DE29722814U1 - Fermenter zur Behandlung einer organischen Masse, insbesondere zur Erzeugung von Biogas - Google Patents

Fermenter zur Behandlung einer organischen Masse, insbesondere zur Erzeugung von Biogas

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Description

Dipl.-lng. A. Wasmeier Dipl.-.lng. H. Graf Zugelassen beim Europäischen Patentamt · Professional Representatives before the European Patent Office Patentanwälte Postfach 10 08 26 93008 Regensburg
Deutsches Patentamt
Zweibrückenstr. 12
80297 München
D-93008 REGENSBURG POSTFACH 10 08 26
D-93055 REGENSBURG GREFLINGERSTRASSE 7
Telefon
Telefax
(0941)79 20 85
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Sch mack Biogas GmbH Schwandorferstr. 12 93059 Regensburg
Titel:
Fermenter zur Behandlung einer organischen Masse, insbesondere zur Erzeugung von Biogas
Konten: Bayerische Vereinsbank (BLZ 750 200 73) 5 839 Postgiroamt München (BLZ 700 100 80) 893 69-801
Gerichtsstand Regensburg
A18010.DOC 22.12.97 16:23
Fermenter zur Behandlung einer organischen Masse, insbesondere zur Erzeugung von
Biogas
Die Neuerung bezieht sich auf einen Fermenter gemäß Oberbegriff Schutzanspruch 1, 2 oder 3.
Aufgabe der Neuerung ist es, einen Fermenter aufzuzeigen, der bei preiswerter Herstellung einen optimalen Wirkungsgrad aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Fermenter entsprechend dem Schutzanspruch 1, 2 oder 3 ausgebildet.
Nach einem Aspekt der Neuerung besitzt der Fermenter einen polygonartigen Querschnitt, der von aneinander anschließenden geradlinigen Wandabschnitten gebildet ist, vorzugsweise einen quadratischen oder rechteckförmigen Querschnitt. Der Vorteil dieser Ausbildung besteht insbesondere darin, daß sich ein derartiger Fermenter bzw. Tank besonders preiswert aus Beton fertigen läßt.
Nach einem anderen Aspekt der Neuerung sind im Inneren des Tanks bei einem polygonartigen Tankquerschnitt, vorzugsweise bei einem rechteckförmigen oder quadratischen Tankquerschnitt, in Eckbereichen dieses Querschnittes Flächen vorgesehen, die diese Eckbereiche abdecken, so daß ein an ein rundes Querschnittsprofil möglichst eng angelehnter Querschnitt für den Fermenter- bzw. Behandlungsraum erreicht wird und somit bei einem um die Fermenterachse umlaufenden Rühr- oder Förderelement sämtliche Bereiche des Fermenter- oder Behandlungsraumes möglichst optimal und vollständig von diesem Element erfaßt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Neuerung sind in Strömungsrichtung vor dem Auslaß siebartige Flächen oder Bereiche vorgesehen, die nicht oder noch unzureichend behandelte Masse im Fermenter- oder Behandlungsraum zurückhalten, wobei diese
Elemente vorzugsweise auch zugleich so ausgebildet sind, daß sie Bewuchsflächen für die für die Behandlung eingesetzten Bakterien bilden, so daß sich ein hoher Wirkungsgrad ergibt.
Als siebartige Elemente sind dann vorzugsweise auch die die Ecken des polygonartigen Querschnitts abdeckenden Elemente oder Flächen ausgebildet. Durch die polygonartige Querschnittsausbildung, beispielsweise durch den rechteckförmigen oder quadratischen Querschnitt kann der Fermenter mit großen Abmessungen, insbesondere auch mit großen Querschnittsabmessungen preiswert aus Beton gefertigt werden.
Weiterbildungen der Neuerung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Neuerung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in vereinfachter Darstellung und im Längsschnitt einen Fermenter zur Erzeugung
von Biogas gemäß der Neuerung;
Fig. 2 in vereinfachter Darstellung einen Querschnitt durch den Fermenter der Figur 1.
