-
Beschreibung
-
Die Erfindung betrifft einen Biogasreaktor mit einer Schwimmschichtbekämpfungsvorrichtung.
-
Durch die DE-OS 2 420 605 ist bereits eine Biogasanlage bekannt geworden,
welche ein Rührwerk aufweist, das aus einer durch einen Motor angetriebenen Welle
besteht, die schwenkbar gelagurte Schaufelblätter trägt. Während des Reaktorbetriebes
sind die Schaufelblätter in das im Reaktor befindliche Material eingetaucht und
befinden sich unterhalb der sogenannten Schwimmschjcht. Diese Schicht besteht aus
einem verhältnismäßig zähen Material und wird durch die sich im Reaktor abspielenden
Fäulnisgärungsprozesse gebildet. Die Ausbildung einer solchen Schwimmschicht ist
unerwünscht, weil das Ablaufen der biologischen Prozesse beeinträchtigt wird. Es
ist daher erwünscht, die Ausbildung und Entstehung einer solchen Schwimmschicht
von vornherein zu unterbinden bzw. eine bereits ausgebildete Schwimmschicht wieder
zu zerstören. Der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Versuche haben ergeben,
daß eine mechanische Bearbeitung der Schwimmschicht oder des unmittelbar darunter
liegenden Teiles des im Reaktionsbehälter enthaltenen Materials nur eine sehr geringe
auflösende Wirkung auf eine bereits ausgebildete Schwimmschicht hat.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Biogas reaktor
mit einer Schwimmschichtbekämpfungsvorrichtung zu schaffen, bei welchem die Ausbildung
einer Schwimmschicht wirksam bekämpft werden kann. Der Biogasreaktor soll einem
robusten Dauerbetrieb standhalten, eine einfache wartungsarme Konstruktion besitzen
sowie preislich günstiger als herkömmliche Biogasreaktoren erstellbar sein.
-
Gleichzeitig soll der Wirkungsgrad des Reaktors durch einen verbesserten
Reaktorbetrieb erhöht werden.
-
Gemäß der Erfindung wird ein Biogasreaktor der eingangs beschriebenen
Art vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schwimmschichtbekämpfungsvorrichtung
von einer durch Flüssigkeitsstrahlreaktionsdruck angetriebenen rotierenden Spritzeinrichtung
zum Bespritzen der oberen Schicht des im Behälter des Biogasreaktors befindlichen
Materials gebildet ist.
-
Versuche, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegen, haben gezeigt,
daß bei dem erfindungsgemäßen Biogasreaktor durch die Schwimmschichtbekämpfungsvorrichtung
eine wirksame Verhinderung der Schwimmschichtausbildung erzielt wird. Dies ist darauf
ZU-rückzuführen, daß die erfindungsgemäß vorgeschlagene Schwimmschichtbekämpfungsvorrichtung
eine doppelte Wirkung ausübt, indem einerseits durch die zugeführte Flüssigkeitsmenge
ein Aufweichen einer in Ausbildung begriffenen Schwimmschicht erfolgt und andererseits
durch die Einwirkung der unter Druck auf eine sich ausbildende Schwimmschicht auftreffenden
Flüssigkeitsstrahlen der Spritzeinrichtung ein Aufreissen und ein Umrühren dieser
Schicht bewirkt werden. Die Schwimmschichtbekämpfungsvorrichtung ermöglicht ferner
eine besonders einfache Ausgestaltung des Reaktors, da die Flüssigkeit, die zur
Bearbeitung der betreffenden Schicht benötigt wird, gleichzeitig zum Antrieb der
Spritzeinrichtung dient, so daß hierfür keine zustitzlichen mechanischen Antriebselemente
benötigt werden.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Biogasreaktors
besteht darin, daß die Spritzeinrichtung oberhalb des Flüssigkeitsniveaus im Reaktorbehälter
angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, daß die aus der Spritzeinrichtung austretenden
Flüssigkeitsstrahlen auf die Oberfläche des im Behälter befindlichen Materials voll
einwirken können und dadurch eine intensive Bearbeitung des Materials bewirken.
Gleichzeitig ist auch die Anordnung der Spritzeinrichtung oberhalb des Flüssigkeitsniveaus
deshalb vorteilhaft, weil die Spritzeinrichtung
durch den Strahlreaktionsdruck
der austretenden Flüssigkeitsstrahlen angetrieben werden kann.
