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Verfahren und Vorrichtung zum Zerstören und Ausbringen von Schwimmschlammschichten
in Faulräumen Die Möglichkeit der Gewinnung von Methangas aus organischen Stoffen
ist seit längerer Zeit beka:int. Bei städtischen Abwässerverwertungsanlagen wird
aus Fäkalsclilamm Faulgas gewonnen, das zu etwa 2/3 aus Methangas (C H4) besteht.
Es ist verschiedentlich versucht worden, aus organischen Abfallstoffen der Landwirtschaft,
insbesondere aus Stallmist, Faulgas zu gewinnen. Daß dieses auch mg-lich ist, ist
in Laboratoriumsversuchen nachgewie sen worden. Es ist jedoch bisher nicht gelungen,
grö:3ere Anlagen dieser Art dauernd zu betreiben. Die Konstruktion dieser Anlagen
hat man im wesentlichen in Anlehnung an die der städtischen Faulgasanlagen durchgeführt.
Daß die landwirtschaftlichen Anlagen im Dauerbetrieb versagten, ist darauf zurückzuführen,
daß die auszufaulenden Stoffe in beiden Fällen verschieden sind. Bei den städtischen
Faulgasanlagen handelt es sich um einen Fäkalschlamm ohne wesentliche gröbere Bestandteile,
während die landwirtschaftlichen Abfallstoffe in größerem Umfange grobe und sperrige
Teile enthalten, wie Stroh, Kartoffelkraut usw. Bei der Ausfaulung von organischen
Stoffen bildet sich eine Schwimmschlammschicht, die bei den städtischen Faulgasanlagen
ohne wesentliche Schwierigkeiten beseitigt werden kann. Landwirtschaftliche Abfallstoffe
bilden jedoch eine sehr viel festere Schwimmschlammschicht, durch die die Gärung
und damit Gasbildung stark beeinträchtigt wird. Mit Rücksicht auf die aus wirtschaftlichen
Gründen möglichst niedrigen Anlagekosten landwirtschaftlicher Faulgasanlagen und
mit Rücksicht darauf, daß man in
diesen Anlagen aus betriebswirtschaftlichen
Gründen mit möglichst wenig Flüssigkeit auskommen muß, ist bei diesen Anlagen die
Belastung des Faulraumes (Kilogramm täglich zugeführter organischer ?-Tasse je Kubikmeter
Faulraum) wesentlich höher zu wählen als bei den städtischen Faulgasanlagen. Durch
diese höhere Belastung wird die Bildung einer festen Schwimrrischlammschicht noch
mehr gefördert.
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Das Problem einer intensiven Bekämpfung der Schwimmschlammschicht,
um eine größtmögliche Belastung des Faulraumes zu erzielen, besteht also bei landwirtschaftlichen
Faulgasanlagen in besonderem 1Llaße. Die Methode, deren sich die Erfindung zur Lösung
dieserAufgabe bedient, kann gleichzeitig die Grundlage für eine neuartige und fortschrittliche
Beheizung des Faulrauminhaltes zur Einhaltung der optimalen Vergärungstemperatur
und zur Austragung der ausgefaulten Stoffe bilden.
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Während bei den städtischen Anlagen die Faulgasgewinnung aus wirklichen
Abfallstoffen im Vordergrund steht, stellen die auszufaulenden landwirtschaftlichen
Produkte Stoffe dar, die, bisher üblicherweise durch Kompostierung oder Stapelung,
zu Humusdünger umgewandelt werden müssen. Eine solche Umwandlung muß natürlich auch
erfolgen, wenn der Zersetzungsprozeß unter gleichzeitiger Gewinnung von Faulgas
durchgeführt wird. Bei einem solchen Verfahren werden dann sogar die bei der Kompostierung
oder Stapelung auftretenden großen Verluste ungeachtet der gleichzeitigen Gewinnung
von Methangas als Nebenprodukt wesentlich herabgesetzt. Allerdings ist es notwendig,
daß die anfallenden schlammartigen Dungstoffe in geeigneter Form möglichst verlustfrei
aus den Faulräumen ausgetragen und gewonnen werden. Auch hierfür bietet die Erfindung
besonders glückliche Möglichkeiten.
