem Absinken des pH-Wertes im Prozessraum 2 wird Gärsubstrat aus dem Prozessraum 4 mittels der Pumpe 93 und der Rohrleitung 92 über das Doppelrohr 41 in den Prozessraum 2 zurückgeführt. Für die Aufbereitung der Substanzen wird eine Teilmenge des abgebauten Gärsubstrates aus dem Behälter 99 mittels der Pumpe 98 und der Rohrleitung 97 in den Maischbehälter 44 eingespeist.
Das abgebaute Gärsubstrat fließt über das Siphon 48 und der Rohrleitung 47 in den Behälter 99 und wird dort zur weiteren Verwendung gesammelt.
Das produzierte Biogas sammelt sich im ringförmigen Gasraum 6 und wird über die Rohrleitung 5 zur Verbrennung einem Ottomotor oder einer Gasturbine zugeführt.
Gemäß der 2 werden die aufzubereitenden Energiepflanzen über die Dosiervorrichtung 44 in der Walzenmühle 43 zerkleinert und mittels der Förderschnecke 73 direkt in den äußeren Kreislauf einer Maischanlage eingespeist.
Das Substrat der Maischanlage wird in dem äußeren Kreislauf mittels der Pumpe 76, der Rohrleitung 75 über das Schraubenspindelaggregat 74 umgewälzt und homogenisiert.
Die Herstellung einer Suspension erfolgt mittels geeigneter Mischwerkzeuge in dem Maischbehälter 45, wobei den organischen Stoffen Wasser über das Magnetventil 46 zudosiert wird, um den erforderlichen Trockenstoffgehalt der Suspension einzustellen.
Darüber hinaus wird abgebautes Gärsubstrat aus dem Behälter 102 angesaugt und durch die Pumpe 101 sowie der Rohrleitung 100 in den Maischbehälter 45 zurückgeführt.
Bei dem Betrieb einer Kofermentation wird der Suspension aus dem Maischbehälter 45 Abwasser oder Gülle aus dem Behälter 47 mittels der Pumpen 78 und 80 in dem Injektor 82 beigemischt und das gemischte Substrat über die Rohrleitung 79 und 83 in den Prozessraum 2 des Biogasreaktors eingespeist. Die Einspeisung des Substrates erfolgt durch das innere Rohr des Doppelrohres 41 und der Düse 39, wobei durch den Ringraum des Doppelrohres 41 Biogas und Luft in die Gaskammern 57 der Begasungsvorrichtungen gedrückt wird.
Im Prozessraum 2 ist ein Wärmetauscher 54 an der inneren Fläche der doppelwandigen Zylinderwand 9 angeordnet, um im Abstrom des Zweiphasensystems ein hohe Wärmeübertragung zu erzielen.
Der Wärmetauscher 54 ist über die Heizungsleitungen 91 und 95 mit einem Wärmeaggregat verbunden. Bei einer Betriebsweise des Biogasreaktors im mesophilen-thermophilen Bereich, der Prozessräume 2 und 4, erfolgt eine Wiedergewinnung der Prozessenergie mittels einer rekuperativen Anlage, wobei der Wärmetauscher 77 als Modul des Systems dargestellt ist.
Für die kreisförmige Umwälzung des Gärsubstrates im Prozessraum 2 wird Biogas aus dem Gasraum 3 angesaugt und in die Gaskammern 57, die unterhalb der Mammutpumpen 51 angeordnet sind, gedrückt. Die zylinderischen Mammutpumpen 51 sind am Kopfende mit der konzentrischen Reduzierung 50 bestückt, um eine Schaumbildung im Gasraum 3 zu verhindern.
Im unteren Bereich sind die Mammutpumpen 51 mit der konzentrischen Reduzierung 55 ausgeführt, um eine Begasungsvorrichtung mit dem Modul der Elektroden 64 und 66 sowie die Magnetspulen 65 und 67 integrieren zu können.
Da der Fermenter im Durchlaufprinzip arbeitet, strömt die gleiche Menge des eingespeisten Substrates durch die Schlitze 92, die oberhalb des Kegelbodens 93 angeordnet sind, in den Prozessraum 4.
Im Prozessraum 4 ist ein Wärmetauscher 15 an der inneren Fläche der zylindrischen Wand 8 angeordnet, um im Abstrom des Zweiphasensystems eine hohe Wärmeübertragung zu erzielen.
