WO2001036584A2 - Vorrichtung und verfahren zum gären organischer substanzen - Google Patents

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WO2001036584A2
WO2001036584A2 PCT/EP2000/011366 EP0011366W WO0136584A2 WO 2001036584 A2 WO2001036584 A2 WO 2001036584A2 EP 0011366 W EP0011366 W EP 0011366W WO 0136584 A2 WO0136584 A2 WO 0136584A2
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    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for fermenting organic substances.
  • the device known from DE 197 56 485 A1 has a fermentation chamber which takes up the organic substances up to a filling level and a mixing device in the form of an agitator.
  • the agitator sucks the organic substances from a region close to the fill level via a stirring tube or a stirring shaft and in this way ensures that the substances to be fermented or rotten are thoroughly mixed.
  • DE 32 26 698 A1 and EP 0 374 708 A1 show a device for generating biogas with a longitudinal axis lying horizontally, the reaction drum being rotatably supported about a horizontal axis and being driven by an electric motor.
  • BESTATIGUNGSKOPIE Reaction drum is arranged a fixed screw conveyor, which has circular openings for the axial passage of substrate and biogas near its axis coinciding with the longitudinal axis of the device.
  • DE 32 39 304 A1 shows a biogas reactor which is cylindrical with a horizontally aligned longitudinal axis and which has a stirrer provided with tines for mixing the slurry introduced into the biogas reactor.
  • DE 33 09 356 A1 shows a process for the production of biogas and a device for carrying out this process, in which a stirrer is provided in a cylindrical reactor with a horizontal longitudinal axis, which has a scoop device in the form of a hollow body on its impellers, which is in the form of a hollow body Streaking through the gas space fills with gas and, when subsequently immersed in the liquid space, allows the gas to escape in the liquid space.
  • the longitudinal axis of the reactor coincides with the axis of rotation of the agitator.
  • DE 37 37 870 A1 shows a method and a device for producing biogas with a cylindrical fermentation chamber with a vertically oriented longitudinal axis, in which two mixing bodies made of concrete, which are axially vertically movable parallel to the container axis, are provided for mixing the organic substances and are located within the liquid and are movable from.
  • DE 30 27 085 A1 shows a horizontally arranged cylindrical biogas reactor with a heating device provided for maintaining the reaction temperature, which comprises a heat accumulator, into which heat contained in the material to be discharged can be coupled by means of a heat exchanger.
  • DE 44 16 521 A1 shows a cylindrical fermenter with a horizontally oriented longitudinal axis and an agitator that can be rotated about the horizontal longitudinal axis.
  • the agitator is used to scoop up sedimented solids from the bottom of the reactor chamber so that they can be transported further in the graft stream of the reactor and do not lead to blockages.
  • DE 196 1 7 734 C1 shows a method and a device for producing a fermentable mixture of biological wastes, which are sieved, crushed, separated from stone and metallic wastes and then fed to a fermentation tank as a suspension.
  • WO 94/21 565 shows a device for the continuous cooking of organic substances in a cylindrical reactor with a horizontally running longitudinal axis and one arranged in the reactor
  • Rotation device whose axis of rotation coincides with the longitudinal axis of the reactor.
  • the rotating device divides the reactor space into at least three sections, each section being delimited by two plates of the rotating device lying opposite one another.
  • DE 36 44 1 20 A1 shows an electric mixer for flowing around and homogenizing liquid manure and other liquids.
  • the associated electric motor can be highlighted from the liquid to be circulated, in particular for maintenance and repair work, by means of a supporting crane attached to the slurry tank.
  • the electric mixer and in particular the mixer propeller are arranged near the bottom of the slurry tank to circulate the slurry and in particular to mix up the layer that settles on the floor.
  • the invention is based on the problem of providing an apparatus and a method for fermenting organic substances which overcome the disadvantages of the prior art.
  • the gas separation should be increased and the fermentation process should be accelerated.
  • the device should be simple and inexpensive and the method should be simple and reliable, in particular, it should be possible to automate it.
  • the fact that the mixing means of the mixing device can be moved at least partially beyond the fill level out of the organic substances and then at least partially immersed again in the organic substances means that a floating or covering layer is torn open, destroyed and / or dissolved reliably and sustainably.
  • the cover layer is torn open, the fermentation gases that form can escape from the substances unhindered. It is also through the mixing device improves the mixing of the substances and thus increases the gas separation activity.
  • the mixing means preferably only protrude beyond the fill level to such an extent that they subsequently tear open or destroy the covering layer to a sufficient extent when immersed in the organic substances.
  • the mixing means are arranged on a shaft and can be driven to rotate about an axis.
  • the shaft is oriented essentially horizontally, preferably encloses a substantially right angle with the longitudinal axis of the digester, and is preferably arranged below the fill level, but above half the height of the fermentation chamber and in particular near the fill level. In this case, the wave runs in the fermentation chamber filled with organic substances. If several mixing means are arranged on a shaft, these are preferably distributed and aligned in such a way that the rotation is brought about approximately the same resistance by the organic substances or the top layer to be destroyed in each position of the shaft.
