DE102010032916A1

DE102010032916A1 - Verfahren und System zur Aufkonzentration von Wirtschaftsdünger, insbesondere Gülle für den Einsatz in einer Biogasanlage

Info

Publication number: DE102010032916A1
Application number: DE102010032916A
Authority: DE
Inventors: Dirk Neupert
Original assignee: BEBRA BIOGAS GmbH
Current assignee: BEBRA BIOGAS GmbH
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2012-02-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Aufkonzentration des Trockensubstanzgehalts von pumpbarem Wirtschaftsdünger für eine Biogasanlage, insbesondere Gülle, in einem mit diesem Wirtschaftsdünger zumindest teilweise gefüllten Vorratsbehälter (1). Dabei wird der Wirtschaftsdünger zu einer Filtervorrichtung (3) geführt, insbesondere gepumpt, in der er zumindest ein Filterelement überströmt und in ein Konzentrat mit hohem Feststoffanteil und ein Filtrat mit geringem Feststoffanteil getrennt wird. Das Konzentrat wird in den Vorratsbehälter (1) zurückgeführt, wobei der Volumenstrom des Filtrats mittels wenigstens eines Regelventils (6) geregelt wird, das in einer das Filtrat führenden Filtratstrecke (5) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Aufkonzentration des Trockensubstanzanteils von pumpbarem Wirtschaftsdünger für eine Biogasanlage, insbesondere Gülle, in einem mit diesem Wirtschaftsdünger zumindest teilweise gefüllten Vorratsbehälter für die Biogasproduktion.
Zur Erzeugung von Biogas stehen heute unterschiedliche Techniken zur Verfügung, bei denen zumeist alle biologischen Abbauprozesse in einer Prozessstufe oder getrennt in zwei oder mehr aufeinander folgenden Prozessstufen ablaufen. Dabei wird zwischen Nass- und Trockenfermentationsverfahren sowie kontinuierlichen und diskontinuierlichen, letztere auch Batch-Fermentationsverfahren genannt, sowie den Temperaturbereichen unterschieden, bei denen die Anlagen betrieben werden.
Zur weiteren Differenzierung der Anlagen werden die eingesetzten Substrate herangezogen. Dabei unterscheidet man nach Mono- und Cofermentationsanlagen, die entsprechend ihrer Bezeichnung nur ein einziges Substrat oder mehrere Substrate verarbeiten. Dabei wird bei der Genehmigung unterschieden zwischen Abfall – und NaWaRo(Abkürzung von Nachwachsender Rohstoff)-Anlagen. Anlagen die Wirtschaftsdünger einsetzten gehören dementsprechend zu den NaWaRo-Anlagen. Im Folgenden wird unter dem Begriff Wirtschaftsdünger jegliche Art flüssiger organsicher Reststoffe tierischer Herkunft verstanden, insbesondere Jauche und Gülle.
Die Biogaserzeugung erfolgt in Gärbehältern, die überwiegend als volldurchmischbare, stehende Behälter aus Stahlbeton, emailliertem Metall oder Edelstahl ausgebildet sind. Außerdem gibt es liegende Behälter, die im sogenannten Pfropfenstrom gefahren werden. Die Gärbehälter sind in der Regel mit Heizsystemen ausgestattet, um das Substrat zu erhitzen. Als Sonderbauformen gelten Behälter mit Doppelkammer oder mit integrierter Hydrolysekammer.
Zu dieser neusten Generation gehören volldurchmischte, stehende Stahlfermenter mit integrierter Hydrolysekammer. Es handelt sich dabei um hochbelastbare Biogasanlagen. Gegenüber älteren Techniken haben diese Anlagen wesentlich geringere Volumina. Sie sind auf kleinstem Raum installierbar und werden mit hoch energiereichen Substraten beschickt. Durch die Anlagengeometrie und Verfahrensweise ist es möglich, die Anlagen mit sehr hohen Raumbelastungen zu fahren.
Dabei wird aktive Biomasse in Form von Wirtschaftsdünger, beispielsweise Gülle, Mist, oder Biomasse aus laufenden Anlagen in das System eingebracht. Es handelt sich hierbei um eine komplexe Mischkultur, die unter anderem die erforderlichen methanogenen Archaeen enthält. Methanbildende Mikroorganismen benötigen zum Zellwachstum und zur Methanbildung Wasserstoff sowie einfache Kohlenstoffverbindungen wie Essigsäure und Kohlendioxid. Diese werden durch weitere Bakterien über Hydrolyse und Säurebildung zur Verfügung gestellt. Dabei ist die räumliche Nähe von methanogenen Archaeen und essigsäureoxidierenden Mikroorganismen Bakterien unablässig.
Für die Nassvergärung werden als Grundsubstrate Wirtschaftsdünger mit hohen Wassergehalten eingesetzt. Um deren Energiegehalt zu steigern, werden zusätzliche Cosubstrate wie nachwachsende Rohstoffe, Nahrungsmittelabfälle und tierische Nebenprodukte eingesetzt. Wichtig zur Erzeugung von Biogas sind hohe organische Kohlenstoffanteile der Substrate. Ein weiteres Auswahlkriterium für die Verwendbarkeit in der Nassfermentation ist die Pumpfähigkeit der Einsatzstoffe.
Nach dem Vergären der Substrate in der Biogasanlage werden diese als Gärreste einem Endlager zugeführt. Von dort müssen sie entsorgt werden. Sind im Sinne der Genehmigung ausreichend Flächen vorhanden, kann der Gärrest aus NaWaRo-Anlagen direkt als Dünger auf das Feld ausgetragen werden. Je nach wirtschaftlichem Nutzen werden Gärreste aber auch vor der Weiterverarbeitung aufbereitet. Ist die Biogasanlage als Abfallanlage genehmigt, muss die Aufbereitung der Gärreste in jedem Fall durchgeführt werden. Dies wird mit aus der Gülleverarbeitung bekannten Techniken durchgeführt. Hier kommen je nach Anwendungsfall unterschiedliche Techniken zur Anwendung. Die Aufbereitung von Gülle oder Gärresten wird außerdem im Hinblick auf Entsorgungsprobleme, wie beispielsweise ein regionaler Nährstoffüberschuss, Einsparung von Lagerkapazität und Ausbringkosten, Einsparung von Kosten für Flächen und Minderung von Umweltbelastung durchgeführt.
Die Aufbereitungsverfahren werden in physikalische, chemische und biologische Verfahren aufgeteilt. Dabei kommen auch kombinierte Verfahren aus chemischen und physikalischen Methoden zum Einsatz. Hierzu zählen Feststoffverbrennung, Trocknung, Eindampfung, Membranverfahren und Strippung, ferner die Trennung durch Flockungshilfsmittel und die Phosphatfällung. Zu den biologischen Verfahren zählen die Kompostierung sowie Nitrifikation und Denitrifikation.
