DE2821796C3

DE2821796C3 - Faultank für die anaerobe Gärung

Info

Publication number: DE2821796C3
Application number: DE2821796A
Authority: DE
Inventors: Paul Frederick Windsor Forest Winkfield Ashwell (Ver. Koenigreich)
Original assignee: ASHWELL PAUL FREDERICK; WILLINGDON INIGO MARQUESS OF; WINDSOR FOREST WINKFIELD (VER KOENIGREICH)
Current assignee: ASHWELL PAUL FREDERICK; WILLINGDON INIGO MARQUESS OF; WINDSOR FOREST WINKFIELD (VER KOENIGREICH)
Priority date: 1977-05-18
Filing date: 1978-05-18
Publication date: 1981-02-26
Also published as: IT1096297B; IT7823506A0; BE867216A; NL7805369A; GB1522780A; DE2821796B2; DE2821796A1

Description

iü

Die mikrobio'ogischen Prozesse, die mit dem Abbau oder der Digestion organischer Materialien durch anaerobe Gärung verbunden sina, sind gut bekannt und bilden keinen Teil der Erfindung, die sich vielmehr auf einen bestimmten Typ einer AnI ge bezieht, in der J5 solche Prozesse durchgeführt werden können.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Faultank die zur Verarbeitung von tierischen Abfällen in landwirtschaftlichen Betrieben wegen ihres relativ einfachen Aufbaus und ihrer niedrigen Kosten geeignet ist.

Beiden Rohmaterialien.die in einem landwirtschaft!! chen Betrieb anfallen, handelt es sich normalerweise um den organischen Abfall von Tieren wie Schweinen. Kühen oder Hühnern. Dieser organische Abfall wird « nachstehend als Schlamm bezeichnet. Durch die Anlage werden ein flüssiges oder halbflüssiges Material, das ein wertvolles Düngemittel darstellt, und Methangas hergestellt, das als Brennstoff zum Heizen von Tierställen oder für andere Zwecke verwendet werden v> kann.

Früher war es üblich, den Schlamm in roher Form (Rohschlamm) als ein nützliches, jedoch nicht ideales Düngemittel, auf dem Boden /u verteilen. Der unangenehme Geruch, der durch diese Anwendung als Düngemittel verursacht wird, wird immer weniger geduldet, was so weit gehen kann, daß örtliche Behörden eine intensive Tierhaltung und Tierzucht nur unter der Voraussetzung erlauben, daß der Abfall in einer alternativen, keinen Anstoß erregenden Weise ^h0 beseitigt wird. Dies bedeutet, daß der Schlamm zum Wegwerfen oder zur Verarbeitung von dem landwirtschaftlichen Betrieb wegtransportiert werden muß, was zusätzliche Transportkosten verursacht und auch eine Verschwendung in Bezug auf den Wert des Schlamms ^bi als Düngemittel darstellt.

Rohschlamm hat jedoch selbst dann bestimmte Nachteile, wenn er als Düngemittel verwendet wird. Der Rohschlamm enthält z. B. Krankheitserreger und Unkrautsamen, er hat einen hohen biologischen Sauerstoffbedarf, dh, daß er zur Erschöpfung des Sauerstoffgehalts im Boden führt, seine Nährstoffe liegen in einer Form vor, die den Pflanzen nicht in einem hohen Maße zugänglich ist, und ei hat keinen sehr konzentrierten Stickstoffgehalt

Im Gegensatz dazu sind in dem Material das durch Digestion oder Gärung des Rohschlamms z. B. i.i einer erfindungsgemäßen Anlage hergestellt worden ist, die Krankheitserreger und die Unkrautsamen zerstört worden. Dieses Material hat einen viel niedrigeren, biologischen Sauerstoffbedarf (90% niedriger) als Rohschlamm, enthält Nänrstoffe in einer Form, die den ^Dflanzen besser zugänglich ist, und enthält Stickstoff in einer konzentrierteren Form als der Rohschlamm. Außerdem hat das Material keinen stechenden, unangenehmen Geruch, und seine Herstellung ist mit der Bildung von Methangas, einem nützlichen Nebenprodukt, verbunden.

