DE8512410U1 - Vorrichtung in einer Recycling-Anlage zur gleichzeigen Herstellung von Biogas und Düngemittel aus organischen Abfallstoffen - Google Patents

Vorrichtung in einer Recycling-Anlage zur gleichzeigen Herstellung von Biogas und Düngemittel aus organischen Abfallstoffen

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Description

Juliane Zörner-Buchner Vorrichtung, insbesondere in einer Recycling-Anlage
zur gleichzeitigen Herstellung von Biogas und Düngemitteln aus organischer. Abfallstoffen
Die Neuerung bezieht sich auf eine Vorrichtung insbesondere in einer Recycling-Anlage zur gleichzeitigen Herstellung von Biogas und Düngemitteln aus organischen Abfallstoffen (Biomasse), wobei ein fermentativer Abbau der Biomasse mittels Bakterienstämme erfolgt. Der Abbau durch säurebildende Bakterien ist dabei vom Abbau durch methanbildende Bakterien räumlich getrennt.
Bei bekannten Verfahren dieser Art (DE-PS 31 02 739) wird ein einziger Reaktorraum in einen Bereich zur Säuregärung und einen Bereich zur Methanbildung aufgeteilt, wobei die Methanbildungszone das zehnfache Volumen der Säurebildungszone hat. Die aus der Säurebildung entstehenden Zwischenprodukte sinken in dem dafür abgeteilten Raum nach unten und gelangen durch eine offene Verbindung in die Methanbildungszone. In der Zone für die Säurebildung herrscht dabei etwa eine Temperatur von 300C, in der Zone für die Methanbildung eine Temperatur von 35°C.
Hierbei tritt der Nachteil auf, daß aufgrund der volumenmäßigen Aufteilung im Verhältnis 1:10 bei kontinuierlicher Zuführung von Biomasse diese in der wärmeren, methanbildenden Zone im Durchschnitt 10 mal länger verweilen muß als in der dergegenüber kälteren Zone für die Säuregärung. Dadurch wird das Verhältnis
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der Menge an zugeführter Biomasse zur zu deren Verwertung zugeführten Wärmeenergie negativ beeinflußt. Auch finden die methanbildenden Bakterien keine optimale Temperatur vor, wodurch die Ausbeute an Biogas (CH4 und CO2) beeiriträchtigt wird.
Zur Vermeidung von Betriebsstörungen aufgrund Säuerung ist zwar eine Trennung der Säurebildung von der Methanbildung vorgesehen; aber eine Alkälisierung der gärenden Biomasse aufgrund steigenden pH-Werts, was zu einer Beeinträchtigung der Wachstumsbedingungen der Mikroorganismen führt, wird nicht verhindert.
Schließlich ist auch keine weitere Verwertung der nur teilweise abgebauten Biomasse vorgesehen.
Demgegenüber liegt der Neuerung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Abbau von Biomasse zu schaffen, welche bei nahezu restloser Ausgärung der Biomasse gleichzeitig die Herstellung von Düngemitteln ermöglicht. Ferner soll der Substratfluß bei konstanter Prozeßwärme sicher kontrollierbar sein, und die frisch zugeführte Biomasse einen verhältnismäßig hohen Feststoffanteil aufweisen können.
Die vorgenannte Aufgabe wird hinsichtlich einer Vorrichtung neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Vor-, ein Haupt- und zusätzlich ein Nachfermenter als Kammern eines Behälters oder als einzelne unabhängige Behälter ausgebildet sind. Hierbei ist der Hauptfermenter mit dem Ausgang des Vorfermenters und dem Eingang des Nachfermenters verbunden. Das Volumen des Hauptfermenters ist kleiner als dasjenige des Vorfermenters sowie größer als dasjenige des Nachfermenters. Die Verweildauern der Biomasse in den einzelnen Fermenterbehältern werden also im wesentlichen durch deren abnehmende Volumina gesteuert. Hierdurch ist die Energiebilanz (Verhältnis der zugeführten Energie zur gewonnenen Energie) optimiert.
