DE2821790A1

DE2821790A1 - Gaerbehaelter mit vorrichtungen zur kontinuierlichen oder intermittierenden ausfaulung organischer substanzen

Info

Publication number: DE2821790A1
Application number: DE19782821790
Authority: DE
Inventors: Hermann Besler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-05-18
Filing date: 1978-05-18
Publication date: 1979-11-22
Also published as: DE2821790C2

Description

Gärbehälter mit Vorrichtungen zur kontinuierlichen
oder intermittierenden Ausfaulung organischer Substanzen Gegenstand der Erfindung ist ein Lärbehälter mit Vorrichtungen zur kontinuierlichen oder intermittierenden Ausfaulung organischer Substanzen, vornehmlich Stallmist, Stroh, Fäkalien, Grünmaterial, Abfällen aus Haushalt, Garten, Landwirtschaft und Nahrungsmittelindustrie, mit Gewinnung von methan und hygienisch einwandfreiem, gerucharmem und stickstoffreichem Naturdünger.
In dem Gärbehälter der eingangs genannten Art findet die Faulung (methangärung) als ein unter Ausschluß von Sauerstoff verlaufender Vorgang statt, bei dem organische Stoffe der vorstehend genannten Art durch das Zusammenwirken verschiedener Mikroorganismen zu Kohlendioxid und Methan abgebaut werden. Bei zersetzungsfähigem Schlamm organischer Herkunft tritt die Faulung von selbst ein, wenn die Stickstoff- und Phosphor-Vcrbindungsn in einem günstigen Verhältnis zum Kohlenstoffgehalt stehen und völliger Luftabschluß herrscht. Der Abbau der organischen Stoffe geht im Faulraum etwa gleichlaufend mit der Gasentwicklung vor sich. Die Faulbehälter (Grbshälter) werden meist über Gelände mit Wärmeschutzverkleidung errichtet, wobei eine künstliche Wärmezufuhr für die Zersetzung günstig ist. Das bei der methangärung entstehende Gas enthält bei selbständigen Schlammfaulräumen etwa 65 bis 70 % methan und 30 bis 35 % Kohlensäure. Die Gasmenge hängt von der Faultemparatur und dem Gehalt des Frischschlarnmes an organischen Stoffen sowie von der Faulzeit ab.
Die bisher bekannten Oärbehälter leiden unter dem Nachteil relativ hoher Baukosten, wobei eine geringe Lebensdauer der Betriebsteile nur erreicht werden konnten. Des weiteren war der Bedienungsaufwand relativ hoch und die Betriebsteile waren relativ störanfällig, wobei die bisher bekannten Gärbshälter eine relativ schlechte Wärmeisolation aufwiesen, so daß auch eine unzureichende Gasmenge nur erzielt werden konnte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gärbehältsr der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, daß eine hohe Casausbeute bei niedrigem Bedienungsaufwand und niedrigsn Baukosten sowie hoher Lebensdauer des Behälters selbst erzielt werden kann.
Dies gelingt gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch, daß der Behälter als stehender, oben offener Zylinder oder Kugeltank ausgebildet und mit einer Gasglocke versehen ist, oder als oben geschlossener Zylinder bzw. als Kugel mit verschraubtem mannlochdeckel aus geeignetem material, vorzugsweise aus Kunststoff, gefertigt ist, in dem Rohrleitungen zur Beschickung, Entleerung, Umwälzung des Behälterinhalts mittels eines Pumpstrahls und zur Gasableitung installiert sind.
Wesentliches merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß die bisher bei der Stadtentwässerung zur Schlammbehandlung bekannten Gärbehälter nun in erfinderischer Weise für die eingangs genannten organischen Stoffe verwendet werden, wobei wesentliche Vorteile erzielt werden.
Die sogenannten methanbakterien begnügen sich mit den Abfällen der Lebensmittelerzeugung und den Verdauungsrückständen der höheren Lebewesen. Fäkalien und tierische Exkremente werden durch diese Fermentation als Dünger nicht etwa wertlos. Stickstoff, der ertragsbestimmende, wertvollste Pflanzennährstoff, liegt in Stallmist und Gülle größtenteils als flüchtiges Ammoniak vor, das bei der herkömmlichen Düngung oft bis zu 80 % verloren geht und den penetranten Geruch in der Umgebung frisch gedüngten Kulturlandes verursacht.
methanfaulung erfolgt unter Luftabschluß. Dabei wird Ammoniak mineralisiert oder an Bakterieneiweiß gebunden (Biokonversion). Deshalb bleibt im sogenannten Biodung der Stickstoff enthalten und steht langanhaltend als neue Pflanzennahrung zur Verfügung. Eine staatliche Versuchsanstalt hat damit in zahlreichen Vergleichsversuchen gegenüber herkömmlichem Stallmist mehrerträge von durchschnittlich 6 % erzielt.
