DE3737870A1

DE3737870A1 - Verfahren und anlage zur herstellung von biogas aus dickfluessigen vergaerbaren medien

Info

Publication number: DE3737870A1
Application number: DE19873737870
Authority: DE
Inventors: Christoph Frese
Original assignee: Individual
Current assignee: Avg Vergaerungsanlagen 59964 Medebach De GmbH
Priority date: 1987-03-02
Filing date: 1987-11-07
Publication date: 1988-09-15
Also published as: DK109988A; DK109988D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Biogas durch Vergärung von vorzugsweise dickflüssigen Medien, bei dem die Vergärung in einem Gärbehälter und die Durchmischung des Gärmediums durch kontinuierliche Bewegung von Mischkörpern in axialer Richtung erfolgt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anlage zur Herstellung von Biogas durch Vergärung von vorzugsweise dickflüssigen Medien, bei der in einem vorzugsweise zylindrischen Behälter vergoren wird, wobei die Durchmischung durch Mischkörper erfolgt, die im Behälter kontinuierlich in axialer Richtung bewegt werden.

Es ist aus dem Stand der Technik, zum Beispiel aus der DE-PS 31 02 739, bekannt, die Vergärung in zwei aufeinanderfolgenden Stufen in zwei voneinander getrennten Gärkammern durchzuführen. Das Gärmedium gelangt zunächst in eine erste Gärkammer, in der die Vorgärung mit Hilfe von Säurebakterien durchgeführt wird, die sogenannte Säuregärung, bei der unter anderem der im Gärmedium vorhandene Sauerstoff verbraucht wird, da die bei der Hauptgärung eingesetzten Methanbakterien bei Ausschluß von Sauerstoff bessere Lebensbedingungen vorfinden. In der Säuregärungsstufe werden außerdem die im Gärmedium vorhandenen hochmolekularen Eiweißstoffe, Kohlenhydrate und Fette in niedermolekulare Stoffe, insbesondere Fettsäuren abgebaut. Als Stoffwechsel produkt der Säurebakterien entstehen bei der Säuregärung im wesentlichen CO₂, H₂ und H₂S. Anschließend gelangt das Gärmedium aus dem Säuregärraum in den eigentlichen Hauptgärraum, in dem die Methanbakterien aus den Abbauprodukten der ersten Stufe das Biogas erzeugen.

Aus der EP-A-01 67 696 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Biogas durch Vergärung von vorzugsweise dickflüssigen Medien bekannt, bei dem die Vergärung in einem Gärbehälter in mehreren Stufen erfolgt, wobei in den Vorgärstufen Sauerstoff verbraucht wird, bevor die eigentliche Methangärungsstufe durchgeführt wird. Bei diesem bekannten Verfahren erfolgt die Durchmischung in der Methangärungsstufe mit Hilfe von Mischkörpern, die im Behälter in axialer Richtung bewegt werden. Als Mischkörper sind dabei schirmförmige Einbaukörper vorgesehen, die an einem oben und unten offenen Rohr angeordnet sind, wobei das Rohr entlang einer vertikalen Achse verschiebbar geführt ist. Die Bewegung des Rohrs und somit der schirmförmigen Einbaukörper wird durch den Auftrieb des Gases hervorgerufen, das sich unter den oberen beiden schirmförmigen Einbaukörpern ansammelt. Durch den Auftrieb kann das Rohr soweit aufsteigen, bis der obere Einbaukörper oberhalb der Schwimmdecke liegt. Das Gas entweicht dann in den Gasraum des Gärkessels, so daß das Rohr mit den Einbaukörpern wieder absinkt. Bei dieser Bewegung der Mischkörper soll zum einen die Schwimmdecke zerstört werden und zum anderen soll durch Turbulenzen das Sediment, das sich im Gärkessel gebildet hat, aufgewirbelt werden. Turbulenzen werden durch die gewählte Form der Einbaukörper erzeugt. Das bekannte Verfahren ist schon deshalb nachteilig, weil sich gezeigt hat, daß Turbulenzen im Gärmedium die Methanbakterien in ihren Lebensbedingungen nachteilig beeinflussen. Außerdem ist der Hub der schirmförmigen Einbaukörper bei ihrer Axialbewegung im Gärbehälter bedingt durch die Konstruktion relativ kurz. Auch wird im peripheren Bereich des Behälters keine Durchmischung erzielt. Die Durchmischung des Gärmediums ist somit bei dem bekannten Verfahren im Hinblick auf eine maximale Methangasausbeute nicht effektiv. Hinzu kommt, daß die durch den Gasauftrieb veranlaßte Axialbewegung der Mischkörper in unkontrollierter Form erfolgt und von der jeweiligen Ausbeute an Biogas abhängig ist.

Aus der DE-AS 29 46 884 ist ein Verfahren zur Herstellung von Biogas durch Vergärung von Biomasse bekannt, bei dem das Gärmedium mit Hilfe von gewölbten Rührschaufeln durchmischt wird, die im Gärbehälter in axialer Richtung bewegbar sind. Auch bei diesem bekannten Verfahren wird die Bewegung der Mischkörper im Prinzip durch den Gasauftrieb des bei der Vergärung im Gärbehälter entstehenden Biogases hervorgerufen. Die Durchmischung erfolgt also auch hier in unkontrollierter Weise. Die Mechanik für den Antrieb der Mischkörper ist sehr aufwendig. Die Mischkörper sind an Ketten aufgehängt, die über auf Führungswellen gelagerte Scheiben laufen. Die Antriebsmechanik weist eine Vielzahl beweglicher Teile auf, die bei gefülltem Gärbehälter von dem Gärmedium bedeckt sind und somit durch ihre Bewegung das Gärmedium aufwühlen und Turbulenzen erzeugen. Da sich im Gärmedium, das zum Beispiel Gülle sein kann, Feststoffanteile und Fremdkörper befinden können, ist die Gefahr groß, daß Teile der Antriebsmechanik durch diese Feststoffanteile und Fremdkörper blockiert werden.

Aus der DE-OS 29 44 584 ist ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von Biogas durch Vergärung von dickflüssigen Medien bekannt, bei dem die Vergärung einstufig erfolgt. Für die Durchmischung des Gärmediums sind trichterförmige Einbauten sowie Lochplatten vorgesehen, die im Gärbehälter in vertikaler Richtung bewegt werden, wobei die Vertikalbewegung wiederum durch den Gasauftrieb des bei der Vergärung entstehenden Biogases hervorgerufen wird. Durch die trichterförmigen Einbauten soll die Schwimmdecke zerstoßen werden, während die Lochplatten dazu dienen sollen, die Biomasse aufzuwirbeln. Bei der Aufwärts- bzw. Abwärtsbewegung der Lochplatten muß das Gärmedium durch die Öffnungen in den Lochplatten hindurchströmen. Es wird so eine aus zahlreichen Einzelströmen bestehende Vertikalströmung des Gärmediums erzeugt, die sich als für die im Gärmedium lebenden Mikroorganismen nachteilig erwiesen hat. Eine derartige Vertikalströmung hat weiter den Nachteil, daß ein Teil des einströmenden frischen Gärmediums im Gärbehälter direkt nach oben strömt und diesen nach relativ kurzer Verweildauer über das bei der bekannten Anlage mittig angeordnete Abflußrohr wieder verläßt. Dieser Teil des Gärmediums ist dann nicht ausgegoren, wodurch die Biogasausbeute verringert wird.

Schließlich ist aus der DE-OS 34 27 976 ein Verfahren zur Herstellung von Biogas durch Vergärung von organischen Stoffen bekannt, bei dem die Vergärung in einem Gärbehälter in zwei aufeinanderfolgenden Stufen erfolgt, nämlich einer Säuregärungsstufe und einer anschließenden Methangärungsstufe, wobei die Durchmischung des Gärmediums in beiden Gärkammern durch eine Kreisumwälzung des Gärmediums von unten nach oben erfolgt. Die hydraulische Kreisumwälzung des Gärmediums im Reaktorraum wird mit Hilfe einer Strahlpumpe vorgenommen. Es hat sich gezeigt, daß diese ständige Umwälzung des Gärmediums, bei der frisches Gärgut im gesamten Reaktorraum mit bereits angefaultem Gärgut vermischt wird, für die Biogasausbeute nachteilig ist, da bei kontinuierlich betriebenem Verfahren keine gleichbleibende Verweildauer des Gärguts im Gärbehälter erreicht wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Biogasausbeute bei gleichbleibender minimaler Verweildauer des Gärguts im Behälter maximiert wird.

Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anlage zur Herstellung von Biogas der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, in der das Gärmedium einstufig oder mehrstufig vergoren wird, in der das Gärmedium so durchmischt wird, daß bei gleichbleibender minimaler Verweildauer des Gärguts im Behälter eine maximale Biogasausbeute erzielt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Verfahren, bei dem die Durchmischung des Gärmediums durch entlang der gesamten Behälterachse bewegbare etwa plattenförmige Mischkörper erfolgt, die jeweils nur eine nahezu den gesamten Behälterquerschnitt umfassende an die Mischkörper angrenzende Schicht durchmischen bzw. eine Anlage zur Herstellung von Biogas, in der die Durchmischung des Gärmediums in der vorgenannten Weise erfolgt.

Sofern es sich um einen stehenden Behälter handelt, werden die Mischkörper, die sich nahezu über den gesamten Querschnitt des Behälters erstrecken, im Behälter auf- und abbewegt. Ebensogut könnte jedoch der Behälter auch liegend ausgeführt werden, so daß in diesem Fall die plattenförmigen Mischkörper im Behälter stehend, den Behälterquerschnitt im wesentlichen abdeckend, entlang der Behälterachse bewegt werden.

In der Beschreibung der DE-PS 31 02 739 wird davon ausgegangen, daß die erste Stufe der Säuregärung ausschließlich anaerob zu erfolgen hat. Es hat sich jedoch erfindungsgemäß gezeigt, daß dies keineswegs erforderlich ist. Vielmehr kann die erste Säuregärungsstufe sowohl anaerob als auch zum Teil aerob erfolgen, wobei in letzterem Fall Sauerstoff in den Behälterabschnitt, in dem die Säuregärung stattfindet, eingetragen werden muß. Es hat sich nun gezeigt, daß bei somit zum Teil aerober Durchführung der Säuregärungsstufe die Ausbeute an Biogas sehr gut ist, wenn bestimmte Verfahrensbedingungen eingehalten werden. Wichtig ist dabei insbesondere, daß der Sauerstoff, der in der Regel in Form von Luft eingebracht wird, die Säuregärungsbakterien möglichst an allen Stellen innerhalb der Gärkammer erreicht, das heißt, daß das Gärmedium wirklich gleichmäßig belüftet wird. Es ist deshalb erfindungsgemäß vorgesehen, den Eintrag des Sauerstoffs (der Luft) über die Mischkörper vorzunehmen, die eine große Oberfläche aufweisen und durch die Bewegung das Gärmedium überall im Behälter erreichen.

Für die Durchführung des ein- oder mehrstufigen Gärprozesses ist die Wahl der optimalen Betriebstemperatur wichtig, die innerhalb der Gärkammer weitgehend gleichbleibend sein sollte. Die Bakterien sind gegen Temperaturschwankungen sehr empfindlich und tolerieren meist nur geringe Schwankungen Die Höhe der Temperatur in den beiden Gärkammern ist abhängig von den verwendeten Bakterienstämmen. Bei der anaeroben Säuregärung wird die Temperatur in der Regel nicht über 30°C. betragen, wobei um einige Grad geringere Temperaturen nicht kritisch sind und lediglich den Gärprozeß verlangsamen. Bei der auch aeroben Säuregärung kann die Temperatur bei etwa 30° bis 50°C. liegen, eventuell sind jedoch noch höhere Temperaturen möglich. Wenn die Temperatur zu hoch ist, ist jedoch wegen der anschließenden Methangärung eine Kühlung erforderlich. Bei der Methangärung liegt die Temperatur, wenn im mesophilen Bereich vergoren wird, bei etwa 35°±2°C.. Die Temperatur sollte bei der mesophilen Methangärung nicht unter 30°C. absinken. Nach dem Stand der Technik wird das Gärmedium entweder warm in den Behälter eingeführt oder im Behälter durch Fußboden- oder Wandheizung oder auch durch Wärmetauscher angewärmt. Bei Heizung des Bodens oder der Wand des Behälters geht ein Teil der Wärme durch die Behälterwandung verloren. Darüberhinaus entweicht auch Wärme mit dem ausströmenden Biogas. Es ist daher erfindungsgemäß vorgesehen, die ausschließliche oder zumindest eine zusätzliche Aufwärmung des Gärmediums durch Erwärmen der Mischkörper vorzunehmen. Da sich die Mischkörper im Gärmedium kontinuierlich auf- und abbewegen, wird dieses auch überall gleichmäßig erwärmt. Da die Mischkörper in das Gärmedium eintauchen, sind die Wärmeverluste über Behälterboden und -wandung gering. Dadurch, daß über die Mischkörper selbst erwärmt wird, indem man zum Beispiel Warmwasser durch diese leitet, genügt es, wenn das Wasser gegenüber dem Gärmedium eine jeweils nur geringfügig höhere Vorlauftemperatur aufweist. Dagegen war bei Heizung der Behälterwandung nach dem Stand der Technik eine wesentlich höhere Vorlauftemperatur erforderlich, was wärmetechnisch ungünstig ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, das Gärmedium vor dem Eintritt in den Gärbehälter mittels eines Wärmetauschers vorzuwärmen, wobei eine Vorwärmung auf etwa 20°-25°C. angebracht ist.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es also ohne Belang, ob die erste Gärungsstufe mit Hilfe der Säurebakterien aerob oder auch anaerob verläuft. Es versteht sich jedoch, daß die anschließende Methangärung unter Ausschluß von Sauerstoff erfolgen muß. Bei auch aerober Säuregärung muß daher die Säuregärkammer von der Methangärkammer abgetrennt werden. Bei der aeroben Säuregärung kann es vorkommen, daß aufgrund der bakteriellen Abbauprozesse sich das Gärmedium über die gewünschte Temperatur hinaus erwärmt. In diesem Fall ist erfindungsgemäß vorgesehen, die überschüssige Wärme über die Mischkörper abzuführen, zum Beispiel indem man durch die Mischkörper Kaltwasser leitet, und somit das Gärmedium zu kühlen. Auch hier ist es wieder von Vorteil, daß die Mischkörper das Gärmedium überall im Behälter erreichen, da die Bakterien gegen Überhitzung empfindlich sind.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können alle dickflüssigen Medien vergoren werden, insbesondere ist das Verfahren für die Vergärung von Gülle oder Klärschlamm gut geeignet. Ebenso können aber auch andere organische Abfälle, gegebenenfalls nach entsprechender Aufbereitung, vergoren werden oder auch dünnflüssigere vergärbare Medien wie zum Beispiel Molke.

