DE3341027C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas und/oder Dünger aus organischen Abfällen, bestehend aus einer gasdicht verschließbaren, einen Einlaß für die organischen Abfälle und einen Gasauslaß aufweisenden Vorgärkammer und einer mit der Vorgärkammer über eine Verbindungsleitung gekoppelten, gasdicht verschließbaren, einen Gasauslaß und einen Überlauf für die abgebauten, als Dünger verwendbaren Abfälle aufweisenden Nachgärkammer.The invention relates to a device for generating Biogas and / or fertilizer made from organic waste from a gas-tight lockable, an inlet for the organic waste and a pre-proofing chamber with a gas outlet and one with the pre-proofing chamber via a connecting line coupled, gas-tight closable, one Gas outlet and an overflow for the mined, as fertilizer waste fermentation chamber which can be used.
Der erste Faulraum mit Schlammumwälzung mittels eingepreßtem Methangas wurde im Jahr 1952 in den USA in Betrieb genommen. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird der Schlamm durch das beim Faulprozeß entstehende Methangas umgewälzt.The first digester with sludge circulation by means of a press Methane gas started operating in the United States in 1952. In this known device, the sludge through the methane gas produced during the digestion process is circulated.
Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art wird das beim Faulprozeß entstehende Methangas durch spezielle Diffusoren, die auf dem Grund des Faulraums angeordnet sind, hindurchgepreßt und damit eine gute Durchmischung der Bakterienflora mit dem Nahrungsmilieu erreicht. In a known device of the type mentioned The methane gas generated during the digestion process becomes a type special diffusers arranged on the bottom of the septic tank are pressed through and thus good mixing the bacterial flora reached with the food environment.
Dank dieser starken Umwälzung entsteht ein homogenes Schlammgemisch, das trotz der einfachen Faulraumform weder Ablagerungen noch eine Schwimmschlammdecke erzeugt.Thanks to this strong revolution, a homogeneous one is created Sludge mixture that, despite the simple form of the lazy room, neither Deposits still created a mud blanket.
Durch das Ausschalten von toten Zonen sowie durch die gute Durchmischung wird eine hohe Gasproduktion erzielt, was in direktem Zusammenhang mit einer guten Schlammfaulung steht.By eliminating dead zones as well as by the good ones Mixing results in a high gas production, which in is directly related to good sludge digestion.
Bei dieser bekannten Vorrichtung wird das zur Umwälzung des Schlammgemisches notwendige Methangas jedoch durch spezielle Gaskompressoren in den Faulraum eingepreßt. Diese speziellen Gaskompressoren stellen einen erheblichen Investitionsaufwand dar. Außerdem sind diese Kompressoren störungsanfällig und sie korrodieren schnell. Des weiteren sind für die Substratführung und für den Betrieb derartiger Vorrichtungen meistens mehrere Pumpen und mechanische Rührwerke mit einem hohen Energiebedarf erforderlich.In this known device that is used to circulate the Sludge mixture necessary methane gas through special Gas compressors pressed into the digester. These special Gas compressors represent a significant investment These compressors are also prone to failure and they corrode quickly. Furthermore are for the substrate guidance and usually several for the operation of such devices Pumps and mechanical agitators with high energy requirements required.
