DE102013006717A1

DE102013006717A1 - Process for methane fermentation and arrangement for carrying out the process

Info

Publication number: DE102013006717A1
Application number: DE102013006717.0A
Authority: DE
Inventors: Dieter Mühlschlegel; Hans-Joachim Auerbach
Original assignee: WABIO TECHNOLOGIE GmbH
Current assignee: WABIO TECHNOLOGIE GmbH
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2014-10-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Methanfermentation durch Suspendieren von organischen Roh- und/oder Abfallstoffen, durch aerobes Hydrolysieren und anschließendes mehrstufiges Nassfermentieren, wobei die anaerobe Behandlung in wenigstens zwei hintereinander geschalteten Fermentationsstufen (1, 2) mit unterschiedlich betriebenen Fermentationsapparaten durchgeführt wird; in der zweiten Fermentationsstufe durch die Nutzung von wenigstens zwei vollständig durchmischten erfolgt und ein Gärrestlager nachgeschaltet wird, der Ablauf des Gärsubstrates aus der ersten Fermentationsstufe wechselseitig jeweils nur in einen Fermentationsbehälter der zweiten Fermentationsstufe überführt wird und bis zur vollständigen Befüllung des Fermentationsbehälters der zweiten Fermentationsstufe das fermentierte Gärsubstrat aus einem oder dem weiteren Fermentationsbehälter der zweiten Fermentationsstufe chargenweise überführt wird und der mit Gärsubstrat gefüllte Fermentationsbehälter der zweiten Fermentationsstufe bis zur erforderlichen Entleerung mit nachfolgender erneuter Gärsubstrataufnahme batchweise anaerob behandelt wird. Weiterhin wird eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.The invention relates to a method for methane fermentation by suspending organic raw materials and / or waste materials, by aerobic hydrolysis and subsequent multi-stage wet fermentation, the anaerobic treatment being carried out in at least two fermentation stages (1, 2) connected in series with differently operated fermentation apparatus; in the second fermentation stage by using at least two completely mixed ones and a fermentation residue storage is connected downstream, the outflow of the fermentation substrate from the first fermentation stage is alternately transferred to one fermentation tank of the second fermentation stage and the fermented one until the fermentation tank of the second fermentation stage is completely filled Fermentation substrate from one or the further fermentation tank of the second fermentation stage is transferred in batches and the fermentation tank of the second fermentation stage filled with fermentation substrate is batch-treated anaerobically until subsequent emptying with subsequent renewed fermentation substrate intake. A system for carrying out the method is also described.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Methanfermentation durch das Suspendieren von organischen Roh- und/oder Abfallstoffen sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens. Eine derartige technische Lösung wird bei der energetischen und stofflichen Verwertung von biogenen Roh- und/oder Abfallstoffen und zur Gewinnung von so genannter Bioenergie und organischen Düngemitteln benötigtThe invention relates to a process for methane fermentation by suspending organic raw materials and / or waste materials and to an arrangement for carrying out this process. Such a technical solution is needed in the energetic and material recovery of biogenic raw and / or waste materials and for the production of so-called bioenergy and organic fertilizers

Die Methanfermentation gilt angesichts der sich verknappenden fossilen Energieressourcen und der unverzichtbaren Reduzierung der Klimaerwärmung durch Schadgase weltweit neben der Wasserkraft als eine der Schlüsseltechnologien der regenerativen Energiegewinnung im Grund- und Regellastbereich. Dabei ist die Methanfermentation zusätzlich mit dem Anreiz ausgestattet, Beiträge zur umweltgerechten Verwertung von biogenen Abfällen und zur Gewinnung von organischen Düngemitteln leisten zu können. Der verstärkten Anwendung der Methanfermentation steht vielfach neben der unzureichenden Verbreitung des erforderlichen Technologiewissens die verbesserungswürdige Energieausbeute aus den genutzten biogenen Einsatzstoffen in Form von so genannten Nachwachsenden Rohstoffen, biogenen Abfällen aus der landwirtschaftlichen Produktion und der Lebensmittelindustrie, sonstigen biogenen Gewerbe- und Industrieabfällen und biogenen Abfallen aus dem Kommunalbereich entgegen.In view of the decreasing fossil energy resources and the indispensable reduction of global warming caused by noxious gases, methane fermentation is considered to be one of the key technologies of regenerative energy generation in basic and standard load capacity worldwide alongside hydropower. In addition, the methane fermentation is additionally equipped with the incentive to make contributions to the environmentally sound recycling of biogenic waste and for the production of organic fertilizers. The increased use of methane fermentation is in addition to the insufficient dissemination of the necessary knowledge of technology, the improved energy yield from the biogenic inputs used in the form of so-called renewable resources, biogenic waste from agricultural production and food industry, other biogenic commercial and industrial waste and biogenic waste towards the municipal area.

Neben verschiedenen Maßnahmen zur mechanischen und/oder biochemischen Vorbereitung der Einsatzstoffe mittels Zerkleinerung, Silierung, Vorverrottung, enzymatischer Behandlung und/oder aerober Hydrolysierung und sowie durch Maßnahmen zur Limitierung von den Fermentationsprozess hemmenden toxischen Potentialen bildet die eingesetzte Fermentationstechnik das unstrittig größte Potential für die angestrebte ökologische, energetische und wirtschaftliche Effizienzerhöhung.In addition to various measures for the mechanical and / or biochemical preparation of the starting materials by crushing, ensiling, pre-rotting, enzymatic treatment and / or aerobic hydrolyzation and by measures to limit the toxic potentials that inhibit the fermentation process, the fermentation technique used is undoubtedly the greatest potential for the desired ecological , energetic and economic efficiency increase.

In der intensiveren Nutzung des verfügbaren Faulraumes in den derzeit dominierenden Nassfermentationsanlagen durch die Erhöhung der spezifischen Belastung durch die eingesetzte organische Trockensubstanz wird ein Weg der Effizienzerhöhung von Methanfermentationsanlagen gesehen, allerdings unter Inkaufnahme des Risikos für das Entstehen einer unkontrollierten Überschreitung des anlagen- und kulturbezogenen biotechnologischen Belastungsgrenze mit kostenintensiven Verfügbarkeitseinschränkungen einerseits und einer abnehmenden Energieausbeute der eingesetzten biogenen Substrate.Increasing the use of available digestion space in the currently dominant wet fermentation plants by increasing the specific burden of the organic dry matter used represents a way to increase the efficiency of methane fermentation plants, but at the risk of creating an uncontrolled overshoot of the plant and culture-related biotechnological pollution limit with cost-intensive availability restrictions on the one hand and a decreasing energy yield of the biogenic substrates used.

Praktische Methanfermentationsanlagen erreichen in der Regel kaum die Energieerträge, die unter Laborbedingungen substratspezifisch ermittelt werden. Eine wichtige Ursache dafür wird in der überwiegenden Anwendung von volldurchmischten Durchflussfermentern gesehen.As a rule, practical methane fermentation plants hardly achieve the energy yields that are determined substrate-specifically under laboratory conditions. An important reason for this is seen in the predominant application of fully mixed flow fermenters.