  • one or more of the mixing agents are in full engagement with the organic substances or the top layer, and a substantially constant part of the mixing agents protrudes beyond the fill level.
  • the axis is preferably driven from outside the device, either directly via a drive shaft passing through the wall of the device or indirectly via a gear device which is at least partially outside the organic substances and can be driven from outside the device. If a plurality of mixing means are preferably arranged equidistantly one behind the other in a helix along the axis, this results in an almost uniform loading of the drive of the mixing device in a simple manner.
  • the organic substances are set into a rotating / stirring movement during operation of the mixing device, and in particular are set into movement parallel to the axis, as a result of which the mixing of the substances is further improved.
  • An arrangement of the mixing means preferably equidistantly one behind the other, alternating diametrically to the axis is possible.
  • the position of the mixing device is at different fill levels and / or thicknesses of the formed
  • Customizable top layer This further improves the resolution of the cover layer.
  • the adjustability can in particular be easily achieved if the drive shaft can be driven, for example via a gearwheel, belt or chain drive, by a transmission device arranged at least partially within the device, or if the drive shaft is arranged above the fill level.
  • the height can be adjusted using a cable or chain hoist.
  • the bearings of the drive shaft can be vertically displaceable in guide rails for this purpose.
  • the drive shaft can also be horizontally displaceable in parallel or pivotable and pivotable vertically.
  • the mixing means can take the form of a
  • the device can also have a plurality of mixing devices, in particular a plurality of axes or drive shafts, which are arranged next to one another and preferably parallel to one another.
  • the multiple mixing devices can be driven individually or jointly by one or more drive devices.
  • the individual mixing devices can, in particular, be constructed identically with regard to their mixing agents and, for example, differ only in their axial extension, or in particular can be designed differently with regard to their mixing agents, in particular the middle mixing device can be equipped with larger-area mixing agents than the mixing devices near the edge.
  • the mixing device can not only be put into operation according to the empirical values obtained, but can always be automatically switched on, for example, by a control device when the top layer reaches a critical thickness. In a corresponding manner, the mixing device can be switched off on the basis of the measurement result as soon as the covering layer has dissolved to a sufficient extent.
  • float-based electromechanical devices in which, for example, the distance between a first float, which floats on the surface of the organic substances, and a second float, which floats on the surface of the cover layer, can be determined
  • other available measurement methods are also suitable for measuring the layer thickness , for example based on ultrasound, optical or magnetic measuring methods.
  • the gaseous energy carrier produced during fermentation can be collected.
  • This can be temporarily stored in a gas store or can be fed directly to a device for converting into electrical and / or thermal energy. In this way, the device can be operated autonomously in terms of energy and any excess gas can be made available to other consumers.
  • the invention is also achieved by a method for fermenting organic substances in a device according to the invention, in which the mixing device is operated at least when a cover layer which has prevented the rise of gas bubbles has formed on the surface of the organic substances in the fermentation chamber. Because the gas bubbles cannot rise freely, the fermentation or digestion process is also hindered or inhibited.
  • the obstruction of the gas rise and thus the time required to operate the mixing device can be determined in different ways, for example on the basis of experience gained, possibly taking into account the process conditions such as temperature and / or type and composition of the organic substances filled in, measurement of the gas separation, measurement of the temperature profile or measurement of the thickness of the covering layer which forms.
  • the mixing device can be operated at predeterminable regular time intervals which are essentially dependent on the process conditions.
  • Fig. 1 shows a side view of a device according to the invention in
  • FIG. 2 shows a plan view of a second embodiment of the invention.
  • the device forms a fermentation or digester 1 with a fermentation chamber 2 which receives the organic substances up to a fill level 2a, and a mixing device which has drivable mixing means 3a to 3g.
  • the mixing means 3a to 3g can be moved at least partially beyond the fill level 2a out of the organic substances and then again at least partially immersed in the organic substances.
  • the mixing means 3a to 3g can be driven in rotation about an axis by means of a shaft 4, the shaft 4 being oriented essentially horizontally and being arranged below the fill level 2a.
  • the shaft 4 is preferably also arranged below the lower edge of the cover layer 15 floating on the surface of the organic substances.
  • the shaft 4 is mounted near the edge of the circular cylindrical digester 1 and passes through the wall of the digester 1 on one side and can be driven from the outside via a pulley 4a.
  • Mixing agent 3a to 3g arranged in a helix. In the circumferential direction of rotation, the mixing means 3a to 3g are each offset by 60 °. In the position shown, the outer mixing means 3a, 3g project with a part of their area beyond the fill level 2a.
  • the intermediate mixing means 3c to 3e are in the position shown in the area of organic substances, which essentially consist of an aqueous suspension of faeces and / or agricultural waste products such as hay or straw.
  • the mixing means 3a to 3g each have the shape of a paddle blade, the surface of which is essentially flat and is aligned parallel to the shaft 4.
  • An ultrasonic layer thickness measuring device 14 for determining the thickness 15 a of the cover layer 15 is arranged in the gas space 20 above the fermentation chamber 2.