Den physikalischen Verfahren ist in der Regel eine Separation der Gülle oder Gärreste vorgeschaltet, um diese in zwei behandelbare Fraktionen zu trennen, nämlich eine vergleichsweise feste Fraktion mit hohem Feststoffanteil und eine flüssige Fraktion mit geringem Feststoffanteil. Dazu stehen verschiedene Technologien, wie Siebbandpressen, Zentrifugen oder Schrauben- oder Schneckenseparatoren zur Verfügung. Substrate mit 1 bis 20% Trockensubstanzanteilen können auf 20 bis 35% Trockensubstanzanteilen aufkonzentriert werden. Die beiden Endprodukte sind ein transportwürdiger, lagerfähiger und stapelbarer Feststoff einerseits, der in Behältern auf Siloplatten gelagert werden kann, und eine flüssige, stickstoffreiche Phase andererseits, die entweder als Düngerkonzentrat eingesetzt oder weiter aufbereitet werden kann.
Den genannten Separationstechniken ist gemeinsam, dass die feststoffreiche Phase ein stapelbarer, nicht mehr pumpfähiger, mehr oder weniger trockener Feststoff ist. Die Verwertbarkeit dieses Feststoffes wird in der Regel als eher mittelmäßig betrachtet. Wesentlich mehr Verwendungsmöglichkeiten werden der flüssigen Fraktion aus den Trenntechniken zugesprochen. Ein weiterer Nachteil der genannten Separationstechniken ist, dass sie keinen kontinuierlichen Betrieb bei der Separation erlauben, weil der Feststoff nicht mehr pumpfähig ist. Er muss vielmehr mit Hilfe anderer Fördertechniken an seinen Bestimmungsort transportiert werden. In Biogasanlagen wird bei der Trennung von Gülle oder Gärresten dem Feststoff eine bessere Lager- und Transportfähigkeit zugesprochen. Weiterhin wird die flüssige Phase häufig wieder in die Biogasanlage als Rezirkulat zurückgeführt. Dies geschieht häufig bei Nassfermentationsanlagen, die geringste Mengen Gülle einsetzen. Diese Anlagen haben aufgrund des hohen Feststoffeinsatzes aus Maissilage und ähnlichen Substraten zumeist Probleme mit ihrer Rührtechnik und nutzen das flüssige Rezirkulat zur Verdünnung des Gärsubstrats im Fermenter, so dass es einfacher zu durchmischen ist.
Aus der DE 10 2006 052 669 A1 ist ein Verfahren zum Eindicken von Gärresten in einem Gärbehälter einer Biogasanlage bekannt. Dabei ist vorgesehen, eine Substratmenge aus dem Vergärer abzupumpen und daraus einen Teil der Flüssigkeit abzuscheiden. Das konzentrierte Substrat wird einem Auffangbehälter zugeführt oder zurück in den Vergärer gepumpt. Das Eindicken von Gärsubstrat dient der Aufgabe, bei Kleinanlagen abgezogenes Gärsubstrat wirtschaftlich entsorgen zu können. Grundgedanke der DE 10 2006 052 669 A1 ist es, eine Aufteilung des fließ- und pumpfähigen Substrates aus einer Biogasanlage in einen Haupt- und einen Teilstrom vorzunehmen, wobei der Teilstrom nach passieren einer Filtervorrichtung zwar einen deutlich verminderten Flüssigkeitsanteil aufweist, insgesamt aber immer noch fließfähig ist. Teil- und Hauptstrom werden durch eine Regelung von zwei Pumpen, die einem Flüssigkeitsstrom zugeordnet sind, so gewählt, dass sich die dem Filter zugeführte Substratmenge je nach Siebspaltweite und Anordnung, zu etwa 70% auf den überwiegend flüssigen Hauptstrom und zu 30% auf den schlammartigen Teilstrom aufteilt.
Im Wesentlichen herrschen bei diesem Stand der Technik zwei Vorgehensweisen vor, die insbesondere bei der Nassvergärung nicht sinnvoll sind. Der Hauptgrund der Gülle und Gärresttrennung ist die Schaffung von Lagervolumen und die Bereitstellung von Flüssigphase zum Ausgleich von technischen Mängeln in Biogasanlagen. Daneben sind andere Gründe aufzuführen, wie das Schaffen von transportwürdigen Wirtschaftsdüngern, die für den effizienten Betrieb einer Biogasanlage eine untergeordnete Rolle spielen. Hier wird in erster Linie ein an den Biogasprozess angeschlossener Betrieb von Trenntechniken angewendet, um Auslegungsschwierigkeiten, wie das Bereitstellen von ausreichend Lagerkapazität und das Verflüssigen von Gärsubstrat zur besseren Durchmischung des Prozesses zu überwinden. Dabei wird insbesondere bei der Rückführung von flüssigem Material die Anreicherung von Stickstoff in der Biogasanlage billigend in Kauf genommen. Bei der physikalischen und chemischen Trennung von Gülle und Gärresten wird die Hauptkohlenstofffraktion in der festen Phase aufkonzentriert. In der flüssigen Phase reichert sich Stickstoff und ein wesentlich geringerer Anteil an Kohlenstoff an. Stickstoff ist in Form von Ammoniak ein Zellgift. Die Auswirkungen einer Stickstoffhemmung durch Ammoniak als Zellgift auf den wirtschaftlichen Betrieb einer BGA sind jedoch erheblich. In Folge von Stickstoffüberschuss steigt der pH-Wert in der Biogasanlage an. Dabei verschiebt sich das Dissoziationsgleichgewicht vom zellverfügbaren Ammonium zum Zellgift Ammoniak. Ist die Toleranz der Bakterien überschritten, werden diese gehemmt und die Biogasproduktion kommt zum Erliegen. Vollkommen außer Acht gelassen wird die Massenbilanz der getrennten Fraktionen in energiereiches und energiearmes Material für die Vergärung in einer Biogasanlage. Neben Salzen ist der hauptsächliche Anteil der flüssigen Phase Wasser. Aus Wasser kann in einer Biogasanlage keine Energie gewonnen werden. Im Gegenteil muss für das Wasser weitere Energie aufgewendet werden, um dieses aufzuheizen. Das Anliegen, Lagervolumen zu reduzieren, wird nur unzureichend gelöst, da die tatsächlich größte Fraktion, die flüssige, wassereiche Fraktion in der Anlage im Kreis gefahren wird, anstelle der Aufbereitung zu einer brauchbaren wässrigen Fraktion auf Einleiterqualität oder als Brauchwasser.
Wichtig für den effizienten Betrieb einer Biogasanlage sind die biologischen Prozessparameter wie die hydraulische Verweilzeit, die Raumbelastung, die Temperatur und der pH-Wert des Gärsubstrats. Außerdem sind zur Erzeugung von Biogas hohe organische Kohlenstoffanteile der Substrate von Bedeutung.
