DE10354598A1

DE10354598A1 - Fermentierbehälter

Info

Publication number: DE10354598A1
Application number: DE10354598A
Authority: DE
Inventors: Kersten Dr. Link; Klaus Benker; Joachim Voigt; Oliver Dipl.-Ing. Nacke
Original assignee: Eisenmann Anlagenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Eisenmann SE
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2023-11-22
Also published as: DE10354598B4

Abstract

Ein Fermentierbehälter zur Erzeugung von Biogas umfasst in an und für sich bekannter Weise ein Gehäuse (1) mit einer im Wesentlichen vertikalen, flüssigkeitsdichten und thermisch isolierten Begrenzungswand (4) sowie einer von der Begrenzungswand (4) getragenen, den Innenraum des Gehäuses (1) nach oben abschließenden Gassammeleinrichtung (20), welche ein variables Volumen bereitstellt. Die Begrenzungswand (4) besitzt erfindungsgemäß eine äußere Tragkonstruktion (25), die aus metallischen Einzelelementen zusammengesetzt ist, wobei die Verbindungsstellen der Einzelelemente nicht dicht zu sein brauchen. Auf der Innenseite dieser Tragkonstruktion (25) befindet sich eine Isolationsschicht (12), an deren Innenseite wiederum die Zylinderfläche (14a) einer topfartig geformten Folie (14) angeordnet ist, deren Bodenfläche (14b) den Boden des Gehäuses (1) überdeckt. Dieser Fermentierbehälter kann zu allen Jahreszeiten auch von weniger qualifiziertem Personal errichtet werden, ist preiswert und ggf. transportabel.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fermentierbehälter zur Erzeugung von Biogas mit

a) einem Gehäuse, das umfasst: aa) eine im wesentlichen vertikale, flüssigkeitsdichte und thermisch isolierte Begrenzungswand; ab) eine von der Begrenzungswand getragene, den Innenraum des Gehäuses nach oben abschließende Gassammeleinrichtung, welche ein variables Volumen bereitstellt;
b) einem Einlaß für die auszufaulende Biomasse;
c) einem Auslaß für die ausgefaulte Biomasse;
d) einem Auslaß für das bei dem Faulprozeß entstandene Biogas.

Bisher werden Fermentierbehälter dieser Art vollständig vor Ort, also beispielsweise auf einem Bauernhof, erstellt. Sehr häufig finden sich Ausführungsformen, bei denen die vertikale Begrenzungswand als Betonwand ausgebildet ist.

In anderen Fällen wird die vertikale Begrenzungswand als Metallwand ausgeführt, deren Einzelteile vor Ort dicht miteinander verschweißt werden. Alle diese bekannten Fermentierbehälter haben den Nachteil, daß die vor Ort durchzuführenden Bauarbeiten sehr aufwendig sind, häufig geschultes Personal benötigen und nicht unter allen Witterungsbedürfnissen durchgeführt werden können. Zudem sind diese bekannten Fermentierbehälter nicht transportabel.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Fermentierbehälter der eingangs genannten Art zu schaffen, der problemlos bei allen Witterungsbedingungen erstellt und ggf. von einem Ort zum anderen verbracht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

e) die Begrenzungswand umfasst: ea) eine äußere Tragkonstruktion, die aus metallischen Einzelelementen zusammengesetzt ist, die nicht flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind; eb) eine auf der Innenseite der Tragkonstruktion angeordnete Isolationsschicht; ec) eine mit ihrer Zylinderfläche auf der Innenseite der Isolationsschicht angeordnete topfartig geformte, flüssigkeitsdichte Folie, deren Bodenfläche den Boden des Gehäuses überdeckt.