  • the wall delimiting the fermentation chamber 2 has a heating device 5a, thermal insulation 5b and a cladding 11 which essentially provides the load-bearing capacity.
  • About a filler neck 7 are fresh organic substances can be added to the fermentation room.
  • the drain 8 has an integrated emergency drain.
  • the digester 1 is emptied via the lockable connection 9.
  • the fermentation chamber is accessible from the outside via a manhole 10.
  • An agitator 22 is located in an essentially horizontal section of an agitator tube 12 which is also arranged essentially vertically and which is arranged on the edge of the fermentation chamber 2.
  • the agitator 22 can be driven by means of the agitator shaft 23 from outside the digester 1, for example by means of the electric motor 13 or by means of a drive shaft of an internal combustion engine, for example a tractor, which can be connected via the connecting coupling 24.
  • the digester 1 furthermore has a gas space 20, which is formed in particular by a gas hood integrated in the digester 1 and having an inflatable casing 21, and in which a gaseous energy carrier which arises during the digestion of the organic substances can be caught.
  • An attachment which has a cover 6 protecting the envelope 21 from the weather, is detachably attached to the wall.
  • the digester 1 also has a connection 16 for gas extraction and a gas content display 17.
  • a temperature measuring device 18 for measuring the temperature of the organic substances is provided on the side of the wall facing the fermentation chamber 2.
  • An overpressure and underpressure protection device 19 protects the digester 1 and in particular the casing 21 from mechanical overstressing.
  • the digester 101 has a plurality of mixing devices, in particular a plurality of drive shafts 104 to 504, which are arranged next to one another and parallel to one another.
  • the mixing means of the first edge-side mixing device is through a half turn formed around the shaft 104 web 103, the ends of which are each aligned parallel to the axis of the shaft 104.
  • a first intermediate shaft 204 arranged in a first intermediate space carries paddle-blade-shaped mixing means 203 which are arranged diametrically alternately one behind the other along the shaft 204.
  • the mixing means 303 are designed in a corresponding manner and arranged on the central shaft 304.
  • the mixing means 203, 303 are arranged at mutually opposite locations along the shafts 204, 304.
  • the cover layer 15 can be torn into more or less large individual pieces and these individual pieces together with the organic substances are set in motion as an alternative or in addition to the rotary / stirring movement caused by the agitator 22.
  • the mixing means 403 of the second intermediate shaft 404 arranged in a second intermediate space each have the shape of an inclined propeller blade. They are arranged axially at intermediate positions with respect to the mixing means 303 of the adjacent central shaft 304. With a corresponding angular position of the shafts 304 and 404 and with matching rotational speeds, the radial length of the mixing means 303, 403 can thus be selected to be greater than half the distance between the shafts 304, 404.
  • the mixing means 503 of the second edge-side shaft 504 are designed as web sections, which are arranged along a helix line that extends over an angular range of 180 °.
  • Each drive shaft 104 to 504 has a pulley 104a to 504a at its end located outside the fermentation chamber 102, by means of which it can be driven.
  • the drive can take place via a drive belt which is guided jointly over all pulleys 104a to 504a or individually via individual drive belts or a single drive belt which can optionally be guided over one or more of the belt pulleys 104a to 504a.
  • the drive belt other drive means can be used, for example a gear or chain drive or a direct drive, preferably by means of an electric motor. In particular, it is also possible to provide an electric motor individually for each drive shaft 104 to 504.

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Abstract

Vorrichtung zum Gären organischer Substanzen, insbesondere Gär-oder Faulbehälter (1; 101), mit einem die organischen Substanzen bis zu einem Füllstand (2a) aufnehmenden Gärraum (2; 102), der eine im wesentlichen vertikal ausgerichtete Längsachse aufweist, und einer Mischeinrichtung, die antreibbare Mischmittel (3a bis 3g; 103; 203; 303; 403; 503) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischmittel (3a bis 3g; 103; 203; 303; 403; 503) mindestens teilweise über den Füllstand (2a) hinausragend aus den organischen Substanzen heraus bewegbar sind und anschließend wieder mindestens teilweise in die organischen Substanzen eintauchend bewegbar sind, so daß eine sich nahe oder an der Oberfläche vorhandene Schwimm- oder Deckschicht aufreißbar ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Gären organischer Substanzen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Gären organischer Substanzen.
Die aus der DE 197 56 485 A1 bekannte Vorrichtung weist einen die organischen Substanzen bis zu einem Füllstand aufnehmenden Gärraum und eine Mischeinrichtung in Form eines Rührwerks auf. Das Rührwerk saugt über ein Rührrohr oder einen Rührschacht die organischen Substanzen aus einem Bereich nahe des Füllstandes ab und sorgt auf diese Weise für eine gute Durchmischung der zu vergärenden bzw. faulenden Substanzen.
Insbesondere beim Einsatz landwirtschaftlicher Produkte und Abfallprodukte, beispielsweise Stroh oder Heu, bilden sich an der Oberfläche der organischen Substanzen verhältnismäßig dicke und zähe Schwimm- und Deckschichten aus. Diese behindern das Aufsteigen und Austreten von Faulgas und damit den Gär- bzw. Faulprozeß.