Der Wärmetauscher 15 ist über die Heizungsleitungen 42 und 72 mit einem Wärmeaggregat verbunden. Für die kreisförmige Umwälzung des Gärsubstrates wird Biogas aus dem Gasraum 6 angesaugt und in die Gaskammern 21, welche unterhalb der Mammutpumpen 11 angeordnet sind, gedrückt.
Die zylinderischen Mammutpumpen 11 sind am Kopfende mit der konzentrischen Reduzierung 10 bestückt, um eine Schaumbildung im Gasraum 6 zu verhindern.
Im unteren Bereich sind die Mammutpumpen 11 mit einer konzentrischen Reduzierung 18 ausgeführt, um eine Begasungsvorrichtung mit dem Modul der Elektroden 29 und 31 sowie die Magnetspulen 30 und 32 integrieren zu können.
Zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit des Biogasreaktors wird das im Prozessraum 2 erzeugte Biogas mittels des Verdichters 13 aus dem Gasraum 3 angesaugt über das Regelventil 1 und der Rohrleitung 86 in die Gaskammern 21 der Begasungsvorrichtungen gepresst.
Durch die Entnahme des Biogases aus dem Gasraum 3 und den Eintrag in den Prozessraum 4 ist ein Druckausgleich zwischen den Gasräumen 3 und 6 erforderlich, welches mittels der Einstellung eines Differenzdruckes durch das Regelventil 1 erfolgt
Der Verdichter 88 saugt über das Regelventil 84 Luft an und drückt das Gas über die Rohrleitung 89 in das Ringrohr des Doppelrohres 41 in die Gaskammern 21 der Begasungsvorrichtungen.
Bei einem Absinken des pH-Wertes im Prozessraum 2 wird Gärsubstrat aus dem Prozessraum 4 mittels der Pumpe 96 angesaugt und durch die Rohrleitung 94 über das Doppelrohr 41 in den Prozessraum 2 zurückgeführt.
Für die Aufbereitung der Substanzen wird eine Teilmenge des abgebauten Gärsubstrates aus dem Behälter 102 mittels der Pumpe 101 und der Rohrleitung 100 über den Wärmetauscher 77 in den Maischbehälter 45 eingespeist.
Das abgebaute Gärsubstrat fließt über das Siphon 49 und der Rohrleitung 48 in den Behälter 102 und wird dort zur weiteren Verwendung gesammelt.
Das produzierte Biogas sammelt sich im ringförmigen Gasraum 6 und wird über die Rohrleitung 5 zur Verbrennung einem Ottomotor oder einer Gasturbine zugeführt.
Gemäß der 3 sind im mittleren Bereich des Prozessraumes 2 drei Mammutpumpen 50 und in der Mitte des Kernraumes die Düse 39 angeordnet, wobei die Prozess- und Gasräume durch die zylinderische Wand 9 getrennt sind.
Im Prozessraum 4 sind im mittleren Bereich des Ringraumes 8 Mammutpumpen 11 mit dem integrierten Wärmetauscher 15 sowie der unteren konzentrischen Reduzierung 18 angeordnet.
In der Mitte der Mammutpumpen 11 ist der Begasungsteller 19, sowie die Kappe 24 für die Ringmagnete 30 und 32 und der Ringelektroden 29 und 31 angeordnet.
In dem äußeren Bereich des Ringraumes verlaufen oberhalb des Reaktorbodens die Heizungsleitungen 69 und 70, welche die Wärmetauscher 15 über ein Wärmeaggregat versorgen.
In dem Ringraum verlaufen unterhalb der Mammutpumpen 11 die Gasleitungen 36, 37 und 38 zur Versorgung der Begasungsvorrichtungen.
Der Biogasreaktor ist durch die Anordnung der Elemente Außenwand 8, Domdeckel 7, Boden 89 und dem Kegelboden 91 ein geschlossenes System.
Gemäß der 4 sind im mittleren Bereich des Prozessraumes 2 drei Mammutpumpen 51 und in der Mitte des Kernraumes die Düse 39 angeordnet, wobei die Prozess- und Gasräume durch die zylinderische Doppelwand 9 getrennt sind.