Erfindungsgemäß wird also eine aus mehreren "Schichten" aufgebaute vertikale Begrenzungswand eingesetzt, wobei jede dieser Schichten nur eine Funktion übernimmt: Die äußere Tragkonstruktion sorgt für die erforderliche mechanische Stabilität. Sie kann aus einzelnen, fabrikmäßig vorgefertigten metallischen Elementen zusammengesetzt sein, die vor Ort z. B. verschraubt werden. Dies kann unter Einsatz von angelerntem, wenig qualifiziertem Personal erfolgen, da die Tragkonstruktion selbst nicht flüssigkeitsdicht zu sein braucht. Die die Tragkonstruktion innen auskleidende Isolierschicht sorgt dafür, daß die im Innenraum des Fermentierbehälters für den Faulprozeß erforderliche Wärme nicht nach außen entweicht, während schließlich die radial am weitesten innen liegende Schicht der vertikalen Begrenzungswand von der Zylinderfläche der topfartig geformten Folie gebildet wird. Diese übernimmt die eigentliche Flüssigkeitsabdichtung. Geeignete Folien sind beispielsweise in Form von verstärkten Kunststoff-Folien handelsüblich erhältlich und werden bisher z. B. zur Herstellung künstlicher Teiche eingesetzt. Sie müssen gegen die im Innenraum des Fermentierbehälters befindlichen Substanzen bei den dort herrschenden Temperaturen beständig sein.

Die Montage des erfindungsgemäßen Fermentierbehälters ist an keinerlei Witterungsbedingungen geknüpft. Bei Bedarf kann der Fermentierbehälter auch wieder abgebaut und an einen anderen Ort gebracht werden.

Die Tragstruktur kann an ihrem unteren Rand mit einem Tragring verbunden sein, der in den Gebäude- oder Geländeboden, insbesondere ein Kiesbett, einbettbar ist. Aufwendige Fundamentierarbeiten sind also nicht erforderlich; es genügt, den Tragring auf den Untergrund aufzulegen, auszurichten und ggf. etwas einzubetten. Selbstverständlich sind aber auch konventionelle Betonbodenkonstruktionen einsetzbar.

Auch an ihrem oberen Rand kann die Tragkonstruktion mit einem Ring verbunden sein, welcher die Gassammeleinrichtung trägt. Durch diesen Ring können zusätzlich alle oder jedenfalls die meisten Verbindungen zwischen dem Innenraum des Gehäuses und dem Außenraum verlaufen, so insbesondere auch der Einlaß und der Auslaß für die Biomasse sowie der Auslaß für das Biogas. Dieser werkseitig vorfertigbare Ring ist das einzige metallische Bauteil, bei dem auf Dichtigkeit geachtet werden muß.

Die Gassammeleinrichtung ist zweckmäßigerweise eine Membran. Sie ist leicht und doch stabil und hebt sich entsprechend der jeweils vorhandenen Menge an erzeugtem Biogas.

Die Membran kann dabei elastisch sein, so daß sie sich mit zunehmender Biogasmenge aufbläst.

Der Boden des Gehäuses kann durch eine auf dem Raum- oder Geländeboden aufliegende Isolierschicht gebildet sein. Auf diese Weise wird verhindert, daß Wärme in den Raum- oder Geländeboden verloren geht.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn unterhalb der Folie eine weitere topfartig geformte, feuchtigkeitsdichte Folie angeordnet ist, deren Innenraum über einen Auslaßstutzen mit dem Außenraum des Gehäuses verbunden ist. Diese zweite topfartige Folie dient als Sicherheitseinrichtung; sie kommt dann zum Einsatz, wenn die erste, die eigentliche Abdichtung des Gehäuses bildende topfartige Folie undicht geworden sein sollte. Dann bildet die zweite topfartig geformte Folie eine Auffangwanne. Durch das Ausströmen von Flüssigkeit über den Auslaßstutzen wird die Undichtigkeit nach außen erkennbar.

Der Auslaßstutzen kann hierzu in einen Beobachtungsschacht führen, der im einfachsten Falle gelegentlich visuell auf das Vorhandensein von Flüssigkeit geprüft wird. Alternativ ist es möglich, in dem Beobachtungsschacht einen Flüssigkeitssensor vorzusehen, der automatisch "Alarm schlägt", wenn er Flüssigkeit feststellt.