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Zur Beseitigung der Schwimmdecke eurden bisher verwendet i. Rührwerke
verschiedener Konstruktionen, 2. Umwälzung des Faulrauminhaltes, 3. feststehende
oder sich drehende Spüleinrichtungen.
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Die Wirkung dieser Einrichtungen ist jedoch im allgemeinen bei einer
dicken und festen Schwimmdecke wirkungsmäßig oder lokal begrenzt, so daß eine Zerstörung
der gesamten Schwimmdecke nicht möglich ist.
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Die vorliegende Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, die feste Schwimmdecke
unter allen Umständen vollständig zu zerstören. Sie geht dabei von der überlegung
aus, daß sich die Schwimmdecke durch aufsteigende feste Partikel bildet. Dadurch
ist bedingt, daß die Festigkeit der Schwimmschlammdecke von unten nach oben zunimmt.
Eine Auflösung der Schwimmdecke von oben her ist also schwieriger als von unten.
Unter Ausnutzung dieser Erkenntnis wird erfindungsgemäß die Schwimmdecke durch einen
drehbaren Spülstrom von unten her aufgelöst. Während dieses Vorganges wird der Spülstrom
zweckmäßig allmählich nach oben geführt, wodurch die restlose Auflösung der Schlammdecke
bewirkt wird. Dieses Verfahren kann mit Einrichtungen durchgeführt werden, wie sie
beispielsweise in Fig. 1 bis 3 veranschaulicht sind. Fig. 4 veranschaulicht
die Einbeziehung einer Heizung in das neue System. Fig. 5 zeigt das Prinzip der
Austragung des ausgefaulten Schlammes mit Hilfe Gier erfindungsgemäßen Einrichtung.
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Fig. i stellt eine Pumpe a in einem Faulraumbehälter dar, die von
unten her ansaugt und deren seitliche Austrittsöffnung b rotierend angeordnet ist,
indem sich die Pumpe z. B. um eine vertikale Achse z. B. in Form einer ihre Antriebswelle
umgebenden Hohlwelle, die an ihrem unteren Ende die Pumpe und an ihrem oberen Ende
den Pumpenmotor trägt, unter der Reaktion ihres Spülstrahles oder durch einen mechanischen
Antrieb dreht. Durch eine schematisch angedeutete Bremseinrichtung c außerhalb des
Faulraumes kann die Rotationsgeschwindigkeit dieser Hohlwelle beliebig geregelt
werden. Die Pumpe ist vertikal (Doppelpfeil d) bewegbar.
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Zur Zerstörung der Schwimmdecke muß die Pumpe zunächst dünnen Schlamm
ansaugen, da sie sich verstopfen könnte, wenn sie von festerem Schwimmschlamm umgeben
ist. In der tiefsten Stellung der Umwälzpumpe setzt sich deshalb die Ansaugöffnung
e auf ein vertikales Rohr f, das bis in den unteren Teil des Faulraumes
geführt ist. Bei der Bekämpfung der Schwimmdecke von unten her wird also, zunächst
dünne Schlammflüssigkeit vom Boden angesaugt und in Form eines kräftigen Spülstrahles
bzw. Flüssigkeitstromes gegen die Unterseite der Schwimmdecke gepumpt. Diese wird
dadurch allmählich aufgelöst. Ist der untere Teil der Schwimmdecke zerstört, wird
die Umwälzpumpe unter fortgesetzter Rotation allmählich vertikal gehoben. In den
höheren Lagen kann die Pumpe dann auch bereits aus dem aufgelockerten Bereich der
Schwimmschlammdecke ansaugen, wodurch in wünschenswerter Weise die Zerkleinerung
und Durchmischung der auszufaulenden Stoffe und damit die Gasbildung gefördert wird.
Durch die Tätigkeit der Pumpe wird gleichzeitig eine kräftige Umwälzung des Faulrauminhaltes
bewirkt. Natürlich kann das Rohr fauch in der Höhenlage verstellbar oder überhaupt
fest oder auch nach Wunsch lösbar mit der Saugöffnung der Pumpe a verbunden sein.