Die zylindrische Doppelwand 9 besteht aus zwei einzelnen Wänden, die ein Zwischenraum mit Luftfüllung trennt, um den Wärmedurchgang bei einem mesophilen-thermophilen Verfahren zu minimieren. An der inneren Fläche der Doppelwand 9 des Prozessraumes 2 ist der Wärmetauscher 54 angeordnet, welcher über die Heizungsleitungen 91 und 95 mit einem Wärmeaggregat verbunden ist.
Im Prozessraum 4 sind im mittleren Bereich des Ringraumes 8 die Mammutpumpen 11 mit der unteren konzentrischen Reduzierung 18 angeordnet.
In dem mittleren Bereich des Ringraumes verlaufen unterhalb der Mammutpumpen 11 die Gasleitungen 36, 37 und 38 zur Versorgung der Begasungsvorrichtungen.
An der inneren Fläche der Wand 8 des Prozessraumes 4 ist der Wärmetauscher 15 angeordnet, welcher über die Heizungsleitungen 42 und 72 mit einem Wärmeaggregat verbunden ist.
Der Biogasreaktor ist durch die Anordnung der Elemente Außenwand 8, Domdeckel 7, Boden 90 und dem Kegelboden 93 ein geschlossenes System.
Gemäß der 5 ist eine Begasungsvorrichtung aufgezeigt, die aus dem Begasungsteller 54, den Gasdüsen 61, der Gaskammer 55, den Ringelektroden 62 und 64, den Ringmagneten 63 und 65, dem Quarz- oder Plexiglasrohr 60, dem Innenrohr 68, den Isolierscheiben 58, den Isolierringen 59, sowie der Kappe 57 besteht.
Das Gärsubstrat wird im Prozessraum 2 mittels der Begasungsteller 54, die in den Reduzierungen 53 der Mammutpumpen 50 angeordnet sind, im Aufstrom 51 und im Abstrom 52 schonend nach dem Schlaufenprinzip umgewälzt.
Für die mehrfache Umwälzung des Gärsubstrates ist die Menge des eingepressten Gases maßgebend, wobei das Gas über den Anschluss 56 in die Gaskammern 55 gedrückt wird.
Die Gase werden in der Gaskammer 55 gemischt und mittels der Gasdüsen 61, welch im Kopfbereich des Begasungstellers 54 angeordnet sind, direkt in das Gärsubstrat eingetragen.
Oberhalb des Begasungstellers 54 befindet sich das Modul mit den Ringelektroden 62 und 64, sowie den Ringmagneten 63 und 65, die im Aufstrom des Gärsubstrates mit einer gruppierten Ausführung angeordnet sind.
Die Ringelektroden 62 und 64 können parallel oder hintereinander geschaltet werden, insbesondere, um einen hohen Abbaugrad bei Substraten mit einer komplexen Zusammensetzung zu erzielen.
Da die elektrischen und magnetischen Felder sich in einer gebündelten Formation ausbreiten, stehen diese gemäß der Feldlinie 66 und 67 in einem Winkel von 90° zur Strömung des Gärsubstrates.
Durch die Anordnung der Ringmagnete 63 und 65 steht die maximale mögliche Hallspannung an den Elektroden zur Verfügung.
Darüber hinaus addieren sich die gepulsten Gleichströme und die elektrischen Ströme, welche durch die induzierte Hallspannung fließen, sodass größere Mengen an Wasserstoff und Sauerstoff aufsteigen und von den Mikroorganismen im Gärsubstrat umgewandelt werden.
Aufgrund der elektrodynamischen Prozesse wird die Leistungsfähigkeit des Biogasreaktors verbessert und die Brennstoffleistung erhöht.
Gemäß der 6 ist eine Begasungsvorrichtung aufgezeigt, die aus dem Begasungsteller 19, den Gasdüsen 28, der Gaskammer 21, den Ringelektroden 29 und 31, den Ringmagneten 30 und 32, dem Quarz- oder Plexiglasrohr 27, dem Innenrohr 35, den Isolierscheiben 25, den Isolierringen 26, sowie der Kappe 24 besteht.
Das Gärsubstrat wird im Prozessraum 4 mittels der Begasungsteller 19, die in den Reduzierungen 18 der Mammutpumpen 11 angeordnet sind, im Aufstrom 16 und Abstrom 17 nach dem Schlaufenprinzip schonend umgewälzt.
Für die mehrfache Umwälzung des Gärsubstrates ist die Menge des eingepressten Gases maßgebend, wobei die Gase über die Anschlüsse 20, 22 und 23 in die Gaskammern 21 gedrückt werden.