Des Weiteren nachteilig ist bei der DE 10 2006 052 669 A1 , dass durch die Rückführung der flüssigen Fraktion in den Fermenter einerseits die Verweilzeit verkürzt und andererseits die Raumbelastung erniedrigt wird. Desweiteren ist der Energiegehalt in der flüssigen Phase wesentlich geringer als in der festen Phase, die den höheren Anteil an Kohlenstoff enthält.
Ferner ist zu beachten, dass sich gerade Essigsäure- und Methanbildende Mikroorganismen in der Trockensubstanzreichen Phase befinden und durch das Rückführen der flüssigen Fraktion dem Prozess verloren gehen. essigsäureoxidierende und methanbildende Mikroorganismen sind auf eine räumlich dichte Aneinanderlagerung angewiesen. Aus diesem Grund lagern sie sich hauptsächlich auf Feststoffen an, die sich in Gülle und Gärresten befinden. Für den Biogasprozess ist es von Vorteil diese Bakterien anzureichern. Aufgrund der genannten Nachteile ist die Biogasausbeute bei dem aus DE 10 2006 052 669 A1 bekannten Verfahren gering.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein System bereitzustellen, mit dem die Biogasausbeute aus Wirtschaftsdüngern erhöht werden kann, insbesondere auf das Vierfache gegenüber unbehandelten Substraten, wobei ein kontinuierliches oder batchweises Aufkonzentrieren von Wirtschaftsdünger auch von und gerade bei kleinen Volumenströmen möglich sein soll.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und das System nach Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den entsprechenden Unteransprüchen genannt.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Aufkonzentration des Trockensubstanzanteils von pumpbarem Wirtschaftsdünger für eine Biogasanlage, insbesondere Gülle, in einem mit diesem Wirtschaftsdünger zumindest teilweise gefüllten Vorratsbehälter vorgeschlagen, bei dem der Wirtschaftsdünger zu einer Filtervorrichtung geführt, insbesondere gepumpt wird, in der er zumindest ein Filterelement überströmt und in ein Konzentrat mit hohem Feststoffanteil und ein Filtrat mit geringem Feststoffanteil getrennt wird, und das Konzentrat in den Vorratsbehälter zurückgeführt wird, wobei der Volumenstrom des Filtrats mittels wenigstens eines Regelventils geregelt ist, das in einer das Filtrat führenden Filtratstrecke angeordnet ist.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt darin, Wirtschaftsdünger vor dem Einbringen in einen Gärbehälter einer Biogasanlage zur Fermentation aufzukonzentrieren, d. h. dessen relativen Feststoffanteil pro Volumeneinheit zu erhöhen, und diesen aufkonzentrierten Wirtschaftsdünger in dem Gärbehälter zu vergären. Hierzu soll eine kontinuierliche oder Batchweise Eindickung des Wirtschaftsdüngers genutzt werden. Bislang sind Verfahren, die zur kontinuierlichen Gülleeindickung vor der Fermentation, die als integrierter Prozessschritt einer Kompakt-Biogasanlage entwickelt wurden, nicht Stand der Technik.
Bisher wird das Energiepotential, das in jeder Form von Wirtschaftsdünger, insbesondere Gülle, enthalten ist, über das Einbringen der Rohgülle in die Biogasanlage und durch die dort stattfindende Vergärung der organischen Fracht dieser Gülle genutzt. Üblicherweise wird in der Literatur (Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft, KTBL, erreichbar unter http://www.ktbl.de) ein spezifischer durchschnittlicher Biogas-Ertrag für Rindergülle von 380 l_N/kg oTS (Normliter pro Kilogramm organischer Trockensubstanz) und für Schweinegülle von 420 l_N/kg oTS im mesophilen Betrieb genannt. Die Trockensubstanzgehalte liegen bei Rindergülle durchschnittlich bei ca. 8% und für Schweinegülle bei ca. 5%.
Erfindungsgemäß wird der Trockensubstanzgehalt des Wirtschaftsdüngers, insbesondere der Gülle aufkonzentriert, bevor er in die Biogasanlage zum Vergären eingeführt wird. Dies erfolgt dadurch, dass der Wirtschaftsdünger in einem Vorratsbehälter gehalten wird und von dort über eine Filtervorrichtung geführt, insbesondere gepumpt wird, wo er in ein Konzentrat mit hohem Feststoffanteil und ein Filtrat mit geringem Feststoffanteil getrennt wird. Das Konzentrat wird zurück zu dem Vorratsbehälter geführt, so dass dieser Teil des aus dem Vorratsbehälter abgepumpten Wirtschaftsdüngers im Kreis zirkuliert. Demgegenüber wird das Filtrat aus dem Wirtschaftsdünger teilweise extrahiert und über eine Filtratstrecke in einem Auffangbehälter geleitet, wo es aufbereitet und/oder für andere Zwecke weiterverwendet werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Trennleistung des Filters über den Volumenstrom des Filtrats in der Filtratstrecke mittels eines Regelventils geregelt, nachfolgend auch Filtratventil genannt. Eine entsprechende Regelung stellt dabei das Regelventil derart, dass der Volumenstrom in einem vorgegebenen Bereich gehalten wird. Vorzugsweise kann das Regelventil derart geregelt werden, dass der Volumenstrom des Filtrats in einem Bereich zwischen 50 l/h und 300 l/h, insbesondere zwischen 120 l/h und 250 l/h, vorzugsweise bei etwa 170 l/h gehalten wird. Die Regelung auf einen derartigen Volumenstrom bewirkt, dass der Differenzdruck zwischen der Konzentratseite und der Filtratseite in einem bestimmten Wertebereich gehalten werden kann. Der Wertebereich liegt dabei zwischen 0,00 bis 0,06 bar, insbesondere zwischen 0,03 bis 0,05 bar. Der Differenzdruck ist ein Maß für die Durchlässigkeit des Filters für das Filtrat. Dabei besteht während des Filtrierens ein Überdruck auf der Filtratseite. D. h., dass in diesem Fall der Druck auf der Filtratseite höher ist, als auf der Konzentratseite.
Setzt sich der Filter während des Filtrierens langsam zu, so gelangt weniger Filtrat durch die Filtrieröffnungen des Filterelements und der Volumenstrom des Filtrats verringert sich. Das Regelventil wird dann zunehmend geschlossen, um den Differenzdruck, in dem vorgegebenen Bereich zu halten. Dabei kann der Filtratvolumenstrom über eine Durchflussmessung in der Filtratstrecke ermittelt und überwacht werden. Der Filtratvolumenstrom wird dann als Istwert der Regelung zugeleitet.