Unabhängig davon, ob das pumpfähige Einsatzgut stetig oder intermittierend der Fermenterstation in Form von mechanisch volldurchmischten oder hydraulisch teildurchmischten Behälterkonstruktionen besteht, werden in volldurchmischten Fermentern sicher zu gewährleistende anaerobe Behandlungszeiten längstens in der Größenordnung des zeitlichen Abstandes von zwei aufeinanderfolgenden Dosierzyklen und in den bekannten hydraulisch teildurchmischten Fermentern lediglich Mindestbehandlungszeiten erreicht, die bei maximal 30% der mittleren Verweilzeit der dosierten Biosuspensionen liegen.Regardless of whether the pumpable feed continuously or intermittently the fermenter station in the form of mechanically fully mixed or hydraulically partially mixed container constructions, to be guaranteed in fully mixed fermenters anaerobic treatment times longest on the order of the time interval of two successive Dosierzyklen and in the known hydraulically teildurchmischten fermenters only reached minimum treatment times, which are at a maximum of 30% of the mean residence time of the dosed Biosuspensionen.

Auch wenn bekanntermaßen in den ersten 14 Behandlungstagen annähernd etwa 80% des unter den konkreten Fermentationsbedingungen gewinnbaren Energieertrages erreicht werden, sind die nicht wenigstens einer solche Zeitdauer der anaeroben Behandlung unterliegenden Anteile der zugeführten Einsatzstoffe nur teilweise zur Wirkung zu bringen.Even if, as is known, approximately 80% of the energy yield obtainable under the specific fermentation conditions is achieved in the first 14 days of treatment, the fractions of the feed materials not subjected at least to such an amount of anaerobic treatment are only partially effective.

Dieser Effekt wird auch nicht wesentlich dadurch gemindert, dass mehrere Apparate, insbesondere im Falle der Nutzung volldurchmischter Fermentationsbehälter hintereinander geschaltet werden.This effect is also not significantly reduced by the fact that several apparatus, in particular in the case of the use of fully mixed fermentation tanks are connected in series.

Zur Vermeidung zusätzlicher Pumpvorgänge und zur maximalen Nutzung des verfügbaren Faulraumes wird auch bei kaskadenförmiger Schaltung von mehreren Fermentern dieser Qualität bei Zuführung einer Dosis pumpfähiger oder suspendierter Einsatzstoffe eine lediglich um die entstandene anteilige Biogasmenge verringerte Gärsubstratmenge am letzten der in Reihe geschalteten Fermenter ausgetragen. Die unzureichend abgebaute organische Trockensubstanz korreliert dabei zugleich mit geminderten Umwandlungsraten des eingesetzten Stickstoffpotentials zu pflanzenverfügbarem Ammonium und auch mit einem erhöhten Gehalt geruchsintensiver kurzkettiger Fettsäuren. Wenn trotz dieser Effekte insgesamt oft in der Praxis befriedigende energetische Ergebnisse erzielt werden, ist dies sicher der Tatsache zuzuschreiben, dass Anteile der dosierten Einsatzstoffe auch deutlich länger als die mittlere Aufenthaltszeit im Durchflussfermenter verweilen.In order to avoid additional pumping operations and to maximize the use of the available digested space, a fermentation substrate quantity reduced only by the proportionate amount of biogas produced is discharged at the last of the series-connected fermenters even with a cascaded circuit of a plurality of fermenters of this quality when a dose of pumpable or suspended feedstocks is supplied. The insufficiently degraded organic dry matter correlates at the same time with reduced conversion rates of the nitrogen potential used to plant available ammonium and also with an increased content of odor-intensive short-chain fatty acids. If, despite these effects, satisfactory overall energetic results are often achieved in practice, this is certainly attributable to the fact that portions of the dosed starting materials also linger significantly longer than the mean residence time in the flow fermenter.

Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, technische Lösungen für eine effizientere Nutzung des Energiepotentials der verfügbaren Einsatzstoffe zu entwickeln. There has therefore been no lack of attempts to develop technical solutions for a more efficient use of the energy potential of the available input materials.

So wird mit der EP 0335825 A0 ein Bioreaktor für die Zweiphasenfermentation für die Säurehydrolyse und für die Methanfermentation bekannt gemacht. Die zwei Bereiche dieses Reaktors sind zwar durch eine vorgeschlagene Trennwand voneinander abgegrenzt, jedoch durch einen jederzeit offenen Kanal in Form kommunizierender Röhren miteinander verbunden. Die damit unausweichliche Hydrolyse im anaeroben Milieu führt u. a. auch dazu, dass lignocellulosische Bestandteile der verfügbaren Einsatzstoffe, auch in den verwertbaren tierischen Exkrementen, für die Methanisierung praktisch ungenutzt bleiben.So will with the EP 0335825 A0 a bioreactor for biphasic fermentation for acid hydrolysis and methane fermentation. Although the two areas of this reactor are delimited from one another by a proposed partition wall, they are connected to one another by a channel which is open at any time in the form of communicating tubes. The unavoidable hydrolysis in the anaerobic environment also leads, inter alia, to the fact that lignocellulosic components of the available starting materials, even in the usable animal excreta, remain virtually unused for methanation.

Mit der in der FR 510605 A2 wird ebenfalls ein in zwei Abteile getrenntes Fermentersystem vorgeschlagen, wobei der diese Abteile verbindende Strömungskanal mit die Rückströmung behindernden Elementen ausgestattet sein soll. Ähnliche Vorschläge dieser Art wurden vielfach unterbreitet, ohne dass sie bisher eine praktische Bedeutung erreicht hätten.With the in the FR 510605 A2 a fermenter system separated into two compartments is also proposed, wherein the flow channel connecting these compartments should be equipped with elements obstructing the backflow. Similar proposals of this kind have been made in many cases without their having previously achieved any practical significance.

Die DE 102007 063091 A1 offenbart den Vorschlag für einen Hybridfermenter, der einen Fermenter für die Wasserstoffbildner und einen Wasserstoff verbrauchenden Methanfermenter koppelt, um die Methangasrate gezielt optimieren zu können. Neben dem anlagentechnischen Aufwand für die Bereitstellung eines solchen Systems werden in der erforderlichen Steuerung und Regelung für den praktischen Betrieb erhebliche Probleme gesehe.The DE 102007 063091 A1 discloses the proposal for a hybrid fermenter, which couples a fermenter for the hydrogen generator and a hydrogen-consuming methane fermenter in order to optimize the methane gas rate targeted. In addition to the plant technical effort for the provision of such a system are in the necessary control and regulation for practical operation see significant problems.

