PROCESS FOR THE ANAEROBIC FERMENTATION OF ORGANIC MATERIALS

Abstract: 1. Apparatus for the anaerobic fermentation of organic material in a tank (1) having devices arranged on its top surface for the extraction of gases generated during fermentation, comprising a gas vent (2) which has a considerably smaller cross-sectional area relative to the maximum cross-sectional area of the tank, is provided with gas extractors and monitors and which extends upwardly above the top surface of the tank, the tank having an overflow pipe, characterised in that the overflow edge of the overflow pipe (9) is arranged above the upper edge of the tank in such a manner that during operation the liquid completely fills the fermentation chamber and the surface of the material to be fermented extends as far as into the lower region of the gas vent (2).

Description: Vorrichtung zur anaeroben Vergärung organischen Materials Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die bekannten derartigen, auch als Biogasreaktoren bezeichneten Vorrichtungen sind so ausgelegt, dass sie etwa zu 90 % mit zu vergärendem organischem Material, insbesondere mit Gülle, gefüllt werden, wobei der verbleibende Reaktorraum dann zur Aufnahme des bei der Reaktion entstehenden Gases dient und mit entsprechenden Sicherheitsvorrichtungen bzw. Vorrichtungen zur Entnahme des Gases ausgestattet ist. An diesen notwendigerweise erforderlichen Gasraum werden von der Konstruktion und vom Werkstoff her hohe Anforderungen gestellt, da er einerseits gasdicht sein muss und zum anderen, vor allem wegen der Schwefelwasserstoffanteile der entstehenden Gase, eine hohe Korrosionsfestigkeit aufweisen muss. Da die Wandung des Gasraumes praktisch einstückig mit der Wandung des das zu vergärende Material aufnehmenden übrigen Behälters ist, muss der Gesamtbehälter aus aufwendigem Material, z.B. Edelstahl, hergestellt bzw. entsprechende Verkleidungen oder Beschichtungen müssen aufgebracht werden. Die Gefahr einer Korrosion besteht vor allem bei unbehandelten Stahltanks, während bei Betonbehältern die Schwierigkeit besteht, die erforderliche Gasdichtigkeit zu erreichen, wobei sich insbesondere die Verbindungsstellen der Betonteile untereinander und zu Teilen aus anderem Material als problematisch erweisen. Das Vorsehen eines Gasraumes über die gesamte Behälteroberfläche bedingt zudem, dass der Behälter im Hinblick auf die tatsächlich einbringbare Materialfüllung überdimensioniert werden muss und auch hierdurch die spezifischen Kosten bezogen auf den nutzbaren Raum verhältnismässig hoch sind. Es kommt hinzu, dass bei den bekannten Vorrichtungen an der Oberfläche des meist unterschiedliche Konsistenz aufweisenden Materials sich Schwimmdecken ausbilden. Diese Schwimmdecken lassen sich häufig nicht oder nur mit erheblichem Aufwand bekämpfen. Man ist deshalb teilweise dazu übergegangen, um bei hohem Feststoffanteil die negativen Auswirkungen einer zu starken Schwilmmschichtenbil- dung zu reduzieren, mit längeren Verweildauern zu arbeiten Da aber die Gasausbeute mit zunehmender Betriebszeit stark abnirrrmt, ergibt sich ein ungünstiges Verhältnis zwischen der aufzuwendenden Prozessenergie und der erzielten Gasmehrproduktion. Für die Erzielung einer möglichst grossen Ausbeute hat es sich als günstig erwiesen, dass das Frischmaterial vor dem Eintritt in den eigentlichen Gärraum auf die gewünschte Prozesstemperatur gebracht wird. Dies wird herkömnlicher- weise durch eine externe Vorheizung erreicht, welche jedoch mit einem geringen Wirkungsgrad arbeitet. Darüber hinaus ist es bekannt, in der Mitte des Behälters ein verhältnismässig grossvolumiges Rohr anzuordnen. Dies ist allerdings kostenaufwendig und wirkt einer Homogenisierung des Materials entgegen. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur anaeroben Vergärung so auszubilden, dass der Aufwand an kostenintensiven Bauteilen gering gehalten wird und die Herstellung preisgünstig erfolgen kann, dass die Bildung von Schwimmschichten weitgehend unterbunden wird bzw. leicht zu bekämpfen ist, und dass besonders günstige Reaktionsbedingungen geschaffen werden. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, welche sich durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 auszeichnet. Durch eine erfindungsgemäss angeordnete und ausgebildete Gashaube wird es möglich, den Behälter voll mit zu vergärendem Material zu füllen. Hierdurch braucht der Behälter nicht mehr in seiner Gesamtheit gasdicht, sondern lediglich nur flüssigkeitsdicht zu sein. Dies ermöglicht die Verwendung weniger hochwertiger Materialien für den grossvolumigen Behälter und reduziert deren Einsatz auf die verhältnismässig kleine Gashaube, so dass z. B. der Behälter aus Beton oder Stahl und die Gashaube aus Edelstahl hergestellt werden können. Im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen wird damit ein Kosten-Nutzen-Verhältnis erreicht, durch welches Biogasreaktoren für einen grossen Kreis insbesondere landwirtschaftlicher Betriebe interessant werden. Einem vertretbaren Investitionsaufwand stehen damit nämlich die Vorteile gegenüber, dass Gas zur Energieversorgung gewonnen wird, und dass andererseits die vor allem bei Grossviehhaltungen in grossen Mengen anfallende, als Ausgangsmaterial dienende Gülle direkt verwertet und das verbleibende Reaktionsprodukt zur Düngung nicht nur während der vegetativen Ruhezeit ausgebracht werden kann, was eine höhere Effektivität der Düngung bedeutet. Die erfindungsgemäss erzielbare sehr geringe Oberfläche an zu verarbeitendem Material, welche praktisch der Querschnittsfläche der Gashaube entspricht (im Gegensatz zur Querschnittsfläche des gesamten Behälters bei vorbekannten Einrichtungen) macht eine leichte und effektive Bekämpfung der Schwimmschichten- und Krustenbildung möglich. Darüber hinaus kann durch das Zuführen einer kleineren Menge Materials der Materialspiegel so angehoben werden, dass sich gegebenenfalls im überlaufrohr ausbildende VerstDpfun- gen durch den Überdruck freigemacht werden können. Schlie3lich ermöglicht es das Vorsehen einer Gashaube noch, eine Vorkammer zurVorheizung des zu verarbeitenden Materials in den Behälter zu integrieren und eine günstige Uberleitung von Material aus der Vorkammer in den eigentlichen Behälter zu ermöglichen. Die nach Anspruch 2 vorgesehene weitere Ausgestaltung der Erfindung macht es möglich, dass weitgehend unabhängig von den zugeführten Mengen an Frischmaterial ein gleichbleibend hoher, den Behälter voll ausfüllender Materialstand gewährleistet ist. Die nach Anspruch 3 in der Gashaube vorgesehene Füllstands- überwachungseinrichtung stellt sicher, dass dann, wenn die Überlaufleitung trotz eines ansteigenden Flüssigkeitsspiegels verstopft bleibt, Bedienungspersonal alarmiert bzw. selbsttätig die Zufuhr frischen Materials unterbunden wird. Das gemäss Anspruch 4 vorgesehene Rührwerk verhindert die Bildung von Schwimmschichten und das Austrocknen der Oberfläche. Dabei ist das Rührwerk vorteilhafterweise an der Gashaube selbst angebracht. Die sich bei der erfindungsgemässen Vorrichtung ohne zusätzliche Massnahmen allenfalls ausbildende sehr kleine Schwimmschicht kann durch die nach Anspruch 5 vorgesehene verschliessbare seitliche Ausnehmung in Verbindung mit der unter der Schwimmschicht zu schliessenden Klappe leicht beseitigt werden, was sich insbesondere dann als Vorteil erweist, wenn der Feststoffanteil des verarbeiteten Materials relativ hoch ist. Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 6 wird die durch die erfindungsgemässe Gashaube gegebene Möglichkeit verwirklicht, konstruktiv besonders einfach eine mit einem hohen Wirkungsgrad zu betreibende Vorkammer zum Vorwärmen des frisch zugeführten Materials zu schaffen. Eine gemäss Anspruch 7 vorgesehene Klappe sorgt dafür, dass das Material aus der Vorkatrir#er, welches dort zweckmässigerweise auf einem höheren Füllniveau als im Behälter gehalten wird, so über die Trennwand auf die Oberfläche des Materials im Behälter unter Ausnutzung einer Art Düsenwirkung gespritzt wird, dass auch hierdurch eine Benetzung der Materialoberfläche im