Sind die Filtrieröffnungen des Filterelements der Filtervorrichtung von Feststoffpartikeln (Filterkuchen) derart zugesetzt, dass keine flüssigen Bestandteile des Wirtschaftsdüngers mehr abgefiltert werden können, kommt die Filterung zum Erliegen. Der Volumenstrom reduziert sich dabei auf 0. Des Weiteren übersteigt der Druck auf der Konzentratseite den Druck auf der Filtratseite, so dass in der Filtratstrecke ein zumindest leichter Unterdruck vorliegt. Dies ist ein sicheres Anzeichen dafür, dass der Filter für das Filtrat undurchlässig geworden ist. Erfindungsgemäß kann daher die Filtration durch Kontrolle des Differenzdrucks zwischen Konzentratseite und Filtratseite überwacht werden. Hierfür kann der Druck in der Filtratstrecke und der Druck in der Konzentratstrecke ermittelt werden, wobei das Regelventil geschlossen wird, wenn der Druck in der Filtratstrecke geringer wird als der Druck in der Konzentratstrecke. Durch das Schließen des Regelventils auf der Filtratseite wird die Filtration vollständig unterbrochen. Es kann dann eine automatische Reinigung des Filters durchgeführt werden, um die Filtrieröffnungen von Feststoffpartikeln frei zu bekommen.
Zur Reinigung der Filtervorrichtung kann beispielsweise eine turbulente Strömung in diesem erzeugt werden. Beispielsweise kann dies durch Erhöhung der Leistung der den Wirtschaftsdünger zur Filtervorrichtung und von dieser zurück in den Vorratsbehälter pumpenden Pumpe erreicht werden. Durch die turbulente Strömung wird der sich in der Filtervorrichtung abgelagerte Filterkuchen zunehmend abgebaut und werden die Filtrieröffnungen des Filterelements nach und nach freigegeben, so dass eine Filterung wieder möglich ist. Dadurch, dass die Sieböffnungen des Filterelements zunehmend frei werden und der Wirtschaftsdünger über das Filterelement strömt, steigt der Druck in der Filtratstrecke wieder an, so dass sich erneut ein Überdruck auf der Filtratseite gegenüber der Konzentratseite ausbildet. Übersteigt der Differenzdruck einen vorgegebenen Grenzwert von beispielsweise 0,05 bar oder 0,06 bar, öffnet die Regelung das Regelventil 6 wieder, so dass die Filterung fortgesetzt wird. Diese Verfahrensweise ermöglicht eine besonders effiziente, automatische Reinigung der Filtervorrichtung, ohne dass hierzu mechanisch bewegte Reinigungsmittel wie rotierende Bürsten und dergleichen benötigt werden. Auch ist keine Rückspülung der abgefilterten Flüssigkeit durch den Filter notwendig, die den Trockensubstanzgehalt wieder verringern würde. Die Pumpe wird dagegen stets in derselben Richtung betrieben und der Wirtschaftsdünger ”im Kreis” gefördert, sowohl im Filterbetrieb als auch im Reinigungsbetrieb, d. h. wenn das Regelventil geschlossen ist. Vorzugsweise kann die Pumpe derart eingestellt sein, dass die turbulente Strömung stets vorliegt. In diesem Fall braucht die Pumpe für den Reinigungszyklus nicht anders betrieben zu werden. Die entsprechende Pumpensteuerung vereinfacht sich dadurch.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der Filtratstrecke zwei hintereinander angeordnete Ventile den Volumenstrom des Filtrats regeln. Die Regelung mit zwei Ventilen hat den Vorteil, dass schnellere Regelverläufe erreicht werden können und eine bessere Anpassung an die hydraulischen, dynamischen Bedingungen im System möglich ist.
Vorzugsweise kann die Filterung beendet werden, wenn der Trockensubstanzgehalt in dem Vorratsbehälter einen vorgegebenen Grenzwert erreicht oder überschreitet, d. h. die Aufkonzentration einen vorgegebenen Zielwert des Trockensubstanzgehalts erreicht hat. Vorzugsweise kann der Grenzwert für den Trockensubstanzgehalt im Bereich zwischen 12% und 18% liegen. Dabei kann der Trockensubstanzgehalt in dem Vorratsbehälter ermittelt und die Filterung beendet werden, wenn der Trockensubstanzgehalt diesen vorgegebenen Grenzwert erreicht oder überschreitet.
Alternativ oder kumulativ kann die Dichte des Wirtschaftsdüngers in dem Vorratsbehälter ermittelt und die Filterung beendet werden, wenn die Dichte einen vorgegebenen Grenzwert erreicht oder überschreitet.
Alternativ oder kumulativ kann der Druck vor der Filtervorrichtung ermittelt und die Filterung beendet werden, wenn der Druck einen vorgegebenen Grenzwert erreicht. Diese Steuerung des Filterprozesses basiert auf der physikalischen Tatsache, dass der Entzug von Flüssigkeit aus dem Wirtschaftsdünger dessen Fließfähigkeit herabsetzt, so dass bei gleich bleibender Pumpenleistung ein Druckstau vor der Filtervorrichtung entsteht. Vorzugsweise kann bei einem Grenzwert für den Druck vor der Filtervorrichtung im Bereich zwischen 1,5 bar und 5 bar eine Abschaltung der Filterung vorgenommen werden, da dies ein Hinweis darauf ist, dass der Trockensubstanzgehalt des Wirtschaftsdüngers durch die Abfilterung von Flüssigkeit ausreichend erhöht worden ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann nach Beendigung der Filterung der aufkonzentrierte Wirtschaftsdünger aus dem Vorratsbehälter entnommen und einem Gärbehälter der Biogasanlage zugeführt werden, wobei der Vorratsbehälter anschließend vollständig mit neuem Wirtschaftsdünger gefüllt und die Filterung fortgesetzt wird. Der neue Wirtschaftsdünger ist dabei frischer, noch nicht prozessierter, insbesondere noch nicht aufkonzentrierter Wirtschaftsdünger, mit einem Trockensubstanzgehalt unter 10%. Mit dieser Verfahrensweise wird ein diskontinuierlicher, d. h. batchweiser Betrieb des Aufkonzentrationsprozesses realisiert. Dabei werden die Prozessschritte „Einbringen von frischem Wirtschaftsdünger”, „Aufkonzentrierung durch Filtration” und „Zuführung des aufkonzentrierten Wirtschaftsdüngers einer Biogasanlage” und ”Nachfüllen von frischem Wirtschaftsdünger” nacheinander und sich wiederholend durchgeführt.
In einer alternativen Ausführungsvariante kann während der Filterung aufkonzentrierter Wirtschaftsdünger aus dem Vorratsbehälter entnommen und einem Gärbehälter der Biogasanlage zugeführt werden, wobei der Vorratsbehälter mit einer Menge neuem Wirtschaftsdünger gefüllt wird, die der Gesamtmenge entnommenem Wirtschaftsdünger entspricht. Die Tatsache, dass das erfindungsgemäß Verfahren auch für den kontinuierlichen Betrieb verwendet werden kann, ist ein besonderer Vorteil. Dieser wird gerade durch die Regelung der Filterleistung aufgrund des Filtratvolumenstroms und insbesondere der automatischen Reinigung der Filtervorrichtung erreicht. Die Entnahme von aufkonzentriertem Wirtschaftsdünger kann sowohl beim kontinuierlichen als auch beim diskontinuierlichen Betrieb in regelmäßigen Abständen erfolgen, so dass der Gärbehälter der Biogasanlage regelmäßig mit zu vergärendem Wirtschaftsdünger beschickt wird.