Auch in der EP 1200550 B1 wird ein zweiphasiger Methanfermenter beschrieben, der neben einer Abtrennung zwischen dem Säure-Fermentationstank und dem Methan-Fermentationstank auch noch einen ebenfalls damit verbundenen abgegrenzten Absetztank für den Austrag der erzeugten Gärreste enthält. Nach Angabe der Autoren soll ein solches System auch bei Einsatz von tierischen Exkrementen über einen längeren Zeitraum stabil betrieben werden können, wozu allerdings begründete Bedenken bestehen.Also in the EP 1200550 B1 a two-phase methane fermenter is described, which in addition to a separation between the acid fermentation tank and the methane fermentation tank also contains a likewise associated demarcated settling tank for the discharge of the fermentation residues produced. According to the authors, such a system should also be able to be operated stably over a longer period of time even when animal excrements are used, although justified doubts exist.

So wird in der DE 102009053593 A1 eine technische Lösung für die Erhöhung der Methanausbeute und der Methangehalte im gewonnenen Biogas beschrieben. Diese Zielstellung ist nach diesem Vorschlag dadurch zu erreichen, dass mittels Zufuhr von elektrolytisch gewonnenem Wasserstoffgas zum Fermentationsprozess Teile des dort entstehenden Kohlendioxids zu Methan gebunden und der im Kohlendioxid enthaltene Kohlenstoff energetisch wirksam gemacht wird.So will in the DE 102009053593 A1 described a technical solution for increasing the methane yield and the methane content in the biogas obtained. According to this proposal, this objective can be achieved by binding parts of the carbon dioxide produced there to methane by supplying electrolytically obtained hydrogen gas to the fermentation process and making the carbon contained in the carbon dioxide energetically effective.

Auf eine markante Erhöhung der Umsetzungsrate des mit den Einsatzstoffen zugeführten Organik-Anteils hat dieser Vorschlag allerdings keinen Einfluss.However, this proposal has no influence on a marked increase in the conversion rate of the organic content fed with the input materials.

Der bekannte Stand der Technik bietet keinen Hinweis auf eine technische Lösung, die im technischen Maßstab eine dauerhaft stabile Gewinnung regenerativer Energie auf der Basis biogener Einsatzstoffe bei wählbaren Mindestverweilzeiten der Gärsubstrate im anaeroben Behandlungsbereich einer Anlage zur Methanfermentation erlaubt.The known state of the art offers no indication of a technical solution which allows on an industrial scale a permanently stable production of regenerative energy based on biogenic starting materials with selectable minimum residence times of the fermentation substrates in the anaerobic treatment area of a plant for methane fermentation.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb im Schaffen einer technischen Lösung, mit der die Mängel der bekannten technischen Lösungen überwunden werden können. Im Zuge einer angestrebten maximalen Energieausbeute aus den verfügbaren Potentialen an organischen Einsatzstoffen soll nicht nur eine kostengünstige Fermentationstechnik mit wählbaren anaeroben Mindestbehandlungszeiten der Gärsubstrate entwickelt, sondern gleichzeitig ein Restgas-Emissionspotential der ausgetragenen Gärreste von deutlich unter 0,5% gewährleistet werden.The object of the invention is therefore to provide a technical solution with which the deficiencies of the known technical solutions can be overcome. In the course of a desired maximum energy yield from the available potentials of organic starting materials, not only a cost-effective fermentation technology with selectable anaerobic minimum treatment times of the fermentation substrates to be developed, but at the same time a residual gas emission potential of the discharged fermentation residues of well below 0.5% can be guaranteed.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen technischen Lösung der Aufgabe sind in den Unteransprüchen beschrieben. Danach besteht das Verfahren zur Methanfermentation aus den aufeinanderfolgenden Verfahrensstufen

a) Suspendieren von organischen Roh- und/oder Abfallstoffen,
b) aerobes Hydrolysieren der gewonnenen Biosuspension zu einem Gärsubstrat,
c) mehrstufiges Nassfermentieren in einem anaeroben Fermentersystem bei teilweisem Abbau der im eingesetzten Gärsubstrat enthaltenen organischen Substanz zu Biogas,
d) Nutzen der anfallenden Fermentationsrückstände als Düngesubstrat und/oder als Suspendierflüssigkeit.

The object is achieved by the features of

claims

1 and 10. Advantageous embodiments of the proposed technical solution of the problem are described in the subclaims. Thereafter, the methane fermentation process consists of the successive stages of the process

a) suspending organic raw materials and / or waste materials,
b) aerobically hydrolyzing the recovered biosuspension to a fermentation substrate,
c) multi-stage wet fermentation in an anaerobic fermenter system with partial degradation of the organic substance contained in the fermentation substrate used to biogas,
d) use of the resulting fermentation residues as fertilizer substrate and / or suspending liquid.

Die anaerobe Behandlung der Biosuspension erfolgt dabei als mehrstufiges Nassfermentieren in wenigstens zwei hintereinander geschalteten Fermentationsstufen. In der ersten Fermentationsstufe werden Fermenter mit der spezifischen Eignung für die verfügbaren Einsatzstoffe eingesetzt, wobei diese Fermenter als voll mechanisch durchmischte Durchflussfermenter, als Pfropfenstromfermenter, als Batchfermenter für die Trockenfermentation oder als hydraulisch teildurchmischte Durchflussfermenter ausgebildet sein können.The anaerobic treatment of the biosuspension is carried out as a multi-stage wet fermentation in at least two successive fermentation stages. In the first fermentation stage Fermenter used with the specific suitability for the available feedstocks, which fermenters can be designed as fully mechanically mixed Durchflußfermenter, as Pfropfenstromfermenter, as Batchfermenter for dry fermentation or as a hydraulically partially mixed flow fermenter.

In der ersten Fermentationsstufe können diese Fermenter einzeln oder in mehrfacher Ausführung kaskadenförmig in Reihe oder parallel geschaltet zum Einsatz kommen.In the first fermentation stage, these fermenters can be used individually or in multiple versions in cascade fashion in series or in parallel.

Die anaerobe Behandlung des Gärsubstrates in der zweiten Fermentationsstufe soll bevorzugt durch die Nutzung von wenigstens zwei vollständig durchmischten und während der Behandlung befüll- und entleerbaren Fermentationsapparaten erfolgen.The anaerobic treatment of the fermentation substrate in the second fermentation stage should preferably be effected by the use of at least two completely mixed fermentation apparatuses which can be filled and emptied during the treatment.

Der zweiten Fermentationsstufe ist eine leistungsfähige Pumpenstation für das schnelle Umlagern des Gärsubstrates aus einem Fermenter der zweiten Fermentationsstufe in das der zweiten Fermentationsstufe nachgeschaltete Gärrestlager zugeordnet.The second fermentation stage is associated with a powerful pump station for the rapid transfer of the fermentation substrate from a fermenter of the second fermentation stage in the fermentation residue downstream of the second fermentation stage.

Das Gärrestlager ist mit einem Fassungsvermögen von wenigstens dem Füllvolumen eines Fermentationsbehälters, vorzugsweise des Fermentationsbehälters mit dem größten Füllvolumen, der zweiten Fermentationsstufe ausgestattet.The fermentation residue storage is equipped with a capacity of at least the filling volume of a fermentation container, preferably the fermentation container with the largest filling volume, the second fermentation stage.