Die Gase werden in der Gaskammer 21 gemischt und mittels der Gasdüsen 28, welche im Kopfbereich des Begasungstellers 19 angeordnet sind, direkt in das Gärsubstrat direkt eingetragen.
Oberhalb des Begasungstellers 19 befindet sich das Modul mit den Ringelektroden 29 und 31, sowie den Ringmagneten 30 und 32, die im Aufstrom des Gärsubstrates mit einer gruppierten Ausführung angeordnet sind.
Die Ringelektroden 29 und 31 können parallel oder hintereinander geschaltet werden, insbesondere, um einen hohen Abbaugrad bei Substraten mit einer komplexen Zusammensetzung zu erzielen.
Da die elektrischen und magnetischen Felder sich in einer gebündelten Formation ausbreiten, stehen diese gemäß der Feldlinien 33 und 34 in einem Winkel von 90° zur Strömung des Gärsubstrates. Durch die Anordnung der Ringmagnete 30 und 32 steht die maximal mögliche Hallspannung an den Elektroden zur Verfügung
Darüber hinaus addieren sich gepulsten Gleichströme und die elektrischen Ströme, welche durch die induzierte Hallspannung fließen, sodass größere Mengen an Wasserstoff und Sauerstoff aufsteigen und von den Mikroorganismen im Gärsubstrat umgewandelt werden.
Aufgrund der elektrodynamischen Prozesse wird die Leistungsfähigkeit des Biogasreaktors verbessert seit und die Brennstoffleistung erhöht.
Gemäß der 7 ist eine Begasungvorrichtung aufgezeigt, die aus dem Begasungsteller 56, den Gasdüsen 63, der Gaskammer 57, den Ringelektroden 64 und 66, den Ringkernspulen 65 und 67, dem Quarz- oder Plexiglasrohr 62, dem Innenrohr 70, den Isolierscheiben 60, den Isolierringen 61, sowie der Kappe 59 besteht.
Das Gärsubstrat wird im Prozessraum 2 mittels der Begasungsteller 56, die in den Reduzierungen 55 der Mammutpumpen 51 angeordnet sind, im Aufstrom 52 und im Abstrom 53 nach dem Schlaufenprinzip schonend umgewälzt.
Für die mehrfache Umwälzung des Gärsubstrates ist die Menge des eingepressten Gases maßgebend, wobei das Gas über den Anschluss 58 in die Gaskammern 57 gedrückt wird.
Die Gase werden in der Gaskammer 57 gemischt und mittels der Gasdüsen 63, welche im Kopfbereich des Begasungstellers 56 angeordnet sind, direkt in das Gärsubstrat eingetragen.
Oberhalb des Begasungstellers 56 befindet sich das Modul mit den Ringelektroden 64 und 66, sowie den Ringkernspulen 65 und 67, die im Aufstrom des Gärsubstrates mit einer gruppierten Ausführung angeordnet sind.
Die Ringelektroden 64 und 66 können parallel oder hintereinander geschaltet werden, insbesondere, um einen hohen Abbaugrad bei Substraten mit einer komplexen Zusammensetzung zu erzielen.
Durch die gekreuzte Ausbildung der Felder wirken die magnetischen Kräfte in dem Gärsubstrat tiefer. Da die elektrischen und magnetischen Felder sich in einer gebündelten Formation ausbreiten, steht diese gemäß der Feldlinien 68 und 69 in einem Winkel von 90° zur Strömung des Gärsubstrates.
Durch die Anordnung der Ringkernspulen 65 und 67 steht die maximal mögliche Hallspannung an den Elektroden zur Verfügung.
Darüber hinaus addieren sich die gepulsten Gleichströme und die elektrischen Ströme, welche durch die induzierte Hallspannung fließen, sodass größere Mengen an Wasserstoff und Sauerstoff aufsteigen und von den Mikroorganismen im Gärsubstrat umgewandelt werden.
Aufgrund der elektrodynamischen Prozesse wird die Leistungfähigkeit des Biogasreaktors verbessert und die Brennstoffleistung erhöht.