Stallmist in Hofnähe gelagert, ist eine permanente Geruchsbelästigung und eine üble Brutstätte lästiger Insekten.
Die anaerobe Aufbereitung dagegen geht geruchlos vor sich, und das Endprodukt, der Biodung, ist bei vollkommener Ausfaulung ebenfalls nahezu geruchlos. Auch Krankheitserreger werden besonders bei hoher Gärtemperstur vernichtet. Diese Aufbereitsungsart für organische Abfälle in Bezug auf Volksgesundheit, Umweltschutz und Energiegewinnung hat eine noch nicht absehbare Bedeutung. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die eingangs genannten Gärbehälter so weiterzuentwickeln, daß die vorstehend genannten Vorteile erreicht werden.
Die Cärtemperatur bestimmt die Faulzeit und beeinflußt damit das benötigte Faulraumvolumen entscheidend. Bei der bis jetzt üblichen Gärtemperatur um 320 C beträgt die Faulzeit rund 30 Tage. Erfindungsgemäß wird nun die #ärtemperatur erhöht, so daß sie im thermophilen Bereich um 55 C nur noch 8 bis 12 Tage beträgt. Auch wächst die Gasausbeute bei steigender Cärtemperatur bis zur doppelten menge. Gleichmäßige und beschleunigte Ausfaulung erreicht man erfindungsgemäß schließlich durch Homogenisierung des Faulguts. Erfindungsgemäß wird mit dem eingangs genannten Gärbehälter vorgeschlagen, einen ungestörten Gärprozeß durch Beibehaltung einer konstanten Temperatur, Vsrhinderung einer Schwimmdeckenbildung und intensive Durchmischung des zugeführten Frischmaterials mit der aktiven Faulmasse vorgeschlagen.
Die bisher bekannten Biogas-Anlagen wurden aus Stahlbeton gebaut. Demgegenüber haben verhältnismäßig kleine Hochleistungsgärbehälter wesentliche Vorteile. Sie können aus metall oder Kunststoff industrie 11 in Serie gefertigt werden und sie sind deshalb wesentlich billiger. Beispielsweise könnten hierfür auch herkömmliche Haizöltanks (bekannte doppelwandige Kugelbehälter oder einwandige Kugelbehälter) verwendet werden. Durch Isolierung mit Schaumstoffen erreicht man eine hervorragende Wärmedämmung. Es ist kein massives Fundament erforderlich. Die Umwälzung und Schwimmdeckenbekämpfung ist relativ einfach und problemlos und jede Anlage kann batterleartig durch weitere Anlagen erweitert werden.
Erfindungsgemäß erfolgt die Senkung von Anschaffungs- und Betriebskosten dadurch, daß der Behälter aus nicht korrodlerenden Stoffen gefertigt wird und die Zusatzaggregate und Funktionsteile aus vorhandenen, industriellen Serienproduktionen zusammengesetzt werden, so daß mit dem halben gegenüber früher benötigten Faulraumvolumen eine wesentliche Verbilligung der Anlage und damit auch der #bschreibungsraten erzielt wird.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, daß die herstellungs- und aufstellungsmäßig einfachste Form eines Kunststoff-(;ärbehälters die eines stehenden Zylinders mit ebenem Boden ist.
Erfindungsgemäß wird ein solcher Zylinder bei der vorliegenden Erfindung verwendet, ohne daß Kurzschlußströmungen des Faulguts zum Auslauf und sich featsetzende Verklumpungen entstehen. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß über der mündung des Auslaufrohrs in der mitte auf dem Behälterboden ein Schlammleitkegel angebracht wird, der Öffnungen an seiner Basis aufweist, wobei die kurzen Rutschflächen von der Behälterwand den sich absetzenden Schlamm zwangsläufig an diese Öffnungen heranführen. Durch diese Vorrichtung entfällt das bisher übliche kegelfärmige, massive Fundament mit Ablauf in der Kegelspitze. Stattdessen genügt eine waagrechte Sandschicht, auf die zur Isolierung Schaumstoffplatten gelegt werden. Es ist kein Erdaushub, keine Baugenehmigung und kein Handwerker notwendig.