Zur Aufrechterhaltung optimaler Gärbedingungen und zur Erhöhung der Betriebssicherheit sind die Fermenter mit Regeleinrichtungen für den pH-Wert versehen, welche hauptsächlich pH-Meter und von diesen gesteuerte Ventile für die Zuführung von z.B. Ammoniaklösung (Kalk) umfassen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Neuerung können die noch warmen flüssigen Teile des gewonnenen Düngers mit frisch zugeführter Biomasse am Eingang des Vorfermenters als Impfgut vermischt werden, um diese auf die für mesophile Wachstumsbedingungen günstige Temperatur zu erwärmen. Hierbei ist es zweckmäßig, den Vorfermenter in zwei Kammern zu unterteilen, wobei die Kammer am Eingang des Vorfermenters mit einer entsprechenden Vorrichtung zur Zuführung des gev/onnenen Flüssigdüngers ausgestattet ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Neuerung ist der Hauptfermenter als ein Fermentationskammersystem ausgebildet, welches wenigstens zwei Fermentationskammern umfaßt, die voneinander mittels Trennwände getrennt sind. Um hierbei einen kontinuierlichen Fluß auszugärender Substratmasse mit insbesondere hohen Feststoffantei1 zu gewährleisten, ist bodenseitig im Fermentationskammersystem eine Transportschnecke vorgesehen, welche beispielsweise mit schraubenförmig angeordneten Förderblättern das Gärgut unter die Trennwände hindurchbefördert.
Um einerseits ein ständiges Durchmischen der ausgärenden Biomasse zu bewerkstelligen und andererseits eine gleichmäßige TemDeraturverteilung innerhalb der Biomasse zu erhalten, ist nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung im Fermentationskammersystem wenigstens eine Trennwand in ihrer Höhe gegenüber den benachbarten Trennwänden vermindert. An dieser steigt der Spiegel des von der Transporterschnecke ständig vorwärts beförderten Gärguts nach oben, bis das Gärgut durch Überlauf über diese Trennwand in die nachfolgende Fermentationskammer gelangt. Hierdurch wird eine gleichmäßige Verteilung der Anaerobier innerhalb der Biomasse erreicht und somit die Methangaserzeugung optimiert. Wenn die in ihrer Höhe verminderte Trennwand mittels entsprechender Zusatzeinrichtungen noch höhenverstellbar ausgeführt ist, sind die Steuermöglichkeiten für den Substratfluß erheblich erweitert.
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Um innerhalb des Verfahrenskreislaufes eine konstante Prozeßwärme zu gewährleisten, sind nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Neuerung die Trennwände doppelwandig ausgeführt, wozwischen ein Prozeßwärmemantel
. eingebettet ist. Dieser kann beispielsweise aus Mineralwolle Ie gebildet sein. Ferner können zur Konstanthaltung
I der Prozeßwärme im Inneren der Trennwände Leitungssysteme I für Warmwasser vorgesehen sein. Hierbei ist es dann I vorteilhaft, wenn die Außenflächen der Trennwände profi- I liert sind, um die Übertragung 'isr Wärme vom Warmwasser
Ϊ zur Gärmasse zu verbessern.
h Zur Durchmischung und gleichzeitig zur Erwärmung der
*\ Biomasse dient nach einer weiteren erfindungsgemäßen
I Ausgestaltung ein Rührwerk, welches in seinem Inneren
ebenfalls Wärmeübertragungseinrichtungen aufweist, wie z.B. Leitungen für Warmwasser. Die einzelnen Rührblät-/* ter des Rührwerks werden zweckmäßig über eine Welle
\ von einem Getriebemotor oder dgl. angetrieben, wobei
sich vorteilhafterweise die Welle durch den gesamten mittleren Bereich des Fermentationskamtnersystems erstreckt, weil dann die Rührblätter beliebig in unterschiedlichen ,.; Fermentationskammern anbringbar sind.
Gemäß weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Neuerung wird auf die Schutzansprüche verwiesen.