Es ist ein Faultank bekannt (DE-OS 25 35 756). der in einem geschlossenem Dom das Methangas auffängt und an einen oder in mehrere gesonderte Speicherbehälter abgibt, von denen es dann den Verbrauchern zugeführt wird. Die Verwendung gesonderter Speichertanks ist nicht nur verhältnismäßig kostenaufwendig sondern erschwert auch einr Beobachtung der Aktivität des Gärungsprozesses.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Faultank für die anaerobe Gärung zu schaffen, der auf einfachere Weise einen im Volumen an den Gasanfall anpaßbaren Auffangraum ohne gesonderte Speicherbehälter ermöglicht.

Diese Aufgabe ist durch die gekennzeichneten Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Membran als flexible Abdeckung liefert selbst das anpassungsfähige Auffangvolumen unmittelbar am Tank selbst, wobei der zusätzliche Vorteil erzielt wird, daß die Auswölbung der Membran als Sichtanzeige für die Aktivität des Gärungsprozesses genutzt werden kann.

Die Weiterbildung nach Patentanspruch 2 bringt den Vorteil, daß sich, bevor die Anlage in Betrieb genommen wird oder während die Anlage gewartet wird, keine großen Mengen von Wasser, Schnee oder anderem Material auf der d.i nn nicht unter Gasdruck gespannten Membran ansammeln können, durch die die Membran beschädigt werden könnte und/oder durch die es zu beträchtlichen Schwierigkeiten bei der in Betriebnahme der Anlage kommen Könnte.

Die Membran kann mit Hilfe der Merkmale der Unteransprüche 3 und 4 dazu genutzt werden, den Anteil des erzeugten Methans, der eingesetzt werden muß. um den Faultank auf eine optimale Betriebstemperatur zu halten, herabzusetzen, indem die dunkle Außenseite Strahlungsenergie der Sonne in Wärme umwandelt und die reflektierende Innenfläche Kncrgieverluste nach außen vermindert.

Um /u verhindern, daß beim Abziehen von Flüssigkeit aus dem Faultank Methangas verloren geht werden als Weiterbildung die Maßnahmen nach Patentanspruch 5 vorgeschlagen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die Anordnung der erfindiingsgcmäßen Anlage in Sehadbildform;

Fig. 2 zeigt eine Grundrißansicht des Faulbchältertanks, in der die den Deckel darstellende Membran

entfernt ist; und

Fig.3 zeigt im einzelnen, wie die Membran gegenüber dem oberen Rand des Tanks abgedichtet ist

Die Gärung findet unter Bezugnahme auf die in F i g. 1 und 2 dargestellte Anlage in einem Faulbehältertank 2 statt, der bei der praktischen Ausführung der Anlage ein mit Glas ausgekleideter Stahltank mit einem Fassungsvermögen von 455 m³ ist Quer über die Oberseite 4 des Tanks erstreckt sich eine flexible, etwas elastische Membran 6, wodurch zwischen der Membran und dem Niveau 8 des gärenden Schlamms in dem Tank eine Kammer abgegrenzt wird. In F i g. 1 wird die durch das bei dem Digestionsverfahren gebildete Methangas aufgeblähte Membran 6 gezeigt

Bei der praktischen Ausführung der Anlage wurde die Membran 6 aus miteinander verbundenen Butylkautschukfeldern hergestellt

Unterhalb der Membran 6 befindet sich eine Stützstruktur, die in der Form gezeigt wird, daß sie aus sechs radialen Gerüstträgern 10 besteht, die durch Streben 11 verbunden sind, wobei jeder Träger an seinem äußeren Ende z. B. durch Schweißen in der Mähe des oberen Randes 4 am Tank befestigt ist und wobei alle Träger in der Mitte miteinander verbunden sind. Wie man aus F i g. 1 ersehen kann, ragt diese Stützvorrichtung nach oben aus der Oberseite des Tanks heraus. Die genaue Form der Stützvorrichtung ist nicht entscheidend, jedoch muß vorausgesetzt sein, daß die Vorrichtung in der Lage ist die Membran 6 und irgendein Material, das sich auf der Membran befinden kann, z. B. Schnee, zu tragen und die Membran in einer im wesentlichen nicht konkaven Form zu halten, damit sich keine großen Gewichtsmengen von Wasser oder Schnee auf der Membran ansammeln können.