Um den unvermeidbaren Wärmeverlust durch die Behälterwandung möglichst gering zu halten, muß man bei der Behälterform auf ein günstiges Verhältnis von Volumen zu rnantelfläche achten.
Das ist beim Zylinder der Fall, wenn Hahe und Durchmesser annähernd gleich sind. Idealform in dieser Hinsicht ist die Kugel. Erfindungsgemäß werden herkömmliche Kugelbehälter, wie sie als Heizöltanks Verwendung finden, als Gärbehältsr verwendet, wobei mit dem oben beschriebenen Schlammleitkegel über dem Auslauf und einer außen aufgeschäumten Isolierung ein solcher Kugelbehälter als Gärbehalter ausgezeichnet geeignet ist Für eine ungestörte Gärung mit maximaler Gassrzsugung ist es notwendig, das Faulgut mehrmals täglich umzuwälzen, um die Bildung einer gasundurchlässigen Schwimmdecke zu verhindern und das Frischmaterial intensiv mit der aktiven Faulmasse zu durchmischen. Die Umwälzung kann durch einen Pumpstrahl erfolgen oder mechanisch mittels eines Sprossen-, Taumelscheiben- oder Propellerrührwerks.
Die Beheizung des Faulguts erfolgt zweckmäßigerweise durch eine bekannte Heizschlange, die mit Vor- und Rücklauf an eine Hauszentralheizung oder an einen Heißwasserspeicher angeschlossen ist. Ebenso ist eine elektrische Beheizung möglich.
Ein wichtiges Konstruktionsmerkmal für Biogasanlagen ist die Repar-aturfreundlichkeit. Die Anlage soll praktisch ohne Unterbrechung betrieben werden können. Außerdem sind Arbeiten an einem geöffneten Gärbehältsr wegen Explosionsgefahr nur unter entsprechenden Vorsichtsmaßnahmsn durchführbar.
Js weniger Uerschleißteile im Faulraum installiert sind, desto weniger können Störungen die Folge sein. Erfindungsgemäß wird deshalb vorgesehen, daß die bewegten Teile leicht aus dem Gärbshälter entfernbar an diesem angebracht sind.
Ceschlossene Behälter werden üblicherweise mit einem mannlochdeckel versehen. An diesem abnehmbaren Deckel können sowohl eine weit in das Faulgut hinabreichende Heizschlsnge angebracht, als auch ein an sich bekanntes Propellerrührwerk angeflanscht werden. Dadurch bleibt der Faulraum frei von fest installierten Funktionsteilen. Bei Störungen können Heizspirale und Rührwerk mit dem Deckel problemlos abgenommen, ausgetauscht oder gefahrlos repariert werden.
mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere Vorteile und merkmale der Erfindung hervor.
Es zeigen: Fig. 1 erstes Ausführungsbeispiel eines Gärbehälters als Mitten-Vsrtikalschnitt; Fig. 2 zweites Ausführungsbeispiel eines Gärbehälters als Mitten-Vertikalschnitt; Fig. 3 schematisiert ein drittes Ausführungsbeispiel eines Cärbehälters als Mitten-Vertikalschnitt.
Der in Fig. 1 dargestellte Cärbehälter zeigt einen zylinderförmigen Querschnitt mit einer Behälterinnenwand Ia, Behälteraußenwand Ib und einer zwischen diesen beiden Wänden angebrachten Isolierung 1c. Wesentlich ist, daß um die Behälteraußenwand Ib ein Außenring 1d angeordnet ist, in dem eine Flüssigkeitsfüllung zum Gasverschluß eingefüllt ist. Auf dem Behälter la,1b ist schwimmend ein Casglockendeckel 2a angeordnet, der aus einer Gasglockeninnenwand 2b und einer Gasglockenaußenwand 2c gebildet ist. Der Gasglockendeckel 2a schließt den Gasvorratsraum 2 ab, der über der Faulgutobergrenze 3 ausgebildet ist.