Es ist erfindungswesentlich, dass der Ablauf des Gärsubstrates aus der ersten Fermentationsstufe wechselseitig jeweils nur in einen Fermentationsbehälter der zweiten Fermentationsstufe überführt wird.It is essential to the invention that the course of the fermentation substrate from the first fermentation stage is mutually transferred in each case only into a fermentation vessel of the second fermentation stage.

Bis zur vollständigen Befüllung des das Gärsubstrat aus der ersten Fermentationsstufe aufnehmenden Fermentationsbehälters der zweiten Fermentationsstufe wird das fermentierte Gärsubstrat aus jenem Fermentationsbehälter der zweiten Fermentationsstufe, der für die anschließende Wiederbefülllung vorgesehen ist, möglichst in einer konzentrierten Aktion in das Gärrestlager chargenweise überführt. Bei Nutzung von mehr als zwei Fermentationsbehältern der zweiten Fermentationsstufe wird in diesem Fall jeweils der Fermentationsbehälter mit der längsten Aufenthaltszeit des behandelten Gärsubstrates geleert.Until the complete filling of the fermentation substrate from the first fermentation stage receiving fermentation tank of the second fermentation stage, the fermented fermentation substrate from that fermentation tank of the second fermentation stage, which is intended for subsequent refilling, as possible converted in a concentrated action in the digestate storage batchwise. When using more than two fermentation tanks of the second fermentation stage in each case the fermentation tank is emptied with the longest residence time of the treated fermentation substrate in this case.

Damit ist sichergestellt, dass der jeweils mit Gärsubstrat aus der ersten Fermentationsstufe gefüllte Fermentationsbehälter der zweiten Fermentationsstufe bis zur erforderlichen Entleerung mit nachfolgender erneuter Gärsubstrataufnahme batchweise betrieben wird.This ensures that the fermentation tank of the second fermentation stage, which is filled in each case with fermentation substrate from the first fermentation stage, is operated batchwise until the required emptying with subsequent renewed fermentation substrate absorption.

Es ist unwesentlich, ob die Fermentationsbehälter der zweiten Fermentationsstufe mit starren Abdeckkonstruktionen oder mit gasdichten flexiblen Abdeckungen oder mit üblichen Doppelmembran-Gasspeichern ausgestattet sind. In jedem Fall müssen die Fermentationsbehälter mit dem gasführenden System verbunden sein, damit einerseits die bei der batchweisen anaeroben Behandlung in den Fermentationsbehältern der zweiten Fermentationsstufe gefahrlos abgeführt und energetisch genutzt werden können und andererseits im Falle der zum Erliegen kommenden Gasentbindung vor dem planmäßigen Beenden der anaeroben Behandlung die schnelle Gärrestentnahme nicht zu unbeherrschbaren Unterdrücken im jeweiligen Fermentationsbehälter führt.It is immaterial whether the fermentation vessels of the second fermentation stage are equipped with rigid cover constructions or with gas-tight flexible covers or with conventional double-membrane gas storages. In any case, the fermentation tank must be connected to the gas-conducting system, so that on the one hand in the batchwise anaerobic treatment in the fermentation vessels of the second fermentation stage can be safely removed and used energetically and on the other hand, in the case of stagnant gas discharge before the scheduled termination of anaerobic treatment the rapid removal of digestate does not lead to uncontrollable suppression in the respective fermentation tank.

Die Erfindung soll nachstehend mit Ausführungsbeispielen erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigen:The invention will be explained below with embodiments. In the attached drawing show:

1. das grundlegende Verfahrensschema der vorgeschlagenen verfahrenstechnischen Lösung; 1 , the basic process scheme of the proposed procedural solution;

2. das Blockschaltbild für eine Ausführungsvariante A der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Fermenter in der ersten Fermentationsstufe und zwei batchweise betriebenen Fermenter in der zweiten Fermentationsstufe; 2 , the block diagram for a variant A of the arrangement for carrying out the method with a fermenter in the first fermentation stage and two fermenters operated batchwise in the second fermentation stage;

3. das Blockschaltbild für eine Ausführungsvariante B der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens mit zwei in Reihe geschalteten Fermentern in der ersten Fermentationsstufe und zwei batchweise und abwechselnd betriebenen Fermentern in der zweiten Fermentationsstufe; 3 , the block diagram for a variant B of the arrangement for carrying out the method with two fermentors connected in series in the first fermentation stage and two fermenters in batch and alternately operated in the second fermentation stage;

4. das Blockschaltbild für eine Ausführungsvariante C der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens mit zwei in Reihe geschalteten Fermentern in der ersten Fermentationsstufe und drei batchweise und abwechselnd betriebenen Fermentern in der zweiten Fermentationsstufe; 4 , the block diagram for a variant C of the arrangement for carrying out the method with two fermentors connected in series in the first fermentation stage and three batchwise and alternately operated fermenters in the second fermentation stage;

Ausführungsbeispiel 1: Embodiment 1

Gemäß der 1 und 2 besteht eine Anlage zur stofflichen und energetischen Verwertung von biogenen Roh- und/oder Abfallstoffen aus einer ersten Fermentationsstufe 1, einer zweiten Fermentationsstufe 2 und einem Gärrestlager 3.According to the 1 and 2 There is a plant for the material and energy recovery of biogenic raw and / or waste materials from a first fermentation stage 1 , a second fermentation stage 2 and a digestate warehouse 3 ,

Die erste Fermentationsstufe besteht aus einem volldurchmischten Fermentationsbehälter 4 mit einem Nutzvolumen von 4.000 m³. Der ersten Fermentationsstufe 1 ist eine Suspendierstation 6 für die Herstellung einer pumpfähigen Biosuspension aus dem Schlempe-Presskuchen aus einer Bioethanolproduktion und einer Suspendierflüssigkeit 10 sowie eine Hydrolysestation 5 vorgeschaltet. Die Hydrolysestation dient insbesondere der aeroben Behandlung der in der Suspendierstation 6 erzeugten Biosuspension.The first fermentation stage consists of a fully mixed fermentation tank 4 with a useful volume of 4,000 m ³ . The first fermentation stage 1 is a suspension station 6 for the preparation of a pumpable biosuspension from the vinasse press cake from a bioethanol production and a suspending liquid 10 and a hydrolysis station 5 upstream. The hydrolysis station is used in particular for the aerobic treatment of the suspension in the station 6 generated biosuspension.

Das in der Hydrolysestation im Mittel etwa 45 Stunden lang behandelte Hydrolysat wird anschließend mit einem Trockensubstanzgehalt von etwa 12% intermittierend der Fermentationsstufe 1 zugeführt.The hydrolyzate treated in the hydrolysis station on average for about 45 hours is then intermittently fermented at a dry matter content of about 12% 1 fed.