Gemäß der 8 ist eine Begasungsvorrichtung aufgezeigt, die aus dem Begasungteller 19, den Gasdüsen 28, der Gaskammer 21, den Ringelektroden 29 und 31, den Ringkernspulen 30 und 32, dem Quarz- oder Plexiglasrohr 27, dem Innenrohr 35, den Isolierscheiben 25, den Isolierringen 29, sowie der Kappe 24 besteht.
Das Gärsubstrat wird im Prozessraum 4 mittels der Begasungsteller 19, die in den Reduzierungen 18 der Mammutpumpen 11 angeordnet sind, im Aufstrom 16 und Abstrom 17 nach dem Schlaufenprinzig schonend umgewälzt.
Für die mehrfache Umwälzung des Gärsubstrates ist die Menge des eingepressten Gases maßgebend, wobei das Gas über die Anschlüsse 20, 22 und 23 in die Gaskammer 21 gedrückt wird.
Die Gase werden in der Gaskammer 21 gemischt und mittels der Gasdüsen 28, welche im Kopfbereich des Begasungstellers 19 angeordnet sind, direkt in das Gärsubstrat eingetragen.
Oberhalb des Begasungstellers 19 befindet sich das Modul mit den Ringelektroden 29 und 31, sowie den Ringkernspulen 30 und 32, die im Aufstrom des Gärsubstrates mit einer gruppierten Ausführung angeordnet sind.
Die Ringelektroden 29 und 31 können parallel oder hintereinander geschaltet werden, insbesondere, um einen hohen Abbaugrad bei Substraten mit einer komplexen Zusammensetzung zu erzielen.
Durch die gekreuzte Ausbreitung der Felder wirken die magnetischen Kräfte in dem Substrat tiefer. Da die elektrischen und magnetischen Felder sich in einer gebündelten Formation ausbreiten, stehen diese gemäß der Feldlinien 33 und 34 in einem Winkel von 90° zur Strömung des Gärsubstrates.
Durch die Anordnung der Ringkernspulen 30 und 32 steht die maximal mögliche Hallspannung an den Elektroden zur Verfügung.
Darüber hinaus addieren sich die gepulsten Gleichströme und die elektrischen Ströme, welche durch die induzierte Hallspannung fließen, sodass größere Mengen an Wasserstoff und Sauerstoff aufsteigen und von den Mikroorganismen umgewandelt werden.
Aufgrund der elektrodynamischen Prozesse wird die Leistungsfähigkeit des Biogasreaktors verbessert und die Brennstoffleistung erhöht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3102739 C2 [0021, 0022]
- DE 3427976 C2 [0021, 0024]
- DE 3709690 A1 [0021]
- US 4252901 [0021, 0027]
- DE 102005024886 B3 [0021, 0028]
- DE 3709690690 A1 [0026]

Claims

Verfahren für die Behandlung von Substraten, zur Erzeugung von Biogas, dadurch gekennzeichnet, dass organische Substanzen mittels entsprechender Aggregate zerkleinert und in Vorbehältern mit Mischwerkzeugen unter der Dosierung von Wasser sowie der Zufuhr von abgebauten Gärsubstrat oder Abwasser zu einer Suspension aufbereitet und diese in den Prozessraum der ersten Stufe eines kaskadierten Biogasreaktors eingespeist und nach der Behandlung in den Prozessraum der zweiten Stufe strömen und die Substanzen und Mikroorganismen ein anaerobes Verfahren im mesophilen oder im thermophilen Temperaturbereich sowie einen elektrodynamischen Prozess mit konstanten oder pulsierenden elektrischen und magnetischen Feldern durchlaufen und das Gärsubstrat im Kern- und Ringraum des Biogasreaktors in einer Zweiphasenströmung im Aufstrom und Abstrom durch die Einpressung von Biogas nach dem Schlaufenprinzip gemischt und umgewälzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die aufbereiteten Substanzen oder das gemischte Substrat und die gebildeten Stoffe sowie die Mikroorganismen durch eine Zone mit der ausgebreiteten Formation der elektrischen und magnetischen Felder in den Prozessräumen strömen.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Redoxpotential des Gärsubsubstrates in dem ersten und zweiten Prozessraum des Biogasreaktors durch die Wirkung konstanter oder pulsierender elektrischer und magnetischer Felder in den anaeroben Phasen optimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass durch eine elektrische Spannung, welche nach dem Hall-Effekt mittels der gruppierten Anordnung von Elektroden und Magneten oder Magnetkernspulen in den Mammutpumpen induziert wird, die Leistungsfähigkeit des Biogasreaktors durch den gebildeten Wasserstoffwesentlich erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Wachstumsrate der Mikroorganismen durch die Behandlung mittels konstanter oder pulsierender elektrischer und magnetischer Felder in dem Biogasreaktors erhöht und die Zellsterblichkeit minimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung und Umwälzung