Die Ansaugung erfolgt dann in allen Lagen der Pumpe aus einem tieferen Bereich,
in ihrer obersten Stellung z. B. etwa aus der Mitte des Faulraumbehälters und in
ihrer untersten Stellung aus der Bodenschicht. Das Saugrohr macht in diesem Fall
die Ab- und Aufwärtsbewegung der Pumpe mit und kann dabei in geeigneter Weise geführt
werden.
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Fig. 2 stellt einen Spülkopf g dar, der ebenfalls vertikal bewegbar
und gleichzeitig um 36o° drehbar ist. Die Spülflüssigkeit wird durch eine außerhalb>
des Faulraumes befindliche Pumpe P dem Spülkopf zugeführt. Diese Pumpe saugt Faulraumflüssigkeit
nach Wahl aus dem mittleren oder unteren Bereich des Faulraumbehälters durch die
Rohre R2 bzw. Ri ab. Die Pumpe kann gleichzeitig auch weitere Arbeitsgänge, beispielsweise
die weiter unten beschriebene Austragung des ausgefaulten Schlammes, besorgen.
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Die Drehung des Spülkopfes g wird durch eine Welle lt durch Hand-
oder -Motorbetrieb bewirkt.
Die Hub- und Senkbewegung des Spülkopfes
g wird durch ein Rohr z 'bewirkt, durch welches die Welle li hindurchgeführt ist.
Das Rohr i ist beispielsweise mit Hilfe eines Flaschenzuges in Richtung des Doppelpfeiles
k vertikal bewegbar und durch eine Stopfbuchse l in der Gashaube
in abgedichtet. Zur sicheren Führung des Spülkopfes dient eine Führungsstange
ii unterhalb des Spülkopfes, die durch einen Bügel o mit dem Rohr i verbunden und
in einem Gestell p im unteren Teil des Faulraumbehälters geführt ist. Der Spülkopf
g ist an einem mit der Pumpe verbundenen und in den Faulraumbehälter eingeführten
Rohrstutzen r durch einen biegsamen Schlauch il angeschlossen.
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Der Spülkopf kann auch erfindungsgemäß nach Fig. 3 ausgebildet werden.
Ih diesen Fällen kann das Zuleitungsrohrs zum Spülkopf starr ausgebildet werden.
Dieses Zuführungsrohr ist von unten in den Faulraum eingeführt. Der Spülkopf g sitzt
am oberen Ende eines Rohres t, dessen Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser
des Zuleitungsrohres .s. Das lZohr t ist teleskopartig über das Zuleitungsrohr s
geschoben und an seinem unteren Ende durch eine Dichtung u gegen dieses abgedichtet.
Zur Einstellung der Höhenlage des Spülkopfes g im Faulraumbehälter dient eine Stange
v, die am oberen Ende des Spülkopfes g befestigt ist und gleichzeitig; die gewünschte
Drehbewegung auf den Spülkopf übertragen kann. Die Stange v ist wieder durch eine
Dichtung l durch die Gashaube tit hindurchgeführt. Die Verbindung des Spülkopfes
mit der Pumpe P ist die gleiche wie in Fig. 2.
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Bei nicht sehr starker Schwimmdecke sind die Einrichtungen gemäß Fig.
i bis 3 auch geeignet, eine Auflösung der Schwimmclecke aus der Mitte oder von oben
her zu bewirken. Wesentlich ist in jedem Fall eine reichliche Dimensionierung der
Pumpe und der Ouerschnitte des Spülkopfes und der Verbindungsleitungen, da der erzeugte
Spülstrom sehr stark sein muß und auch durch grobe Teilchen keine Verstopfungen
eintreten dürfen.
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Erfindungsgemäß bieten diese Mittel dann gleichzeitig die -Möglichkeit,
den Faulrauminhalt auf optimale Gärtemperaturen (etwa 30° C) zu erhitzen lizw. auf
dieser Temperatur zu halten und später den ausgefaulten Schlamm zur Humusgewinnung
auszutragen.