Beim Fermentationsbehälter 4 handelt es sich um einen volldurchmischten Durchflussfermenter mit den Abmessungen von 27 m lichtem Durchmesser und 8 m lichter Höhe. Dieser Fermentationsbehälter 4 ist mit einem halbkugelförmigen Doppelmembrangasspeicher mit einer maximalen Gasspeicherkapazität von 5.000 m³ abgedeckt. Der Fermentationsbehälter 4 der ersten Fermentationsstufe 1 wird täglich mit sechs annähernd gleichen Dosismengen an Hydrolysat in Höhe von jeweils 20 m³ beschickt. Er wird bei mittleren Temperaturen von 39°C mit einer mesophilen Bakterienkultur betrieben. Die mittlere Aufenthaltsdauer des Hydrolysats im Fermentationsbehälter 4 der ersten Fermentationsstufe 1 beträgt 4.000 m³:120 m³/d = 33,3 Tage. At the fermentation tank 4 it is a fully mixed flow fermenter with the dimensions of 27 m clear diameter and 8 m clear height. This fermentation tank 4 is covered with a hemispherical double membrane gas storage tank with a maximum gas storage capacity of 5,000 m ³ . The fermentation tank 4 the first fermentation stage 1 is charged daily with six approximately equal doses of hydrolyzate in the amount of 20 m ³ . It is operated at medium temperatures of 39 ° C with a mesophilic bacterial culture. The mean residence time of the hydrolyzate in the fermentation tank 4 the first fermentation stage 1 is 4,000 m ³ : 120 m ³ / d = 33.3 days.

Die mittlere Methangasentbindung aus der ersten Fermentationsstufe beträgt 0,4 m³/kg zugeführte organische Trockensubstanz und damit täglich im Mittel 5.500 m³.The mean methane gas release from the first fermentation stage is 0.4 m ³ / kg of supplied organic dry matter and thus on average 5,500 m ³ .

Während der jeweiligen sich alle 4 Stunden wiederholenden Dosiervorgänge laufen vom Fermentationsbehälter 4 der ersten Fermentationsstufe 1 zwischen 18 und 18,5 m³ Gärsubstrat vom Fermentationsbehälter 4 der ersten Fermentationsstufe 1 in den zuvor mit Hilfe der Pumpenstation 8 entleerten ersten Fermentationsbehälter 4 der zweiten Fermentationsstufe 2 ab. Die Fermentationsbehälter 4 der zweiten Fermentationsstufe 2 werden als volldurchmischte und mit einer festen Abdeckung ausgestatteten Batchfermenter ebenfalls bei mittleren Prozesstemperaturen von 39°C betrieben. Gasseitig stehen die Fermentationsbehälter 4 der zweiten Fermentationsstufe 2 ebenfalls mit dem Gasspeicher über dem Gärrestlager 3 in Verbindung.During the respective every 4 hours repeated dosing run from the fermentation tank 4 the first fermentation stage 1 between 18 and 18.5 m ^{3 of} fermentation substrate from the fermentation tank 4 the first fermentation stage 1 in the previously using the pump station 8th emptied first fermentation tank 4 the second fermentation stage 2 from. The fermentation tanks 4 the second fermentation stage 2 are also operated at medium process temperatures of 39 ° C as fully mixed and equipped with a solid cover Batchfermenter. Gas side stand the fermentation tank 4 the second fermentation stage 2 also with the gas storage above the digestate storage 3 in connection.

Die beiden Fermentationsbehälter 4 der zweiten Fermentationsstufe besitzen mit einem lichten Durchmesser von 20 m und einer lichten Höhe von 10 m ein nutzbares Volumen von jeweils 2.800 m³. Für die vollständige Füllung des ersten Fermentationsbehälters 4 der zweiten Fermentationsstufe 2 werden 2.800 m³:110 m³/d = 25,5 Tage benötigt. Nach Erreichen der vollständigen Füllung des ersten Fermentationsbehälters 4 der zweiten Fermentationsstufe 2 wird die anaerobe Behandlung des Gärsubstrates ohne weitere Zuführung von Material aus der ersten Fermentationsstufe 1 solange fortgesetzt, bis der zweite Fermentationsbehälter 4 der zweiten Fermentationsstufe 2 nach weiteren 23 Tagen einen Füllstand von etwa 90% erreicht hat.The two fermentation tanks 4 The second fermentation stage has a clear diameter of 20 m and a clear height of 10 m, a usable volume of 2,800 m ³ . For the complete filling of the first fermentation tank 4 the second fermentation stage 2 become 2,800 m ³ : 110 m ³ / d = 25.5 days needed. After reaching the complete filling of the first fermentation tank 4 the second fermentation stage 2 is the anaerobic treatment of the fermentation substrate without further supply of material from the first fermentation stage 1 continue until the second fermentation tank 4 the second fermentation stage 2 after another 23 days has reached a level of about 90%.

Zu diesem Zeitpunkt wird der Gärrückstand aus dem ersten Fermentationsbehälter 4 der zweiten Fermentationsstufe 2 mit Hilfe der Pumpenstation 8 in das Gärrestlager 3 transportiert. Durch den Einsatz von Pumpen mit einer durchschnittlichen Leistung von 100 m³/h nimmt diese Umlagerung maximal 2 Tage in Anspruch.At this time, the fermentation residue from the first fermentation tank 4 the second fermentation stage 2 with the help of the pump station 8th into the fermentation residue camp 3 transported. Through the use of pumps with an average capacity of 100 m ³ / h, this rearrangement takes a maximum of 2 days.

Das Gärrestlager 3 ist ein mit Tauchrührwerken ausgestatteter und unbeheizter Behälter mit 25 m lichtem Durchmesser und einer lichten Höhe von 8 m, der ebenfalls mit einem halbkugelförmigen Doppelmembrangasspeicher abgedeckt ist. In der dem Gärrestlager 3 nachgeschalteten Gärrestbehandlungsstation 7 wird der Gärrückstand aus dem Gärrestlager 3 in die Dickphase als ein verkaufsfähiges Düngesubstrat 9 und in die Dünnphase als Suspendierflüssigkeit 10 für die Herstellung der Biosuspension in der Suspendierstation 6 getrennt. Zur Vermeidung einer Anreicherung von Ammonium und Schwefelwasserstoff innerhalb der Fermentationsstufen 1, 2 wird das Biofiltrat bedarfsweise einer Hemmstoffentfrachtung unterzogen, bevor das hemmstoffentfrachtete Biofiltrat als Suspendierflüssigkeit 10 der Suspendierstation 6 zugeführt wird.The digestate warehouse 3 is an equipped with immersion agitators and unheated container with 25 m diameter and a clear height of 8 m, which is also covered with a hemispherical double membrane gas storage. In the fermentation residue camp 3 downstream digestate treatment station 7 is the fermentation residue from the digestate storage 3 in the thick phase as a salable fertilizer substrate 9 and in the thin phase as suspending liquid 10 for the preparation of the biosuspension in the suspending station 6 separated. To avoid accumulation of ammonium and hydrogen sulfide within the fermentation stages 1 . 2 If necessary, the biofiltrate is subjected to inhibitor release before the inhibited biofiltrate is used as suspending fluid 10 the suspension station 6 is supplied.