Der in den Figuren dargestellte Fermenter besteht im wesentlichen aus einem geschlossenen Tank 1, der aus Beton als langgestreckter Quader ausgebildet ist, einen quadratischen Querschnitt aufweist und mit seiner Längsachse L in horizontaler Richtung angeordnet ist.
An den beiden Stirnwänden 2 und 3 des Tanks 1 bzw. an dort vorgesehenen Lagern 4 ist eine achsgleich mit der Längsachse L angeordnete Welle 5 um ihre Längsachse drehbar gelagert. An der Stirnwand 3 ist die Welle 5 aus dem Tank herausgeführt und reicht in einen Schacht 6 hinein, in welchem ein nicht dargestellter Antrieb für die Welle 5 vorgesehen ist. Der Tank 1 sowie auch der von einer stirnseitigen Verlängerung des Tanks 1 gebildete Schacht 6 sind in einer Ausnehmung im Boden bzw. Untergrund 7 angeordnet, und zwar derart, daß der Tank 1 nur mit einem Teil seiner Höhe aus dem Untergrund 7 vorsteht.
An der Welle 5 im Inneren des Tanks 1 bzw. im Fermenterraum T sind mehrere radial von dieser Welle wegstehende Rührelemente 8 vorgesehen, und zwar an den äußeren Enden von Armen 9, die jeweils von einem U-förmig gebogenen Rohr mit zwei Schenkeln bestehen, die in einer gemeinsamen, die Längsachse L einschließenden und radial zu dieser Längsachse angeordneten Eben liegen. Sämtliche Arme 9 können von einem Wärme transportierenden Medium (z.B. von heißem Wasser) durchströmt werden. Hierfür sind in der Welle 5 ein Vorlauf und ein Rücklauf gebildet, die über eine Drehkopplung 10 an eine äußere, nicht dargestellte Heizeinrichtung angeschlossen sind.
Die Mitnehmer bzw. Rührelemente 8 sind jeweils gegenüber der die Längsachse L einschließenden Ebene leicht geneigt, so daß sich bei umlaufender Welle 5 eine Hauptförderrichtung für die zu behandelnde Masse von der Stirnseite 2 in Richtung an die Stirnseite 3 ergibt.
Die zu behandelnde Bio-Masse wird im weitestgehend flüssigen Zustand aus einem Vorbehandlungsbecken oder-behälter 11 über eine Pumpe 12 dem Einlaß 13 zugeführt, der sich in der Nähe der Stirnwand 2 des Tanks 1 im Fermenterraum 1' befindet. Das behandelnde Material wird dem der Stirnwand 3 benachbarten Auslaß entnommen, der in der Figur 1 allgemein mit 14 bezeichnet ist, aber, wie nachstehend noch nicht erläutert wird, bei der dargestellten Ausführungsform aus vier Auslaßöffnungen 14' besteht, die sich jeweils im Bereich der Ecken des Tanks befinden und die den gemeinsamen Auslaß 10 bilden.
Weiterhin kann sich in der Mitte des Tanks ein nicht dargestellter zusätzlicher Auslaß befinden, dem ein Förderer zugeordnet ist und der zum Austrag von nach unten sinkenden, nicht oder nur schwer abbaubaren Reststoffen dient. Dieser Förderer für diesen zusätzlichen Auslaß ist beispielsweise von einer Förderschnecke gebildet, die in einem rundherum geschlossenen, außerhalb des Fermenterraumes &Ggr; angeordneten und nach oben führenden Förderkanal angeordnet ist.
Bei der quadratischen Ausbildung des Tanks 1 besitzt dieser zusätzlich zu den beiden Stirnwänden 2 und 3 zwei sich in Längsrichtung des Tanks erstreckende und jeweils in vertikalen Ebenen angeordneten Längswände 15, einen horizontalen Boden 16 und eine horizontale Oberseite 17, die zumindest in einem Teilbereich geöffnet werden kann.