Erfindungsgemäß wird des Weiteren ein System zur Aufkonzentration des Trockensubstanzgehalts von pumpbarem Wirtschaftsdünger für eine Biogasanlage, insbesondere Gülle, mit einem mit diesem Wirtschaftsdünger zumindest teilweise geführten Vorratsbehälter vorgeschlagen, wobei das System zumindest folgendes umfasst,

– eine Filtervorrichtung, zu der der Wirtschaftsdünger führbar, insbesondere mittels einer Pumpe pumpbar ist, und die zumindest ein Filterelement aufweist, das von dem Wirtschaftsdünger zu dessen Trennung in ein Konzentrat mit hohem Feststoffanteil und ein Filtrat mit geringem Feststoffanteil überströmbar ist,
– einer Konzentratstrecke über die Konzentrat zurück in den Vorratsbehälter führbar ist,
– mindestens ein Regelventil, das in einer das Filtrat führenden Filtratstrecke angeordnet ist und
– einer Regelung, die den Volumenstrom des Filtrats durch Einstellung des Regelventils regelt.

Vorzugsweise kann die Pumpe eine Exzenterschneckenpumpe sein. Derartige Pumpen können besonders effektiv für das Pumpen von mit Feststoffen versetzten Wassern und Abwassern eingesetzt werden. Sie besitzen im Betrieb eine mahlende Wirkung auf das geförderte Medium und sind weniger verstopfungsanfällig als herkömmliche Kreiselpumpen mit konventionellen Pumpenlaufrädern.
Als Filtervorrichtung eignet sich insbesondere ein so genannter Crossflow-Filter, der als Filterelement einen Siebzylinder mit Sieböffnungen oder ein Lochblech aufweist, die von dem Wirtschaftsdünger überströmt werden können. Für eine effektive Filterung ist es besonders vorteilhaft, die Filtervorrichtung vertikal anzuordnen, so dass der Siebzylinder oder das Lochblech durchströmt werden kann.
Die Konzentratstrecke des erfindungsgemäßen Systems stellt eine Rückführleitung dar, durch die das Konzentrat als Teil des aus dem Vorratsbehälter abgepumpten Wirtschaftsdüngers im Kreis geführt ist. Die Konzentratstrecke ist demgemäß als Rohr ausgebildet, dass sich einerends an die Filtervorrichtung anschließt und anderenends in den Vorratsbehälter mündet. Des Weiteren ist die Filtratstrecke ebenfalls als Rohrleitung ausgebildet, die an einem Ende an der Filtervorrichtung angeschlossen ist und an ihrem anderen Ende in einen Auffangbehälter mündet. Die Zuführung von Wirtschaftsdünger zur Filtervorrichtung erfolgt über eine Zuleitung, die ebenfalls als Rohr ausgebildet ist.
Die Filtervorrichtung weist mindestens zwei Kammern auf, die durch zumindest ein Filterelement voneinander getrennt sind. Dieses Filterelement kann dem oben beschriebenen Filterelement entsprechen. In der Ausführungsvariante des Filterelements als Siebzylinder ist die Filtervorrichtung im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist eine Außenkammer und eine koaxiale Innenkammer auf. Der Wirtschaftsdünger kann entweder in die Außenkammer oder in die Innenkammer geführt werden, wobei die jeweils andere Kammer dann für die Abführung des Filtrats verwendet wird. In Entsprechung dieser konstruktiven Ausbildungen der Filtervorrichtung können die Konzentratstrecke respektive die Filtratstrecke entweder in die äußere Kammer oder in die innere Kammer münden.
Dadurch, dass die Trennleistung des Filters durch ein Regelventil in der Filtratstrecke geregelt wird, d. h. mittels diesem Regelventil der Differenzdruck zwischen der Konzentratseite und der Filtratseite eingestellt wird, reicht es aus, dass das System für den Filterprozess nur eine einzige Pumpe aufweist, die im Filterbetrieb den Wirtschaftsdünger zu der Filtervorrichtung und gleichzeitig das Konzentrat zurück in den Vorratsbehälter pumpt. Die Verwendung von zwei oder mehr Pumpen, von denen eine Pumpe dem Filter vorgelagert ist und eine weitere Pumpe in der Konzentratstrecke und/oder in der Filtratstrecke angeordnet ist, kann dadurch vermieden werden.
Des Weiteren ist es von Vorteil, einen Durchflusssensor zur Messung des Filtratvolumenstroms in der Filtratstrecke anzuordnen, um den Filtratdurchfluss zu messen und diesen als Ist-Wert der Regelung vorzugeben.
Des Weiteren kann das System einen ersten Drucksensor in der Filtratstrecke und einen zweiten Drucksensor in der Konzentratstrecke aufweisen, damit das System den Druck in der Filtratstrecke und in der Konzentratstrecke ermitteln, und daraus auch den Differenzdruck ermitteln kann.
Vorzugsweise kann das System zwei in der Filtratstrecke hintereinander angeordnete Regelventile zur Regelung des Volumenstroms des Filtrats aufweisen, so dass schnellere Regelverläufe erreicht werden können.
Für eine automatische Abschaltung des Filterprozesses kann das System des Weiteren eine Einrichtung zur Ermittlung des Trockensubstanzgehalts in dem Vorratsbehälter und/oder einen dritten Drucksensor aufweisen, der vor der Filtervorrichtung angeordnet ist. Alle vorgenannten Sensoren können mit der Regelung verbunden sein und dieser die entsprechenden Messwerte übermitteln, so dass die Regelung gemäß dem beschriebenen Verfahren die Filterung regeln und steuern kann.
In einer erfindungsgemäßen Verwendung kann das vorbeschriebene System Teil einer Biogasanlage sein. Dies bedeutet, dass der Vorratsbehälter ein einem Gärbehälter der Biogasanlage vorgelagerter Behälter ist, und aufkonzentrierter Wirtschaftsdünger aus dem Vorratsbehälter unmittelbar dem Gärbehälter zur Erzeugung von Biogas zugeführt werden kann. Dabei eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Anwendung in einer Biogasanlage vom Typ Bebra.
Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des erfindungsgemäßen Systems werden nachfolgend anhand von konkreten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1: Schematischer Aufbau eines erfindungsgemäßen Systems zur Aufkonzentration von Gülle im Batchbetrieb mit einer Trockensubstanzüberwachung
2: Schematischer Aufbau eines erfindungsgemäßen Systems zur Aufkonzentration von Gülle im kontinuierlichen Betrieb mit einer Füllstandsüberwachung.