Die Aufenthaltsdauer des Gärsubstrates aus der ersten Fermentationsstufe 1 in der zweiten Fermentationsstufe 2 erreicht im Mittel 25,5 Tage bis zur vollständigen Füllung des jeweiligen Fermentationsbehälters 4 der zweiten Fermentationsstufe + 23 Tage bis zur Umlagerung in das Gärrestlager 3 = 48,5 Tage. The residence time of the fermentation substrate from the first fermentation stage 1 in the second fermentation stage 2 reaches an average of 25.5 days until complete filling of the respective fermentation tank 4 the second fermentation stage + 23 days until the rearrangement into the fermentation residue storage 3 = 48.5 days.

Bei einer mittleren Behandlungszeit des Gärsubstrates in der ersten Fermentationsstufe 1 von 33,3 Tagen ergibt sich die gesamte mittlere Verweilzeit in den beiden Fermentationsstufen 1, 2 zu 48,5 + 33,3 = 81,8 Tagen.At a mean treatment time of the fermentation substrate in the first fermentation stage 1 of 33.3 days gives the total mean residence time in the two fermentation stages 1 . 2 to 48.5 + 33.3 = 81.8 days.

Bei einer üblichen Hintereinanderschaltung der im Ausführungsbeispiel genannten Fermenter im Falle des Betriebes als Durchflussfermenter von insgesamt 9.600 m³ würde sich die mittlere Behandlungszeit der täglich zugeführten 120 m³ Hydrolysat ebenfalls zu über 80 Tagen ergeben.In a conventional series connection of the fermenter mentioned in the embodiment in the case of operation as a flow fermenter of a total of 9,600 m ³ , the average treatment time of the daily supplied 120 m ³ hydrolyzate would also result in about 80 days.

Die tatsächlich zu gewährleistende anaerobe Mindestbehandlungszeit erreicht allerdings im Falle der Hintereinanderschaltung von volldurchmischten Durchflussfermentem lediglich die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Dosiervorgängen und damit etwa 4 Stunden.However, the anaerobic minimum treatment time actually to be ensured, in the case of the series connection of fully mixed flow fermenters, only achieves the time between two successive metering operations and thus about 4 hours.

Bei der im Beispiel erläuterten erfindungsgemäßen Nutzung und Zusammenschaltung der Fermentationsbehälter mit den gleichen Volumina ergibt sich die garantierte anaerobe Mindestbehandlungsdauer für das zuerst der zweiten Fermentationsstufe 2 zugeführte Gärsubstrat zu 0,2 Tage aus der ersten Fermentationsstufe 1, + 25,5 Tage bis zur vollständigen Füllung des Fermentationsbehälters 4 der zweiten Fermentationsstufe 2, + 23,0 Tage bis zur Umlagerung des Gärrestes in das Gärrestlager 3 = 48,2 Tage. In the case of the inventive use and interconnection of the fermentation containers with the same volumes explained in the example, the guaranteed anaerobic minimum treatment duration for the first of the second fermentation stage results 2 fed fermentation substrate to 0.2 days from the first fermentation stage 1 . + 25.5 days until complete filling of the fermentation tank 4 the second fermentation stage 2 . + 23.0 days until the rearrangement of the digestate into the digestate storage 3 = 48.2 days.

Für das zuletzt der zweiten Fermentationsstufe 2 zugeführte Gärsubstrat ergibt sich die garantierte anaerobe Mindestbehandlungsdauer immer noch zu 0,2 Tage aus der ersten Fermentationsstufe 1, + 23,0 Tage bis zur Umlagerung des Gärrestes in das Gärrestlager 3 = 23,2 Tage. For the last of the second fermentation stage 2 Supplied fermentation substrate still results in the guaranteed anaerobic minimum treatment period 0.2 days from the first fermentation stage 1 . + 23.0 days until the rearrangement of the digestate into the digestate storage 3 = 23.2 days.

Durch diese auf das mindestens 100-fache erhöhte anaerobe Mindestbehandlungsdauer wird das Verbleiben von nicht umgewandelten geruchsintensiven Fettsäureresten im Gärrückstand fast vollständig vermieden.This increased to at least 100-fold increased anaerobic minimum treatment period, the retention of unconverted odor-intensive fatty acid residues in the fermentation residue is almost completely avoided.

Außerdem wird das im zugeführten Einsatzstoff enthaltene Protein, inbesondere dessen Stickstoff- und Schwefelpotential, nahezu vollständig zu pflanzenverfügbaren Stickstoff- und Schwefelverbindungen umgewandelt. Im entscheidenden Maße wird jedoch vermieden, dass mittels Fermentationstechnik gewinnbare Energiepotentiale im Gärrückstand verbleiben und damit für die Biomethanproduktion verloren gehen.In addition, the protein contained in the feed introduced, in particular its nitrogen and sulfur potential, almost completely converted to plant-available nitrogen and sulfur compounds. To a decisive extent, however, it is avoided that energy potentials obtainable by means of fermentation technology remain in the fermentation residue and are therefore lost for biomethane production.

Die extrem verlängerte anaerobe Mindestbehandlungsdauer führt zu einem fermentativen Abbau der in der Suspendierstation 6 eingesetzten biogenen Bestandteile unabhängig davon, ob es sich um leicht methanisierbare Fette, Proteine oder Kohlehydrate handelt oder ob beachtliche Trockenmasseanteile aus cellulosischen oder lignocellulosischen Stoffen bestehen.The extremely prolonged anaerobic minimum treatment time results in fermentative degradation of the suspending station 6 irrespective of whether they are readily methanizable fats, proteins or carbohydrates, or whether considerable dry matter fractions consist of cellulosic or lignocellulosic substances.

Dies führt im erläuterten Ausführungsbeispiel zum Anfall von weiteren 0,31 m³ Biomethan je kg eingesetzte organische Trockensubstanz allein in der zweiten Fermentationsstufe 2, mithin in der Summe von erster und zweiter Fermentationsstufe zu 0,71 m³ Biomethan je kg organische Trockensubstanz.This leads in the illustrated embodiment, the accumulation of another 0.31 m ³ biomethane per kg of used organic dry matter alone in the second fermentation stage 2 , thus in the sum of first and second fermentation stage to 0.71 m ^{3 of} biomethane per kg of organic dry matter.

Ausführungsbeispiel 2: Embodiment 2:

Gemäß der 1 und 3 unterscheidet sich das Beispiel 2 vom Beispiel 1 dadurch, dass die erste Fermentationsstufe aus zwei in Reihe geschaltete voll durchmischte Fermentationsbehälter 4 besteht, die als Durchflussfermenter betrieben werden. Die beiden Fermentationsbehälter 4 der ersten Fermentationsstufe 1 haben Nutzinhalte von jeweils 2.000 m³, so dass sich wegen des geringen Einflusses der anaeroben Mindestbehandlungsdauer der eingesetzten Gärsubstrate in Durchflussfermentern praktisch keine nennenswerten Auswirkungen auf die erzielbare gesamte energetische Effizienz der Anordnung gegenüber des erläuterten Ausführungsbeispiels 1 ergeben.According to the 1 and 3 Example 2 differs from Example 1 in that the first fermentation stage consists of two series-connected fully mixed fermentation tanks 4 exists, which are operated as a flow fermenter. The two fermentation tanks 4 the first fermentation stage 1 have useful contents of 2,000 m ³ , so that arise due to the low influence of the anaerobic minimum treatment duration of the fermentation substrates used in flow fermenters practically no significant impact on the achievable overall energy efficiency of the arrangement over the illustrated embodiment 1.