-
C;enz.iß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Biogasreaktors ist vorgesehen, daß die Spritzeinrichtung aus einem Rohr mit Austrittsöffnungen
besteht, dessen Länge etwa dem Durchmesser des Reaktorbehälters entspricht. Hierdurch
wird eine qleichmäßige Belastung der Spritzeinrichtung sowie ein gleichmäßig verteiltes
Bespritzen der Oberflächenschicht des im Behälter befindlichen Materials erzielt.
-
Bei einer Spritzeinrichtung mit einem Rohr, dessen Länge etwa dem
Durchmesser des Reaktorbehälters entspricht, wird allerdings das Entfernen der Spritzeinrichtung
aus dem Behälter durch das Rohr behindert, so daß in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung
des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen sein k.wnn, daß die Spritzeinrichtung
von einem Rohrstück gebildet ist, dessen Länge nur etwas größer als der Radius des
Reaktorzzilters ist und an dem ein Gegengewichtsorgan befestigt ist.
-
Etwas Geyengewichtsorgan dient zum Gewichtsausgleich des freitragend
aufgehängten Rohres und kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform
von einem Rohrstück gebildet sein, welches mit dem die Spritzeinrichtung bildenden
Rohrstück gelenkig verbunden ist. Auf diese Weise können das Rohr und das Cecjengewicht
in zusammengeklapptem Zustand aus dem Reaktorbehälter entnommen werden, so daß der
Reaktorbehcilter nur eine verhältnismäßig kleine oeffnung aufzuweisen braucht.
-
Um eine intensive Bearbeitung der Schwimmschicht zu erzielen, kann
erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß das Rohr Austrittsmundstücke aufweist, aus
welchen die Flüssigkeitsstrahlen austreten, wobei durch diese Austrittsmundstücke
ein Flüssigkeitsdruck von einer solchen Höhe aufrechterhalten wird, daß sich eine
Strahlgeschwindigkeit nahe der kritischen Geschwindigkeit ergibt.
-
Um überprüfen zu können, ob die Spritzeinrichtung störungsfrei
arbeitet,
kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Biogasreaktors
ein aus einem biegsamen, durch die Drehbewegung der Spritzeinrichtung betätigten
Metalldraht oder -streifen bestehender Signalgeber vorgesehen sein.
-
Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung
näher erläutert. Die einige Abbildung stellt einen Teillängsschnitt durch den erfindungsgemäßen
Biogasreaktor dar.
-
In der Zeichnung bezeichnet 1 einen zylindrischen Behälter mit einem
Boden 2 und einer Oberwand 3. Die oberwand 3 weist ein Mannloch auf, das durch einen
Deckel 4 verschlossen ist, der eine Stopfbüchse 5 für ein Rohr 6 trägt. Das Rohr
6 steht über eine Zweigleitung 7 mit einer Flüssigkeitsquelle, z. B. dem Wasserversorgungsnetz,
in Verbindung.
-
Das Rohr 6 trägt am unteren Ende eine Stopfbüchse 9, in welcher eine
als Ganzes mit 10 bezeichnete Spritzeinrichtung drehbar gelagert ist. Bei der in
der Zeichnung dargestellten Ausführungsform besteht die Spritzeinrichtung 10 aus
einem Rohrsti#ck 11, dessen Länge etwa 2/3 des Durchmessers des Behälters 1 entspricht,
und das in einem etwa dem Radius des Behälters 1 entsprechenden Abstand von seinem
einen Ende an einem in der Stopfbüchse 9 drehbar gelagerten Zufuhrrohr 12 befestigt:
ist.