Die DE 32 26 698 A1 und die EP 0 374 708 A1 zeigen eine Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas mit einer in der Horizontalen liegenden Längsachse, wobei die Reaktionstrommel um eine waagrechte Achse drehbar gelagert und von einem Elektromotor angetrieben ist. In der
BESTATIGUNGSKOPIE Reaktionstrommel ist eine feststehende Förderschnecke angeordnet, die nahe ihrer mit der Längsachse der Vorrichtung zusammenfal lenden Achse kreisförmige Durchbrüche für den axialen Durchtritt von Substrat und Biogas aufweist.
Die DE 32 39 304 A1 zeigt einen mit horizontal ausgerichteter Längsachse zylindrischen Biogasreaktor, der ein mit Zinken versehenes Rührwerk zur Durchmischung der in den Biogasreaktor eingebrachten Gülle aufweist.
Die DE 33 09 356 A1 zeigt ein Verfahren zur Gewinnung von Biogas und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bei der in einem zylindrischen Reaktor mit horizontaler Längsachse ein Rührwerk vorgesehen ist, das an seinen Rührflügeln eine Schöpfvorrichtung in Form eines Hohlkörpers aufweist, der sich beim Durchstreichen des Gasraumes mit Gas füllt und beim anschließenden Eintauchen in den Flüssigkeitsraum das Gas in dem Flüssigkeitsraum entweichen lässt. Dadurch soll das bereits aufgestiegene Biogas dem Reaktionsgut wieder zugeführt werden. Die Längsachse des Reaktors fällt mit der Drehachse des Rührwerks zusammen.
Die DE 37 37 870 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Biogas mit einem zylindrischen Gärraum mit vertikal ausgerichteter Längsachse, in dem zur Durchmischung der organischen Substanzen zwei parallel zur Behälterachse axial vertikal bewegbare Mischkörper aus Beton vorgesehen sind, die innerhalb der Flüssigkeit auf und ab bewegbar sind.
Die DE 295 20 618 U 1 zeigt einen Fermenter mit einem liegenden Tank, der ein Fördersystem aufweist, das im Bereich des Bodens des Tanks eine von einem Auslaß weggerichtete gegenläufige Förderbewegung verursacht, so daß auf den Boden abgesunkene Reststoffe von dem Auslaß in einen vom Auslaß entfernten Teil des Fermenterraums rückgefördert werden.
Die DE 30 27 085 A1 zeigt einen liegend angeordneten zylindrischen Biogasreaktor mit einer zur Aufrechterhaltung der Reaktionstemperatur vorgesehenen Heizeinrichtung, die einen Wärmespeicher umfasst, in den mittels eines Wärmetauschers in dem auszutragenden Gut enthaltene Wärme einkoppelbar ist.
Die DE 44 16 521 A1 zeigt einen zylindrischen Fermenter mit horizontal ausgerichteter Längsachse und einem um die horizontale Längsachse drehbaren Rührwerk. Das Rührwerk dient dazu, sedimentierte Feststoffe vom Boden des Reaktorraums aufzuschaufeln, damit diese im Pfropfstrom des Reaktors weiter transportiert werden können und nicht zu Verstopfungen führen.
Die DE 196 1 7 734 C1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines gärfähigen Gemisches aus biologischen Abfällen, die gesiebt, zerkleinert, von steinernen und metallischen Abfällen getrennt und anschließend als Suspension einem Gärbehälter zugeführt werden.
Die WO 94/21 565 zeigt eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Kochen von organischen Substanzen in einem zylindrischen Reaktor mit horizontal verlaufender Längsachse und einer in dem Reaktor angeordneten
Rotationseinrichtung, deren Rotationsachse mit der Längsachse des Reaktors zusammenfällt. Die Rotationseinrichtung teilt den Reaktorraum in mindestens drei Abschnitte, wobei jeder Abschnitt durch zwei einander gegenüberliegenden Platten der Rotationseinrichtung begrenzt ist. Die DE 36 44 1 20 A1 zeigt einen Elektromixer zum Umströmen und Homogenisieren von Gülle und anderen Flüssigkeiten. Der zugehörige Elektromotor kann aus der umzuwälzenden Flüssigkeit insbesondere zu Wartungs- und Reparaturarbeiten mittels eines an dem Güllebecken angebrachten Tragkranes hervorgehoben werden. Im Betrieb ist der Elektromixer und insbesondere der Mixerpropeller nahe dem Boden des Güllebeckens angeordnet zum Umwälzen der Gülle und insbesondere zum Aufmischen der sich am Boden absetzenden Schicht.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Gären organischer Substanzen bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwinden. Insbesondere soll die Gasabscheidung erhöht sein und der Gärprozeß beschleunigt werden. Die Vorrichtung soll dabei einfach und kostengünstig aufgebaut sein und das Verfahren einfach und zuverlässig sein, insbesondere bei Bedarf automatisierbar sein.
Das Problem ist durch die im Anspruch 1 bestimmte Vorrichtung und durch das im nebengeordneten Anspruch bestimmte Verfahren gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.