Im»folgenden wird die Ausführung der Neuerung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt jeweils in ■ schematischer Darstellung
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Fig. I eine Gesamtkonfiguration der Recyclinganlage;
Fig» 2 eine Fermentationskammeranordnung des Hauptfermenters; und
Fig. 3 einen Querschnitts durch die erste Fermentationskammer gemäß Fig. 2
Gem. Fig. I werden dem Vorfermenter I, dem Hauptfermenter 2 und dem Nachfermenter 3 werden über Leitungen 4 etwa 20 Liter Biomasse pro Stunde zugeführt. Die Steuerung der Verweilzeiten der Biomasse in den einzelnen Fermenterbehältern erfolgt über deren Volumina, wobei das Volumen des Vorfermenters I etwa 400 m , das des Hauptfermenters 2 etwa 200 m und das des Nachfermenters 3 etwa I00
m beträgt. Der pH-Wert in den einzelnen Fermentern I, 2, 3 wird mit je einem pH-Meter 5 gemessen, welche ihrerseits je ein Ventil 6 steuern. Dementsprechend wird den einzelnen Fermentern mehr oder weniger Ammoniaklösung aus einem Behälter 7 zugeführt.
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Die restlos ausgegärte Biomasse gelangt durch den am Nachfermenter 3 angebrachten Auslaß 8 in den Sammelbehälter 9. Darin wird dieser Wärme entzogen und über ein Wärmetransportsystem 10 dem Verfahrenskreislauf wieder zugeführt. Die im Sammelbehälter 9 abgekühlte Biomasse gelangt dann in eine Zentrifuge 11. wo an den Auslässen 12 hochwertiger flüssiger Dünger und am Auslaß 13 fester Dünger entnommen werden kann.
Gemäß Fig. 2 besteht der Hauptfermenter 2 aus einer Fermentationskimmeranordnung» welche durch Trennwände 25 in einzelne Fermentationskammern I1 II, III und IV unterteilt ist. Die Fermentationskammeranordnung ist von einem Außenmantel 21 mit Isolierung 22 umgeben.
Das im Vorfermenter 1 aufbereitete Substrat 31a - homogenisiert und pH-wert kontrolliert - gelangt gemäß rechtsgerichteten Pfeilen in Fig.2 in die Fermentationskammer I, wo es mittels des Rührwerks 24 schonend vermischt und annähernd auf Prozeßtemperatur gebracht wird. Dies wird durch die im Inneren des Rührwerks gebildeten, schematisch angedeuteten Warmwasserleitungen bewerkstelligt. Das Rührwerk ist beispielsweise durch einen Getriebemotor 28 angetrieben.
Der mittels dicker Balken dargestellte Substratfluß führt weiter zu einer durch einen weiteren Getriebemotor 29 angetriebenen Transportschnecke 30, welche das Substrat
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Unter die erste der Trennwände 25 hindurch in die zweite Fermehtätionskämmer II befördert. Hierin staut sich das methanbildende Substrat an einer weiteren Trennwand 36, welche in ihrer Höhe gegenüber den benachbarten Trennwänden 25 vermindert ist, bis es zum Überlauf des Substrats über die in ihrer Höhe verminderte Trennwand 36 in die nachfolgende Ferment-etionskenmpir· τ τ τ kommt. Hier sinkt das Substrat wieder ab, bis es in den Wirkungsbereich der Transportschnecke 30 gelangt, welche es unter der Trennwand hindurch in die letzte Fermentationskammer IV befördert. Hierin wird aufgrund von Stauwirkung der Substratfluß wieder nach oben geleitet, wo ein schematisch angedeuteter Auslaß 40 angebracht ist, aus welchem das noch nicht restlos ausgegärte Substrat 31b in den in Fig. 1 gezeigten Nachfermenter 3 gelangt. Von der alle Fermentationskammern I-IV durchströmenden Biomasse entweicht Methangas nach oben (s. linkgerichtete Pfeile in der Fig. 2), welches über ein Gasdom 23 abgesaugt wird. Von dort wird es zur Reinigung, Filterung und Wäsche in einer nicht gezeichneten Methanisierungsanlage und zum Gasspeicher (Flaschen) geleitet. Vorher kann jedoch dem Methangas Wärme entzogen und dem Prozeßkreislauf rückgeführt werden. Aus Fig. 2 ist unter anderem auch die sich durch alle Fermentationskammern erstreckende Antriebswelle 32 für das Rührwerk 24 ersichtlich. Mit dieser Anlage ist eine Bearbeitung von Biomasse mit
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•1nem Feststoffanteil bis zu 30 % bzw. Biomasse mit Ihrem natürlichen Wassergehalt möglich.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die erste Fermentati örtskammer I. Hieraus ist insbesondere der Prozeßwärmemantel Z6 ersichtlich. Ferner ist neben der Transportschnecke 30 auch das Wärmetransportsystem anhand der Warmwasserzuläufe 33 bzw. - ablaufe 34 dargestellt, welche in den Eckbereichen der Kammer Ϊ vorzugsweise jeweils einander diagonal gegenüberliegend angeordnet sind. Sie dienen zum Wärmeaustausch insbesondere mit dem mittels Pfeile angedeuteten Methangas oberhalb des Substratspiegels. Außer dem hier dargestellten rechteckigen Querschnitt sind auch runde, ovale und andere Querschnittsformen anwendbar.