-
Ein Rohrstück 14, dessen Länge etwa 1/3 des Durchmessers des Behälters
1 entspricht, ist mittels eines Scharnieres 13 mit dem anderen Ende des Rohrstückes
11 gelenkig verbunden. Das Rohrstück 11 ist an beiden Enden dicht verschlossen,
und weist ferner Flüssigkeitsaustrittsmundstücke 15 auf. In der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsform sind acht solche Flüssigkeitsaustrittsmundsticke 15
vorgesehen, wobei vier von diesen Mundstücken über die Länge des sich zwischen dem
Verbindungsrohr 12 und dem einen Ende des Rohrstücks 11 erstreckenden
Teils
des Rohrstückes und die anderen vier Mundstücke über die Lunge des sich zwischen
dem Verbindungsrohr 12 und dem Scharnier 13 erstreckenden anderen Teils des Rohrstücks
11 verteilt angeordnet sind. Es sei jedoch bemerkt, daß die vorliegende Er-Windung
nicht auf diese besondere Form einer Spritzeinrichtung beschränkt ist, da diese
auch aus einem durchgehenden Rohrstück mit einer der Gesamtlänge der Rohrstücke
11 und 14 entsprechenden Länge bestehen könnte, aber in diesem Falle könnte ein
Herausholen der Spritzeinrichtung mit Schwierigkeiten verbunden sein. Die in der
Zeichnung dargestellte gelenkige Ausbildung gestattet ein Hochschwenken des an seiner
Unterseite mit einem Haken 16 versehenen Rohrstücks 14, wodurch die Länge der Spritzeinrichtung
verkürzt wird, so daß die Spritzeinrichtung schräggestellt und durch das Mannloch
des Behälters hindurch herausgeholt werden kann.
-
Im Inneren des Behälters 1 ist eine Konsole 17 am Rohr 6 befestigt,
die ein Stück Klavierdraht 18 trägt, das bis unter das Niveau der Spritzeinrichtung
10 reicht, so daß der Klavierdraht für jede Umdrehung der Spritzeinrichtung 10 gebogen
und erneut freigegeben wird, und dadurch ein akustisches Signal abgibt, so daß festgestellt
werden kann, ob die Spritzeinrichtung einwandfrei arbeitet.
-
Zur Finstellung der Höhenlage der Spritzeinrichtung 10 im Behalter
1 ist das Rohr 6 an seinem oberen Ende mit einer Konsole 22 versehen, die durch
einen Bolzen 23 mit einem an der Oberseite 3 des Behälters starr befestigten Ständer
19 verbunden ist. Hieraus ist ersichtlich, daß nach Entspannen der Stopfbüchse 5
und Lösen des Bolzens 23 eine Höhenverstellung des Rohres 6 und damit auch der Spritzeinrichtung
23 je nach der Höhe des Flüssigkeitsstandes im Behälter 1 möglich ist.
-
Vorzugsweise wird ein Abstand von 5-10 cm zwischen der Oberfläche
20 des im Behälter befindlichen Materials 21 und der Spritzeinrichtung 10 eingehalten.
-
Die an der in der Zeichnung linken Hälfte der Spritzeinrichtung 10
angeordneten Spritzmundstücke erstrecken sich nicht in der Zeichnungsebene, sondern
verlaufen unter Bildung eines Winkels von 150 mit der Zeichnungsebene in die Zeichnungsebene
hinein, und die an der rechten Hälfte der Spritzeinrichtung angeordneten Spritzmundstücke
verlaufen in entsprechender Weise unter Bildung eines Winkels von 150 mit der Zeichnungsebene
in Richtung aus der Zeichnungsebene heraus.
-
Die Wirkungsweise des dargestellten Biogasreaktors ist wie folgt:
Der Behälter 1 wird durch eine nicht gezeigte Öffnung mit Material beschickt, das
zur Bildung von Biogas einem Fäulnisprozeß unterworfen werden soll, und erfahrungsgemäß
wird sich dabei eine sogenannte Schwimmschicht ausbilden, die in der Zeichnung mit
dem Bezugszeichen 24 versehen ist. Eine derartige Schwimmschicht beeinträchtigt
die biologischen Prozesse, die das betreffende Material zersetzen sollen, so daß
Gas entsteht, und folglich ist es wichtig, die Entstehung einer solchen Schicht
zu verhindern, oder falls sich eine solche Schicht schon ausgebildet hat, sie dann
zerstören zu können. Hierzu wird über die Mundstücke 15 der Oberseite der Schwimmscict
24 Flüssigkeit, z. B. Wasser, zugeführt, indem durch eine Pumpe 8 die Flüssigkeit
mit einem so hohen Druck in das Rohr 6 und das Rohrstück 11 gepreßt wird, daß Flüssigkeitsstrahlen
aus den Mundstücken 15 austreten, die wegen der vorstehend beschriebenen Orientierung
der Mundstücke ein Drehmoment auf die Spritzeinrichtung 10 ausüben, wodurch die
Spritzeinrichtung, da sie in der Stopfbüchse drehbar gelagert ist, in Drehung versetzt
wird. Dadurch erfolgt ein Bespritzen der Oberflächenschicht im Behälter 1 und gleichzeitig
wird eine intensive Bearbeitung dieser Schicht bewirkt.