Die Erfindung zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus:

– Einbringung von frischer Gülle mit einem bestimmbaren geringen Trockensubstanzgehalt von 3% bis 8% in einen Vorratsbehälter;
– Förderung der Frischgülle über eine Pumpe, insbesondere eine Exzenterschneckenpumpe in eine Filtervorrichtung, insbesondere ein Crossflowfilter;
– Separation der frischen Gülle in eine aufkonzentrierte, feststoffreiche Phase, das Konzentrat, und eine feststoffarme flüssige Phase, das Filtrat;
– Überführung des Filtrats in einen Pufferbehälter und des Konzentrats in den Vorratsbehälter zurück;
– Eindickung des Wirtschaftsdüngers, wobei der Wasseranteil des Wirtschaftsdüngers größtenteils abgetrennt wird;
– Erhöhung des Biogaspotentials von Wirtschaftsdünger, das üblicherweise im Bereich von 25 m³ Biogas/t Frischmasse liegt durch Eindicken;
– Kontinuierlicher oder Batchweise Betrieb der Eindickung von Wirtschaftsdünger und Zuführung in eine Biogasanlage;
– automatische Reinigung des Crossflowfilters durch die Steuerung des Differenzdrucks zwischen Filtrat und Konzentratseite über ein Regelventil, das auf der Filtratseite des Crossflowfilters angeordnet ist;
– Abtragung des Filterkuchens auf dem Filter durch Einstellung einer turbulenten Strömung entlang der Filterfläche.

Vorteilhafterweise kann durch das Eindicken der Frischgülle der Trockensubstanzgehalt (TS) und organische Trockensubstanzgehalt (oTS) der Gülle erheblich angehoben werden. Die Erhöhung von TS und oTS bewirkt, dass aus dem behandelten Wirtschaftsdünger, d. h. aus dem Konzentrat mehr Energie in Form von Biogas produziert werden kann. Dafür wird das Konzentrat kontinuierlich oder im Batchbetrieb einer Biogasanlage zugeführt.
Durch die Abtrennung des größten Teils an Wasser wird für die Aufheizung des Konzentrats vorteilhafterweise weniger Energie benötigt und die Raumbelastung sowie die Verweilzeit im Fermenter können stabil hoch gehalten werden. Daraus ergibt sich ein wirtschaftlicherer Betrieb einer Biogasanlage.
Ebenfalls vorteilhaft auf den Biogasprozess wirkt sich der Stickstoffentzug aus dem Konzentrat aus. Der hauptsächlich als gelöstes Ammonium vorliegende Stickstoff wird über die flüssige Fraktion vom Konzentrat getrennt. Die Zufuhr von Konzentrat in eine Biogasanlage mit geringen Stickstofffrachten wirk sich positiv auf das Kohlenstoff-Stickstoff-Phosphor(C:N:P)-Verhältnis der Biogasbiozönose aus.
Im Folgenden wird die grundlegende Verfahrensweise der Erfindung beschrieben und anschließend anhand von Verfahrensbeispielen erläutert. Die Filtration kann batchweise oder im kontinuierlichen Betrieb durchgeführt werden.
1 zeigt den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Systems 10 zur Aufkonzentration von Gülle im Batchbetrieb mit einer Trockensubstanzüberwachung 11. Über Zuführleitungen 13, 15, 7 wird Frischgülle mit einem Trockensubstanzgehalt zwischen 3% bis 8% mittels einer Pumpe 2 aus einem Güllelager 14 in einen Vorratsbehälter 1 überführt, wobei die Frischgülle eine Filtervorrichtung 3 durchströmt, in der jedoch noch nicht gefiltert wird. Ein Zuführventil 20 ist bei dieser Zuführung von Frischgülle geöffnet. Der Vorratsbehälter 1 besitzt ein Fassungsvolumen von beispielsweise 1 m³. Im Vorratsbehälter 1 wird der Trockensubstanzgehalt TS oder die Dichte des eingeführten Mediums überwacht. Hierfür ist eine entsprechende Einrichtung 11 in oder an dem Vorratsbehälter 1 vorgesehen, die zur Ermittlung des Trockensubstanzgehalts TS oder der Dichte eingerichtet ist. Bei geschlossenem Zuführventil 20 wird dann vom Vorratsbehälter 1 aus eingebrachte Gülle, nachfolgend Substrat genannt, mittels der Pumpe 2 über die Rohrleitung 15 zu der Filtervorrichtung 3 im Kreis gepumpt, die als Crossflowfiltermodul ausgebildet ist und während dieser Zirkulation filtert. Als Crossflowfiltermodul 3 können jegliche Filtervorrichtungen 3 eingesetzt werden, die ein koaxiales Durchströmen des Filters 3 mit Medium ermöglichen, und die mit Siebzylindern oder Lochblechen mit Löchern in Siebkorngrößen von 0,01 mm bis 0,15 mm ausgestattet sind.
In dem Crossflowfilter 3 wird die Frischgülle in zwei Stoffströme aufgeteilt, ein Konzentrat mit hohem Feststoffanteil und ein Filtrat mit geringem Feststoffanteil. Das Konzentrat wird über eine Rohrleitung, die sogenannte Konzentratstrecke 7 zurück in den Vorratsbehälter 1 geführt, wohingegen das Filtrat über eine Rohrleitung, die sogenannte Filtratstrecke 5 in einen Auffangbehälter 4 abgeführt wird. Das Filtrat kann extern weiterverwendet oder verarbeitet werden, was durch den Pfeil B angezeigt ist.
Die Trennleistung des Filters 3 ist abhängig von der Durchlässigkeit des Filters 3 für das Filtrat. Die Überwachung der Filtration erfolgt über eine Druckmessung. Dazu werden der Druck P2 auf der Konzentratseite mittels eines Drucksensors 9 in der Konzentratstrecke 7 und der Druck P3 auf der Filtratseite mittels eines Drucksensors 8 in der Filtratstrecke 5 gemessen und einer nicht dargestellten Regelung zugeführt. Aus der Differenz der Drücke P2, P3 wird der Differenzdruck zwischen Filtrat- und Konzentratseite errechnet. Der Differenzdruck ist ein Maß für die Durchlässigkeit des Filters 3 für Filtrat.
Der Differenzdruck wird über den Filtratvolumenstrom konstant gehalten. Üblicherweise übersteigt der Druck auf der Filtratseite den Druck der Konzentratseite um 0,00 bar bis 0,06 bar. Idealerweise bewegt er sich zwischen 0,03 bar bis 0,05 bar. Solange auf der Filtratseite des Filters ein leichter Überdruck gegenüber der Konzentratseite anliegt kann konstant gefiltert werden. Kehrt sich das Druckgefälle um, steigt also der Druck auf der Konzentratseite und sinkt der Druck auf der Filtratseite, wird die Filtration erfindungsgemäß durch Schließen des Regelventils 6 auf der Filtratseite unterbrochen und der Filter 3 durch Zirkulieren des Konzentrats gespült. Die Spülung bewirkt, dass der Filterkuchen abgebaut wird und die Sieböffnungen zunehmend freiwerden. Bei diesem Prozess wird der Filter 3 solange überspült bis sich die Druckverhältnisse ausgeglichen haben, d. h der Druck P2 an der Konzentratseite sinkt und an der Filtratseite wieder steigt. Die Filtration wird durch Öffnen des Regelventils 6 in der Filtratstrecke fortgesetzt. Vorteil dieser Verfahrensweise ist, dass keine mechanische Reinigung des Siebzylinders erforderlich ist.