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Die Erw<irtnung des Faulrauminhaltes wird, auch unabhängig von
der Verhinderung oder Auflösung einer -'-;c'liw-iinmsclilaninidecke, nach Fig.4
dadurch bewirkt, daß die durch die Saugleitung zu von der Pumpe 1' abgesaugte Faulraumfliissigkeit
in einer geeigneten Leitung, beispielsweise einer Rohrschlange x durch einen Erhitzer
hindurchgeführt wird. Dieser besteht z. B. aus einem Behälter y, der beheizt werden
kann und der mit einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, gefüllt ist, in der die von der
Faulraumfliissigkeit durchströmte Rohrschlange x eingebettet ist. Der Wasserinhalt
des Behälters y wird beispielsweise von einem normalen Warmwasserkessel w beheizt.
Natürlich kann die Beheizung der Rohrschlange x auch auf andere Weise erfolgen,
beispielsweise durch Feuergase, eine elektrische Widerstandsheizung od. dgl. Durch
die große Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Heizschlange x werden
Verkrustungen vermieden, die den Wärmeübergang an den Heizflächen erschweren.
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Natürlich können neben oder an Stelle dieser Beheizung auch andere
Mittel zur Erhitzung des Faulrauminhaltes Verwendung finden.
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Auch die Ausbringung des Faulschlammes stellt bei den bisherigen Anlagen
ein Problem dar, welches mit Hilfe der Erfindung mühelos gelöst werden kann. Es
genügt nämlich, den Spülkopf mit Hilfe der gleichen Pumpeneinrichtung zu einem Saugkopf
zu machen, um in der Lage zu sein, aus jeder Zone des Faulraumes, die für den Spülkopf
erreichbar ist, den Schlamm absaugen zu können. Bei der Ausführungsform nach Fig.
i genügt es sogar, die Pumpe so zu lagern, daß sie mit ihrer Förderöffnung 6 vor
die Öffnung einer Austragleitung A gebracht werden kann, so daß der von der Pumpe
angesaugte Schlamm direkt durch die Austragleitung A nach außen gefördert wird.
Es können mehrere Austragrohre A, Al, A2 in verschiedenen Höhen angeordnet sein,
so daß Schlamm von verschiedener Konsistenz aus verschiedenen Zonen des Faulraumes
nach außen befördert werden kann. In der untersten Stellung der Pumpe a wird der
Bodenschlamm durch das Rohr f angesaugt und durch A2 ausgebracht. Bei den Ausführungsformen
gemäß Fig. 2 und 3 erfolgt die Entfernungdes Bodenschlammes durch die Rohre R1.
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Die weitere zweckmäßige Behandlung des aus dem Faulraumbehälter durch
die Leitungen A, Al oder A2 (Fig. i) bzw. die Leitung r (Fig. 2) bzw. s (Fig. 3)
= oder endlich R1 abgesaugten Schlammes veranschaulicht Fig. 5. Es ist hier die
Ausführung eines Faulraumes mit einem Spülkopf nach Fig. 3 zugrunde gelegt. Der
von der Pumpe P angesaugte Schlamm wird zu einer oberhalb des Faulraumbehälters
angeordneten Schlammpresse S gefördert. Diese besteht beispielsweise aus einer in
einem luftdichten Gehäuse B angeordneten Druckschnecke C mit Siebmantel D und Flüssigkeitsrücklauf
E. Das abgepreßte Schlammwasser läuft durch den Rücklauf F_ in den Faulraum zurück,
so daß auch die in ihm enthaltenen Methanbakterien zurückgewonnen werden. Der Schlamm
wird bis zu einer befriedigenden Konsistenz ausgepreßt und dann durch Leitungen
F unter Luftausschluß z. B. in Güllebehältern gesammelt, aus denen er dann direkt
aufs Feld gebracht werden kann. Infolge des völligen Luftabschlusses der ganzen
Anlage werden Ammoniakverluste vermieden. Natürlich kann der abgepreßte Schlamm
auch mit weiteren Zusatzstoffen zu Kompost verarbeitet werden. Bei größeren Faulräumen
können auch erfindungsgemäß mehrere der Einrichtungen gemäß Fig. i bis 3 eingebaut
werden.