Zweckmäßig ist es schließlich, wenn eine Pumpe vorge sehen ist, mit welcher etwaige in den Beobachtungsschacht eingeflossene Flüssigkeit abgepumpt werden kann.

Die Montage des erfindungsgemäßen Fermentierbehälters wird erleichtert, wenn an dem oberen Rand der einen Teil der vertikalen Begrenzungswand bildenden topfartigen Folie eine Mehrzahl von Halteschlaufen vorgesehen ist, die an Haken eingehakt werden können, die an dem oberen Ring befestigt sind. Bei der Montage dieser topfartigen Folie wird also so vorgegangen, daß zunächst ihre Zylinderwand, die sich an der Innenseite der Isolationsschicht entlang erstreckt, gestreckt und mit Hilfe der Halteschlaufen aufgehängt wird; sodann wird diese Zylinderwand der Folie gegen den oberen Ring abgedichtet. Letzteres kann dadurch geschehen, daß der obere Randbereich der Folie an die Innenmantelfläche des oberen Ringes dicht angeklemmt wird.

Der obere Ring kann auch dazu dienen, eine Fachwerkskontruktion zu tragen, die sich durch den Innenraum des Gehäuses erstreckt und Elemente trägt, die mit Bakterien besiedelt werden können. Besonders bewährt als derartige Elemente haben sich Holzbretter, welche die für die fraglichen Bakterien erforderlichen Lebensbedingungen bereitstellen können.