Aus der FR 25 00 716 ist eine zur Erzeugung von Biogas bzw. Biomethan aus organischen Substanzen vorgesehene Vorrichtung bekannt, die eine Anzahl zylindrischer Zellen aufweist. Die Zellen sind miteinander mittels Rohrleitungen verbindbar bzw. verbunden und von einer Flüssigkeit umgeben, mit der die Zelle auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden. Die Füllhöhe der einzelnen Zellen der Vorrichtung ist mittels einer geeigneten Einrichtung einstell- und kontrollierbar. From FR 25 00 716 one for the production of biogas or Device provided with biomethane from organic substances known, which has a number of cylindrical cells. The Cells can be connected to one another by means of pipelines or connected and surrounded by a fluid with which the cell to be kept at a certain temperature. The fill level of the individual cells of the device is by means of a suitable device adjustable and controllable.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die wie die bekannte Vorrichtung der eingangs genannten Art aus einer Vorgärkammer und aus einer Nachgärkammer aufgebaut ist, bei welcher jedoch keine speziellen Kompressoren erforderlich sind, und mit welcher auch ohne Kompressoren eine sehr gute Durchmischung des Schlammgemisches ohne die Bildung von Schwimmschlammdecken oder Ablagerungen und eine hohe Gasproduktion mit verbesserter Gasqualität erreicht wird.The invention has for its object a device to create the kind mentioned above, which like the known Device of the type mentioned from a pre-proofing chamber and is made up of a post-fermentation chamber, in which, however no special compressors are required, and with which too without compressors a very good mixing of the Sludge mixture without the formation of floating sludge blankets or Deposits and high gas production with improved Gas quality is achieved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Verbindungsleitung zwischen der Vorgärkammer und der Nachgärkammer ein Ventil angeordnet ist, das bis zum Erreichen einer Druckdifferenz zwischen der Vorgärkammer und der Nachgärkammer von mindestens 1 bar geschlossen ist, so daß bei geöffnetem Ventil der Klärschlamm von der Vorgärkammer in die Nachgärkammer und umgekehrt gedrückt werden kann. Bei einer der Vorgärkammer auf ca. 35°C wird beispielsweise innerhalb von 1 bis 5 Tagen je nach dem Volumen des Gasraumes in der Vorgärkammer ein Überdruck von 3 bar erreicht, der mit der Zeit noch weiter zunimmt. Bleibt das in der Verbindungsleitung zwischen der Vorgärkammer und der Nachgärkammer vorhandene Ventil so lange geschlossen, bis sich in der Vorgärkammer ein Überdruck von mindestens 1 bar, vorzugsweise von 3 bar oder mehr aufgebaut hat, und wird das Ventil erst geöffnet, wenn ein derartiger Überdruck vorhanden ist, dann preßt dieser Eigendruck das in der Vorgärkammer vorhandene Gärschlammgemisch durch die Verbindungsleitung zwischen der Vorgärkammer und der Nachgärkammer in die Nachgärkammer hinein, wobei der Gärschlamm durchmischt und eine Schwimmschlammdeckenbildung sicher vermieden wird, ohne daß ein mechanisches Rührwerk erforderlich wäre.This object is achieved in that in the Connection line between the pre-proofing chamber and the Post-proofing a valve is arranged, which is until reaching a pressure difference between the pre-proofing chamber and the Post-proofing chamber is closed by at least 1 bar, so that the sewage sludge from the pre-fermentation chamber when the valve is open in the post-proofing chamber and vice versa can. At one of the pre-proofing chambers to approx. 35 ° C for example, within 1 to 5 days depending on the Volume of the gas space in the pre-proofing chamber an overpressure of 3 bar reached, which increases with time. Remains that in the connecting line between the pre-proofing chamber and the valve in the post-proofing chamber is closed as long as until there is at least an overpressure in the pre-proofing chamber 1 bar, preferably of 3 bar or more, and the valve is only opened when such overpressure is present, then this intrinsic pressure presses that in the pre-proofing chamber existing sludge mixture through the connecting pipe between the pre-proofing chamber and the post-proofing chamber into the post-fermentation chamber, with the digestate mixing and a sludge blanket formation is reliably avoided, without the need for a mechanical stirrer.
Es ist in vorteilhafter Weise auch möglich, in der Nachgärkammer einen höheren Druck aufzubauen als in der Vorgärkammer, bzw. abwechselnd in der Vorgärkammer bzw. in der Nachgärkammer einen höheren Druck aufzubauen, und den Gärschlamm durch diese Eigendruckdifferenz zwischen den beiden Gärkammern hin- und herzudrücken und so für eine ausgezeichnete Durchmischung der Schlämme zu sorgen, ohne daß mechanische Rührwerke erforderlich wären.It is also advantageously possible in the post-fermentation chamber build up a higher pressure than in the pre-proofing chamber, or alternately in the pre-proofing chamber or in the post-proofing chamber build up a higher pressure, and the digestate due to this intrinsic pressure difference between the two fermentation chambers push back and forth and so for an excellent To ensure thorough mixing of the sludge without mechanical Agitators would be required.