Durch Methangas, das sich bei dem bekannten anaeroben Gärungsprozeß innerhalb des Faulbehälters bildet, wird der Raum unterhalb der Membran 6 mit Gas gefüllt und wird die Membran unter einem Druck, der geringfügig über Atmosphärendruck liegt, zum Aufblähen gebrac^ht. und die Anlage kann unter diesem Druck bei der praktischen Ausführung unter der Membran 6 ungefähr623 m'Gashalten.

Gas aus dem Inneren des Faulbehälters kann durch ein Rohr 12 mittels einer Pumpe PX abgezogen und einem Kompressortank 14 zugeführt werden, in dem das Gas mittels eines Druckkontro'lgeräts 16. das den Druck im Tank 14 fühlt und den Betrieb der Pumpe PX mittels irgendeiner geeigneten, bekannten Kontrollapordnung 18 regelt, auf einem Druck gehalten wird, der z. B. etwa I .J8 bar über A. 'mosphärendruck liegt.

Unte^r Druck stehendes Gas aus Tank 14 wird /.. B. /um I leizen von Ställen über ein Rohr 20 zur Verfugung gestellt, und ein bestimmter Anteil des Gases wird verwendet, um eine Heizvorrichtung 22 zu beheizen, deren Wärmeleistung eingesetzt wird, um den Sehlammfaulbchälier 2 in der nachstehend beschriebenen Weise auf einer geeigneten Betriebstemperatur /u halten, wobei die beste Temperatur zwischen 32,2 C und 35.0 C liegt.

Schlamm wird von einer Stelle, die sich in der Nähe des Bodens von Tank 2 befindet, mittels einer Pumpe P2 im Kreislauf geführt, indem die Pumpe den Schlamm von einer in der Nähe des Tankbodens befindlichen Stelle über ein Rohr 24 entnimmt und über ein Rohr 26 einem Wärmeaustauscher 28 zuführt, aus dem der Schlamm durch ein Rohr 29 zu einer höher gelegenen Stelle innerhalb des Tanks zurückgeführt wird. Der auf diese Weise im Kreislauf geführte Schlamm wird in dem Wärmeaustauscher mittels Wasser erwärmt das zwischen dem Wärmeaustauscher und der Heizvorrichtung 22 durch Rohre 30 und 32 im Kreislauf geführt wird ur.d das innerhalb des Wärmeaustauschers durch mit Glas beschichtete oder in anderer Weise geschützte Wärmeaustauschrohre, die mit 34 bezeichnet sind, läuft.

Um die Methanmenge die benötigt wird, um die Temperatur des Faulbehälters aufrechtzuerhalten, möglichst gering zu halten, sind der Faulbehältertank 2, der

ίο Wärmeaustauscher 28 und die Rohre, durch die die genannten Teile der Anlage miteinander verbunden sind, alle außen isoliert, z. B. durch Anwendung einer 633 mm dicken Schicht aus gespritztem, schwarzem Polyurethanschauin. Die Methanmenge, die über das Rohr 20 für andere Zwecke zur Verfügung gestellt wird, wird auf das Äußerste gesteigert indem man die Methanmenge, die benötigt wird, um die Anlage zu betreiben, möglichst gering hält.

Wenn die Schlammumwälzpumpe P 2 ausfällt oder Wartung benötigt, kann sie abgetrennt werden, indem man die Ventile 34 und 36 schließt, ±:id die Zirkulation kann in einem gewissen Ausmaß minds Konvektion durch ein Rohr 38, das von einer Stelle in der Nähe des Bodens von Tank 2 ausgeht und die Pumpe P 2 umführt, durch den Wärmeaustauscher 28 und durch das Rohr 29 aufrec!.!erhalten werden.

In den Rohren 38 und 39 sind Ventile 40 bzw. 42 vorgesehen, um die Rohre von dem Faulbehälter abzusperren, falls dies notwendig sein sollte.

to Durch den Digestionsprozeß wird der Schlamm in Tank 2 in einen Abschlamm, der näher zum Boden des Tanks liegt, und in eine Flüssigkeit, die näher zum Kopf des Tanks liegt, umgewandelt. Diese beiden Materialien können in der nachstehend beschriebenen Weise zur darauffolgenden Verwendung als Düngemittel in einen Lagertank 44, der eine unterirdische Grube sein kann, abgezogen werden.