Dadurch, daß die Mischmittel der Mischeinrichtung mindestens teilweise über den Füllstand hinausragend aus den organischen Substanzen heraus und anschließend wieder mindestens teilweise in die organischen Substanzen eintauchend bewegbar sind, wird eine Schwimm- bzw. Deckschicht zuverlässig und nachhaltig aufgerissen, zerstört und/oder aufgelöst. Durch das Aufreißen der Deckschicht können die sich bildenden Faulgase ungehindert aus den Substanzen austreten. Außerdem ist durch die Mischeinrichtung die Durchmischung der Substanzen verbessert und damit die Gasabscheideaktivität erhöht. Die Mischmittel ragen vorzugsweise nur soweit über den Füllstand hinaus, daß sie beim anschließenden Eintauchen in die organischen Substanzen die Deckschicht in ausreichendem Maße aufreißen bzw. zerstören.
Die Mischmittel sind auf einer Welle angeordnet und um eine Achse rotierend antreibbar. Die Welle ist im wesentlichen horizontal ausgerichtet, schließt mit der Längsachse des Faulbehälters vorzugsweise im wesentlichen einen rechten Winkel ein, und ist vorzugsweise unterhalb des Füllstandes, aber oberhalb der halben Höhe des Gärraumes und insbesondere nahe dem Füllstand angeordnet. Die Welle verläuft in diesem Fall in dem mit organischen Substanzen angefüllten Gärraum. Sofern an einer Welle mehrere Mischmittel angeordnet sind, sind diese vorzugsweise so verteilt und ausgerichtet, daß der Rotation in jeder Stellung der Welle annähernd der gleiche Widerstand von den organischen Substanzen bzw. der zu zerstörenden Deckschicht entgegengebracht wird. Insbesondere befinden sich in diesem Fall jeweils eine oder mehrere der Mischmittel in vollständigem Eingriff mit den organischen Substanzen bzw. der Deckschicht und ein im wesentlichen gleichbleibender Teil der Mischmittel ragt über den Füllstand hinaus. Der Antrieb der Achse erfolgt vorzugsweise von außerhalb der Vorrichtung, entweder unmittelbar über eine durch die Vorrichtungswand hindurchtretende Antriebswelle oder mittelbar über eine mindestens zum Teil außerhalb der organischen Substanzen angeordneten und von außerhalb der Vorrichtung antreibbaren Getriebeeinrichtung. Sofern mehrere Mischmittel entlang der Achse vorzugsweise äquidistant hintereinander in einer Schraubenlinie angeordnet sind, ergibt sich in einfacher Weise eine nahezu gleichmäßige Belastung des Antriebs der Mischeinrichtung. Darüber hinaus können bei einer derartigen Anordnung die organischen Substanzen beim Betrieb der Mischeinrichtung in eine Dreh-/Rührbewegung versetzt werden, und insbesondere auch parallel zur Achse in Bewegung versetzt werden, wodurch die Durchmischung der Substanzen weiter verbessert ist. Auch eine Anordnung der Mischmittel vorzugsweise äquidistant hintereinander alternierend diametral zur Achse ist möglich.
Wenn die Mischmittel und die Welle in ihrer Höhe in Bezug auf den Füllstand einstellbar ist, ist die Position der Mischeinrichtung an unterschiedliche Füllstände und/oder Dicken der sich gebildeten
Deckschicht anpaßbar. Dadurch ist die Auflösung der Deckschicht weiter verbessert. Die Einstellbarkeit kann insbesondere dann einfach realisiert werden, wenn die Antriebswelle beispielsweise über einen Zahnrad-, Riemen- oder Kettenantrieb von einem zumindest teilweise innerhalb der Vorrichtung angeordneten Getriebeeinrichtung antreibbar ist oder wenn die Antriebswelle oberhalb des Füllstandes angeordnet ist. Die Höheneinstellung kann mittels eines Seil- oder Kettenzuges erfolgen. Die Lager der Antriebswelle können zu diesem Zweck in Führungsschienen vertikal verschiebbar sein. Alternativ oder ergänzend zur vertikalen Einstellbarkeit kann die Antriebswelle auch horizontal parallel verschiebbar oder schwenkbar und vertikal schwenkbar sein.
Dadurch, daß die Mischwinkel flächig ausgebildet sind, ist deren Effektivität bei der Auflösung der Deckschicht und bei der Durchmischung der Substanzen erhöht. Die Mischmittel können dabei die Form eines
Paddelblatts aufweisen, wobei die von dem Paddelblatt ausgebildete Fläche im wesentlichen eben ist und parallel zu der Achse ausgerichtet ist. Beim Eintauchen derartiger Mischmittel werden verhältnismäßig großflächige Stücke der Deckschicht in die flüssigen organischen Substanzen hineingedrückt und damit entsprechend große Löcher in die Deckschicht gerissen. Bei der Ausgestaltung der Mischmittel in Form eines schräg gestellten Propellerblatts, bei dem die von dem Propellerblatt ausgebildete Fläche mindestens zum Teil mit der Achse einen spitzen Winkel einschließt, werden die organischen Substanzen bzw. die Deckschicht beim Eintauchen des Propellerblatts auch parallel zur Achse in Bewegung gesetzt. Außerdem ist bei derartigen Mischmitteln die Belastung des Antriebssystems der Mischeinrichtung gleichförmiger, insbesondere treten geringere Lastwechsel beim Eintauchen und Austreten der Mischmittel in bzw. aus den organischen Substanzen auf.