Da beispielsweise in einem landwirtschaftlichen Betrieb ständig Gülle anfällt und die Verweildauer der Gülle im Gärbehälter weitgehend konstant sein sollte, ist eine kontinuierliche Zufuhr der Gülle, zum Beispiel über einen Zeitraum von 24 Stunden, sinnvoll. Hierfür hat sich erfindungsgemäß eine pneumatische Fördereinrichtung zum Beispiel eine mit Druckluft betätigte spezielle Pumpe als gut geeignet erwiesen, mit deren Hilfe die Gülle aus einem Vorratsbehälter schubweise in den Gärbehälter gepumpt wird. Die von einem Kompressor erzeugte Druckluft hat als Pumpmedium den Vorteil, daß sie sehr genau dosiert werden kann. Des weiteren enthält diese Pumpe keine beweglichen Teile, durch die die Gülle aufgewühlt wird, so daß für die Bakterien schädliche Turbulenzen vermieden werden. Die Pumpe ist Gegenstand einer gesonderten Anmeldung des Anmelders. Damit gegebenenfalls eine Übersäuerung des Gärmediums verhindert werden kann, wird der pH-Wert des Gärmediums beim Verlassen der Säuregärungsstufe gemessen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man durch die Änderung der Geschwindigkeit der Axialbewegung der Mischkörper die Dicke der an die Mischkörper angrenzenden durchmischten Schicht variieren. Werden die Mischkörper langsam bewegt, ist die Dicke der an die Mischkörper angrenzenden durchmischten Schicht relativ gering, bei schnellerer Bewegung der Mischkörper nimmt die Dicke der durchmischten Schicht zu. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man auch nur eine begrenzte Schicht des Gärmediums in einer bestimmten Höhe des Behälters durchmischen, falls dies erforderlich ist. Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren erfolgt die Axialbewegung der Mischkörper über einen von außen steuerbaren Antrieb und somit kontrolliert. Es hat sich als wesentlich herausgestellt, daß das Gärmedium beim Verlassen des Bereichs, in dem die Säuregärung stattfindet, rasch über den gesamten Querschnitt der entsprechenden Schicht des Behälterabschnittes, in dem die Methangärung stattfindet, verteilt wird. Andernfalls bilden sich beim Eintritt des relativ sauren Gärguts in den Methanbereich Zonen mit zu hoher Säurekonzentration, in denen die Methanbakterien absterben. Dabei wird jedoch erfindungsgemäß das aus dem Säurebereich in den Methanbereich gelangende Gärgut nicht über den gesamten Behälterbereich der Methangärung verteilt. Wenn zum Beispiel bei einem stehenden Behälter die Verbindung zwischen Säuregärbereich und Methangärbereich in Nähe des Behälterbodens ist und das Gärgut in Behältermitte in den Bereich eintritt, in dem die Methangärung stattfindet, wird erfindungsgemäß dieses Gärgut möglichst rasch über den gesamten Behälterquerschnitt nach außen verteilt, so daß eine lokal überhöhte Säurekonzentration verhindert wird. Dabei weist die in Nähe des Behälterbodens befindliche Schicht des Gärmediums in etwa überall das gleiche Gärstadium, in diesem Fall ein frühes Gärstadium, auf. Je weiter man im Behälter nach oben geht, desto weiter fortgeschritten ist das Gärstadium des Gärmediums. Folglich nimmt auch die Konzentration der Bakterien, die naturgemäß dort am höchsten ist, wo am meisten Nährstoffe vorhanden sind, im Gärbehälter mit zunehmender Entfernung vom Behälterboden ab. Erfindungsgemäß ist es beabsichtigt, das Gärgut so zu durchmischen, daß in jeder Höhe des Behälters Gärgut mit etwa gleichem Ausfaulstadium über den Behälterquerschnitt vermischt wird, dabei jedoch die einzelnen Ausfaulstadien entsprechend der jeweiligen Entfernung vom Behälterboden und vom Austritt aus der Säuregärung erhalten bleiben. Bei kontinuierlich betriebenem Verfahren ist die Verweildauer des Gärmediums im Behälter immer ungefähr gleich. Tritt Gärmedium in Nähe des Behälterbodens in den Methangärbereich ein, sollte ausschließlich vollständig ausgegorenes Gärmedium nach entsprechender Verweildauer im Gärbehälter im oberen Bereich den Behälter wieder verlassen. Durch diese Verfahrensweise wird eine Maximierung der Biogasausbeute erzielt. Die vorstehenden Ausführungen beziehen sich auf die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem stehenden Behälter mit einer inneren Säuregärungskammer, die konzentrisch von der Methangärungskammer umgeben ist und gelten in entsprechender Weise für andere Behältertypen.

Weiter betrifft die Erfindung eine Anlage zur Herstellung von Biogas durch Vergärung von vorzugsweise dickflüssigen Medien der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Durchmischung durch entlang der gesamten Behälterachse bewegbare etwa plattenförmige Mischkörper erfolgt, die jeweils nur eine nahezu den gesamten Behälterquerschnitt umfassende an die Mischkörper angrenzende Schicht durchmischen. Diese plattenförmigen Mischkörper können zum Beispiel Betonplatten sein, die in Behälter in axialer Richtung bewegt werden. Bei einem stehenden Gärbehälter können die Mischkörper im Behälter aufgehängt werden und in vertikaler Richtung angehoben bzw. abgesenkt werden. Das Anheben der Mischkörper kann zum Beispiel durch Aufwickeln der Aufhängungsseile auf eine oben im Behälter angebrachte um ihre horizontale Achse drehbare Walze erfolgen. Wenn, wie vorzugsweise vorgesehen, die Vergärung der Gülle in zwei Stufen erfolgt, einer ersten Säuregärungsstufe und einer sich daran anschließenden Hauptgärungsstufe, kann der Gärbehälter zum Beispiel aus einer inneren ringförmigen Säuregärungskammer bestehen, die ein Gasentlüftungsrohr aufweist, durch das die entstehenden nicht brauchbaren Gase, hautpsächlich CO₂, H₂ und H₂S entweichen können. Die Vorschaltung der Säuregärung kann insbesondere bei der Verarbeitung von Rindergülle vorteilhaft sein, wenn deren pH-Wert recht hoch liegt. Da die Säurebakterien Säure entwickeln, wird somit der pH-Wert gesenkt. Um für die Methanbakterien der Hauptgärung gute Lebensbedingungen zu erhalten, wird der pH-Wert beim Verlassen der Säuregärung kontrolliert. Durch eine Öffnung in Nähe des Behälterbodens ist die Säuregärungskammer mit dem Hauptgärraum verbunden, in dem die Methanbakterien das Biogas entwickeln. Im oberen Bereich des Hauptgärraums befindet sich die Abführleitung für das Biogas. Dabei ist es vorteilhaft, wenn man die Biogasleitung durch den Behälter hindurchführt, da so vermieden wird, daß die Biogasleitung, durch die Gase mit einem relativ hohen Feuchtigkeitsgehalt geleitet werden, im Winter einfriert.

Gemäß einer Variante der Erfindung kann der Behälter für die erfindungsgemäße Biogasanlage auch so ausgebildet sein, daß die eine Behälterhälfte als Säuregärungskammer und die andere Behälterhälfte als Hauptgärkammer dient, wobei dann die Säuregärkammer von der Hauptgärkammer durch eine vertikale Trennwand abgeschlossen ist. Außerdem ist die Säuregärkammer nach oben hin durch eine Verschlußdecke abgeschlossen. Zwischen den beiden Gärkammern besteht vorzugsweise in Bodennähe des Behälters eine Verbindungsöffnung in der Trennwand, durch die die Gülle beim Verlassen der Säuregärungskammer in die andere Gärkammer gelangen kann. Dabei hat es sich im Gegensatz zu der aus der DE-C 31 02 739 bekannten Biogasanlage erfindungsgemäß als vorteilhaft erwiesen, die beiden Gärkammern etwa gleich groß auszubilden. Der Ablauf der Säuregärung kann bei der erfindungsgemäßen Anlage zum einen über die Kontrolle der Temperatur, das heißt je nach Bedarf Erwärmung oder Kühlung des Gärmediums, und zum anderen bei der aeroben Säuregärung über den Lufteintrag in das Gärmedium kontrolliert werden. Dabei hat sich gezeigt, daß durch einen besseren Abbau der hochmolekularen Stoffe in der Säuregärungsstufe die Biogasausbeute in der anschließenden Methangärung erhöht wird. Somit erscheint es nicht zweckmäßig, im Reaktorraum eine volumenmäßige Aufteilung von Säurephase zu Methanphase im Verhältnis 1:10 vorzunehmen.

Es sei an dieser Stelle jedoch betont, daß die erfindungsgemäße Anlage sowohl für ein Verfahren zur Erzeugung von Biogas mit als auch ohne vorgeschaltete Säuregärung eingesetzt werden kann, und daß, wenn eine Säuregärung vorgesehen ist, diese anaerob oder zum Teil aerob erfolgen kann. Die erfindungsgemäße Anlage, bei der es auf die Art der Durchmischung des Gärmediums ankommt, ist also in der Anwendung nicht auf ein Verfahren gemäß Anspruch 2 dieser Anmeldung beschränkt.