Ausführungsbeispiel 3:Embodiment 3

Gemäß der 1 und 4 unterscheidet sich die Anlagenkonfiguration gegenüber dem Beispiel 2 in drei wesentlichen Positionen:
Die zweite Fermentationsstufe 2 besteht anstelle aus zwei nunmehr aus drei batchweise betriebenen Fermentationsbehältern 4.According to the 1 and 4 The system configuration differs from Example 2 in three main positions:
The second fermentation stage 2 consists of two instead of two now operated batchwise fermentation tanks 4 ,

Die Prozesstemperatur in diesen Fermentationsbehältern 4 der zweiten Fermentationsstufe 2 wird in einem Bereich zwischen 52 und 55°C gehalten. Als biogene Einsatzstoffe werden lignocellulosereiche Mühlennachprodukte und Reinigungsrückstände aus der Getreide- und Ölsaatenaufbereitung verwendet.The process temperature in these fermentation tanks 4 the second fermentation stage 2 is kept in a range between 52 and 55 ° C. As biogenic feedstocks lignocellulose-rich mill after-products and cleaning residues from grain and oilseed processing are used.

Den in den Fermentationsbehältern 4 der zweiten Fermentationsstufe genutzten thermophilen Kulturen wird der Gärrückstand aus der ersten Fermentationsstufe 1 als biogener Einsatzstoff zugeführt. Die Fermentationsbehälter 4 der zweiten Fermentationsstufe 2 haben ebenfalls Nutzvolumina von 2.800 m³. Sie werden jedoch bei der Umlagerung der Gärrückstände in das Gärrestlager 3 nur soweit entleert, dass etwa 300 m³ Biomasse mit thermophilen Kulturen im jeweiligen Fermentationsbehälter 4 verbleiben.The in the fermentation tanks 4 The thermophilic cultures used in the second fermentation stage become the fermentation residue from the first fermentation stage 1 fed as biogenic feedstock. The fermentation tanks 4 the second fermentation stage 2 also have usable volumes of 2,800 m ³ . However, they are in the rearrangement of digestate in the digestate 3 only so far emptied that about 300 m ³ biomass with thermophilic cultures in each fermentation tank 4 remain.

Bei unveränderter Zuführung von täglich 120 m³ Hydrolysat mit etwa 12% Tockensubstanzgehalt werden der Biomasse in der ersten Fermentationsstufe etwa 8 t/d Biogas mit etwa 0,35 m³ Methan je kg organischer Trockenmasse entzogen. Der Gärrückstand gelangt von dem zweiten in Reihe geschalteten Fermentationsbehälter 4 der ersten Fermentationsstufe 1 in den ersten Fermentationsbehälter 4 der zweiten Fermentationsstufe 2, der nun bis zur vollständigen Füllung 2.500 m³ Gärrückstand aus der ersten Fermentationsstufe 1 aufnehmen kann. Danach wird der eingesetzte Gärrückstand mittels der thermophilen Kulturen im jeweiligen Fermentationsbehälter 4 batchweise anaerob behandelt, bis dieser Fermentationsbehälter 4 erneut für die Aufnahme des Gärrückstandes aus der ersten Fermentationsstufe 1 nach dem Umlagern des Gärrückstandes in das Gärrestlager 3 bereitstehen muss.With unchanged feed of daily 120 m ³ hydrolyzate with about 12% Tockensubstanzgehalt the biomass in the first fermentation stage about 8 t / d biogas with about 0.35 m ^{3 of} methane per kg of organic dry matter withdrawn. The digestate arrives from the second fermenter connected in series 4 the first fermentation stage 1 in the first fermentation tank 4 the second fermentation stage 2 , which now, until completely filled, contains 2,500 m ³ fermentation residue from the first fermentation stage 1 can record. Thereafter, the fermentation residue used by means of thermophilic cultures in the respective fermentation tank 4 batchwise anaerobically treated until this fermentation tank 4 again for the inclusion of fermentation residue from the first fermentation stage 1 after transferring the fermentation residue into the fermentation residue storage 3 must be ready.

Bei der im Beispiel 3 erläuterten erfindungsgemäßen Nutzung und Zusammenschaltung der Fermentationsbehälter 4 mit den gleichen Volumina ergibt sich die garantierte anaerobe Mindestbehandlungsdauer für das zuerst der zweiten Fermentationsstufe 2 zugeführte Gärsubstrat zu 0,2 Tage aus der ersten Fermentationsstufe 1, + 22,7 Tage bis zur vollständigen Füllung des ersten Fermentationsbehälters 4 der zweiten Fermentationsstufe 2, + 22,7 Tage bis zur vollständigen Füllung des zweiten Fermentationsbehälters 4 der zweiten Fermentationsstufe 2, + 21,5 Tage bis zur Umlagerung des Gärrestes in das Gärrestlager 3 = 67,1 Tage. In the illustrated in Example 3 inventive use and interconnection of the fermentation tank 4 with the same volumes, the guaranteed anaerobic minimum treatment time for the first fermentation stage first results 2 fed fermentation substrate to 0.2 days from the first fermentation stage 1 . + 22.7 days until the complete filling of the first fermentation tank 4 the second fermentation stage 2 . + 22.7 days until the complete filling of the second fermentation tank 4 the second fermentation stage 2 . + 21.5 days until the rearrangement of the digestate into the digestate storage 3 = 67.1 days.

Für das zuletzt der zweiten Fermentationsstufe 2 zugeführte Gärsubstrat ergibt sich die garantierte anaerobe Mindestbehandlungsdauer immer noch zu 0,2 Tage aus der ersten Fermentationsstufe 1, + 22,7 Tage bis zur vollständigen Füllung des zweiten Fermentationsbehälters 4 der zweiten Fermentationsstufe 2, + 21,5 Tage bis zur Umlagerung des Gärrestes in das Gärrestlager 3, = 44,4 Tage. For the last of the second fermentation stage 2 Supplied fermentation substrate still results in the guaranteed anaerobic minimum treatment period 0.2 days from the first fermentation stage 1 . + 22.7 days until the complete filling of the second fermentation tank 4 the second fermentation stage 2 . + 21.5 days until the rearrangement of the digestate into the digestate storage 3 . = 44.4 days.