Beispielsweise über die Oberfläche verteilt kann die Vorrichtung auch mehrere Mischeinrichtungen mit insbesondere mehreren Achsen bzw. Antriebswellen aufweisen, die nebeneinander und vorzugsweise parallel zueinander angeordnet sind. Die mehreren Mischeinrichtungen können einzeln oder gemeinsam von einer oder mehreren Antriebseinrichtungen antreibbar sein. Die einzelnen Mischeinrichtungen können insbesondere hinsichtlich ihrer Mischmittel identisch aufgebaut sein und sich beispielsweise lediglich in ihrer axialen Erstreckung unterscheiden, oder insbesondere hinsichtlich ihrer Mischmittel unterschiedlich aufgebaut sein, insbesondere kann die mittlere Mischeinrichtung mit großflächigeren Mischmitteln ausgestattet sein als die randnahen Mischeinrichtungen.
Wenn die Vorrichtung weiterhin eine Schichtdickenmeßeinrichtung aufweist, zur Bestimmung der Dicke einer an der Oberfläche der organischen Substanzen schwimmenden Deckschicht, kann die Mischeinrichtung nicht nur entsprechend gewonnenen Erfahrungswerten in Betrieb genommen werden, sondern immer dann beispielsweise von einer Steuereinrichtung automatisch eingeschaltet werden, wenn die Deckschicht eine kritische Dicke erreicht. In entsprechender Weise ist die Mischeinrichtung aufgrund des Meßergebnisses ausschaltbar, sobald die Deckschicht in ausreichendem Maße aufgelöst ist. Zur Schichtdickenmessung eignen sich neben schwimmerbasierten elektromechanischen Geräten, bei denen beispielsweise der Abstand zwischen einem ersten Schwimmer, der an der Oberfläche der organischen Substanzen schwimmt, und einem zweiten Schwimmer, der an der Oberfläche der Deckschicht schwimmt, bestimmbar ist, auch andere zur Verfügung stehende Meßverfahren, beispielsweise beruhend auf Ultraschall-, optischen oder magnetischen Meßverfahren.
Mit einem Gasraum, der insbesondere durch eine in die Vorrichtung integrierte und eine aufblähbare Hülle aufweisende Gashaube gebildet ist, kann der beim Gären entstehende gasförmige Energieträger aufgefangen werden. Dieser kann in einem Gaslager zwischengespeichert werden oder unmittelbar einer Einrichtung zum Wandeln in elektrische und/oder thermische Energie zugeführt werden. Auf diese Weise kann die Vorrichtung energetisch autark betrieben werden und eventuell überschüssiges Gas kann weiteren Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden.
Die Erfindung ist auch durch ein Verfahren zum Gären organischer Substanzen in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gelöst, bei dem die Mischeinrichtung mindestens dann betrieben wird, wenn sich an der Oberfläche der organischen Substanzen im Gärraum eine den Aufstieg von Gasblasen behinderte Deckschicht gebildet hat. Dadurch, daß die Gasblasen nicht frei aufsteigen können, ist auch der Gär- bzw. Faulprozeß behindert oder gehemmt. Die Behinderung des Gasaufstiegs und damit der erforderliche Zeitpunkt zum Betreiben der Mischeinrichtung kann auf unterschiedliche Weise ermittelt werden, beispielsweise aufgrund gewonnener Erfahrungswerte, gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Prozeßbedingungen wie beispielsweise Temperatur und/oder Art und Zusammensetzung der eingefüllten organischen Substanzen, Messung der Gasabscheidung, Messung des Temperaturverlaufs oder Messung der Dicke der sich bildenden Deckschicht. Darüber hinaus kann die Mischeinrichtung in vorgebbaren regelmäßigen Zeitabständen betrieben werden, die im wesentlichen von den Prozeßbedingungen abhängig sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im
Querschnitt, und Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Im dargestellten Beispiel bildet die Vorrichtung einen Gär- bzw. Faulbehälter 1 mit einem die organischen Substanzen bis zu einem Füllstand 2a aufnehmenden Gärraum 2, und einer Mischeinrichtung, die antreibbare Mischmittel 3a bis 3g aufweist. Die Mischmittel 3a bis 3g sind mindestens teilweise über den Füllstand 2a hinausragend aus dem organischen Substanzen heraus und anschließend wieder mindestens teilweise in die organischen Substanzen eintauchend bewegbar. Die Mischmittel 3a bis 3g sind um eine Achse mittels einer Welle 4 rotierend antreibbar, wobei die Welle 4 im wesentlichen horizontal ausgerichtet und unterhalb des Füllstandes 2a angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Welle 4 auch unterhalb des unteren Rands der auf der Oberfläche der organischen Substanzen schwimmenden Deckschicht 1 5 angeordnet. Die Welle 4 ist jeweils nahe dem Rand des kreiszylindrischen Faulbehälters 1 gelagert und tritt einseitig durch die Wandung des Faulbehälters 1 hindurch und ist von außerhalb über eine Riemenscheibe 4a antreibbar.
