DE102018002883A1 - Process for the batchwise use of fully mixable agitators for methane fermentation - Google Patents
Process for the batchwise use of fully mixable agitators for methane fermentation Download PDFInfo
- Publication number
- DE102018002883A1 DE102018002883A1 DE102018002883.7A DE102018002883A DE102018002883A1 DE 102018002883 A1 DE102018002883 A1 DE 102018002883A1 DE 102018002883 A DE102018002883 A DE 102018002883A DE 102018002883 A1 DE102018002883 A1 DE 102018002883A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- fermentation
- batchwise
- station
- substrate
- process container
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
- C12M21/04—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
- C12M23/58—Reaction vessels connected in series or in parallel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P5/00—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
- C12P5/02—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons acyclic
- C12P5/023—Methane
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur batchweisen Nutzung von voll durchmischbaren Rührapparaten für die Methanfermentation.
Dazu wird die batchweise biotechnologische Behandlung in der jeweiligen Behandlungsstation in wenigstens zwei Prozessbehältern durchgeführt. Die Prozessbehälter der jeweiligen Behandlungsstation werden mit an die eingesetzten Substrate adaptierten Mikrokulturen ausgestattet.
Nach der erfolgten Füllung eines Prozessbehälters mit Substrat aus der vorgelagerten Bearbeitungsstation wird dieser Behälter bei Aufrechterhaltung des gewählten mesophilen oder thermophilen Milieus während eines Zeitraums zwischen 5 und 15 Tagen weder beschickt noch entleert.
Vor einer erneuten Beschickung des batchweise betriebenen Prozessbehälters wird dieser bis auf einen Mindestfüllstand von wenigstens 20 bis 40% in die nachfolgende Bearbeitungsstation entleert, wobei der verbleibende Substratrest als Impfkultur für die nachfolgende batchweise Substratbehandlung fungiert.
The invention relates to a method for the batchwise use of fully mixable Rühparparaten for methane fermentation.
For this purpose, the batchwise biotechnological treatment is carried out in the respective treatment station in at least two process containers. The process containers of the respective treatment station are equipped with microcultures adapted to the substrates used.
After the filling of a process container with substrate from the upstream processing station this container is neither fed nor emptied while maintaining the selected mesophilic or thermophilic environment for a period of between 5 and 15 days.
Before re-feeding the batchwise operated process container this is emptied to a minimum level of at least 20 to 40% in the subsequent processing station, the remaining substrate residue acts as a seed culture for the subsequent batchwise substrate treatment.
Description
Anwendungsgebiet:Field of use:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur batchweisen Nutzung von voll durchmischbaren Rührapparaten für die Methanfermentation. Ein solches Verfahren wird für die Bioenergiegewinnung mittels Methanfermentation unter Einsatz von lignocellulosereichen biogenen Roh- und Reststoffen benötigt.The invention relates to a method for the batchwise use of fully mixable Rühparparaten for methane fermentation. Such a process is needed for bioenergy production by means of methane fermentation using lignocellulose-rich biogenic raw materials and residues.
Stand der Technik:State of the art:
Mit der
Im Beitrag „Biogas aus Festmist“ anlässlich der 8. Wissenschaftstagung Ökologischer Landbau in Kassel (2005) wurde ein zweiphasiger Biogasreaktor zur kontinuierlichen Vergärung von Festmist und organischen Abfällen vorgestellt. Kennzeichen dieses Verfahrensvorschlages ist die Kopplung eines großvolumigen anaeroben Hydrolysefermenters mit einem nachgeschalteten Methanisierungsfermenter für die Dünnphase, die aus dem Hydrolysat neben einer kompostierfähigen Festphase mittels Phasentrennung gewonnen wird.In the article "Biogas from solid manure" on the occasion of the 8th Scientific Conference on Organic Farming in Kassel (2005), a two-phase biogas reactor for continuous fermentation of solid manure and organic waste was presented. Characteristics of this method proposal is the coupling of a large volume anaerobic Hydrolysefermenters with a downstream Methanisierungsfermenter for the thin phase, which is obtained from the hydrolyzate in addition to a compostable solid phase by means of phase separation.