Eine Filtration bei Filtratvolumenströmen zwischen 50–300 l/h hat sich im Pilotbetrieb als sinnvoll erwiesen. Optimalerweise wird zwischen 120–250 l/h filtriert, in der Regel liegt der Filtratdurchfluss bei etwa 170 l/h. Der Filtratdurchfluss wird über eine Durchflussmessung 18 in der Filtratstrecke 5 überwacht. Zur Regelung des Filtratvolumenstroms können ein oder zwei hintereinander geschaltete Ventile 6 verwendet werden. Es hat sich gezeigt, dass die Regelung mit zwei Ventilen aufgrund der schnelleren Regelverläufe vorteilhafter gegenüber der Regelung mit einem Ventil ist.
Um einen kontinuierlichen Filtrationsvorgang zu gewährleisten, ist die Leistung der Pumpe 2 so gewählt, dass im Filter 3 eine turbulente Strömung anliegt. Aufgrund der turbulenten Strömung wird der sich permanent aufbauenden Filterkuchen immer wieder abgebaut. Dies erübrigt die Rückspülung und Reinigungsschritte innerhalb der Betriebszeit des Filters 3. Als Mindestgeschwindigkeit für die Strömung sind 0,35 m/s vorteilhaft. Optimalerweise wird der Crossflowfilter 3 mit einer Geschwindigkeit zwischen 0,5–0,6 m/s überströmt.
Die Aufkonzentration des Mediums im Vorratsbehälter 1 kann sowohl über den Füllstand als auch über die Messung des Trockensubstanzgehalts oder Dichtemessung in diesem Behälter 1 festgestellt werden. Dabei können Trockensubstanzgehalte im Bereich von 12–18% erreicht werden.
Ebenfalls in 1 dargestellt, ist die Schnittstelle A zu einer Biogasanlage als mögliche Einbindung des erfindungsgemäßen Systems 10 in einer solchen Anlage. Für den Batchbetrieb sind auch andere Anwendungen möglich und somit keine festen Schnittstellen definiert. Für den Batchbetrieb wird der Vorratsbehälter 1 im Wesentlichen vollständig mit frischem Substrat gefüllt. Über eine Trockensubstanz-Sonde 11 wird der Trockensubstanzgehalt gemessen. Das Medium wird aus dem Vorratsbehälter 1 über den Filter 3 und anschließend wieder in den Vorratsbehälter 1 im Kreis gepumpt. Dies erfolgt mittels der Pumpe 2, die als Exzenterschneckenpumpe ausgeführt ist. Das Filtrat wird dabei in einen Pufferbehälter 4 geleitet. Dieser Vorgang wird solange fortgesetzt, bis ein bestimmter Trockensubstanzgehalt des Konzentrats im Vorratsbehälter 1 erreicht ist. Das fertige Konzentrat wird anschließend aus dem Vorratsbehälter 1 einer Biogasanlage zugeführt und frisches Substrat den Vorratsbehälter 1 eingefüllt.
Mit Hilfe von P2 und P3 wird der Differenzdruck zwischen Filtrat-Konzentratseite des Filters 3 gemessen. Der Differenzdruck liegt im Bereich von 0,00 bar bis 0,06 bar. Der Differenzdruck gibt Aufschluss über die Verunreinigung des Siebzylinders im Filter 3. Eine Erhöhung der Druckdifferenz leitet einen automatischen Reinigungszyklus des Filters 3 ein. Die Reinigung des Filters 3 wird dabei über Aussetzen der Filterung durch Abbrechen der Filtration erreicht. Dafür wird das Regelventil 6 in der Filtratstrecke geschlossen und über Siebzylinder im Filter 3 das Konzentrat aus dem Vorratsbehälter 1 wie zuvor im Kreis gespült. Der Differenzdruck sinkt nun wieder und wenn es bis zu einem leichten Unterdruck kommt, wird die Filtration durch Öffnen des Ventils 6 fortgesetzt.
Nach der Pumpe 2 kann ein Druck P1 mittels eines weiteren Drucksensors 12 gemessen werden. P1 gibt Aufschluss über die Viskosität der aufkonzentrierten Gülle. Ist ein Grenzwert überschritten, wird die Filtration ebenso wie bei der Messung des Trockensubstanzgehaltes unterbrochen. Der Grenzwert bewegt sich zwischen 1,5 bis 5 bar.
2 stellt das Verfahrensfließbild der Aufkonzentration von Gülle im kontinuierlichen Betrieb dar, wobei der schematische Aufbau eines erfindungsgemäßen Systems 10 zur Aufkonzentration von Gülle mit einer Füllstandsüberwachung 19 gezeigt ist. In 2 ist ebenfalls die Schnittstelle A zu einer Biogasanlage dargestellt. Anders als für den Batchbetrieb ist es für den kontinuierlichen Betrieb notwendig, das erfindungsgemäße System fest in eine Biogasanlage einzubinden.
Wie in 2 dargestellt, wird dem Vorratsbehälter 1 ein Volumen von beispielsweise 1 m³ frische Gülle zugeführt. Die Frischgülle wird wie im Batchbetrieb über den Filter 3 mit der Pumpe 2 gepumpt und wieder in den Vorratsbehälter 1 zurückgeführt. Das Filtrat wird in den Pufferbehälter 4, üblicherweise mit einem Volumenstrom zwischen 100 bis 400 l/h abgeführt. In regelmäßigen Abständen, z. B. jede Stunde, wird dem Vorratsbehälter 1 eine definierte Menge Konzentrat, z. B. 100 l zur Beschickung der Biogasanlage entnommen. In Abhängigkeit des Füllstands in dem Vorratsbehälter 1 wird anschließend Frischgülle zugeführt. Im Verlauf der Zeit stellt sich in Abhängigkeit von der Filtrationsleistung, der Trockensubstanzkonzentration in der Gülle und des Füllstandes im Vorratsbehälter 1 ein konstant erhöhter Trockensubstanzgehalt gegenüber der Frischgülle ein. Bis sich der konstante Wert einstellt, befindet sich das System 10 im Anfahrbetrieb. Hat sich der konstante Wert eingestellt, ist das System 10 auf den kontinuierlichen Betriebszustand eingestellt.