Durch Öffnen eines Ventils 48 wird der Abschlamm direkt vom Grund des konischen Bodens 45 von Tank 2

■to (um zu gewährleisten, daß der schwerste Schlamm entleert wird) durch ein Rohr 46 in den Lagertank 44 abgezogen. Das Abziehen der Flüssigkeit von einer in der Nähe des oberen Randes des Tanks befindlichen Stelle würde die Gefahr mit sich bringet: daß Gas entweicht, wenn der Flüssigkeitsspiegel unter den Punkt herabsinkt, an dem die Flüssigkeit entnommen wird. Diese Gefahr wird vermieden, indem man einen Behälter 50 vorsieht, der als Flüssigkeitsschleuse dient und immer wenigstens zum Teil mit aus dem Tank abgezogener Flüssigkeit 52 gefüllt ist. Der Behälter 50 ist mit dem Tank verbunden mittels eines Rohres 54. das hauptsächlich dazu dient, zwischen dem oberen Ra'iti des Behälters 50 und ddn Gasraum in dem Faulbehälter i.'nd zurück Cias fließen zu !ussen, und mittels eines niedrigeren Rohres 56. durch das die obere Flüssigkeit, wenn der flüssigkeitsspiegel 8 in dem Faulbehälter über das Rohr 56 hinaus ansteigt, in den Behälter 50 fließen kann, wodurch aus dem Behälter 50 über das Rohr 54 Gas in den Faulbehälter verdrängt wird. Wenn die

wi Flüssigkeit 52 die Spitze des Behälters 50 erreicht, wird von der Spitze eines oben offenen Rohrs 58 Flüssigkeil verschüttet, wodurch dieser Umstand angezeigt wird. Zu diesem Zeitpunkt oder davor kann und sollte Flüssigkeit aus dem Tank 50 durch Öffnung eines Ventils

f>5 60 in einem Rohr 6? in die Vorratsgrube 44 abgezogen werden.

Wie vorstehend erwähnt wurde, ist es erwünscht, die gärende Flüssigkeit in Tank 2 zu rühren, was in der

beschriebenen Ausführungsform dadurch erzielt wird, daß man das Ende des Einlaßrohrs 29 für die Zirkulation wie in F i g. 2 gezeigt so anordnet und ausrichtet, daß der erwärmte Schlamm in einer in Bezug auf den Faulbehältertank tangentialen Richtung aus dem Rohr entleert wird und dadurch unter Erreichung des erwünschten Rührens eine mäßige Bildung von Wirbeln im Tankinhalt verursacht. Ein bestimmter Grad des Rührens kann auch erzielt werden, indem das unter Druck stehende Methan aus Rohr 20 zurück durch den Schlamm in dem Faulbehältertank 2 in Blasen aufsteigen läßt.

Der Rohschlamm wird in der nachstehend beschriebenen Weise in die Anlage eingeführt: Zuerst wird der Rohschlamm aus den Stellen z. B. durch ein Rohr 66 einem Lagertank 64 für die zeitweilige Lagerung zugeführt. Eine gewisse Menge des Rohschlamms aus dem Lagertank 64 wird periodisch, z. B. täglich, mittels einer Pumpe P3 durch ein Rohr 68 zu einer Stelle in dem Rohr 24, die sich stromaufwärts in Bezug auf die Pumpe P2 befindet, gepumpt. Der Rohschlamm wird daher mittels der Pumpe Pl direkt durch den Wärmeaustauscher 28 und das Rohr 29 in den Faulbehältertank 2 getrieben und auf diese Weise vorgewärmt, bevor er dem Faulbehältertank zugeführt wird.

Diese Einführung des Rohschlamms hat normalerweise zur Folge, daß ein gleich großes Volumen der ausgefaulten Flüssigkeit durch das Rohr 56 in den als Flüssigkeitsschleuse dienenden Behälter 50 überläuft, aus dem die Flüssigkeit täglich in der schon beschriebenen Weise entnommen wird.