Mit der Dissertation „Kinetik der Biogasproduktion aus nachwachsenden Rohstoffen und Gülle“ an der HUB Berlin (2007) wird von batchweise durchgeführten Gärtests auf zu bevorzugende Verfahrensgestaltungen geschlossen. Es wird abgeleitet, dass mittels vergleichender batchweiser Untersuchungen bei Gewährleistung einheitlicher Beurteilungsbedingungen solche Einflussgrößen für den Vergärungserfolg von biogenen Einsatzstoffen bedeutsam sind, wie Raumbelastung, Prozesstemperatur, Hemmstoffkonzentration, Ligningehalt, mittlerer pH-Wert des Gärsubstrates, mittlere anaerobe Behandlungszeit u. dgl..The dissertation "Kinetics of Biogas Production from Renewable Raw Materials and Manure" at the HUB Berlin (2007) concludes from batchwise fermentation tests to preferable process designs. It is inferred that by means of comparative batchwise investigations, while ensuring uniform assessment conditions, such influencing variables are important for the fermentation success of biogenic starting materials, such as room load, process temperature, inhibitor concentration, lignin content, average pH of the fermentation substrate, average anaerobic treatment time and the like. etc. ..
Die
Anlässlich der Fachtagung Biogas 2008 wurden Untersuchungsergebnisse zur Hydrolyse bei Biogasanlagen bekannt gemacht, die bei der Monofermentation von nachwachsenden Rohstoffen gewonnen wurden. Es wird auf die Vorteilhaftigkeit einer batchweisen aeroben Vorhydrolyse hingewiesen.At the biogas symposium in 2008, research results on the hydrolysis of biogas plants were obtained, which were obtained from the monofermentation of renewable raw materials. Attention is drawn to the advantages of batchwise aerobic prehydrolysis.
In „Progress in Biogas Stuttgart-Hohenheim“ (2011) wird auf den höheren Wirkungsgrad und die verbeserte Prozessstabilitä und Steuerbarkeit der Biogasgewinnung im Falle der Trennung von Hydrolyse und Methanisierung verwiesen. Damit sollen höhere organische Anlagenbelastungen und kürzere Retentionszeiten realisierbar sein. Insbesondere die Hydrolyse soll dabei batchweise durchgeführt werden und mit einer kontinuierlichen Methanfermentation kombiniert werden.In "Progress in Biogas Stuttgart-Hohenheim" (2011) reference is made to the higher efficiency and the improved process stability and controllability of biogas production in the case of the separation of hydrolysis and methanation. This should enable higher organic plant loads and shorter retention times. In particular, the hydrolysis should be carried out batchwise and combined with a continuous methane fermentation.
Ein Verfahren zur Druckmethanisierung von Biomasse wird mit der
Mit der
In der agrarheute wird (2016) über eine zweiteilige Biogasanlage berichtet, mit deren Hilfe die Gasausbeute um bis zu 18 % erhöht werden konnte. In diesem Fall wurde dem eigentlichen Biogasreaktor ein ebenfalls anaerob betriebener Hydrolysecontainer vorgeschaltet, wobei die anfallenden und wasserstoffreichen Hydrolysegase zur Verbesserung der Gasqualität des Methanfermenters in diesen eingeleitet werden. Die hydraulische Verweilzeit im Hydrolysefermenter soll bei einer Prozesstemperatur zwischen 20 und 30 °C zwischen 3 und 5 Tagen betragen.In the agrautee (2016) a two-part biogas plant is reported, with the help of which the gas yield could be increased by up to 18%. In this case, the actual biogas reactor was preceded by a likewise anaerobically operated hydrolysis container, the resulting hydrogen-rich hydrolysis gases being introduced into the latter to improve the gas quality of the methane fermenter. The hydraulic residence time in the hydrolysis fermenter should be between 3 and 5 days at a process temperature between 20 and 30 ° C.
Die VDI-Richtlinie 4630 sieht die Ermittlung des erschließbaren Biogaspotentials mittels eines Batchtests vor. Damit sollen u.a. für verschieden zusammengesetzte biogene Einsatzstoffe Methanbildungspotentiale ermittelt werden. Eine wesentliche Vorgabe besteht in der Beurteilung des für die Behandlungen einzusetzenden so genannten Perkolates. Es gilt als hinreichend gut geeignet, wenn aus einer definierten biogenen Modellsubstanz bei Einhaltung vorgegebener physikalischer Versuchsbedingungen innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne ein geforderter Mindestumsatz der organischen Modellsubstanz zu Methan erreicht wird. The VDI guideline 4630 provides for the determination of the developable biogas potential by means of a batch test. Thus, among other things, methane formation potentials are to be determined for biogenic feedstocks of different composition. An essential requirement is the assessment of the so-called percolate used for the treatments. It is considered to be sufficiently well-suited if a required minimum conversion of the organic model substance to methane is achieved within a predetermined period of time from a defined biogenic model substance while maintaining prescribed physical experimental conditions.