Auf der Welle 4 sind äquidistant hintereinander insgesamt sieben
Mischmittel 3a bis 3g in einer Schraubenlinie angeordnet. In umfänglicher Rotationsrichtung sind die Mischmittel 3a bis 3g jeweils um 60° gegeneinander versetzt. In der dargestellten Stellung ragen die äußeren Mischmittel 3a, 3g mit einem Teil ihrer Fläche über den Füllstand 2a hinaus. Die daneben angeordneten Mischmittel 3b, 3f greifen mit einem Teil ihrer Fläche in die Deckschicht 1 5 ein. Die dazwischenliegenden Mischmittel 3c bis 3e befinden sich in der dargestellten Stellung im Bereich der organischen Substanzen, die im wesentlichen aus einer wässrigen Aufschwemmung von Fäkalien und/oder landwirtschaftlichen Abfallprodukten wie Heu oder Stroh bestehen. Die Mischmittel 3a bis 3g weisen jeweils die Form eines Paddelblatts auf, dessen Fläche im wesentlichen eben ist und parallel zu der Welle 4 ausgerichtet ist. Im Gasraum 20 oberhalb des Gärraums 2 ist eine Ultraschall- Schichtdickenmeßeinrichtung 14 zur Bestimmung der Dicke 1 5a der Deckschicht 1 5 angeordnet.
Die den Gärraum 2 begrenzende Wandung weist eine Heizeinrichtung 5a, eine Wärmeisolation 5b und eine im wesentlichen die Tragfähigkeit bereitstellende Verkleidung 1 1 auf. Über einen Füllstutzen 7 sind frische organische Substanzen dem Gärraum zuführbar. Der Ablauf 8 weist einen integrierten Notablauf auf. Über dem absperrbaren Anschluß 9 erfolgt die Entleerung des Faulbehälters 1 . Der Gärraum ist über ein Mannloch 10 von außen zugänglich. Ein Rührwerk 22 befindet sich in einem im wesentlichen horizontalen Abschnitt eines darüber hinaus im wesentlichen vertikal angeordneten Rührrohres 12, das am Rand des Gärraums 2 angeordnet ist. Das Rührwerk 22 ist mittels der Rührwelle 23 von außerhalb des Faulbehälters 1 antreibbar, beispielsweise mittels des Elektromotors 1 3 oder mittels einer über die Anschlußkupplung 24 anschließbaren Antriebswelle eines Verbrennungsmotors, beispielsweise eines Traktors.
Der Faulbehälter 1 weist weiterhin einen Gasraum 20 auf, der insbesondere durch eine in den Faulbehälter 1 integrierte und eine aufblähbare Hülle 21 aufweisende Gashaube gebildet ist, und in dem ein beim Faulen der organischen Substanzen entstehender gasförmiger Energieträger auffangbar ist. Ein Aufsatz, der ein die Hülle 21 vor Witterungseinflüssen schützendes Dach 6 aufweist, ist an der Wandung lösbar befestigt. Der Faulbehälter 1 weist darüber hinaus einen Anschluß 16 zur Gasentnahme und eine Gasinhaltsanzeige 1 7 auf. Weiterhin ist an der dem Gärraum 2 zugewandten Seite der Wandung eine Temperaturmeßeinrichtung 1 8 zur Messung der Temperatur der organischen Substanzen vorgesehen. Eine Über- und Unterdrucksicherung 19 schützt den Faulbehälter 1 und insbesondere die Hülle 21 vor einer mechanischen Überbeanspruchung.
Die Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf eine alternative Ausführungsform der Erfindung. Der Faulbehälter 101 weist mehrere Mischeinrichtungen mit insbesondere mehreren Antriebswellen 104 bis 504 auf, die nebeneinander und parallel zueinander angeordnet sind. Das Mischmittel der ersten randseitigen Mischeinrichtung ist durch einen durch eine halbe Windung um die Welle 104 gedrehten Steg 103 gebildet, dessen Enden jeweils parallel zur Achse der Welle 104 ausgerichtet sind.
Eine in einem ersten Zwischenraum angeordnete erste Zwischenwelle 204 trägt paddelblattförmige Mischmittel 203, die entlang der Welle 204 äquidistant hintereinander alternierend diametral angeordnet sind. In entsprechender Weise sind die Mischmittel 303 ausgestaltet und auf der zentrischen Welle 304 angeordnet. Die Mischmittel 203, 303 sind an einander gegenüberliegenden Stellen entlang der Wellen 204, 304 angeordnet. Je nach Winkel läge der Mischmittel 203 in Bezug auf die Winkellage der Mischmittel 303 und in Abhängigkeit der Drehrichtung der Welle 204 in Bezug auf die Drehrichtung der Welle 304 kann die Deckschicht 1 5 in mehr oder weniger große Einzelstücke aufgerissen werden und diese Einzelstücke zusammen mit den organischen Substanzen alternativ oder ergänzend zu der vom Rührwerk 22 verursachten Dreh- /Rührbewegung in Bewegung versetzt werden.