Wie in 1 beschrieben, wird auch im kontinuierlichen Betrieb mit Hilfe der Drucksensoren 8 (P3), 9 (P2) in der Filtratstrecke 5 und Konzentratstrecke 7 der Differenzdruck zwischen Filtrat- und Konzentratseite des Filters 3 gemessen. Der Differenzdruck liegt hier ebenfalls im Bereich von 0,00–0,06 bar. Er gibt auch hier Aufschluss über die Verunreinigung des Siebzylinders im Filter 3. Erhöhung der Druckdifferenz leitet einen automatischen Reinigungszyklus des Filters 3 ein. Die Reinigung des Filters 3 wird dabei über Aussetzen der Filterung durch Abbrechen der Filtration erreicht. Dafür wird das Ventil 6 in der Filtratstrecke geschlossen und über Siebzylinder im Filter 3 das Konzentrat aus dem Vorratsbehälter 1 wie zuvor im Kreis gespült. Der Differenzdruck sinkt nun wieder und wenn es bis zu einem leichten Unterdruck kommt, wird die Filtration durch Öffnen des Ventils 6 fortgesetzt.
Nach der Pumpe 2 kann ein Druck P1 mittels eines weiteren Drucksensors 12 gemessen werden. P1 gibt Aufschluss über die Viskosität der aufkonzentrierten Gülle. Ist ein Grenzwert überschritten, wird die Filtration ebenso wie bei der Messung des Trockensubstanzgehaltes unterbrochen. Der Grenzwert bewegt sich zwischen 1,5 bis 5 bar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006052669 A1 [0012, 0012, 0015, 0016]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

http://www.ktbl.de [0021]

Claims

Verfahren zur Aufkonzentration des Trockensubstanzgehalts von pumpbarem Wirtschaftsdünger für eine Biogasanlage, insbesondere Gülle, in einem mit diesem Wirtschaftsdünger zumindest teilweise gefüllten Vorratsbehälter (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Wirtschaftsdünger zu einer Filtervorrichtung (3) geführt, insbesondere gepumpt wird, in der er zumindest ein Filterelement überströmt und in ein Konzentrat mit hohem Feststoffanteil und ein Filtrat mit geringem Feststoffanteil getrennt wird, und das Konzentrat in den Vorratsbehälter (1) zurückgeführt wird, wobei der Volumenstrom des Filtrats mittels wenigstens eines Regelventils (6) geregelt wird, das in einer das Filtrat führenden Filtratstrecke (5) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (6) derart geregelt wird, dass der Volumenstrom des Filtrats in einem Bereich zwischen 50 l/h und 300 l/h, insbesondere zwischen 120 l/h und 250 l/h, vorzugsweise bei etwa 170 l/h gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filtratvolumenstrom über eine Durchflussmessung in der Filtratstrecke (5) ermittelt und überwacht wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (P3) in der Filtratstrecke (5) und der Druck (P2) in der das Konzentrat führenden Konzentratstrecke (7) ermittelt wird, wobei das Regelventil (6) geschlossen wird, wenn der Druck (P3) in der Filtratstrecke (5) geringer wird als der Druck in der Konzentratstrecke (7), und das Regelventil (6) wieder geöffnet wird, wenn der Druck in der Filtratstrecke (5) wieder höher ist als der Druck in der Konzentratstrecke (7).
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reinigung der Filtervorrichtung (3) eine turbulente Strömung in diesem erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei in der Filtratstrecke (5) hintereinander angeordnete Regelventile (6) den Volumenstrom des Filtrats regeln.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockensubstanzgehalt und/oder die Dichte des Wirtschaftsdüngers in dem Vorratsbehälter (1) und/oder der Druck (P1) vor der Filtervorrichtung (3) ermittelt und die Filterung beendet wird, wenn der Trockensubstanzgehalt und/oder der Druck (P1) vor der Filtervorrichtung (3) einen vorgegebenen Grenzwert erreicht.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert für den Trockensubstanzgehalt im Bereich zwischen 12% und 18% liegt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert für den Druck (P1) vor der Filtervorrichtung (3) im Bereich zwischen 1,5 bar und 5 bar liegt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung der Filterung der aufkonzentrierte Wirtschaftsdünger aus dem Vorratsbehälter (1) entnommen und einem Gärbehälter der Biogasanlage zugeführt wird, der Vorratsbehälter (1) mit neuem Wirtschaftsdünger gefüllt und die Filterung fortgesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während der Filterung aufkonzentrierter Wirtschaftsdüngers aus dem Vorratsbehälter (1) entnommen und einem Gärbehälter der Biogasanlage zugeführt wird, und der Vorratsbehälter (1) mit einer Menge neuem Wirtschaftsdünger gefüllt wird, die der Gesamtmenge entnommenem Wirtschaftsdünger entspricht.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme in regelmäßigen Abständen erfolgt.
System (10) zur Aufkonzentration des Trockensubstanzgehalts von pumpbarem Wirtschaftsdünger für eine Biogasanlage, insbesondere Gülle, mit einem mit diesem Wirtschaftsdünger zumindest teilweise gefüllten Vorratsbehälter (1), gekennzeichnet durch – eine Filtervorrichtung (3), zu der der Wirtschaftsdünger führbar, insbesondere mittels einer Pumpe (2) pumpbar ist, und die zumindest ein Filterelement aufweist, das von dem Wirtschaftsdünger zu dessen Trennung in ein Konzentrat mit hohem Feststoffanteil und ein Filtrat mit geringem Feststoffanteil überströmbar ist, – einer Konzentratstrecke (7) über die Konzentrat zurück in den Vorratsbehälter führbar ist, – mindestens ein Regelventil (6), das in einer das Filtrat führenden Filtratstrecke (5) angeordnet ist und – einer Regelung, die den Volumenstrom des Filtrats durch Einstellung des Regelventils (6) regelt.
System (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es nur eine Pumpe (2), die im Filterbetrieb den Wirtschaftsdünger zu der Filtervorrichtung (3) und gleichzeitig das Konzentrat zurück in den Vorratsbehälter (1) pumpt.
System (10) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement durch einen Siebzylinder und/oder ein Lochblech gebildet ist, wobei das Filterelement (3) insbesondere vertikal angeordnet ist.
System (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Durchflusssensor zur Messung des Filtratvolumenstroms aufweist, der in der Filtratstrecke (5) angeordnet ist.
System (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass es einen ersten Drucksensor (8) in der Filtratstrecke (5) und einen zweiten Drucksensor (9) in der Konzentratstrecke (7) aufweist.
System (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei in der Filtratstrecke (5) hintereinander angeordnete Regelventile (6) zur Regelung des Volumenstrom des Filtrats umfasst.
System (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Einrichtung (11) zur Ermittlung des Trockensubstanzgehalts in dem Vorratsbehälter (1) und/oder einen dritten Drucksensor (12), der vor der Filtervorrichtung (3) angeordnet ist, aufweist.
Biogasanlage mit einem System (10) nach einem der Ansprüche 13 bis 19.