Über den Frischgutzulauf 4 wird die eingangs beschriebene Biomasse in Pfeilrichtung 13 in den Bshälts ingepumpt und strömt aus den Frischgut-Austrittsöffnungen 4a aus, so lange bis der Behälter etwa zur Faulgutobergrenze 3 gefüllt ist.
Im Betrieb erfolgt eine stetige Umwälzung des Faulgutes dadurch, daß über die Umwälzleitung 7 und die Eintrittsöffnungen 7a das Faulgut in Pfeilrichtung 14 abgesaugt wird und über die Umwälzleitung 8 mit der Austrittsdüse 8a in Pfeilrichtung 17 bzw. 15 in den Behälter wieder zurückgedrückt wird. Der Faulschlamm staut sich dann in dem Behälter bis zur Faulgutobergrenze 3 auf. Der Behälterboden 1f ist kegelförmig als Faulraumboden lg ausgebildet, wobei auf diesem ein Schlammleitkegel 12 mit basisseitigen Öffnungen 12a vorgesehen ist. Der zur mitte des Faulraumbodens lg gelangende Faulschlamm kann dann schließlich über die Ablaufleitung 5 für den ausgefaulten Abschlamm entnommen werden.
Wesentlich hierbei ist, daß der Faulschlamm mit der Heizschlange 10 auf eine relativ hohe Temperatur gebracht wird, wobei die Heizschlange 10 über den Heizungsvorlauf 10@ und den Heizungsrücklauf 10b an eine Warmwasserheizung angeschlossen werden kann.
Wesentlich gemäß der vorliegenden Erfindung ist, daß die Wärme des ausgefaulten Absohlammes, der aus der Ablauflsitung 5 abgezogen wird, noch zur Aufheizung des zugeführten Frischgutes in dem Frischgutzulauf 4 verwendet wird. Hierzu ist in der Ablaufleitung 5 ein tlärmetauscher 6 vorgesehen, der das in Pfeilrichtung 13 in den Frischgutzulauf 4 einströmende medium aufheizt.
Das im Gasworratsraum 2 sich bildende Gas kann dann über die Gasabisitung 9 in der eingezeichneten Pfeilrichtung entnommen werden, wobei eine Gasuhr 16 die entnommene menge anzeigt.
Wesentlich gemäß der vorliegenden Erfindung ist, daß sämtlicht Rohrleitungen pyramidenartig innerhalb des Faulraumes aufgebaut sind und durch eine Stabilisierung 11 zusammengehalten sind, so daß das Rohrleitungasystem gemäß der Zeichnung als kompakte Einheit in einen herkömmlichen Behalter eingesetzt werden kann.
Fig. 2 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel eines Gärbshälters, der ebenfalls als Zylinder ausgebildet ist. Hierbei sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wesentlich bei diesem Ausführungsbeispial ist, daß die Gasglocke gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 entfällt und daß stattdessen der Gasvorratsraum 2 mit einer frei verschäumten Isolierung wärmedämmend verkleidet ist.
Wesentliches merkmal dieses Ausführungsbeispieles ist, daß die Heizachlangen 10 nun horizontal eingebaut sind und etwa in der Höhe des Schlammleitkegels in Bodennähe des Faulraumbodens Ig angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, daß die von den Heizschlangen 10 erzeugte Wärme nach oben steigt und das Faulgut gleichmäßig durchmischt. Eine Schwimmdeckenbildung wird gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 im vorliegenden Ausführungsbeispiel vermieden, indem eine Austrittsdüse Bs der druckseitigen Umwälzleitung 8 auf die Faulgutobergrenze 3 gerichtet ist und eine etwa entstehende Schwimmdecke zerteilt. Ein mechanisches Rührwerk kann hierbei entfallen.
Des weiteren ist wesentlich, daß der Frischgutzulauf 4 mit seiner Frischgut-Austrittsöffnung 4a in der Nähe der Austrittedüse 8a der Umwälzdruckleitung 8 endet, so daß das einströmende Frischgut ausgezeichnet mit dem umgewälzten Faulgut vermischt und in das Faulgut eingeführt wird.
Wesentlich ist weiterhin, daß der Gasworratsraum 2 durch einen Deckel Ih abgeschlossen ist, wobei die Gasableitung 9 in diesen Deckel Ih mündet.