In bevorzugter Weise ist vorgesehen, daß sowohl die Mischkörper für die innere Säuregärungskammer als auch die Mischkörper für den Hauptgärraum mit Seilen verbunden sind, die sich auf ein und dieselbe Walze aufwickeln, so daß die Mischkörper, die für die Durchmischung in beiden Kammern sorgen, durch Antrieb der Walze gleichzeitig bewegt werden können. Die Mischkörper für den Hauptgärraum, in der Regel zwei gleichgroße Betonplatten, sind dabei zum Beispiel mit Drahtseilen an der Walze so aufgehängt, daß sich bei deren Drehung die Mischkörper jeweils gegenläufig bewegen, so daß die Antriebskraft für die Walze gering ist. Während sich der eine Mischkörper durch Abwicklung des Seils von der Walze langsam nach unten bewegt, bewegt sich der andere Mischkörper in der anderen Behälterhälfte nach oben, wobei sich dessen Befestigungsseile auf die Walze aufwickeln. Die Verwendung von Mischkörpern aus Beton hat den Vorteil, daß diese korrosionsfest sind. Man kann auch ohne weiteres bereits im Betrieb befindliche herkömmliche Behälter zur Herstellung von Biogas mit den erfindungsgemäßen Mischkörpern nachrüsten. Die Mischkörper können dabei wegen des hohen Gewichts im Behälter gegossen werden, so daß der Transport entfällt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Mischkörper mit Drahtseilen an jeweils drei Punkten mit jeweils drei Seilen aufzuhängen, so daß sich beim Drehen der Walze die Mischkörper reibungslos ohne die Gefahr der Verkantung im Behälter auf- und abbewegen können. Für eine bessere Durchmischung des Gärmediums ist es vorteilhaft, die Mischkörper so aufzuhängen, daß diese um einige Grad zur Behältermittelachse hin geneigt sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage erfolgt die Aufheizung des Gärmediums über die Mischkörper, in denen z.B. nach Art einer Fußbodenheizung Warmwasserrohre verlegt sind. Auf diese Weise wird eine sehr gleichmäßige Erwärmung erreicht, bei der keine Temperaturgradienten im Behälter, z.B. von innen nach außen, auftreten. Außerdem werden so die Wärmeverluste über Behälterwandung und -boden minimiert. Man kann erfindungsgemäß in die Mischkörper eine Temperaturmeßeinrichtung wie ein oder mehrere Thermofühler einbauen, so daß die Temperatur überall im Behälter gemessen werden kann. Die weiteren in den Unteransprüchen genannten Merkmale haben vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anlage zum Inhalt und werden im einzelnen anhand der Figurenbeschreibung erläutert.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von Biogas aus Gülle;

Fig. 2 einen horizontalen Schnitt durch die Anlage gem. Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Mischkörper in vergrößerter Darstellung;

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht der Walze für die Aufhängung der Mischkörper;

Fig. 5 eine Seitenansicht in Richtung des Pfeiles IV von Fig. 4;

Fig. 6 einen vereinfachten Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Behälter mit Darstellung der Strömungsverhältnisse;

Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine Anlage gemäß einer Variante der Erfindung mit aerober Säuregärung;

Fig. 8 einen horizontalen Schnitt durch die Anlage gemäß Fig. 7;

Fig. 9 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Mischkörpers.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Die Darstellung zeigt eine Anlage zur Herstellung von Biogas aus Gülle bei der ein kreiszylindrischer Behälter 21 vorgesehen ist, der auf einem Fundament 20 steht. Die Gülle wird mittels einer Pumpe 22, vorzugsweise mit Hilfe von mittels eines Kompressors erzeugter Druckluft über die Zuleitung 2 von unten in den Behälter gepumpt. Dabei gelangt die Gülle zunächst in eine innere zylindrische Aufwärmzone 1, deren Wandung von einem Wärmetauscher 3 gebildet wird. Der Wärmetauscher 3 ist ein doppelwandiger Raum, durch den zum Beispiel Warmwasser geleitet wird. Das Einpumpen der Gülle erfolgt relativ langsam, und zwar schubweise, jedoch wird ständig Frischgülle in den Behälter gepumpt, während verbrauchte Gülle ständig den Behälter verläßt, so daß die Anlage insgesamt kontinuierlich betrieben wird. Wenn zum Beispiel in einem landwirtschaftlichen Betrieb pro Tag 10 m³ Gülle anfallen, werden stündlich gut 0,4 m³ Gülle in den Behälter gepumpt. Die auf vorzugsweise 20°-25°C aufgewärmte Gülle gelangt dann in die ringförmige Säuregärungskammer 4, in der die Vorgärung durch Säurebakterien stattfindet. Die dabei anfallenden Gase, im wesentlichen CO₂, H₂ und H₂S können den Behälter über das Entlüftungsrohr 6 verlassen. Die Säuregärungskammer 4 ist über die zylindrische Wandung 15 vom Hauptgärraum 10 abgetrennt, wobei jedoch in Nähe des Behälterbodens die Wandung 15 endet, so daß sich eine zylindrische Öffnung 9 zum Hauptgärraum ergibt, die vorgegorene Gülle gelangt über die Öffnung 9 dann in den ebenfalls ringförmigen Hauptgärraum 10.

Es ist eine pH-Meßvorrichtung 46 vorgesehen, mit der der pH-Wert der Gülle beim Verlassen der Säuregärungskammer gemessen werden kann. In diesem Hauptgärraum 10 findet der eigentliche Gärprozeß statt, in dem mit Hilfe von Methanbakterien das Biogas entwickelt wird. Das entstandene Biogas kann über eine Rohröffnung in Nähe der Behälterdecke und eine Abführleitung 16 entweichen, wobei die Biogasleitung aus Frostschutzgründen in vorteilhafter Weise durch den Behälter von oben nach unten hindurchgeführt wird. Die zylindrische Außenwandung des Hauptgärraums 10 ist mit 34 bezeichnet. Für den Auslauf der ausgegorenen Gülle ist ein Überlaufrohr 41 im Behälter vorgesehen, das sich im Hauptgärraum 10 neben der Wandung 15 zur Säuregärkammer 4 befindet. Die Höhe des Überlaufrohrs 41 bestimmt sich nach der maximal vorgesehenen Füllhöhe des Behälters. Das Überlaufrohr ist durch den Behälterboden durchgeführt und weist in dem Raum unter dem Behälter ein siphonartiges Knie 42 auf, durch das verhindert wird, daß das Biogas über den Überlauf den Behälter verläßt.

Im Säuregärraum 4 herrscht über der Gülle Atmosphärendruck, wohingegen im Hauptgärraum über der Gülle ein Überdruck von ca. 35 mbar herrscht, der ausreichend ist, daß das Biogas mit genügend hoher Geschwindigkeit über die Leitung 16 ausströmen kann.

Im oberen Bereich des Behälters ist eine Walze 8 gelagert, die zum Beispiel mittels eines Motors um ihre horizontale Achse 29 drehbar ist. Als Mischkörper sind für den Hauptgärraum zwei gleiche Betonplatten 11 vorgesehen, die mit Seilen 25, 26 bzw. 23, 24 an der Walze 8 aufgehängt sind, wobei sich bei Drehung der Walze 8 die Seile 25, 26 von der Walze abwickeln, während sich gleichzeitig die Seile 23, 24, an denen der andere Mischkörper hängt, aufwickeln, so daß sich der linke Mischkörper nach unten und der rechte Mischkörper nach oben bewegt bzw. umgekehrt. In der Behälterdecke 13 ist eine Mannluke 17 vorgesehen, so daß man bei Bedarf in den Behälter hineinschauen oder einsteigen kann. Für die Durchmischung in der inneren Säuregärkammer 4 ist vorzugsweise ein ringförmiger Mischkörper 5 vorgesehen, der als Schwimmkörper ausgebildet ist. Der Schwimmkörper kann zum Beispiel aus Polyester sein oder ein luftgefüllter Hohlkörper aus Gummi oder dergleichen. An dem Schwimmkörper 5 sind ebenfalls Seile 27, 28 befestigt, die sich auf der Walze 8 aufwickeln können, und die über untere Umlenkrollen 7 geführt sind. Werden nun die Seile 27, 28 bei Drehung der Walze von dieser abgewickelt, kann der Schwimmkörper 5 langsam aufschwimmen und sorgt so für eine Durchmischung der Gülle im Säuregärraum 4, ohne daß dabei stärkere Strömungen entstehen, die die Bakterien beeinträchtigen. Durch die Aufhängung der Mischkörper ist es demnach möglich, bei Drehung der Walze sowohl die Mischkörper 11 als auch den Schwimmkörper 5 gleichzeitig zu bewegen und somit mit nur einem Antrieb die Gülle in beiden Gärräumen 4, 10 zu durchmischen.