Bei Fermentierbehältern mit verhältnismäßig kleinen Durchmessern ist es möglich, daß die Fachwerkskonstruktion den Innenraum des Gehäuses frei überspannt. Besitzt der Fermentierbehälter einen größeren Durchmesser, ist es auch möglich, daß die Fachwerkkonstruktion durch mindestens eine vertikale Säule zusätzlich getragen ist, die sich über eine Bodenplatte an dem Bodenbereich der einen Teil der Begrenzungswand bildenden topfartigen Folie abstützt. In diesem Falle sollte vorsichtshalber zwischen der Bodenplatte und der Folie ein Schutzvlies angeordnet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert: Es zeigen
1 einen Axialschnitt durch einen Fermentierbehälter;
2 eine Detailansicht aus 1
Das Gehäuse 1 des in 1 dargestellten Fermentierbehälters ist auf ein loses Kiesbett 2 aufgesetzt und in diesem mit einem eingelassenen, metallischen Profilring 3 verankert. Eine vertikale, kreiszylindrische Begrenzungswand 4 des Gehäuses 1 umfaßt als radial äußerste Schicht eine kreiszylindrische Tragkonstruktion 25, die aus einer Vielzahl metallischer Zylindersegmente zusammengeschraubt ist. Eine Dichtigkeit der Verbindungen zwischen den einzelnen Zylindersegmenten ist nicht erforderlich. An ihrem unteren Rande ist die Tragkonstruktion 25 mit einem radial nach außen ragenden Flansch 5 versehen, mit dessen Hilfe sie an dem im Kiesbett 2 eingelassenen Profilring 3 befestigt ist. An ihrem oberen Rand ist die Tragkonstruktion 25 mit einem zweiten, radial nach außen ragenden Flansch 6 versehen, der einen weiteren Profilring 7 trägt und mit diesem verschraubt ist. Auf die Funktion des oberen Profilringes 7 wird weiter unten eingegangen.
Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, besitzt das Gehäuse 1 des Fermentierbehälters keinen metallischen Boden. Vielmehr ist direkt auf das Kiesbett 2 eine Isolationsschicht 8 aufgebracht, welche aus plattenartigem Isolationsmaterial oder auch aus einer losen Schüttung thermisch isolierenden Materials bestehen kann. Auf der Oberseite der Isolationsschicht 8 liegt eine erste Folie 9 auf, die an ihrem radial außen liegenden Randbereich 9a nach oben so umgebogen und an die Innenseite der Tragkonstruktion 25 angelegt ist, daß eine Art Topf entsteht. Bei der Folie 9 kann es sich um eine verstärkte Kunststoff-Folie handeln, wie sie in ähnlicher Weise bei der Anlage künstlicher Teiche verwendet wird. Sie muß gegen die in dem Fermentierbehälter 1 auftretenden Substanzen und die dort herrschenden Temperaturen beständig sein.
Der zylindrische, in axialer Richtung hochgebogene Randbereich 9a der Folie 9 wird von einem Auslaufstutzen 10 durchsetzt, der in einen an den unteren Bereich der Außenseite der Tragkonstruktion 25 angesetzten Beobachtungsschacht 11 mündet. Der Sinn dieser Anordnung wird später deutlich.
Auch die Innenseite der Tragkonstruktion 25 ist durch eine Isolationsschicht 12 ausreichender Dicke verkleidet, die bis in die Nähe des oberen Profilringes 7 reicht und dort in der in 2 ersichtlichen Weise abgeschrägt ist.
Auf der Bodenfläche 9b der topfförmigen Folie 9 liegt eine im wesentlichen kreisförmige, flüssigkeitsdurchlässige Zwischenschicht 13 auf, die ihrerseits eine zweite Folie 14 trägt. Die zweite Folie 14 besteht aus demselben Material wie die erste Folie 9 und ist ebenfalls so topfförmig ausgestaltet, daß sie einen zylindrischen, die Innenfläche der Isolationsschicht 12 abdeckenden Bereich 14a und einen kreisförmigen, die Zwischenschicht 13 abdeckenden Bodenbereich 14b besitzt. Der obere Randbereich 14c der Folie 14 ist radial nach außen über den abgeschrägten oberen Rand der Isolationsschicht 12 gezogen und von dort nach oben in die axiale Basis 7a des oberen Profilringes 7 geführt.
Der obere Rand der Folie 14 ist durch einen Wulst oder einen eingelegten Ring 15 verstärkt. An dem Ring 15 ist eine Mehrzahl von Halteschlaufen 16 befestigt, die in Winkelabstand voneinander über den Ring 15 verteilt sind. Die Halteschlaufen 16 sind über Haken 17 gelegt, die in die vertikal verlaufende Basis 7a des oberen Profilringes 7 eingebracht sind.
Der unterhalb des Ringes 15 liegende Bereich der Folie 14 wird mit Hilfe eines geteilten Ringes 18, der von innen gegen die Basis 7a des Profilringes 7 geschraubt wird, dicht gegen die Innenmantelfläche der Basis 7a angedrückt.