Den bisher bekannten technischen Lösungen für die batchweise Durchführung von Fermentationsprozessen, insbesondere denen zur Methanfermentation haftet der gemeinsame Mangel an, dass weder die Möglichkeiten für die Bereitstellung von an die Zusammensetzung des jeweiligen biogenen Einsatzstoffes adaptierten und selektierten Mikrokultur vorgesehen sind, noch dass technische Lösungen für den dauerhaften Erhalt dieser angepassten Kultur aufgezeigt werden. The hitherto known technical solutions for the batchwise implementation of fermentation processes, in particular those for methane fermentation adheres to the common deficiency that neither the possibilities for the provision of the composition of the respective biogenic feedstock adapted and selected microculture are provided, nor that technical solutions for the permanent preservation of this adapted culture.
Aufgabe der Erfindung:Object of the invention:
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb im Schaffen einer technischen Lösung, mit der die Mängel des bekannten Standes der Technik überwunden werden. Insbesondere geht es um die Entwicklung von Vorschlägen, mit deren Hilfe unter Einsatz von in großen Stückzahlen in bestehenden Methanfermentationsanlagen verfügbaren erprobten Rührapparaten die Voraussetzungen für die biotechnologische Fermentation von biogenen Einsatzstoffen unterschiedlicher Zusammensetzung über einen wählbare Mindestbehandlungszeit und zugleich mit Hilfe von an die jeweilige Fermentationsaufgabe adaptierten Mikrokulturen verfügbar gemacht werden können.The object of the invention is therefore to provide a technical solution with which the deficiencies of the prior art are overcome. In particular, it is about the development of proposals, by means of which proven agitators available in large quantities in existing methane fermentation plants the conditions for the biotechnological fermentation of biogenic feedstocks of different composition over a selectable minimum treatment time and at the same time with the help of adapted to the respective fermentation task microcultures can be made available.
Erfindungsbeschreibung:Description of the invention:
Die Aufgabe der Erfindung wird durch den im Patentanspruch 1 bezeichneten Verfahrensvorschlag gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen erläutert.The object of the invention is achieved by the method proposed in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are explained in the subclaims.
Danach wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Nutzung von voll durchmischbaren Rührapparaten für die batchweise Methanfermentation in Anlagen zur Biogasgewinnung aus rohfaserreichen biogenen Einsatzstoffen dadurch realisiert, dass in räumlich getrennten Stationen zunächst aus feinteiligen Einsatzstoffen und Biofiltraten, die als Dünnphase bei der Phasentrennung der Fermentationsrückstände gewonnen werden, eine pumpfähige Biosuspension hergestellt wird. In einer anschließenden Station wird die Biosuspension hydrolytisch vorbehandelt. Die dabei aus der eingesetzten Biosuspension gewonnenen Hydrolysate werden zunächst einer Methanfermentation im bevorzugt mesophilen Milieu zugeführt, während die bei der Methanfermentation entstehenden Gärsubstrate einer weiteren Behandlung in einer Nachfermentationsstation, die bevorzugt im thermophilen Milieu betrieben wird, unterworfen werden.Thereafter, the inventive method for the use of fully mixable agitators for batchwise methane fermentation in plants for biogas production from raw fiber-rich biogenic feedstocks is realized that in spatially separate stations initially from finely divided feedstocks and biofilms, which are obtained as a thin phase in the phase separation of the fermentation residues, a pumpable biosuspension is produced. In a subsequent station, the biosuspension is pretreated hydrolytically. The hydrolysates obtained from the biosuspension used are first fed to a methane fermentation in the preferably mesophilic medium, while the fermentation substrates formed during the methane fermentation are subjected to further treatment in a secondary fermentation station, which is preferably operated in the thermophilic environment.
Dabei ist vorgesehen, dass die batchweise biotechnologische Behandlung in der jeweiligen Bearbeitungsstation in wenigstens zwei Prozessbehältern durchgeführt wird, wobei diese Prozessbehälter mit speziell an die eingesetzten biogenen Substrate adaptierten Mikrokulturen ausgestattet werden. Diese speziellen Mikrokulturen können dabei aus bereits mit ähnlichen Einsatzstoffen betriebenen Prozessen entnommen oder im laufenden Anlagenbetrieb durch selektive und adaptive Maßnahmen gewonnen werden.It is provided that the batchwise biotechnological treatment is carried out in the respective processing station in at least two process containers, these process containers are equipped with specially adapted to the biogenic substrates used microcultures. These special microcultures can be taken from already operated with similar feedstock processes or can be obtained during ongoing plant operation by selective and adaptive measures.