Der ringförmige Mischkörper im Innenraum kann aber ebenfalls aus Beton oder dergleichen sein und an der Walze 8 mit Seilen direkt aufgehängt werden, so daß die Umlenkrollen und die mit diesen verbundene Mechanik entfallen kann.

Durch die Ausbildung der Mischkörper wird quasi der gesamte Gärraum erfaßt. Man kann auch die Walze 8 anhalten und das Gärgut nur schichtweise in verschiedenen Höhen bewegen. Da der Grad der Vergärung des Gärguts im Behälter von unten nach oben fortschreitet, können die Ausfaulphasen erhalten bleiben. Bei der Durchmischung in vertikaler Richtung wird die Ausbildung einer Schwimmdecke und eines eventuellen Bodensatzes im Behälter verhindert. Da das frische Gärgut schnell mit den Methanbakterien des angefaulten Gärgutes in Kontakt kommt, wird der Beginn des Gärprozesses beschleunigt. Das erfindungs gemäße Verfahren hat somit gegenüber bekannten Verfahren den zusätzlichen Vorteil, daß eine Impfung des Gärmediums mit einem Bakterienkonzentrat entfallen kann. Da die Gärung ohne Totzeit sofort in Gang kommt, kann eine sehr kurze Verweildauer des Gärgutes in der Hauptgärkammer erzielt werden, die bei etwa 2 bis 3 Tagen liegt. Da die ausgegorene Gülle weitgehend durch Frischgülle verdrängt wird, geht kein Gärraum verloren. Durch den Wärmetauscher 3 ist die Temperatur in der Säuregärkammer 4 praktisch konstant. Da die Säurebakterien optimale Lebensbedingungen vorfinden, können sie den Sauerstoffgehalt der Gülle auf ein Minimum reduzieren.

Dies wird auch durch die gleichmäßige Durchmischung mit Hilfe des Schwimmkörpers 5 in schonender Weise unterstützt. Durch den geringen Sauerstoffgehalt der Gülle beim Eintreten in den Hauptgärraum 10 wird dort der Gärprozeß beschleunigt und somit die Verweildauer der Gülle verringert. Da durch die behutsame Durchmischung der Gülle im Hauptgärraum 10 keine für die Methanbakterien störenden Strömungen und Turbulenzen auftreten, werden auch deren Lebensbedingungen begünstigt. Die Ausbeute an Biogas wird somit erhöht. Die erfindungsgemäße Anlage ist auch für Gülle mit einem höheren Anteil an unzerkleinerten Feststoffen sowie für alle vergärbaren dickflüssigen aber auch dünnerflüssigen Medien geeignet.

Wie Fig. 2 zeigt, sind zwei gleiche Mischkörper 11 vorgesehen, deren Umriß einem Halbkreissektor entspricht, wobei wegen der Säuregärkammer 4 innen jeweils eine halbkreissektorförmige Ausnehmung ist. Die beiden Mischkörper 11 erfassen so nahezu den gesamten Behälterquerschnitt bis auf die verbleibenden Randzonen, an denen die Gülle bei Bewegung der Mischkörper vorbeiströmt. Die Mischkörper sind jeweils an drei Seilen 25, 26, 32 aufgehängt, wobei die Aufhängepunkte 30, 31, 33 z.B. auf einem Kreisbogen angeordnet sein können, dessen Mittelpunkt die Behälterachse ist. Einer der Aufhängepunkte 30 liegt dabei nahezu unterhalb der Walze, so daß das Seil 25 etwa senkrecht hängt, während die anderen beiden Seile 26, 32 schräg geführt sind. Ein gleichmäßiges Aufwickeln der drei Seile auf die Walze und somit einen reibungslosen Bewegungsablauf kann man wegen der unterschiedlichen Länge der Seile 25 einerseits und 26 und 32 andererseits dadurch erreichen, daß man die Dicke der Walze variiert.

Um die Strömungsverhältnisse im Behälter zu optimieren wie weiter unten erläutert wird, weisen die Mischkörper eine umlaufende vertikale Aufkantung 12, zum Beispiel in Form eines Blechs, auf, wobei jedoch jeweils der mittlere kreisbogenförmige Bereich 18 keine Aufkantung hat.

Fig. 3 zeigt einen Mischkörper 11 für den Hauptgärraum, der als Betonplatte ausgebildet ist. Die Betonplatte ist dabei mit den Seilen 25, 32 vorzugsweise so im Behälter aufgehängt, daß die Platte einen Neigungswinkel α von wenigen Grad zur Horizontalen aufweist. In der Betonplatte sind als Heizvorrichtung Warmwasserrohre 35, zum Beispiel nach Art einer Fußbodenheizung mäanderförmig verlegt. In den Mischkörper können außerdem Temperaturmeßvorrichtungen eingebaut werden. Die Zu- und Ableitung des Warmwassers geschieht mittels der Schläuche 36. Die Seile der Aufhängevorrichtung 25, 32 sind über Anker 30, 33, die zum Beispiel in Beton eingegossen sind, an dem Mischkörper 11 befestigt. Am Außenrand weist die Mischkörperplatte 11 eine umlaufende Aufkantung 12 aus Beton oder in Form eines Blechs auf.

Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Walze 8, auf der die Halteseile für die Mischkörper aufgewickelt werden. Die Walze 8 dreht sich um ihre horizontale Achse 29. Die Seile sind durch geeignete Befestigungsmittel an ihren Endpunkten 38, 39 auf der Walze befestigt. Damit ein reibungsloses Aufwickeln der Seile 26, 32 auf die Walze gewährleistet ist, ist es besser, wenn sich die Seile so aufwickeln, daß in Richtung der Walzenachse jeweils abwechselnd einer Wicklung des Seiles 26 eine Wicklung des Seiles 32 folgt. Die Seile 26, 32 wickeln dann sauber nebeneinander und nicht übereinander auf, was zu einem Verklemmen der Seile führen würde. Dabei ist es so, daß das Seil 32, das sich bei Drehung der Walze aufwickelt, eine Führung für das andere Seil 26 bildet, so daß ein sauberes Aufwickeln der Seile jeweils nebeneinander erfolgt.