Durch den oberen Profilring 7 sind alle Elemente mit Ausnahme des Auslaufstutzens 10 hindurchgeführt, die eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Gehäuses 1 des Fermentierbehälters und dem Außenraum herstellen. Dabei handelt es sich insbesondere um den Ein- und Auslaß für die Biomasse (der Einlauf 19 ist in 2 erkennbar), sowie ggf. um elektrische Versorgungs- und Meßleitungen.
Auf dem oberen horizontalen Flansch 7b des oberen Profilringes 7 ist eine Gasmembran 20 festgeklemmt, wie dies der 1 zu entnehmen ist. Die Gasmembran 20 schließt den gesamten Fermentierbehälter nach oben deckelartig ab. Sie stellt ein variables Volumen für das sich innerhalb des Fermentierbehälters bildende Biogas dar, indem sie sich elastisch mehr oder weniger nach oben kuppelartig ausbiegen kann. Die Gasmembran 20 ist in 2 der Übersichtlichkeit halber weggelassen.
An dem oberen Profilring 7 ist außerdem eine aus Stahl- oder Holzelementen zusammengesetzte Fachwerkkonstruktion 21 befestigt. Diese kann insbesondere Bretter oder sonstige eine Oberfläche bereitstellende Teile tragen, die mit den erforderlichen Sulfobakterien besiedelt werden kann. Die Fachwerkskonstruktion 21 kann bei Fermentierbehältern kleineren Durchmessers freitragend sein. Der Fermentierbehälter des dargestellten Ausführungsbeispieles jedoch hat einen solchen Durchmesser, daß zur Abstützung der Fachwerkkonstruktion 21 eine Mittelsäule 22 vorgesehen ist. Das untere Ende der Mittelsäule 22 ist in einer Betonplatte 23 gehalten, die ihrerseits über ein Schutzvlies 24 auf der unteren Isolationsschicht 8 aufruht.
Der fertiggestellte Fermentierbehälter enthält noch weitere, an und für sich bekannte und zum Fermentieren von Biomasse erforderliche Elemente, so insbesondere ein Rührwerk, das an dem oberen Profilring 7 befestigt ist, sowie eine Heizung, welche die zum Faulprozeß erforderliche Temperatur erzeugt.
Der oben beschriebene Fermentierbehälter läßt sich bei jeder Witterung und an jedem Ort leicht montieren, ohne daß hierfür besonders geschultes Fachpersonal eingesetzt werden müsste. Es genügt, den Untergrund mit Hilfe des Kiesbettes 2 vorzubereiten. Der untere Profilring 3 wird in das Kiesbett 2 eingebracht und ausnivelliert. Sodann wird auf dem unteren Profilring 3 die Tragkonstruktion 25 aufgebaut, wobei, wie oben schon erwähnt, besondere Anforderungen an die Dichtigkeit der Verbindungen zwischen den einzelnen Segmenten, aus denen die Tragkonstruktion 25 besteht, nicht gestellt sind.
Sodann wird die Isolationsschicht 8 auf dem von der Tragkonstruktion 25 umgebenen Bereich des Kiesbettes 2 aufgebracht; die untere Folie 9 wird darüber verlegt und mit ihrem zylindrischen Außenbereich 9a an die Innenmantelfläche der Tragkonstruktion 25 angelegt. Der Auslaufstutzen 10 wird so eingesetzt, daß Flüssigkeit, die sich auf der radial innenliegenden Seite des Bereiches 9a der Folie 9 sammelt, in den Beobachtungsschacht 11 auslaufen kann. Jetzt kann die zylindrische Isolationswand 12 montiert werden. Dann folgt das Einbringen der feuchtigkeitsdurchlässigen Zwischenschicht 13 auf den kreisförmigen "Boden" 9b des von der ersten Folie 9 gebildeten Topfes und sodann das Einsetzen des von der zweiten Folie 14 gebildeten Topfes. Der obere Bereich der Folie 14 wird, wie oben schon angedeutet, über das abgeschrägte obere Ende der zylindrischen Isolationswand 12 nach außen geführt; der obere, durch den Wulst 15 verstärkte Rand wird mit Hilfe der Halteschlaufen 16 und der Haken 17 vorläufig befestigt. Sodann wird der unterhalb des Wulstes 15 liegende Bereich der Folie 14 mit Hilfe des Ringes 18 dicht gegen die Basis 7a des oberen Profilringes 7 verklemmt.
Nun können die verschiedenen Einbauten in den Innenraum des Fermentierbehälters eingebracht werden, so beispielsweise das Fachwerk 21, die Heizungen und das Rührwerk. Abschließend wird mit Hilfe eines Ringflansches die Gasmembran 20 an dem oberen Profilring 7 festgeklemmt.
Der Fermentierbehälter ist damit betriebsbereit.
Sollte im Laufe des Betriebes die die eigentliche Abdichtung des Gehäuses 1 bildende Folie 14 undicht werden, so dringt austretende Flüssigkeit durch die Zwischenschicht 13 und wird von der ersten, topfförmig ausgestalteten Folie 9 aufgehalten. Die Flüssigkeit wird radial nach außen geleitet und strömt über den Auslaßstutzen 10 in den Beobachtungsschacht 11. Dort kann sie durch visuelle Inspektion in bestimmten Abständen oder auch durch eine geeignete elektronische Überwachung festgestellt werden. Zusätzlich kann eine Pumpe vorgesehen sein, welche in dem Beobachtungsschacht 11 befindliche Flüssigkeit wieder entfernt.