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Claims (1)

1. Vorrichtung, insbesondere in einer Recyclinganlage, zur gleichzeitigen Herstellung von Biogas (CH- und CO«) und Düngemitteln aus organischen Abfallstoffen (Biomasse), bei der ein fermentativer Abbau der Biomasse mittels Mikroorganismen erfolgt, wobei der Abbau durch säurebildende Mikroorganismen in einem Vorfermenter (1) räumlich getrennt vom Abbau durch methanbildende Mikroorganismen in einem Hauptfennenter (2) erfolgt,
dadurch gekennzeichnet,
daP Vor,-, Haupt- und zusätzlich ein Nachfermenter (1,2,3) als Kammern eines Behälters oder als einzelne unabhängige Behälter ausgebildet sind, wobei der Hauptfermenter (2) mit dem Ausgang des Vorfermerrters
(1) und mit dem Eingang des Nachfermenters (3) verbunden ist, und daß das Volumen des Hauptfermenters
(2) kleiner als das Volumen des Vorfermenters (1) sowie größer als das Volumen des Nachfermenters
(3) ist.
Z. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß Vor-, Haupt- und Nachfermenter (1,2,3) mit einem Behälter (7) für Ammoniaklösung durch jeweils ein gesteuertes Ventil (6) verbunden sind.
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3, Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Vorfermenter (1)
in zwei hintereinander angeordnete Kammern aufgeteilt
ist, wobei erstere Kammer für frisch zugeführte
Biomasse mit einer Heizvorrichtung und/oder ein?.·
Vorrichtung ~ur Zuführung ausgegärter Biomasse versehen
ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hauptfermenter (2) ein Fermentationskammersystem mit wenigstens zwei durch Trennwände (25) voneinander getrennten Fermentationskammern (1,11) und Einrichtungen (24, 30, 33, 34, 36) zur Steuerung und AufrechterhaUung des Biomasse- (Substrat-)
i\ Flusses umfaßt.
5, Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eine motorgetriebene, bodenseitig angeordnete Transportschnecke (30) und wenigstens eine in ihrer Höhe gegenüber benachbarten Trennwänden (25) verminderte Trennwand (36) zur Erlangung des Substratflusses vorgesehen sind.
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6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Trennwände (25) doppelwandig ausgeführt sind und in ihrem Inneren einen Prozeßwärmemantel '2^ beherbergen *
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß im Inneren der Trennwände ein Leitungssystem (33, 34) zur Realisierung eines Wärmewasserkreislaufes
gebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Verbesserung der Wärmeübertragung die Außenflächen der Trennwände (25) profiliert sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens die erste Fermentationskammer (I) mit einem Rührwerk (24) versehen ist, welches in seinem Inneren eine Wärmeübertragungseinrichtung aufweist.
-4-
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß sich durch den im wesentlichen mittleren Bereich der Fermentationskammeranordnung (1,11,111,IV) eine durch einen Motor (28) angetriebene Welle (32) erstreckt, auf deren Äußenmantel Rührblätter anbringbar sind.
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