Für die erfindungsgemäße Lösung ist es kennzeichnend, dass der mit Substrat aus der vorgelagerten Bearbeitungsstation gefüllte Prozessbehälter während eines Zeitraumes zwischen 5 und 15 Tagen weder beschickt noch entleert wird und dass sich die Behandlung des Substrates im jeweiligen Prozessbehälter auf das Vermischen mit der im Prozessbehälter enthaltenen Impfmasse, auf das Temperieren und das die Gasentbindung befördernde Umwälzen beschränkt. Die Substratbehandlung erfolgt dabei wenigstens in der Nachfermentationsstation batchweise, wobei die in der Nachfermentationsstation gewonnenen Fermentationsrückstände in einem hinter der Nachfermentationsstation angeordneten Lagertank zwischengelagert werden. Das verfügbare Nutzvolumen dieses Lagertanks entspricht dabei zumindest dem Volumen der Fermentationsrückstände, die dem Prozessbehälter der Nachfermentationsstation vor einer erneuten Befüllung periodisch entnommen werden müssen.It is characteristic of the solution according to the invention that the process container filled with substrate from the upstream processing station is neither charged nor emptied during a period of between 5 and 15 days and that the treatment of the substrate in the respective process container involves mixing with the seed material contained in the process container , limited to the tempering and the gassing promoted circulating. The substrate treatment is carried out batchwise at least in the post-fermentation station, with the fermentation residues obtained in the secondary fermentation station being intermediately stored in a storage tank arranged behind the secondary fermentation station. The available useful volume of this storage tank corresponds to at least the volume of the fermentation residues, which must be taken periodically before the process container of Nachfermentationsstation before refilling.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird der jeweilige Prozessbehälter einer batchweise betriebenen Hauptfermentationsstation nach der vollständigen Auffüllung mit Hydrolysat während eines Zeitraumes von wenigstens 5 Tagen weder beschickt noch entleert. Damit wird der Beobachtung Rechnung getragen, dass die in den eingesetzten Hydrolysaten enthaltenen kurzkettigen Fettsäuren und wesentliche Teile der leicht abzubauenden Gehalte an Fetten, Rohproteinen und Kohlehydraten soweit im Gärsubstrat reduziert werden, um in der Nachfermentationsstation nicht die dort hauptsächlich tätige Mikrokultur für das Verstoffwechseln der rohfaserreichen Einsatzstoffe nachhaltig zu deformieren.In a preferred embodiment, the respective process container of a main fermentation station operated batchwise is neither charged nor emptied after complete filling with hydrolyzate for a period of at least 5 days. This takes into account the observation that the short-chain fatty acids contained in the hydrolysates used and essential parts of the easily degraded fats, crude proteins and carbohydrates are reduced as far as in the fermentation substrate in order not to use the microculture predominantly active there in the post-fermentation station for the metabolization of the crude fiber-rich Sustainable deformation of feedstocks.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante sieht vor, den jeweils vollständig aufgefüllten Prozessbehälter der im thermophilen Milieu betriebenen Nachfermentationsstation wenigstens über einen Zeitraum von regelmäßig wenigstens 10 Tagen weder zu beschicken noch zu entleeren. Damit wird insbesondere zwei Erkenntnissen entsprochen: Erstens werden die mit einer wenigstens 10-tägigen Substratbehandlung im thermophilen Milieu bewirkten Effekte für eine anerkannte Vollstromhygienisierung genutzt. Zweitens wird vermieden, dass die für das Verstoffwechseln der rohfaserhaltigen Inhaltsstoffe aktiven Keime mit Generationszeiten von mehr als 8 Tagen aktivitätsmindernd ausgeschwemmt werden.A further advantageous embodiment provides, in each case completely filled up process container in the thermophilic environment operated Nachfermentationsstation least for a period of at least 10 days regularly neither to load nor to empty. In particular, two findings are met: First, the effects of at least 10 days substrate treatment in the thermophilic environment are used for a recognized full-flow sanitation. Secondly, it is avoided that the germs active for the metabolisation of the raw-fiber-containing ingredients are flushed out with generation times of more than 8 days to reduce activity.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, in den batchweise betriebenen Prozessbehältern den Eintrag von mechanischer Rührenergie auf das Maß zu beschränken, mit dem infolge des regelmäßigen Umwälzens des Inhaltes des jeweiligen Prozessbehälters Behinderungen der Gasentbindung durch sich verfestigende Schwimmschichten vermieden werden und auch die übrigen Prozessbedingungen weitgehend konstant gehalten werdenIt has proven to be advantageous to limit the entry of mechanical stirring energy in the batchwise operated process containers to the extent to which, as a result of the regular circulation of the contents of the respective process container obstructions of the gas release by solidifying floating layers are avoided and the remaining process conditions largely constant being held