Claims

Fermentierbehälter zur Erzeugung von Biogas mit a) einem Gehäuse, das umfasst: aa) eine im wesentlichen vertikale, flüssigkeitsdichte und thermisch isolierte Begrenzungswand; ab) eine von der Begrenzungswand getragene, den Innenraum des Gehäuses nach oben abdeckende Gassammeleinrichtung, welche ein variables Volumen bereitstellt; b) einem Einlaß für die auszufaulende Biomasse; c) einem Auslaß für die ausgefaulte Biomasse; d) einem Auslaß für das bei dem Faulprozeß entstandene Biogas; dadurch gekennzeichnet, daß e) die Begrenzungswand (4) umfasst: ea) eine äußere Tragkonstruktion (25), die aus metallischen Einzelelementen zusammengesetzt ist, die nicht flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind; eb) eine auf der Innenseite der Tragkonstruktion (25) angeordnete Isolationsschicht (12); ec) eine mit ihrer Zylinderfläche (14a) auf der Innenseite der Isolationsschicht (12) angeordnete, topfartig geformte, flüssigkeitsdichte Folie (14), deren Bodenfläche (14b) den Boden des Gehäuses (1) überdeckt.
Fermentierbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragkonstruktion (25) an ihrem unteren Rand mit einem Tragring (3) verbunden ist, der in den Raum- oder Geländeboden, insbesondere in ein Kiesbett (2), einbettbar ist.
Fermentierbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragkonstruktion (25) an ihrem oberen Rand mit einem Ring (7) verbunden ist, welcher die Gassammeleinrichtung (20) trägt.
Fermentierbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gassammeleinrichtung (20) eine Membran ist.
Fermentierbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (20) elastisch ist.
Fermentierbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Gehäuses (1) durch eine auf dem Raum- bzw. Geländeboden (2) aufliegende Isolierschicht (8) gebildet ist.
Fermentierbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Folie (14) eine weitere topfartig geformte, flüssigkeitsdichte Folie (9) angeordnet ist, deren Innenraum über einen Auslaßstutzen (10) mit dem Außenraum des Gehäuses (1) verbunden ist.
Fermentierbehälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßstutzen (10) in einen Beobachtungsschacht (11) führt.
Fermentierbehälter nach Anspruch 8, dadrch gekennzeichnt, daß in dem Beobachtungsschacht (11) ein Flüssigkeitssensor vorgesehen ist.
Fermentierbehälter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpe vorgesehen ist, welche Flüssigkeit aus dem Beobachtungsschacht (11) abpumpen kann.
Fermentierbehälter nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an dem oberen Rand der einen Teil der vertikalen Begrenzungswand (4) bildenden topfartigen Folie (14) eine Mehrzahl von Halteschlaufen (16) vorgesehen ist, die an Haken (17) eingehakt werden können, die an dem oberen Ring (7) befestigt sind.
Fermentierbehälter nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Randbereich der einen Teil der vertikalen Begrenzungswand (4) bildenden topfartigen Folie (14) an der Innenmantelfläche des oberen Ringes (7) dicht angeklemmt ist.
Fermentierbehälter nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an dem oberen Ring (7) eine Fachwerkkonstruktion (21) befestigt ist, die sich durch den Innenraum des Gehäuses (1) erstreckt und Elemente trägt, die mit Bakterien besiedelt werden können.
Fermentierbehälter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fachwerkkonstruktion (21) durch mindestens eine vertikale Säule (22) zusätzlich getragen ist, die sich über eine Bodenplatte (23) an der Bodenfläche (14b) der einen Teil der Begrenzungswand (4) bildenden Folie (14) abstützt.
Fermentierbehälter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Bodenplatte (22) und der Folie (14) ein Schutzvlies (24) angeordnet ist.