des Gärsubstrates in dem Prozessraum der ersten Stufe und dem Prozessraum zweiten der Stufe des Biogasreaktors mittels der Begasungsvorrichtungen und den angeordneten Mammutpumpen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das produzierte Biogas der ersten Stufe in den Prozessraum der zweiten Stufe des Biogasreaktors mittels einer Verdichtung des Gases über die Begasungsvorrichtungen eingetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung von Schwefelwasserstoff durch den Eintrag von Luft oder Sauerstoff über die Begasungsvorrichtungen in den Mammutpumpen des ersten und zweiten Prozessraumes und durch die Wirkung von konstanten oder pulsierrenden elektrischen und magnetischen Feldern in den Prozessräumen unterbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass für die Einstellung des optimalen des pH-Wertes in dem Prozessraum der ersten Stufe Gärsubstrat aus dem Prozessraum der zweiten Stufe in den Prozessraum der ersten Stufe des Biogasreaktors eingespeist wird
Verfahren nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Druckausgleich zwischen dem Gasraum der ersten Stufe und dem Gasraum der zweiten Stufe des Biogasreaktors durch eine Differenzdruckregelung über ein externes Regelventil erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Gärsubstrat durch senkrechte Schlitze, die den ersten und zweiten Prozessraum des Biogasreaktors verbinden, ein- und ausströmt.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbereitung der organischen Stoffe mittels eines Mischwerkzeuges in einem Maischbehälter sowie durch ein Schraubenspindelaggregat, welches in dem externen Kreislauf der Aufbereitung angeordnet ist, zu einer Suspension erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 und 12 dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufbereitung der Substanzen abgebautes Gärsubstrat aus dem Sammelbehälter zurückgeführt und in den Maischbehälter eingespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 13 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Rückführung des abgebauten Gärsubstrates die Population der Mikroorganismen im ersten und zweiten Prozessraum des Biogasreaktors aufkonzentriert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass bei einer mesophilen-thermophilen oder thermophilen Betriebsweise des Biogasreaktors Prozessenergie durch die Rückführung des abgebauten Gärsubstrates und der Einspeisung in den Maischbehälter über eine rekuperative Anlage gewonnen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass bei einer mesophilen Betriebsweise des Biogasreaktors nur im zweiten Prozessraum Wärmetauscher angeordnet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass bei einer thermophilen oder mesophilen-thermophilen Betriebsweise des Biogasreaktors im ersten Prozessraum sowie im zweiten Prozessraum ein Wärmetauscher angeordnet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kernraum der ersten Verfahrensstufe 3 bis 5 Mammutpumpen und im Ringraum der zweiten Verfahrensstufe 6 bis 12 Mammutpumpen in dem Biogasreaktor angeordnet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Module mit der gruppierten Anordnung von Elektroden und Dauermagneten gemäß der 5 und 6 für eine Anlage nach der 1 oder 2 in der vertikalen Achse der Mammutpumpen angeordnet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Module mit der gruppierten Anordnung von Elektroden und Magnetkernspulen gemäß der 7 und 8 für eine Anlage nach der 1 oder 2 in der vertikalen Achse der Mammutpumpen angeordnet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden aus zylinderischen Ringen oder Segmenten in einem Modul der Begasungsvorrichtung unter einem transparenten Rohr gemäß der 5 und 6 angeordnet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnete aus zylinderischen Ringen oder Segmenten in einem Modul der Begasungsvorrichtung mit der Nord-Südpol-Ausrichtung unter einem transparenten Rohr gemäß der 5 und 6 angeordnet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden aus zylinderischen Ringen oder Segmenten in einem Modul der Begasungsvorrichtung unter einem transparenten Rohr gemäß der 7 und 8 angeordnet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkernspulen aus zylinderischen Ringen oder Kernsegmenten in einem Modul der Begasungsvorrichtung mit der Nord-Südpol-Ausrichtung unter einem transparenten Rohr gemäß der 7 und 8 angordnet werden.