An dieser Oberseite 17 ist in der Nähe des Auslasses 14 ein über diese Oberseite vorstehender Gasdom 18 gebildet, der mit dem Fermenterraum 1' in Verbindung steht und einen nach außen hin geschlossenen Raum 19 zum Sammeln von Biogas bildet.
Wie in der Figur 2 dargestellt, sind in den zwischen den Längsseiten 15 und dem Boden 16 bzw. Oberseite 17 gebildeten Ecken 21 jeweils siebartige Elemente 20 derart angeordnet, daß sie diese Ecken 21 überbrücken, so daß diese dann durch die Elemente
20 vom eigentlichen Fermenter- oder Behandlungsraum T getrennt sind. Jedes siebartige Element 20 schließt mit der ihm benachbarten Längsseite 15 und der benachbarten Oberseite 17 bzw. mit dem benachbarten Boden 16 bei der dargestellten Ausführungsform einen Winkel von 45° ein und erstreckt sich über die gesamte Länge des Tanks 1 von der Stirnseite 2 an die Stirnseite 3. Die siebartigen Elemente 20 können auch aus mehreren Einzelelementen hergestellt sein, die aneinander anschließen.
Generell bestehen die siebartigen Elemente 20 aus entsprechenden, mit den Wandungen des Tanks fest verbundenen Trägern oder Rahmen, deren Rahmenflächen dann von einem Gitterwerk oder Sieb ausgefüllt sind, beispielsweise im einfachsten Fall aus einer Baustahlmatte als Gitterwerk, auf der die Gewerbebahnen befestigt sind. Die Elemente bilden zum einen immobile Flächen für die Ansiedlung bzw. den Bewuchs mit solchen Bakterien, die für die biologische Behandlung bzw. Aufbereitung der zu behandelnden Masse und zur Erzeugung des gewünschten Biogases notwendig sind.
In den von den Elementen 20 gegenüber dem Fermenterraum &Ggr; abgeschlossenen Ecken
21 wird das die Elemente 20 durchströmende Behandlungsgut an die Auslaßöffnungen weitergeleitet, die sich um Bereich dieser Ecken 21 an der Stirnseite 3 befinden. Dies bedeutet, daß das gesamte Behandlungsgut, welches den Tank 1 am Auslaß 14 verläßt,
die Elemente 20 durchströmen muß. Die Auslaßöffnungen 14' sind von Öffnung in zwei vertikalen Rohren 22 gebildet, die an der Stirnseite 3 jeweils in eine Ecke vorgesehen sind, die von dieser Stirnwand und einer angrenzenden Längsseite 15 gebildet ist. Beide Rohre 22 sind an ihrem oberen, aus dem Fermenterraum 1' durch die Oberseite 17 herausgeführten Ende mit einem Querrohr 23 verbunden, an welches ein gemeinsames Auslaßrohr 24 zum Abführen der behandelnden Masse sowie auch ein Be- und Entlüftungsrohr 25 angeschlossen sind.
Durch die Elemente 20 wird weiterhin der im Querschnitt quadratische Tankinnenraum in den Ecken 21 derart begrenzt, daß der von dem noch zu behandelnden Gut eingenommene Fermenterraum 1' optimal von den Rührelementen 8 der umlaufenden Welle 5 erfaßt wird und keine toten Ecken entstehen.
Hierdurch wird in Kombination mit den großen Besiedlungsflächen für die Bakterien eine optimale Behandlung des Behandlungsgutes erreicht, und zwar insbesondere bei hohem Durchsatz je Zeiteinheit eine optimale Biogasgewinnung.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist in der Nähe der Stirnwand 2, d.h. im Bereich der Aufgabe bzw. des Einlasses 13 noch ein über die Oberseite 17 vorstehender, verschließbarer Einwurfschacht 26 zum Einwerfen von fester Biomasse, beispielsweise zum Einwerfen von Gras vorgesehen.