Bei der praktischen Ausführung der Anlage, auf die schon Bezug genommen wurde, können täglich ungefähr 4,55 m^J Rohschlamm in die Anlage eingeführt werden, und jeden Tag werden insgesamt ungefähr 453 m³ Methan gebildet, wovon etwa die Hälfte dazu benötigt wird, die Temperatur des Prozesses aufrechtzuerhalten. Das Fassungsvermögen des Methankompressortanks 14 beträgt etwa 2.27 m³ und dasjenige des als Flüssigkeitsschleuse dienenden Behälters 50 beträgt etwa 5.46 m³.

Zusätzlich zu der Anwendung der isolation wird, um
die Zufuhr von Wärmeenergie, die benötigt wird, um eine relativ einfache Weise und mit relativ niedrigen eine wirksame Gärung aufrechtzuerhalten, möglichst 45 Kosten gebaut werden.

gering zu halten, vorzugsweise eine Membran 6 verwendet, deren Außenseite eine dunkle Farbe hat, um die Sonnenstrahlung zu absorbieren, und die an ihrer Innenseite, z. B. durch Überziehen mit aluminierter < Farbe, reflektierend gemacht worden ist, um den Verlust von Wärmeenergie durch Strahlung möglichst gering zu halten.

F i g. 3 zeigt im einzelnen, wie die Membran 6 um den äußeren, oberen Rand des Tanks 2 herum abgedichtet

ίο werden kann. Die Wand 70 des Tanks 2 hat an ihrem oberen Rand einen radial nach innen gerichteten Flansch 72. Der Randteil 74 der Membran 6 wird mittels einer Schicht 76 aus einer bituminösen Mischung, die sich ganz entlang dem oberen Rand des Tanks erstreckt,

i^r> gegenüber diesem Flansch abgedichtet und durch Schrauben und Muttern 78, die durch eine Reihe von starren, durchgehenden Elementen 80, die in der Form von Winkeleisen dargestellt sind, hindurchführen, in dieser Stellung befestigt, wobei Streifen eines elastisehen Materials, z. B. Neoprenstreifen 82 (z. B. mit einem Querschnitt von 50,8 mm χ 12,7 mm) zwischen die Elemente 80 und den Rand 74 der Membran gebracht werden.

Die Geschwindigkeit, mit der der ausgefaulte Schlamm entnommen wird, hängt von der Zeit ab, die dazu benötigt wird, um den Schlamm voll auszufaulen. Für bestimmte Arten von Schlamm wird dazu eine längere Zeit benötigt als für andere Schlammarten. Die geeignete Geschwindigkeit kann durch Analyse des

in entnommenen Schlamms und, falls notwendig, durch Verminderung der Entnahmegeschwindigkeit, bis eine vollständige Digestion erreicht ist, bestimmt werden. Es ist klar, daß die Zufuhrgeschwindigkeit des Rohschlamms der Entnahmegeschwindigkeit angepaßt

werden sollte, um eine Über- oder Unterfüllung des Faulbehältertanks zu vermeiden.

Wie man sieht, wird durch eine Anlage, wie sie vorstehend beschrieben wurde, nicht nur ein Düngemittel hergestellt, das im Vergleich mit Rohschlamm all die Vorteile bietet, auf die vorstehend schon Bezug genommen wurde, sondern es wird auch eine wesentliche Menge von Methangas gebildet, das für den Zweck

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Faultank für die anaerobe Glrung, dadurch gekennzeichnet, daß sich zur Abdichtung des Tanks (2) quer Ober seine Oberseite (4) eine wenigstens etwas elastische Membran (6) erstreckt, und eine Stützvorrichtung (10,11) für die Membran (6) vorgesehen ist.

2. Faultank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützvorrichtung als ein die Membran konvex nach oben stützendes Gerüst (10, U) ausgebildet ist

3. Faultank nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranaußenfläche dunkel gefärbt ist. Ii

4. Faultank nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membraninnenfläche reflektierend ist.

5. Faultank nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank (2) im obere« Bereich mit einem Flüssigkeitsüberlauf (56) an einen geschlossenen Nebentank (50) angeschlossen ist, dessen Kopfraum in Gasaustauschverbindung (54) mit dem Tank (2) steht und dessen Bodenbereich mit einem sperrbaren Flüssigkeitsablauf (60,62) versehen ist.