Im folgenden wird auf Fig. 6 Bezug genommen, die die Strömungsverhältnisse im Behälter bei Bewegung der Mischkörper noch einmal verdeutlicht. Im inneren Säuregärraum 4 strömt die Gülle bei Bewegung des Schwimmkörpers 5 in Pfeilrichtung nach unten, in einer Aufwärtsbewegung seitlich am Schwimmkörper 5 vorbei und somit der frisch am oberen Ende der Aufwärmzone 1 in die Säuregärkammer 4 gelangenden Gülle entgegen. Bei entsprechend langsamer Bewegung des Schwimmkörpers erfolgt die Aufwärtsströmung ganz langsam, so daß der Gärvorgang nicht gestört wird. Da ständig frische Gülle nachgepumpt wird, strömt die Gülle am unteren Ende der Säuregärkammer durch die Öffnung 9 in den Hauptgärraum 10. Es ist nun wichtig, daß verhindert wird, daß die Gülle von dort entlang der Wandung zwischen den beiden Gärkammern auf dem kürzesten Weg nach oben strömt und so in das Überlaufrohr 41 (nicht dargestellt) gelangt. Die Verweildauer dieser Gülle im Behälter wäre dann für eine ausreichende Vergärung zu kurz. Deshalb haben die Mischkörper 11 an den Rändern die Aufkantung 12, die jedoch im Bereich des inneren Kreisbogens nicht besteht, so daß in diesem Bereich 18 die Mischkörperplatte flach ist. Die durch die Öffnung 9 in den Hauptgärraum 10 einströmende Gülle strömt, wenn sich die Mischkörperplatte 11 in Höhe der Öffnung befindet, unter der Platte durch, im Behälter radial nach außen und dort an dem Mischkörper vorbei. Die einströmende Frischgülle erreicht so in kurzer Zeit die äußeren Randzonen des Behälters 43, in denen sich Gülle in einem bereits weiter fortgeschritteten Gärstadium befindet und verdrängt diese. Durch die Aufkantung 12 am Rand des Mischkörpers tritt die umgekehrte Strömung von außen über den Rand der Aufkantung nach innen, bei der der Strömungswiderstand wesentlich höher wäre, nicht auf. Die besondere Ausbildung der Mischkörper sorgt demnach für eine praktisch 100%ige Ausfaulrate des Gärguts. Außerdem verhindert die Erwärmung der Gülle über die Mischkörper, die mit der Gülle in allen Bereichen des Behälters in Kontakt gelangen, die Ausbildung von Kälte- oder Wärmestern.

Bei der Bewegung der Mischkörper nach unten (siehe linker Mischkörper in der Darstellung gemäß Fig. 6) strömt die Gülle an beiden Seiten des Mischkörpers, also innen und außen, vorbei und unter der Platte radial von der Plattenmitte nach innen und außen aber über der Platte von außen und innen radial zur Plattenmitte. Bei der Aufwärtsbewegung der Mischkörper (rechter Mischkörper in der Darstellung gemäß Fig. 6) strömt die Gülle unter der Platte von innen nach außen (siehe auch Pfeile 48 in Fig. 2) und über der Platte von der Aufkantung radial nach innen (siehe auch Pfeile 47 in Fig. 2). Da der Mischkörper jedoch eine leichte Neigung zur Behältermitte hin aufweist, wird über der Platte die Strömung von außen nach innen noch verstärkt. Hierdurch wird also der vorbeschriebene Effekt, der die gleichmäßige Durchmischung von Frischgülle mit der in den Außenzonen befindlichen Alt-Gülle bewirkt, unterstützt. Der rechte Mischkörper in der Darstellung erzeugt also in der Aufwärtsbewegung eine Art Kreisströmung um die Mischkörperplatte, die unter dem Mischkörper horizontal von innen nach außen und über dem Mischkörper von außen nach innen verläuft. Dieser Strömungsverlauf läßt einen Austausch der Gülle von der Behältermitte zu den Randzonen zu, nicht jedoch einen Austausch zwischen der Gülle aus dem Bodenbereich des Behälters mit Gülle, die sich in mittlerer Höhe oder im oberen Behälterbereich befindet, so daß die verschiedenen Gärstadien je nach Abstand vom Behälterboden erhalten bleiben. Die Durchmischung der Gülle durch Bewegung der plattenförmigen Mischkörper 11 in vertikaler Richtung hat folgenden weiteren Vorteil. Wenn die Bakterien ihr Stoffwechselprodukt Methan entwickeln, bilden sich Millionen sehr kleiner Bläschen. Wegen des Feststoffanteils in der Gülle können diese winzigen Bläschen mit ihrem geringen Auftrieb nicht schnell genug nach oben aufsteigen. Es besteht dadurch die Gefahr, daß sich das Stoffwechselprodukt der Bakterien im gesamten Gärbereich anreichert. Dadurch werden die Lebensbedingungen der Bakterien verschlechtert, es kann zur Absterbung der Bakterien führen. Somit ist es erwünscht, das Stoffwechselprodukt so schnell wie möglich abzuführen. Da die plattenförmigen Mischkörper eine große Oberfläche aufweisen und bei Bewegung der Mischkörper die winzigen Bläschen mit den angewärmten Platten in Kontakt gelangen, findet an den Plattenflächen eine Vereinigung kleiner Bläschen zu größeren Bläschen statt. Die größeren Bläschen haben eine größere Auftriebskraft, die das Aufsteigen erleichtert und die Entleerung des Behälters mit dem Stoffwechselprodukt der Bakterien, das heißt dem Biogas, wird so beschleunigt. Die im Behälter von unten nach oben zunehmende Größe der Bläschen ist in der Darstellung gemäß Fig. 1 angedeutet.

Durch die Geschwindigkeit der Vertikalbewegung der Mischkörper kann die Dicke der jeweils oberhalb bzw. unterhalb der Mischkörper durchmischten Gülleschicht bestimmt werden. Bei langsamer Bewegung der Mischkörper wird nur eine Schicht geringer Dicke (Höhe) oberhalb und unterhalb der Mischkörperplatten bewegt und durchmischt. Bei schnellerer Bewegung nimmt diese Dicke der bewegten Schicht zu.

Bei der in den Fig. 1 und 6 dargestellten Variante der erfindungsgemäßen Anlage wird von einem stehenden im wesentlichen kreiszylindrischen Behälter ausgegangen. Der Behälter kann jedoch ebensogut einen rechteckigen oder vieleckigen Querschnitt aufweisen. Der erfindungsgemäße Behälter muß auch nicht stehend ausgebildet sein, sondern kann vielmehr auch, ähnlich zum Beispiel wie ein Heizöltank, liegend ausgeführt werden. Bei einem solchen liegenden Gärbehälter werden die Mischkörper zur Durchmischung der Gülle ebenfalls als Platten ausgebildet und im Behälter langsam in axialer Richtung bewegt. In diesem Fall ist es nicht möglich, die Mischkörper an Seilen im Behälter aufzuhängen. Statt dessen können die Mischkörper jedoch mit Hilfe von im Behälter angeordneten Schienen und geeigneten Antriebsmitteln im Behälter bewegt werden. Die Mischkörper werden dann in den Schienen geführt und durch die Antriebsmittel in axialer Richtung verschoben. Die Durchmischung erfolgt dann in analoger Weise, wie bei dem in den Fig. 1 und 6 dargestellten Behälter, so daß auch bei einer solchen Anlage die oben beschriebenen Vorteile der Durchmischung gegeben sind.

Im folgenden wird anhand der Fig. 7 bis 9 eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Anlage näher beschrieben. Bei dieser Ausführungsform der Anlage besteht der Behälter 21 aus der Säuregärkammer 50 und der Hauptgärkammer 51, die durch eine Trennwand 56, die quer durch den Behälter verläuft, voneinander getrennt sind. Die Säuregärkammer 50 ist oben durch eine Verschlußdecke 52 verschlossen. An diese Verschlußdecke schließt sich seitlich eine Glocke an, deren obere Wandung höher liegt, als die Verschlußdecke 52. Diese Glocke dient im wesentlichen als Schaumfalle. Die in der Säuregärkammer 50 entstehenden nicht brauchbaren Gase, nämlich im hauptsächlichen CO₂, H₂ und H₂S, können in der Kammer nach oben hin über die Glocke 65 und ein Gasableitrohr 64 aus dem Behälter 21 entweichen.