Im Interesse der Nutzung von an die sich verändernden Substratqualitäten in den aufeinanderfolgenden Prozessstufen adaptierten Mikrokulturen erfolgt die Entleerung der behandelten Substrate aus einem batchweise betriebenen Prozessbehälter in die nachfolgende Bearbeitungsstation derart, dass lediglich eine Teilentleerung erfolgt und der im Prozessbehälter verbleibende Substratrest für die nachfolgende Batchbehandlung als adaptierte und nachwachsende Impfmasse fungiert. Dazu soll im jeweils entleerten Prozessbehälter ein Substratrest von wenigstens 20 %, vorzugsweise jedoch von wenigstens 40 %, des Nutzvolumens des jeweiligen Prozessbehälters verbleiben.In the interest of using adapted to the changing substrate qualities in the successive stages microcultures emptying of the treated substrates from a batchwise operated process vessel is carried out in the subsequent processing station such that only a partial emptying takes place and remaining in the process container substrate for subsequent batch treatment as adapted and regrowing vaccine mass acts. For this purpose, a substrate residue of at least 20%, but preferably of at least 40%, of the useful volume of the respective process container should remain in the respective empty process container.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante soll der Überlastung der Mikrokulturen in den Fermentationsstationen dadurch vorgebeugt werden, dass die tägliche Beschickung eines teilweise entleerten Prozessbehälters der batchweise betriebenen Bearbeitungsstation mit Hydrolysat aus der Hydrolysestation oder mit Gärsubstrat aus der Hauptfermentationsstation mit einem Mengenstrom erfolgt, der 15 kg organische Trockensubstanz je m3 im zu beschickenden Prozessbehälter enthaltenen Biomassevolumen zu keinem Zeitpunkt überschreitet.According to a further embodiment, the overloading of the microcultures in the fermentation stations is to be prevented by carrying out the daily loading of a partially emptied process container of the batchwise operated processing station with hydrolyzate from the hydrolysis station or with fermentation substrate from the main fermentation station with a flow rate of 15 kg of organic dry matter per each m 3 in the process container to be charged biomass volume never exceeds.
Kennzeichnend für die erfindungsgemäße technische Lösung ist es auch, dass während der unterbrochenen Beschickung des batchweise betriebenen Prozessbehälters einer Bearbeitungsstation der oder die weiteren Prozessbehälter dieser Station mit den Substraten aus der jeweils vorgelagerten Bearbeitungsstation beschickt werden.It is also characteristic of the technical solution according to the invention that, during the interrupted charging of the batchwise operated process container of a processing station, the one or more further process containers of this station are charged with the substrates from the upstream processing station.
Es ist möglich, die Substrate in den Prozessbehältern der batchweise betriebenen Bearbeitungsstationen in der erfindungsgemäß betriebenen Methanfermentationsanlage durch den dauernden oder intermittierenden Betrieb von Rührmechanismen und/oder Pumpen umzuwälzen.It is possible to circulate the substrates in the process vessels of the batchwise operated processing stations in the methane fermentation plant operated according to the invention by the continuous or intermittent operation of stirring mechanisms and / or pumps.
Die vorteilhaften Wirkungen der erfindungsgemäßen technischen Lösung lassen sich wie folgt zusammenfassen:
- - Es können die an sich für den simultanen Fermentationsprozess unzureichend effizienten Rührbehälter genutzt werden.
- - In den einzelnen räumlich getrennten Bearbeitungsstationen stehen in zunehmendem Maße an die konkreten Anforderungen adaptierte Mikrokulturen zur Verfügung.
- - Eine gegenseitige Beeinträchtigung der Spezies der aktiven Mikrokulturen wird weitgehend ausgeschlossen.
- - Es können biogene Einsatzstoffe mit qualitativ unterschiedlichen Inhaltsstoffen mit hoher energetischer Wirksamkeit verwertet werden, weil die langsam wachsenden Keime für schwieriger abbaubare Inhaltsstoffe nicht durch schnell wachsende Keime für leicht abbaubaue Inhaltsstoffe verdrängt werden.
- - Es werden vergleichsweise hohe Umsetzungsraten der eingesetzten organischen Substanz zu Biogas erreicht, ohne dafür spezielle kulturerhaltende Fermentersysteme einsetzen zu müssen.
- - Die Fermentationsreste sind durch vergleichsweise hohe anorganische Anteile an der Trockensubstanz und damit durch hohe Konzentrationen an mineralischen Nährstoffen gekennzeichnet.