-
Da die Pumpe 8 eine Hochdruckpumpe ist, d. h. eine Pumpe die, falls
sie Wasser an nur ein Mundstück 15 liefern sollte, einen
Druck
von 150 bar erzeugen würde, die aber, da hier acht Düsen vorgesehen sind, im vorliegenden
Fall einen Druck von 20 bar erzeugt, werden aus den Mundstücken 15 außerordentlich
starke Str;lhlen mit Geschwindigkeiten abgegeben, die in der Nähe der kritischen
Geschwindigkeit, d. h. der durch ein gewöhnliches Mundstück max. erzielbaren Geschwindigkeit
liegen. Wird eine höhere Geschwindigkeit gewünscht, können die Mundstücke 15 natürlich
auch als Laval-Düsen ausgebildet werden. Die Mundstilske 15 haben einen sehr kleinen
Querschnitt, z. B. von der Größenordnung 1 mm2, so daß dünne, dafür aber sehr starke
Strtilcn erzielt werden, die mit guter Durchschlagkraft auf clie Schwimmschicht
einwirken und außer einem Aufweichen auch ein Aufreißen und eine Umwälzung der Schicht
bewirken, wodurch, wie es sich gezeigt hat, eine solche in Ausbildung begriffene
Schicht schnell aufgelöst werden kann.
-
es sei in diesem Zusammenhang bemerkt, daß Versuche gezeigt haben,
daß bei den vorstehend angegebenen Betriebsbedingungen, bei denen die Spritzeinrichtung
eine Rotationsgeschwindigkeit von etwa 70 U/min hat, eine Schwimmschicht mit einer
Stärke von 0,5 m, die sich gewöhnlich im Laufe von 14 Tagen nach Beschikkung des
Reaktorbehältc;s gebildet hat, in verhältnismäßig kurzer Zeit durch die erfindungsgemäße
Spritzeinrichtung aufgelöst werden kann.
-
Durch den akustischen Signalgeber 17, 18 kann festgestellt werden,
ob die Spritzeinrichtung in der gewünschten Weise arreitet.
-
Wie im vorstehenden beschrieben, kann die in der Zeichnung dargestellte
Ausführungsform der Spritzeinrichtung leicht dadurch aus dem Behälter heraus(renommen
werden, daß man z. B. unter Verwendung eines Gerätes, das zum Eingriff mit dem Haken
16 gebracht wird, das Rohrstück 14 nach oben schwenkt, wonach die
Spritzeinrichtung
schräggestellt und durch das Mann loch herausgeholt werden kann. Bei der in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsform dient das Rohrstück 14 als Gegengewicht
für die Spritzeinrichtung 10, so daß nachteilige Biegebeanspruchungen der Stopfbüchse
9 vermieden werden. Obwohl die Mundstücke 15 in der rechten Hälfte der Spritzeinrichtung
10 in verhältnis mäßig kurzen Abständen nebeneinander und mit verhaltnismäßig kleinem
Abstand von dem durch das Rohr 6 und die Stopfbiichse q definierten Drehpunkt angeordnet
sind, hat es sich czigt, daß das nicht vollständig zentrierte Drehmoment das durch
die recaktionskraft der ausströmenden Strahlen ausgeübt wird, keinerlei ungünstige
Wirkung auf die Stopfbüchse 9 hat.
-
Bezugszeichenliste zu B 3738 1 Behälter 2 Boden 3 Oberwand 4 Deckel
5 Stopfbüchse 6 Rohr 7 (Wasser)-Leitung 8 Pumpe 9 Stopfbüchse 10 Spritzeinrichtung
11 Rohrstück 12 Zufuhrrohr 13 Scharnier 14 Rohrstück 15 Mundstücke 16 Haken 17 Konsole
18 Klavierdraht 19 Ständer 20 Oberfläche 21 Material 22 Konsole Bolzen 24 Schwimmschicht
Leerseite