Bei dieser Anlage wird z.B. Gülle zunächst über das Zuleitungsrohr 53 in den Behälter gepumpt. Das Zuleitungsrohr 53 ist etwas seitlich von der Mitte des Behälters angeordnet. Die eingepumpte Gülle steigt in diesem Rohr nach oben, bis sie die Abzweigung zu dem Rohr 55 erreicht hat und fließt dann über das Rohr 55 in die Säuregärkammer 50. Aus Sicherheitsgründen ist am oberen Ende des Zuleitungsrohrs 53 eine Entlüftung 54 für die in dem Zuleitungsrohr 53 sich entwickelnden Gase vorgesehen. Diese Gase steigen nach oben und können am oberen Ende 54 des Rohrs entweichen. Falls es erforderlich ist, wird der Gärbehälter mit einem Überdruckventil versehen. Auch für das Zuleitungsrohr 53 ist bereits ein Mischkörper 57 vorgesehen, der ebenfalls an der Walze 63 im Behälter aufgehängt wird. Auch dieser Mischkörper ist vorzugsweise aus Beton. Der Mischkörper ist wegen der Enge des Rohrs etwa zylindrisch ausgebildet und hat eine kegelige Spitze, das heißt insgesamt etwa die Form einer Granate. Das Eigengewicht des Mischkörpers 57 reicht , wenn dieser aus Beton ausgebildet ist, in der Regel aus, um bei dessen Absenken die Gülle im Zuleitungsrohr 53 zu durchmischen, auch wenn diese Festkörperanteile enthält. Durch die Durchmischung der Gülle im Zuleitungsrohr wird außerdem im Rohr ein Temperaturausgleich erzielt und ein Temperaturprofil von innen nach außen verhindert. Dadurch ist der Wärmeaustausch zwischen der kühleren Frischgülle im Zuleitungsrohr und der wärmeren Altgülle im Ablaufrohr 59 optimiert. In der Säuregärkammer findet dann die Säuregärung statt.

Wenn diese Säuregärung aerob verlaufen soll, wird die Gülle in der Säuregärkammer 50 über den dort aufgehängten plattenförmigen Mischkörper 61 belüftet. In diesem Mischkörper 61 sind Rohre 67 verlegt mit Verbindungsstücken, die Öffnungen zur Oberfläche des Mischkörpers hin aufweisen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn Mittel vorgesehen sind, die Luftauslaßöffnungen an der Mischkörperoberfläche zu verschließen, damit keine Gülle in die Luftleitungen eindringen kann. Die Versorgung der Rohrleitungen 67 im Mischkörper mit Luft oder Sauerstoff geschieht über mit diesen verbundene aus dem Mischkörper 61 herausgeführte Schleppschläuche 68. Solche Schleppschläuche sind im Prinzip zum Beispiel von Hydraulikschläuchen bei Aufzügen her bekannt. Die Schleppschläuche 68 werden deshalb verwendet, da ja die Mischkörperplatte 61 im Behälter mittels der Seile auf- und abbewegt wird und bei dieser Bewegung die Schläuche nicht hinderlich sein dürfen. Nach der Säuregärung kann die Gülle die Säuregärkammer 50 über eine Öffnung in der Trennwand 56 in Nähe des Behälterbodens verlassen. Diese Verbindungsöffnung 69 ist dabei relativ klein, zum Beispiel bei rechteckiger Ausführung etwa 20 cm ×30 cm, damit keine ungewollte Durchmischung der Gülle aus der Säuregärungskammer 50 mit der Gülle aus der Hauptgärkammer 51 eintritt. Es können auch zwei solche Verbindungsöffnungen vorgesehen sein, die rechts und links des Zuleitungsrohrs 53 liegen. Die Gülle gelangt somit in die Hauptgärkammer 51 in Nähe des Bodens, wo die eigentliche Methangärung beginnt. Das sich entwickelnde Biogas steigt in der Hauptgärkammer 51 nach oben und wird wiederum durch ein Methanableitrohr 16 aufgefangen und aus dem Behälter abgeführt. Das Methanableitrohr kann wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 durch die Gülle hindurchgeführt werden, damit es nicht einfriert. Der Flüssigkeitspegel 70 in der Hauptgärkammer kann so hoch liegen, daß die Verschlußdecke 52 der Säuregärkammer 50 bedeckt wird. Die Höhe des Flüssigkeitspegels in der Hauptgärkammer 51 wird durch ein Ablaufrohr 59 für die ausgegorene Gülle der Hauptgärkammer bestimmt. Dieses Ablaufrohr 59 ist als Überlaufrohr ausgebildet, so daß die ausgegorene Gülle der Hauptgärkammer oben in dieses Ablaufrohr einläuft. Das Ablaufrohr 59 ist dabei konzentrisch um das Einlaufrohr 53 für die Gülle, das zur Säuregärkammer 50 führt, angeordnet. Die Gülle läuft dann über den Auslauf 58. Die konzentrische Anordnung des Ablaufrohrs um das Einlaufrohr hat den Vorteil, daß ein direkter Wärmeaustausch zwischen der kühleren Frischgülle und der warmen verbrauchten Gülle über die Wandung des Einlaufrohrs 53 stattfindet. Es hat sich jedoch gezeigt, daß wegen der dickflüssigen Konsistenz der Gülle, die auch Festkörperanteile enthält, in dieser keine thermische Zirkulation und somit kein ausreichender Wärmeausgleich von außen nach innen stattfindet, so daß die Erwärmung über die Rohrwandung des Einlaufrohrs 53 allein nicht genügt. Damit der Wärmeaustausch zwischen der Alt-Gülle und der Frischgülle über die Rohrwandung des Rohrs 53 effektiv ist, muß daher unbedingt eine Durchmischung der Alt-Gülle im Ablaufrohr 59 stattfinden. Hierzu sind ein oder auch mehrere Betonmischkörper 62 für die Durchmischung der Gülle in dem Ringraum des Ablaufrohrs 59 vorgesehen. Die Frischgülle gelangt also bereits vorgewärmt über das Zuleitungsrohr 53 in die Säuregärkammer 50, wobei für diese Vorwärmung die bei den Fermentationsprozessen entstehende Wärme ausgenutzt werden kann. Auch der Betonmischkörper 62 ist über ein Seil an der Walze 63 aufgehängt und wird im Behälter auf- und abbewegt. Vorzugsweise ist im Gärbehälter 21 im Boden im Bereich der Verbindungsöffnungen 69 in der Trennwand zwischen den beiden Gärkammern noch ein Sandabscheider 66 angeordnet, der die abgeschiedenen Schlamm- und Sandanteile aus der Gülle auffängt. Die Strömungsverhältnisse bei dem Behälter entsprechend der Ausführungsform gemäß den Fig. 7 und 8 sind ähnlich wie bei der Anlage gemäß Fig. 1 und 6. In der Darstellung gemäß Fig. 7 und 8 ist jedoch nur die Mischkörperplatte 60 in der Hauptgärung mit der umlaufenden Aufkantung versehen, wohingegen die Mischkörperplatte 61 in der Säuregärkammer 50 keine Aufkantung aufweist. Die Gülle bewegt sich somit bei Bewegung der Mischkörper entsprechend den Pfeilen in der Darstellung gemäß Fig. 8. In der Säuregärung erfolgt die Strömung bei dem Mischkörper 61 ohne Aufkantung jeweils von der Mitte der Platte zum Plattenrand hin. Die dargestellten Strömungsverhältnisse haben sich für eine aerobe Säuregärung als besonders günstig erwiesen. Gemäß der Erfindung besteht also auch die Möglichkeit, je nach Verwendung von Mischkörpern mit oder ohne Aufkantung 12 die Strömungsverhältnisse im Behälter unter und über den Mischkörperplatten zu variieren und somit die Durchmischung zu optimieren.