Behälter und die Verhinderung der Ausbildung einer Trockenkruste erreicht wird. Durch die geneigte Anordnung des Behälters nach Anspruch 8 sind geringfügige Schwankungen des Materialniveaus unproblematisch, da sichergestellt ist, dass der Behälter stets-voll ausgefüllt ist. Die Konstruktion nach Anspruch 9 ermöglicht eine vorteilhafte Vorwärmung des Frischmaterials. Durch die Ausgestaltung nach Anspruch lo wird erreicht, dass durch das austretende Frischmaterial sich möglicherweise ausbildende Bodenschichten aufgewirbelt werden. Mittels des Gegenstrom-Heizmantels nach Anspruch 11 lässt sich eine zusätzliche Aufheizung des Frischmaterials erzielen, was besonders günstig in Kombination mit den Merkmalen nach Anspruch 12 realisiert werden kann. Aus dem vorstehenden ergibt sich, dass die erfindungsgemässe Gashaube mit den entsprechenden Zusatzeinrichtungen mit besonderem Vorteil auch selbständig Gegenstand des Handels sein kann, d. h. vor Ort hergestellte Behälter, etwa aus Beton, können ohne grosse Transportprobleme mit der alle sicherheitstechnisch und materialmässig problematischen Einbauten aufweisenden Gashaube unter Ausbildung einer kompletten Vorrichtung versehen werden. Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.Diese zeigt einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsge- mässe Vorrichtung. Die Erfindung umfasst einen eine zylinderförmige Grundform aufweisenden Behälter 1 aus Stahl, auf welchen oben an einem Ende eine zylinderförmige, oben geschlossene Gashaube 2 aufgesetzt ist. In der Zeichnung sind die Grössenverhältnisse von Behälter 1 und Gashaube 2 der besseren Übersicht halber nicht massstabsgerecht wiedergegeben. Die Gashaube 2 ist aus korrosionsfestem Edelstahl hergestellt und mit an sich bekannten Einrichtungen, wie einer über- und Unterdrucksicherung 3, einer Kondensatzab scheideeinrichtung 4 und einer Flammenrückschlageurichtunq5 versehen, welche nur schematisch dargestellt sind. An der Gashaube ebenfalls vorgesehene, an sich bekannte Einrichtungen zur gasdichten Volumenanpassung sind der übersicht- lichkeit halber nicht näher dargestellt. Der Behälter ist mit einem Zulaufrohr 6 für den freien Zulauf frischen Materials und mit einem Zulaufrohr 7 mit einer Pumpe 8 für den geförderten Zulauf versehen. Darüber hinaus weist er eine Überlaufleitung 9 auf, welche zu einem nicht dargestellten Speicherbehälter führt. Die überlaufleitun-f3 ist relativ zum Behälter 1 so angeordnet, dass sich ein Materialniveau derart einstellt, dass die Oberfläche lo oberhalb des Behälters 1 in der Gashaube 2 liegt, so da.P also der Behälter 1 vollständig gefüllt ist. Eine an der Gashaube 2 angeordnete Füllstandsüberwachungseinrichtung 11 gibt ein Alarmsignal ab, wenn die Oberfläche des zu vergärenden Materials über die hierdurch vorgegebene Marke ansteigt Unterhalb der Gashaube 2 ist im Behälter eine vertikale, diesen unterteilende Trennwand 12 angeordnet. Durch die Trennwand 12 wird eine Vorkammer 13 in den Behälter integriert, in welche die Zulaufrohre 6 und 7 münden. Das Zulaufrohr 7 ist, wie in der Zeichnung nur ganz schematisch angedeutet, mit einem Gegenstromheizmantel 14 versehen, welcher in Verbindung mit der heizkörperartig ausgebildeten Trennwand 12 steht. Die Zu- und Ablauf leitungen sind der übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Durch diese Konstruktion kann in der Vorkammer 13 eine Vorwärmung des frisch zugeführten Materials vorgenommen werden. Dadurch dass die Auslassöffnung 15 des Zulaufrohres 7 auf den Behälterboden 16 gerichtet ist, wird durch das eingepumpte Material eine sich möglicherweise ausbildende Bodenschicht aufgewirbelt. An der Oberseite der Vorkammer 13 ist eine Klappe 17 angeordnet, welche eine Art Düsenwirkung ausübt, so dass das Material aus der Vorratskammer aus einem höheren Niveau, wie durch die Pfeile 18 angedeutet, auf die Oberfläche 1o des Materials im Behälter 1 gespritzt wird, wodurch ein Austrocknen und eine Krustenbildung vermieden wird. Wenn das Frischmaterial nicht durch Pumpen über erhöhten Druck in die