Während des Betriebes ist der Tank 1 mit der zu behandelnden Masse leicht überfüllt, d.h. soweit gefüllt, daß der Spiegel der flüssigen Masse leicht in den Graseinwurfschacht 26 sowie in den an der Unterseite zum Fermenterraum &Ggr; hin offenen Innenraum 19 des Gasdomes 18 hineinreicht, d.h. der Spiegel in etwa auf einen Niveau der Außenfläche der Oberseite 17 liegt. Der Auslaß 14 ist entsprechend als Überlauf ausgebildet, d.h. immer dann, wenn der Spiegel im'Behälter 1 über das von dem Anschluß des Aulaßrohres 24 vorgegebene Niveau steigt, eine entsprechende Menge an Behandlungsgut über das Rohr 24 abgeleitet.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist im Gasdom 18 weiterhin noch ein Not-Überlauf 27 vorgesehen, der auf einem Niveau höher als das normale Niveau liegt und der für einen Auslaß dann sorgt, wenn der Auslaß 14 oder die Zuführung zu diesem Auslaß behindert sein sollte, beispielsweise durch ein Verstopfen der Elemente 20.
Der Notüberlauf 27 besteht u.a. aus einem vertikalen Rohr 28, von dem im Bereich des oberen Endes ein horizontales Überlaufrohr 29 radial abzweigt. Das obere Ende des Steigrohres 28 ist durch einen Deckel 30 verschlossen, der im Bedarfsfall geöffnet werden kann. Mit dem unteren offenen Ende reicht das Steigrohr 28 in den Fermenterraum 1' hinein. Um das Funktionieren des Notüberlaufs 27 zu gewährleisten, ist an der umlaufenden Welle 5 ein spezieller besenartiger Räumer 31 vorgesehen, der sich bei jedem Umlauf der Welle 5 an dem unteren, offenen Ende des Steigrohres 28 dicht vorbeibewegt und eventuelle, den Einlaß dieses Rohres verstopfte Anlagerungen entfernt.
Um auch eventuelle Ansammlungen von Biogas in den beiden oberen Ecken 21 zwischen jeweils einer Längsseite 15 und der Oberseite 17 zu nutzen, erstreckt sich der Gasdom 18 beispielsweise über die gesamte Breite des Tanks 1 an der Stirnseite 3, ober aber es sind in diesen Ecken mündende Zuführungen bzw. Verbindungen zum Gasdom 18 bzw. des Innenraum 29 vorgesehen.
Der Tank 1 ist weiterhin so ausgebildet, daß die Oberseite 17 zum Gasdom 18 hin leicht ansteigt, so daß entstehendes Biogas entlang der Innenfläche der Oberseite 17 zuverlässig an den Gasdom bzw. in den Raum 19 gelangt.
In der Figur 1 ist mit 32 ganz allgemein eine gebäudeartige Überbauung des Tanks 1 angedeutet. Auf einen Zwischenboden 33 dieser Überbauung ist ein Aufnahmebehälter 34 zum Aufnehmen und Sammeln des hergestellten Bio-Gases vorgesehen. Dieser Sammelbehälter 34 besteht aus einem Beutel oder Kissen aus einem gasundurchlässigen Material, der ohne Dehnung des Beutel-Materials und damit unter Atmosphärendruck mit dem Biogas gefüllt werden kann.