Die Mischmittel 403 der in einem zweiten Zwischenraum angeordneten zweiten Zwischenwelle 404 weisen jeweils die Form eines schräggestellten Propellerblatts auf. Sie sind axial an Zwischenpositionen in Bezug auf die Mischmittel 303 der benachbarten zentrischen Welle 304 angeordnet. Dadurch kann bei entsprechender Winkellage der Wellen 304 und 404 und bei übereinstimmenden Rotationsgeschwindigkeiten die radiale Länge der Mischmittel 303, 403 größer als der halbe Abstand zwischen den Wellen 304, 404 gewählt werden.
Die Mischmittel 503 der zweiten randseitigen Welle 504 sind als Stegabschnitte ausgebildet, die entlang einer einen Winkelbereich von 180° überstreichenden Schraubenlinie angeordnet sind. Jede Antriebswelle 104 bis 504 weist an ihrem außerhalb des Gärraums 102 befindlichen Ende eine Riemenscheibe 104a bis 504a auf, über die sie antreibbar ist. Der Antrieb kann dabei über einen gemeinsam über alle Riemenscheiben 104a bis 504a geführten Antriebsriemen erfolgen oder einzeln über individuelle Antriebsriemen oder einen einzigen Antriebsriemen, der wahlweise über eine oder mehrere der Riemenscheiben 104a bis 504a führbar ist. Anstelle des Antriebsriemens können andere Antriebsmittel eingesetzt werden, beispielsweise ein Zahnrad- oder Kettenantrieb oder ein Direktantrieb, vorzugsweise mittels eines Elektromotors. Insbesondere ist es möglich, auch für jede Antriebswelle 104 bis 504 individuell jeweils einen Elektromotor vorzusehen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1 . Vorrichtung zum Gären organischer Substanzen, insbesondere Gäroder Faulbehälter (1 ; 101 ), mit einem die organischen Substanzen bis zu einem Füllstand (2a) aufnehmenden Gärraum (2; 102), der eine im wesentlichen vertikal ausgerichtete Längsachse aufweist, und einer Mischeinrichtung, die antreibbare Mischmittel (3a bis 3g; 103; 203;
303; 403; 503) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischmittel (3a bis 3g; 103; 203; 303; 403; 503) mindestens teilweise über den Füllstand (2a) hinausragend aus den organischen Substanzen heraus bewegbar sind und anschließend wieder mindestens teilweise in die organischen Substanzen eintauchend bewegbar sind, so daß eine sich nahe oder an der Oberfläche vorhandene Schwimm- oder Deckschicht aufreißbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Mischmittel (3a bis 3g; 103; 203; 303; 403; 503) auf einer Welle
(4; 104; 204; 304; 404; 504) angeordnet sind, die um eine Achse rotierend antreibbar ist, und daß die Welle (4; 104; 204; 304; 404; 504) im wesentlichen horizontal ausgerichtet und vorzugsweise unterhalb des Füllstandes (2a) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Mischmittel (3a bis 3g; 203; 303; 403; 503) entlang der Welle (4; 204; 304; 404; 504) hintereinander in einer Schraubenlinie angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Mischmittel (203; 303; 403) entlang der Welle (204; 304; 404) hintereinander alternierend diametral zur Achse angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischmittel (3a bis 3g; 103; 203; 303; 403; 503) in ihrer Höhe in Bezug auf den Füllstand (2a) einstellbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischmittel (3a bis 3g; 103; 203; 303; 403; 503) flächig ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischmittel (3a bis 3g; 203; 303) die Form eines Paddelblatts aufweisen und die von dem Paddelblatt ausgebildete Fläche eben ist und parallel zu der Achse ausgerichtet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischmittel (103; 403; 503) die Form eines schräggestellten
Propellerblatts aufweisen und die von dem Propellerblatt ausgebildete Fläche mindestens zum Teil mit der Achse einen spitzen Winkel einschließt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mehrere Mischeinrichtungen aufweist, die nebeneinander angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung weiterhin eine Schichtdickenmeßeinrichtung (14) aufweist zur Bestimmung der Dicke (1 5a) einer an der Oberfläche der Substanzen schwimmenden Deckschicht (15).
1 1. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung weiterhin einen Gasraum (20) aufweist, der insbesondere durch eine in die Vorrichtung integrierte und eine aufblähbare Hülle (21 ) aufweisende Gashaube gebildet ist, und in dem ein beim Gären entstehender gasförmiger Energieträger auffangbar ist.
12. Verfahren zum Gären organischer Substanzen in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung mindestens dann betrieben wird, wenn sich an der Oberfläche der organischen Substanzen im Gärraum (2; 102) eine den Aufstieg von Gasbiasen behindernde Deckschicht (1 5) gebildet hat.
1 3. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung außerdem in von den Gärbedingungen vorgebbaren regelmäßigen Zeitabständen betrieben wird.
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