- - Es werden einfach zu dimensionierende Mindestbehandlungszeiten für die biogenen Einsatzstoffe gewährleistet.
- - Durch eine mögliche Mindesthandlungszeit von wenigstens 10 Tagen in der im thermophilen Milieu betriebenen Nachfermentationsstation wird bei Erfordernis ohne zusätzliche technische Einrichtungen die Vollstromhygienisierung der gewonnenen Fermentationsreste und damit der verfügbaren organischen NPKS-Düngemittel realisiert.
- - Der Energieaufwand für das thermische Hygienisieren der Gärsubstrate kann auch ohne aufwendigen Wärmetausch durch das Aufheizen der die Gärsubstrate aus der im mesophilen Milieu betriebene Hauptfermentationsstation von maximal 42 °C auf wenigstens 55 °C begrenzt werden.
- - It is possible to use the stirring vessels, which are in themselves insufficiently efficient for the simultaneous fermentation process.
- - In the individual spatially separate processing stations are increasingly adapted to the specific requirements adapted microcultures available.
- - Mutual impairment of the species of active microcultures is largely excluded.
- It is possible to utilize biogenic starting materials with qualitatively different ingredients with high energetic effectiveness, because the slowly growing germs for difficultly degradable ingredients are not displaced by rapidly growing germs for readily degradable ingredients.
- - It comparatively high conversion rates of the organic substance used to biogas can be achieved without having to use special culture-preserving fermenter systems.
- - The fermentation residues are characterized by comparatively high inorganic content of the dry matter and thus by high concentrations of mineral nutrients.
- - It is guaranteed easy to be dimensioned minimum treatment times for the biogenic materials.
- - By a minimum possible action time of at least 10 days in the operating in the thermophilic environment Nachfermentationsstation the full flow of the recovered fermentation residues and thus the available organic NPKS fertilizer is realized if required without additional technical facilities.
- - The energy required for the thermal sanitation of the fermentation substrates can be limited to at least 55 ° C even without extensive heat exchange by heating the fermentation substrates from the main fermentation station operated in the mesophilic milieu of maximum 42 ° C.
Ausführungsbeispiel:Embodiment:
Die Erfindung soll nachstehend mit Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with exemplary embodiments.
In der beigefügten Zeichnung zeigen:
-
1 das Blockschaltbild einer Methanfermentationsanlage mit batchweise betriebener Nachfermentationsstation; -
2 das Blockschaltbild einer Methanfermentationsanlage mit batchweise betriebener Haupt- und Nachfermentationsstation; -
3 das Blockschaltbild einer Methanfermentationsanlage mit den batchweise betriebenen Bearbeitungsstationen Hydrolysestation, Hauptfermentationsstation und Nachfermentationsstation; -
4 das Blockschaltbild einer Methanfermentationsanlage mit den batchweise betriebenen Hydrolyse- und Nachfermentationsstationen.
-
1 the block diagram of a methane fermentation plant with batchwise Nachfermentationsstation operated; -
2 the block diagram of a methane fermentation plant with batchwise main and Nachfermentationsstation; -
3 the block diagram of a methane fermentation plant with the batchwise operated processing stations Hydrolysestation, Hauptfermentationsstation and Nachfermentationsstation; -
4 the block diagram of a methane fermentation plant with the batchwise operated hydrolysis and Nachfermentationsstationen.