Die Neuerung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Neuerung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
. .: .: .··. .··.·■
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Tank
•&iacgr;·· &iacgr; ... .:.. ..· ; Fermenterraum
Bezugszeichenliste Stirnwand
1 Lager
&Ggr; Welle
2,3 Schacht
4 Untergrund
5 Rührelement
6 Arm
7 Drehkupplung
8 Vorbehandlungstank
9 Pumpe
10 Einlaß
11 Auslaß
12 Auslaßöffnung
13 Längsseite
14 Boden
14' Oberseite
15 Gasdom
16 Gasdomraum
17 Element
18 Ecke
19 Rohr
20 Schacht
21 Notüberlauf
22-25 Steigrohr
26 Überlaufrohr
27 Deckel
28 Raumelement
29
30
31
A18010.DOC
• ···· · &Pgr;? 9 9 990 9
9 9 ■ 1** 9 Φ 9
32 Überbauung
33 Zwischenboden
34 Sammelbehälter
A18010.DOC

Claims (10)

Schutzansprüche
1. Fermenter zur Behandlung einer organischen Masse, die zumindest teilweise in flüssiger Phase vorliegt, mit wenigstens einem einen Fermenter- ober Behandlungsraum (1') bildenden Tank (1) mit wenigstens einem Einlaß (14) zum Zuführen der zu behandelnden organischen Masse in den Fermenterraum (T), mit wenigstens einem Auslaß (14) zum Ausbringen der behandelnden Masse sowie mit einem Fördersystem (5, 8) im Fermenterraum (T), dadurch gekennzeichnet, daß der Tank (1) einen polygonartigen, von im Winkel aneinander anschließenden Wandabschnitten gebildeten Innenquerschnitt, vorzugsweise einen quadratischen oder rechteckförmigen Querschnitt aufweist.
2. Fermenter zur Behandlung einer organischen Masse, die zumindest teilweise in flüssiger Phase vorliegt, mit wenigstens einem einen Fermenter- oder Behandlungsraum (1') bildenden Tank (1) mit wenigstens einem Einlaß (14) zum Zuführen der zu behandelnden organischen Masse in den Fermenterraum (T), mit wenigstens einem Auslaß (14) zum Ausbringen der behandelnden Masse sowie mit einem Fördersystem (5, 8) im Fermenterraum (T), dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Auslaß (14) durch wenigstens ein siebförmiges Element (20) von dem Behandlungs- oder Fermenterraum (1') getrennt ist.
3. Fermenter zur Behandlung einer organischen Masse, die zumindest teilweise in flüssiger Phase vorliegt, mit wenigstens einem einen Fermenter- oder Behandlungsraum (T) bildenden Tank (1) mit wenigstens einem Einlaß (14) zum Zuführen der zu behandelnden organischen Masse in den Fermenterraum (1'), mit wenigstens einem Auslaß (14) zum Ausbringen der behandelnden Masse sowie mit einem Fördersystem (5, 8) im Fermenterraum (T), dadurch gekennzeichnet, daß der Tank (1) einen polygönartigen, von im Winkel aneinander anschließenden Wandabschnitten gebildeten Innenquerschnitt aufweist, daß in den Winkelräumen zwischen zwei aneinander anschließenden Wandabschnitten diese Winkelräume (21)
A1B010.DOC
3· ·
überbrückende und sich zumindest über einen Teil der Länge des Tanks (1) erstreckende Flächen oder Elemente (20) vorgesehen sind, und daß im Innenraum des Fermenters wenigstens eine um eine Fermenterlängsachse (L) rotierend umlaufende Welle (5) mit Rühr- oder Förderelementen (8) vorgesehen ist.
4. Fermenter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank (1) einen quadratischen oder rechteckförmigen Querschnitt aufweist.
5. Fermenter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen oder Elemente (20) als Siebflächen und/oder als Flächen für einen immobilen Bakterienbewuchs ausgebildet sind.
6. Fermenter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen oder Elemente (20) flach oder im wesentlichen flach ausgebildet sind
7. Fermenter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Auslaß (14) durch wenigstens ein siebförmiges Element (20) von dem Behandlungs- oder Fermenterraum (1') getrennt ist.
8. Fermenter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank (1) aus Beton hergestellt ist.
9. Fermenter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Tanks ein Behälter zum Sammeln des im Fermenter erzeugten Biogases vorgesehen ist.
10.Fermenter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem wenigstens einen siebartigen Element an der dem Fermenter- oder Behandlungsraum (T) abgewandten Seite dieses Elementes ein Sammelraum (21) zum Sammeln der behandelten bzw. abzuführenden Masse gebildet ist.
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