Die Darstellung gemäß Fig. 9 zeigt einen Schnitt durch den Mischkörper 61; der für die Säuregärkammer 50 gemäß Fig. 7 vorgesehen ist. Die Einleitung bzw. Ableitung der Luft erfolgt über die an den Mischkörper angeschlossenen Schleppschläuche 68. Die Schläuche 68 stehen in Verbindung mit Rohren 67, durch die Luft geleitet wird, die im Mischkörper verlegt sind. Damit die Belüftung der Gülle an der Oberseite bzw. Unterseite des Mischkörpers erfolgen kann, zweigen von den Rohren 67 Verbindungsstücke 71 mit Öffnung zur Ober- bzw. Unterseite der Mischkörperplatte ab. Wenn man verhindern will, daß, wenn keine Lufteinleitung erfolgt, Gülle in das System von Rohren 67 einfließen kann, kann man die Mischkörperplatte 61 mit einer Siebfolie bespannen. Diese Siebfolie hat sehr feine Öffnungen von zum Beispiel 10-15 µm, so daß durch diese keine Gülle eindringen kann.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Biogas durch Vergärung von vorzugsweise dickflüssigen Medien, bei dem die Vergärung in einem Gärbehälter und die Durchmischung des Gärmediums durch kontinuierliche Bewegung von Mischkörpern in axialer Richtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmischung des Gärmediums durch entlang der gesamten Behälterachse bewegbare etwa plattenförmige Mischkörper (11, 60, 61) erfolgt, die jeweils nur eine nahezu den gesamten Behälterquerschnitt umfassende, an die Mischkörper angrenzende Schicht durchmischen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergärung in mindestens zwei aufeinander folgenden Stufen erfolgt, einer Säuregärungsstufe, bei der mit Hilfe von Säurebakterien Sauerstoff verbraucht wird, und einer anschließenden Methangärungsstufe, bei der das Biogas erzeugt wird, wobei in beiden Gärungsstufen die Durchmischung des Gärmediums durch entlang der gesamten Behälterachse bewegbare etwa plattenförmige Mischkörper (11, 60, 61) erfolgt, die jeweils nur eine nahezu den gesamten Behälterquerschnitt umfassende, an die Mischkörper angrenzende Schicht durchmischen.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ausschließliche oder eine zusätzliche Aufwärmung des Gärmediums durch die Mischkörper erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gärmedium vor dem Eintritt in den Gärbehälter mittels eines Wärmetauschers vorgewärmt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlung des Gärmediums durch Wärmeabfuhr über die Mischkörper erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß über die Mischkörper Sauerstoff in das Gärmedium eingebracht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des Gärmediums in den Gärbehälter durch eine pneumatische Fördereinrichtung erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Änderung der Geschwindigkeit der Axialbewegung der Mischkörper (11, 5) die Dicke der an die Mischkörper angrenzenden durchmischten Schicht variiert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gärmedium beim Verlassen des Bereichs, in dem die Säuregärung stattfindet, rasch über den gesamten Querschnitt der entsprechenden Schicht des Bereichs, in dem die Methangärung stattfindet, verteilt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine begrenzte Schicht des Gärmediums durchmischt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert des Gärmediums beim Verlassen der Säuregärungsstufe gemessen wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gärmedium Gülle, Klärschlamm oder Molke ist.

13. Anlage zur Herstellung von Biogas durch Vergärung von vorzugsweise dickflüssigen Medien mit einem vorzugsweise zylindrischen Behälter, in dem das Gärmedium vergoren wird, wobei die Durchmischung durch Mischkörper erfolgt, die im Behälter kontinuierlich in axialer Richtung bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmischung des Gärmediums durch entlang der gesamten Behälterachse bewegbare etwa plattenförmige Mischkörper erfolgt, die jeweils nur eine nahezu den gesamten Behälterquerschnitt umfassende an die Mischkörper angrenzende Schicht durchmischen.

14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Mischkörper (11) in einem stehenden Behälter aufgehängt und in vertikaler Richtung anhebbar bzw. absenkbar sind.

15. Anlage nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Mischkörper bei ihrer Axialbewegung den überwiegenden Teil des Behälterquerschnitts erfassen, wobei aber zwischen Mischkörpern und Behälterwandung ein ausreichender Freiraum verbleibt, durch den das Gärmedium hindurchströmen kann.

16. Anlage gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkörper an Seilen aufgehängt sind und das Anheben und Absenken der Mischkörper durch Aufwickeln bzw. Abwickeln der Seile auf eine um ihre horizontale Achse drehbare Walze (8) erfolgt.

17. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkörper (11, 60, 61) zur Behältermittelachse hin etwas geneigt sind.

18. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkörper (11, 60) eine umlaufende Aufkantung (12) am Plattenrand aufweisen, mit Ausnahme eines inneren kreisbogenförmigen Bereichs (19) ohne Aufkantung.

19. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwei etwa gleiche Mischkörper (11, 60, 61) im Behälter vorgesehen sind, die mit Seilen an der Walze (8) so aufgehängt sind, daß bei Drehung der Walze sich die Mischkörper jeweils gegenläufig in vertikaler Richtung bewegen.

20. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkörper (11, 60, 61) jeweils an drei Punkten im Behälter aufgehängt sind.

21. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkörper (11, 60, 61) aufheizbar bzw. kühlbar sind.

22. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkörper wenigstens eine Temperaturmeßeinrichtung aufweisen.

23. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß für die Aufheizung bzw. Kühlung der Mischkörper (11, 60, 61) in diesen Wasserrohre (35) verlegt sind.

24. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem der Mischkörper (61) Sauerstoffleitungen (67) verlegt sind, die mit Öffnungen in dem Mischkörper in Verbindung stehen, so daß das Gärmedium über den Mischkörper belüftet werden kann.

25. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß für die Sauerstoffversorgung des Mischkörpers (61) Schleppschläuche (68) vorgesehen sind.

26. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß für die Wasserversorgung der Mischkörper (11, 60, 61) Schleppschläuche vorgesehen sind.

27. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkörper (11, 60, 61) einen halbkreisringförmigen oder halbkreisförmigen Umriß aufweisen.

28. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkörper (11, 60, 61) bis auf die umlaufende Aufkantung im wesentlichen eben sind.

29. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkörper (11, 60, 61) eine geschlossene Oberfläche aufweisen.

30. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkörper (11, 60, 61) aus Beton sind.

31. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (21) eine Säuregärungskammer (4) mit einem Gasentlüftungsrohr (6) zur Ableitung nicht brauchbarer Gase aufweist, die durch eine Öffnung (9) in Nähe des Behälterbodens mit einem Hauptgärraum (10) verbunden ist, der in seinem oberen Bereich die Abführleitung (16) für das Biogas aufweist.

32. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Säuregärungskammer (4) ringförmig ist und innen in Nähe der Behälterachse angeordnet ist, wobei der Hauptgärraum (10) diese konzentrisch umgibt.

33. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter durch eine vertikale Trennwand in zwei Kammern aufgeteilt ist, von denen die eine als Säuregärungskammer (50) und die andere als Hauptgärkammer (51) dient, wobei die Säuregärungskammer (50) nach oben hin durch eine Verschlußdecke (52) abgeschlossen ist.

34. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß Säuregärungskammer (50) und Hauptgärkammer (51) in etwa gleiche Volumina aufweisen.

35. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrleitung (2) für das Gärmedium im Behälterboden in eine innere Aufwärmzone (1) mündet, deren zylindrische Wandung von einem doppelwandigen Wärmetauscher (3) gebildet ist.

36. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß das Zufuhrrohr (53) für die Zufuhr des Gärmediums zur Säuregärungskammer (50) konzentrisch von dem Auslaufrohr (59) für den Auslauf des verbrauchten Gärmediums aus der Hauptgärkammer umgeben ist.

37. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des Gärmediums über eine pneumatische Fördereinrichtung erfolgt.

38. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatische Fördereinrichtung (22) das Gärmedium mit Hilfe von mittels eines Kompressors erzeugter Druckluft schubweise in den Behälter pumpt.

39. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Biogasleitung (40) durch den Behälter (21) hindurchgeführt ist.

40. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß für die Durchmischung des Gärmediums in dem Ringraum des Auslaufrohrs (59) ein weiterer Mischkörper (62) vorgesehen ist, der ebenfalls in axialer Richtung bewegt wird.

41. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß für das Zufuhrrohr (53) ein weiterer etwa zylinderförmiger Mischkörper (57) mit kegeliger Spitze vorgesehen ist.

42. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkörper (62, 57) ebenfalls an Seilen aufgehängt sind und mit Hilfe der Walze (63) in vertikaler Richtung bewegt werden.

43. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkörper für die Durchmischung des Gärmediums in der Säuregärungskammer (4) ein Schwimmkörper (5) ist, an dem Seile (27, 28) befestigt sind, die über untere Umlenkrollen (7) umgelenkt und auf der Walze (8) aufgewickelt werden, so daß beim Abwickeln der Seile der Schwimmkörper aufschwimmen kann.

44. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkörper (62, 57) ebenfalls aus Beton sind.

45. Anlage nach einem der Ansprüche 13 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden des Gärbehälters (21) ein Sandabscheider (66) eingebaut ist.

46. Verwendung einer Anlage gemäß einem der Ansprüche 13 bis 45 zur Ausführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.