Das dritte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 zeigt einen Kugeltank 24, bei dem wiederum glsiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Kugeltank 24 ist auf einem Fundament 23 gelagert, das mit geringen Herstellungskosten herstellbar ist.
Statt des Düsensystems zur Verhinderung einer Schwimmdecke schlägt das dritte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 vor, daß der Kugeltank ein mannloch 20 aufweist, das über Verschraubungen 22 gasdicht mit einem Deckel 21 verschließbar ist, wobei am Deckel 21 ein mechanisches Rührwerk 18, das von einem Motor 19 angetrieben ist, und eine Heizschlange 10 befestigt sind.
mit der Befestigung der genannten Teile am Deckel 21 des Mannlochs 20 wird der wesentliche Vorteil erzielt, daß diese Teile leicht auswechselbar sind und ohne großen Aufwand zugänglich für Reparaturen sind.
Die Beschickung des Kugeltanks 24 mit Frischgut erfolgt über den Frischgutzulauf 4, der im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 schräg nach oben in den Kugeltank 24 gerichtet ist, so daß eine ausgezeichnete Durchmischung des Faulgutss mit dem Frischgut möglich ist.
Leerseite

Claims

Patontanspruche 1. Carbehalter mit Vorrichtungen zur kontinuierlichen oder intermittierenden Ausfaulung organischer Substanzen, vornehmlich Stallmist, Stroh, Fäkalien, Grünmatcrial, Abfällen aus Haushalt, Garten, Landwirtschaft und Nahrungsmittelindustrie, mit Gewinnung von Methan und hygienisch einwandfreiem, gerucharmem und stickstoffreichem Naturdunger, d a d u r c h g c k e n n z e i c h n 8 t , daß der Behälter als stehender, oben offener Zylinder ausgebildet und mit einer Gasglocke (2a-c) versehen ist, oder als oben goschlossene r Zylinder bzw. als Kugel mit verschraubtem rnannlochdeckel (Ih) aus geeignetem material, vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt ist, in dem Rohrleitungen zur Beschickung (4), Entleerung (5), Umwälzung des Behälterinhalts mittels eines pumpstrahls (7, 8) und zur Gasableitung (9) installiert sind.
2. Gärbehalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er doppelwandig mit zwischen den Wänden eingeschäumter Isolierung oder inwandig mit außen angebrachter Isolierung gefertigt ist.
3. Gärbehälter nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Leitungsrohre (4,7,8,9) seitlich über dem Behälterboden eingeführt sind und im Innern viereckig verteilt kegelförmig als Installationsainheit nach oben geführt und dort mit einer Stabilisierung (11) versehen werden.
4. Gärbehälter nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g g k e n n z s i c h n e t , daß mittig auf dem Behälterboden übsr dem Schlammablaufrohr (5) ein Schlammleitkegel (12) angebracht ist, um eine Kurzschlußstromung zu verhindern.
5. Cärbehälter nach den vorhergehenden Ansprüchen, d a d u r c h g e k e n n z E i c h n e t , daß ein an sich bekannter Wärmetauscher (6) innerhalb oder außerhalb des Behälters so angebracht ist, daß die Wärme des ablaufenden Schlammes an das zulaufende Frischgut abgegeben wird.
6. Gärbehälter nach Anspruch 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Behälterinnern eine an sich bekannte Heizschlange (10) entweder an den Rohren (4,7,8) der Installationseinheit oder in waagrechter Anordnung im unteren Faulraumbereich angebracht ist, die mit einem Vorlauf (10a) und einem Rücklauf (10b) an eine außerhalb der Anlage befindliche, an sich bekannte Warmwasserheizung angeschlossen wird.
7. Gärbehälter nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mittels einer an sich bekannten Pumpe durch die Saugleitung (7) Faulmaterial angesaugt und durch die Umwälzdruckleitung über eine oder mehrere Düsen ein Pumpstrahl so in den Faulraum hineingelenkt wird, daß die Schwimmdeckenbildung verhindert, eine evtl. entstandene Schwimmdecke zerstört und der Inhalt innig durchmischt wird, ohne den sich am Boden ablagernden Abschlamm aufzuwirbeln.
8. Gärbehälter nach den vorhergehenden Ansprüchen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mehrere Behälter zu einer Batterie zusammengeschlossen sind oder ein Behälter im Innern in mehrere separate Fauiräume unterteilt ist.