Durch diese auf das mindestens 200-fache erhöhte anaerobe Mindestbehandlungsdauer wird das Verbleiben von nicht umgewandelten geruchsintensiven Fettsäureresten im Gärrückstand fast vollständig vermieden und die unter technischen Bedingungen erschließbaren energetischen Effekte ausgeschöpft. Daraus ergibt sich allein aus der zweiten Fermentationsstufe 2 ein Biomethanertrag in Höhe von 0,2 m³ je kg zugeführter organischer Trockenmasse und damit aus der gesamten anaeroben Behandlung im zweistufigen Fermentationsprozess ein spezifischer Ertrag in Höhe von 0,55 m³/kg zugeführter organischer Trockenmasse der überwiegend lignocellulosischen Einsatzstoffe. By this at least 200 times increased anaerobic minimum treatment period, the remaining of unconverted odor-intensive fatty acid residues in the fermentation residue is almost completely avoided and exhausted under technical conditions energetic effects. This results solely from the second fermentation stage 2 a biomethane yield of 0.2 m ³ per kg of fed dry organic matter and thus of the total anaerobic treatment in the two-stage fermentation process, a specific yield of 0.55 m ³ / kg of added organic dry matter of predominantly lignocellulosic starting materials.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: erste Fermentationsstufefirst fermentation stage
22: zweite Fermentationsstufesecond fermentation stage
33: Gärrestlagerdigestate
44: Fermentationsbehälterfermentation vessel
55: Hydrolysestationhydrolysis station
66: SuspendierstationSuspendierstation
77: GärrestbehandlungsstationGärrestbehandlungsstation
88th: Pumpenstationpump station
99: Düngesubstratfertilizing substrate
1010: Suspendierflüssigkeitsuspending

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0335825 A0 [0011]
FR 510605 A2 [0012]
DE 102007063091 A1 [0013]
EP 1200550 B1 [0014]
DE 102009053593 A1 [0015]

Claims

Method for methane fermentation by suspending organic raw materials and / or waste materials, by aerobically hydrolyzing the recovered biosuspension to a fermentation substrate and subsequent multi-stage wet fermentation in an anaerobic fermenter system with partial degradation of the organic substance contained in the fermentation substrate used to biogas and use of the resulting fermentation residues as fertilizer substrate ( 9 ) and / or as suspending liquid ( 10 ), characterized in that the anaerobic treatment of the fermentation substrate in at least two successive fermentation stages ( 1 . 2 ) is carried out with differently operated fermentation apparatus in the individual fermentation stages; in that the anaerobic treatment of the fermentation substrate in the second fermentation stage ( 2 ) by the use of at least two completely mixed and fillable during the treatment fermentation containers; that the second fermentation stage ( 2 ) a digestate store ( 3 ) with a capacity of at least the filling volume of a fermentation container ( 4 ) of the second fermentation stage ( 2 ) is followed; that the continuous or quasi-continuous course of the fermentation substrate from the first fermentation stage ( 1 ) mutually only in one fermentation tank ( 4 ) of the second fermentation stage ( 2 ) is transferred; until the complete filling of the fermentation substrate from the first fermentation stage ( 1 ) receiving fermentation tank ( 4 ) of the second fermentation stage ( 2 ) the fermented fermentation substrate from one or the further fermentation container ( 4 ) of the second fermentation stage ( 2 ) into the fermentation residue storage ( 3 ) and that the fermentation substrate from the first fermentation stage ( 1 ) filled fermentation containers ( 4 ) of the second fermentation stage ( 2 ) is treated batchwise anaerobically until the required emptying with subsequent renewed fermentation substrate intake.

Method for methane fermentation according to claim 1, characterized in that in the first of the hydrolysis station ( 5 ) directly downstream fermentation stage ( 1 ) is carried out by means of one or more parallel or successively connected fermentation tank, the degradation of the organic substance using a mesophilic culture in the temperature range between 32 and 42 ° C.

Methane fermentation process according to either of Claims 1 and 2, characterized in that in the first fermentation stage ( 1 ) downstream second fermentation stage ( 2 ) by means of two or more batchwise charged fermentation tank further degradation of the organic substance by means of a thermophilic culture in the temperature range between 45 and 55 ° C is made.

Method for methane fermentation according to one of claims 1 to 3, characterized in that as fermentation container ( 4 ) Apparatus with a circular, circular or polygonal base can be used.

Method for methane fermentation according to one of claims 1 to 4, characterized in that the transfer of the fermentation substrate from one to the next fermentation container ( 4 ) by means of pumping technique, by cascade-shaped arrangement using free-flowing lines and / or by means of different gas pressures above the fermentation substrate in the individual fermentation vessels ( 4 ) is achieved.

Method for methane fermentation according to one of claims 1 to 5, characterized in that preferably the anaerobic treatment of the fermentation substrate in the first fermentation stage ( 1 ) by the use of not completely mixed and short circuit flows of the fermentation substrate between the respective Gärsubstratzulauf the fermenting substrate flow exclusion apparatuses.

Process for methane fermentation according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first fermentation stage ( 1 ) is fed continuously or intermittently with approximately equal daily amounts of fermentation substrate.

Method for methane fermentation according to one of claims 1 to 7, characterized in that when using different cultures in the two fermentation stages ( 1 . 2 ) at least 5% of the emptying fermentation container ( 4 ) of the second fermentation stage ( 2 ) as a seed culture for the fermentation substrate to be introduced from the first fermentation stage ( 1 ) in this fermentation tank ( 4 ).

Method for methane fermentation according to one of claims 1 to 8, characterized in that preferably after reaching the maximum filling of the fermentation substrate from the first fermentation stage ( 1 ) receiving fermentation tank ( 4 ) of the second fermentation stage ( 2 ) the fermentation substrate from the first fermentation stage ( 1 ) or a substantially or completely emptied further fermentation container ( 4 ) of the second fermentation stage ( 2 ) is supplied.

Arrangement for carrying out the method according to claims 1 to 9 by sequential interconnection of suspension station ( 6 ), Hydrolysis station ( 5 ), Fermentation station ( 1 . 2 ), Digestate storage ( 4 ) and digestate treatment station ( 7 ), characterized in that the fermentation station ( 1 . 2 ) in at least two fermentation stages equipped with different cultures and which can be equipped with different fermentation systems ( 1 . 2 ) and that between the second fermentation stage ( 2 ) and the fermentation residue storage ( 3 ) the batchwise rearrangement of the digestate from one of the fermentation vessels ( 4 ) of the second fermentation stage ( 2 ) into the fermentation residue storage ( 3 ) powerful pump station ( 8th ) is arranged.

Arrangement according to claim 10, characterized in that the fermentation station ( 1 . 2 ) a fermentation station ( 1 . 2 ) and the digestate treatment station ( 7 ) decoupling digestate storage ( 3 ) with about the complete contents of a fermentation container ( 4 ) of the second fermentation stage ( 2 ) is connected downstream receiving capacity.

Arrangement according to one of claims 10 to 11, characterized in that the fermentation container ( 4 ) of the second fermentation stage ( 2 ) with additional heating systems for the optional increase of the treatment temperature of the fermentation substrates from the first fermentation stage ( 1 ) are equipped by at least 10 degrees Kelvin;