Beispiel 1:Example 1:
Gemäß der
Ein weiterer gerührter Durchfluss-Rührapparat
Die Hauptfermentationsstation
Dazu wird ein hydraulisch mischbarer zweiteiliger Behälter im Pfropfenstrombetrieb genutzt. Bei einem Nutzvolumen von 1.700 m3 wird in der Hauptfermentationsstation
Beim Beschicken der Hauptfermentationsstation
In der Nachfermentationsstation
Mit täglich etwa 35 m3 Biofiltrat
Beispiel 2:Example 2:
Im Beispiel 2 erfolgt die biotechnologische Behandlung gemäß des in
Im Beispiel 2 werden in der Suspendierstation
Der für die hydrolytische Behandlung der Biosuspension genutzte Durchfluss-Rührapparat
Nun steht allerdings eine Mikrokultur zur Verfügung, die sich zunehmend an die Anforderungen adaptiert hat, die sich aus der überwiegenden Rohfaserbeschaffenheit der im Gärsubstrat enthaltenen organischen Trockensubstanz ergeben. Bis zur erneuten Umlagerung von Gärsubstrat aus der Hauptfermentationsstation
Im Beispiel wird aus jährlich insgesamt 3.620 t organischer Trockensubstanz Biogas mit einem Energiegehalt von 16,4 GWh/a und damit 4,5 kWh/kg organischer Trockensubstanz gewonnen. Dieser energetische Umsetzungsgrad wird erreicht, obwohl für die unmittelbare biotechnologische Behandlung in den Prozessstufen Hydrolysestation
Beispiel 3:Example 3:
Die im vorliegenden Beispiel erläuterte Verfahrensvariante unterscheidet sich vom Beispiel 2 gemäß der
Im Beispiel werden jährlich aus 12.000 t Geflügelmist, 1.500 t Mischgülle-Festphase und 25.500 m3 Biofiltrat zunächst in der Suspendierstation
Voraussetzung für den im Vergleich mit der biotechnologischen Behandlung mittels ausschließlich im Durchlaufverfahren betriebener Rührapparate
Beispiel 4:Example 4:
Im Unterschied zum Beispiel 3 sind im erläuterten Beispiel gemäß der
Im Beispiel werden aus jährlich 16.000 Bagassesilage, Zuckerrohrstroh, 3.000 t Pressmud, 2.000 m3 Vinasse und 49.500 m3 Biofiltrat 75.500 m3 Biosuspension mit einem Potential von 9.900 t organischer Trockensubstanz gewonnen. Die Hydrolysestation
In den jeweils teilentleerten Prozessbehälter
Im Beispiel wird aus jährlich insgesamt 9.900 t organischer Trockensubstanz Biogas mit einem Energiegehalt von 42,1 GWh/a und damit 4,25 kWh/kg organischer Trockensubstanz gewonnen. Dieser energetische Umsetzungsgrad wird erreicht, obwohl für die unmittelbare biotechnologische Behandlung in den Prozessstufen Hydrolysestation
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 -1 -
- Bearbeitungsstationprocessing station
- 2 -2 -
- biogene Einsatzstoffebiogenic starting materials
- 3 -3 -
- BiofiltratBiofiltrat
- 4 -4 -
- SuspendierstationSuspendierstation
- 5 -5 -
- Pumpstationpump station
- 6 -6 -
- Hydrolysestationhydrolysis station
- 7 -7 -
- HauptfermentationsstationMain fermentation station
- 8 -8th -
- NachfermentationsstationNachfermentationsstation
- 9 -9 -
- Lagertank für die FermentationsrückständeStorage tank for the fermentation residues
- 10 -10 -
- PhasentrennstationPhase separation station
- 11 -11 -
- Düngemittellagerfertilizer warehouse
- 12 -12 -
- Rührapparatagitator
- 13 -13 -
- Durchfluss-RührapparatFlow agitator
- 14 -14 -
- Prozessbehälterprocess vessels
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 4446661 C1 [0002]DE 4446661 C1 [0002]
- EP 2242848 B1 [0005]EP 2242848 B1 [0005]
- DE 102011015415 A1 [0008]DE 102011015415 A1 [0008]
- DE 102012005636 A1 [0009]DE 102012005636 A1 [0009]
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018002883.7A DE102018002883A1 (en) | 2018-04-10 | 2018-04-10 | Process for the batchwise use of fully mixable agitators for methane fermentation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018002883.7A DE102018002883A1 (en) | 2018-04-10 | 2018-04-10 | Process for the batchwise use of fully mixable agitators for methane fermentation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102018002883A1 true DE102018002883A1 (en) | 2019-10-10 |
Family
ID=67991695
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102018002883.7A Pending DE102018002883A1 (en) | 2018-04-10 | 2018-04-10 | Process for the batchwise use of fully mixable agitators for methane fermentation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102018002883A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102020004136A1 (en) | 2020-07-09 | 2022-01-13 | Christine Apelt | Culture-preserving and hydraulically circulable methane digester |
EP4043544A1 (en) * | 2021-01-20 | 2022-08-17 | WAS Wirtschaftsagentur Martin Schroeder GmbH | Method and device for reusing organic material |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4446661C1 (en) | 1994-12-19 | 1996-02-08 | B A N S Biolog Abfall Nutzungs | Transportable anaerobic bio-reactor for food waste |
EP2242848A2 (en) | 2008-01-10 | 2010-10-27 | Schmack Biogas Ag | Clostridium sartagoformum for the generation of biogas |
DE102011015415A1 (en) | 2011-03-29 | 2012-10-04 | Karlsruher Institut für Technologie | Producing biogas with methane, comprises converting a percolate by methanogenic microorganisms into biogas in reactor operating under excess pressure, which is partially produced by gas production of methanogenic microorganisms |