Vorkammer 13 eingebracht wird, sondern selbsttätig zufliesst, so dass praktisch lediglich ein überlauf von der Vorkammer 13 in den Behälter 1 stattfindet, kann im Bereich der Oberfläche lo ein Verteilteller angeordnet werden, welcher für eine gleichmässige Benetzung sorgt. Zusätzlich kann zur Vermeidung der Ausbildung einer Schwimmschicht unterhalb der Oberfläche 1o ein Rührwerk 19 umfassend einen Antriebsmotor 20, eine Welle 21 und einen Propeller 22 vorgesehen sein. Bei einem sehr hohen Feststoffgehalt, bei welchem sich trotz der vorgenannten Massnahmen eine unerwünschFe Sch",r-ff¯- schicht ausbilden kann, gestattet eine seitlich an der Gas- haube 2 angebrachte Ausnehmung 23, an welche sich ein Arbeitskanal 24 und eine Verschlusseinrichtung 25 anschliessen, einen problemlosen Eingriff und ein Entfernen der Schwimmschicht. Damit eine möglichst vollständige Entfernung der Feststoffe möglich wird, kann zum Entfernen der Schwimmschicht eine seitlich an der Oberseite des Behälters 1 schwenkbar angeordnete Klappe 26 nach oben geschwenkt werden. Die Klappe ist dabei so ausgebildet, dass sie am Propeller 22 des Rührwerks vorbeibewegt werden kann, was in der Zeichnung jedoch im einzelnen nicht dargestellt ist. Zwischen dem Füllstandsniveau unterhalb der Gashaube 2 und demjenigen im Bereich der Überlaufleitung 6 besteht ein Höhenunterschied, welcher dem Gasdruck in der Gashaube 2 proportional ist.

Claims: Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur anaeroben Vergärung organischen Materials in einem Behälter (1) mit an dessen Oberseite angeordneten Einrichtungen zur Entnahme von bei der Vergärung erzeugten Gasen, gekennzeichnet durch eine eine relativ zur maximalen Behälterquerschnittsfläche erheblich geringere Querschnittsfläche aufweisende, mit Gasentnahme- und Kontrolleinrichtungen versehene, sich nach oben über die Behälteroberseite erstreckende Gashaube (2). 2. Vorrichtung nach Patentanspruch t, dadurch gekennzeichnet, dass eine zu einem nachgeordneten Speicherbehälter führende Überlaufleitung (9) im Bereich der Oberkante des Behälters (1) angeordnet ist. 3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, gekennzeich- net durch eine in der Gashaube (2) angeordnete Füll standsüberwachungseinrichtung (11). 4. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein im Bereich der Gashaube (2) angeordnetes Rührwerk (19). 5. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gashaube (2) seitlich eine verschliessbare Ausnehmung (23) zum Schwimmschichtenabzug oberhalb einer in eine horizontale Schliesslage verschwenkbaren Klappe (26) aufweist. 6. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine unterhalb der Gashaube (2) angeordnete, in diese ragende vertikale Behältertrennwand (12), durch welche eine das frisch zugeführte Material aufnehmende Vorkammer (13) ausgebildet wird. 7. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, gekennzeichnet durch eine die Vorkammer (13) abdeckende, zur Gashaube (2) öffnende Klappe (17). 8. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) als mit der Längsachse zur Horizontalen derart geneigt einbaubarer, an einem Ende die Gashaube (2) aufweisender Zylinderkörper ausgebildet ist, dass das Ende mit der Gashaube (2) in der Gebrauchslage tiefer liegt. 9. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführrohr (7) für das Frischmaterial den Behälter (1) in Längsricatung durchsetzt. 10. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführrohr (7) für das Frischmaterial eine zum Behälterboden (16) gerichtete Auslassöffnung (15) aufweist. 11. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführrohr (7) mit einem Gegenstrom-Heizrnantel (14) umgeben ist. 12. Vorrichtung nach Patentanspruch 6 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (12) heizkörperartig ausgebildet und mit dem Heizmantel (14) des Zuführrohres verbunden ist.

Inventors: BSA MASCHINENFABRIK PAUL G. LANGER GMBH
Applicants: BSA MASCHINENFABRIK PAUL G. LANGER GMBH
Application year: 1983
Main classification: C02F3
IPC codes: C02F11, C02F3