DE102012005636A1 (en) | 2012-03-22 | 2013-09-26 | Rheinkalk Gmbh | Producing biogas from a biodegradable substrate under anaerobic conditions, comprises introducing substrate into a reaction chamber, adding a lime-based material to the substrate, and biodegrading substrate with formation of biogas |
-
2018
- 2018-04-10 DE DE102018002883.7A patent/DE102018002883A1/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4446661C1 (en) | 1994-12-19 | 1996-02-08 | B A N S Biolog Abfall Nutzungs | Transportable anaerobic bio-reactor for food waste |
EP2242848A2 (en) | 2008-01-10 | 2010-10-27 | Schmack Biogas Ag | Clostridium sartagoformum for the generation of biogas |
DE102011015415A1 (en) | 2011-03-29 | 2012-10-04 | Karlsruher Institut für Technologie | Producing biogas with methane, comprises converting a percolate by methanogenic microorganisms into biogas in reactor operating under excess pressure, which is partially produced by gas production of methanogenic microorganisms |
DE102012005636A1 (en) | 2012-03-22 | 2013-09-26 | Rheinkalk Gmbh | Producing biogas from a biodegradable substrate under anaerobic conditions, comprises introducing substrate into a reaction chamber, adding a lime-based material to the substrate, and biodegrading substrate with formation of biogas |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102020004136A1 (en) | 2020-07-09 | 2022-01-13 | Christine Apelt | Culture-preserving and hydraulically circulable methane digester |
EP4043544A1 (en) * | 2021-01-20 | 2022-08-17 | WAS Wirtschaftsagentur Martin Schroeder GmbH | Method and device for reusing organic material |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1929024B1 (en) | Process for the production of biogas employing a substrate having a high solids and high nitrogen content | |
DE102007037202A1 (en) | Process for the conversion of biomass to biogas in anaerobic fermenters | |
DE102008015609A1 (en) | Producing biogas e.g. methane gas during a multi-step process from solid biomass e.g. solid dung, comprises carrying out a hydrolysis process and an acidification process and then a methane formation process in a spatially separated manner | |
DE102009009985A1 (en) | Method for concentrating microorganisms in aqueous substrate in wet fermentation process in two- or multi-stage biogas plant, comprises supplying aqueous substrate with microorganisms in a reactor container of the plant | |
EP3574080B1 (en) | Device and method for creating biogas | |
DE102008032409A1 (en) | Process for the production of methane from process waters and biogenic material | |
DE102010010294A1 (en) | Method and device for anaerobic fermentation | |
EP0647605B1 (en) | Process of treating biologically decomposable materials | |
EP2982740A1 (en) | Method for generating methane | |
DE102005012367A1 (en) | Two-stage fermentation process and assembly to generate hydrogen and methane from biological residues | |
DE102018002883A1 (en) | Process for the batchwise use of fully mixable agitators for methane fermentation | |
DE102014001912A1 (en) | Process for the material and energetic utilization of biogenic residues of bioethanol recovery plants and arrangement for carrying out the process | |
DE102014013777A1 (en) | Method for operating a biogas plant | |
DE102010033442A1 (en) | Concentration of microorganisms in aqueous substrates for biogas plants, by adding substrate with microorganisms contained in vessel with hydrolysis and fermentation of substrate and transferring fermented substrate into separation module | |
EP0159054A1 (en) | A process for producing methane from solid vegetable material | |
DE102014001907B4 (en) | Process for the material and energetic utilization of biogenic residues from breweries and arrangement for carrying out the process | |
DE102014001910A1 (en) | Process for the material and energetic utilization of biogenic residues of potato processing and arrangement for carrying out the process | |
DE102011015611B4 (en) | Process for the production of biogas from organic substrates | |
DE102014005270A1 (en) | Method for enabling methane fermentation plants for the material and energetic utilization of lignocellulose-containing biogenic starting materials and arrangement for carrying out the method | |
DE102013102642A1 (en) | Method and device for producing biogas | |
EP2090660A1 (en) | Process for the preparation of biogas involving the addition of Carbokalk | |
DE102015016110B4 (en) | Process for producing biogas, and device for operating the same | |
EP1777290A1 (en) | Single step pocess for biogas installations | |
EP3066205A1 (en) | Method for producing biogas containing a reduced concentration of ammonium using anammox | |
DE102013006717A1 (en) | Process for methane fermentation and arrangement for carrying out the process |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R084 | Declaration of willingness to licence | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: LUCE PATENT GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: APELT, CHRISTINE, 99092 ERFURT, DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: GOTTFRIED, HANS-PETER, DIPL.- ING., DE |