Zur weiteren Verbesserung der Durchmischung des Gärschlammes in der Nachgärkammer sind bei einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung die Vorgärkammer und die Nachgärkammer mit voneinander getrennten Gasbehältern verbunden und ist der Gasauslaß der Vorgärkammer außerdem über ein Dreiwegventil mit einer Gasrohrleitung verbunden, die in den Boden der Nachgärkammer einmündet. Durch diese Gasrohrleitung ist es möglich, Gas mit Überdruck aus dem Gasbehälter der Vorgärkammer bzw. unmittelbar aus der Vorgärkammer in die Nachgärkammer einzleiten und das so eingeleitete Gas zur weiteren Durchmischung des Schlammgemisches in der Nachgärkammer zu verwenden. Dabei wird außerdem der vorteilhafte Effekt erzielt, daß aus dem unter Druck in die Nachgärkammer eingeleiteten Gas, bedingt durch den hohen Druck und den pH-Wert des Gärschlammes in der Größenordnung zwischen 7,5 und 8,5 der Schwefelwasserstoff und das Kohlendioxid großteils ausgewaschen werden, so daß das nach der Nachgärkammer in einem zweiten Gasbehälter gesammelte Gas in Abhängigkeit vom Substrat nur noch größenordnungsmäßig 10 bis 20% Kohlendioxid enthält und somit eine Qualität besitzt, welche an die von Erdgas herankommt.To further improve the mixing of the fermentation sludge in the post-fermentation chamber, in a preferred embodiment of the invention the pre-fermentation chamber and the post-fermentation chamber are connected to separate gas containers and the gas outlet of the pre-fermentation chamber is also connected via a three-way valve to a gas pipe which opens into the bottom of the post-fermentation chamber. Through this gas pipeline, it is possible to introduce gas with overpressure from the gas container of the pre-proofing chamber or directly from the pre-proofing chamber into the post-proofing chamber and to use the gas introduced in this way for further mixing of the sludge mixture in the post-proofing chamber. In this case also, the advantageous effect is achieved that from the introduced into the Nachgärkammer gas under pressure, due to the high pressure and the p H value of the Gärschlammes in the order of magnitude between 7.5 and 8.5, the hydrogen sulfide and carbon dioxide largely washed out are so that the gas collected after the post-fermentation chamber in a second gas container, depending on the substrate, only contains 10 to 20% of carbon dioxide and thus has a quality which is comparable to that of natural gas.
Anstelle eines Dreiwegeventils ist es selbstverständlich auch möglich, in die Gasleitungen voneinander getrennte Ventile einzusetzen und diese manuell oder automatisch zu steuern.Instead of a three-way valve, it goes without saying also possible in the gas lines separated from each other Use valves and close them manually or automatically Taxes.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Gasrohrleitung eine mit einem Ventil versehene Abzweigleitung auf, die in den Boden der Vorgärkammer einmündet. Mit dieser in den Boden der Vorgärkammer einmündenden Abzweigleitung ist es in einfacher Weise möglich, das in der Vorgärkammer entstehende Gas mit seinem Überdruck im mit der Vorgärkammer verbundenen Gasbehälter zu sammeln und nach einer Ausleitung eines Teiles des Faulschlammes in die Nachgärkammer und den dadurch in der Vorgärkammer sich ergebenden niedrigeren Druck, einen Teil des Gases aus dem Gasbehälter der Vorgärkammer in die Vorgärkammer einzupressen und dabei eine Schwimmschlammdeckenbildung oder eine Ablagerung des Faulschlammes in der Vorgärkammer in einfacher Weise zu vermeiden. Außerdem dient auch diese Einleitung von Gas in die Vorgärkammer der ersten Vorreinigung des Gases, d. h. der Auswaschung von Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid.In a preferred development of the invention the gas pipeline is a branch line provided with a valve which opens into the bottom of the pre-proofing chamber. With this branch line opening into the bottom of the pre-proofing chamber it is easily possible in the pre-proofing chamber resulting gas with its overpressure in with the Pre-fermentation chamber to collect connected gas containers and after a discharge of part of the digested sludge into the secondary fermentation chamber and the resultant in the pre-proofing chamber lower pressure, part of the gas from the gas container press the pre-proofing chamber into the pre-proofing chamber and thereby forming a sludge blanket or a deposit of the digested sludge in the pre-proofing chamber in a simple manner to avoid. This introduction by Gas into the pre-proofing chamber of the first pre-cleaning of the gas, d. H. the leaching out of hydrogen sulfide and carbon dioxide.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist das Ventil in der Abzweigleitung derart gesteuert, daß es nur geöffnet wird, wenn der Druckunterschied zwischen der zum Gasauslaß und zum Gasbehälter gerichteten Seite des Dreiwegventils einen vorgegebenen Wert übersteigt. Diese Steuerung kann manuell oder vorzugsweise vollautomatisch erfolgen. Im zuletztgenannten Fall ergibt sich ein quasi kontinuierlicher Verfahrensablauf zur Erzeugung von Biogas in Form von relativ reinem Methan und/oder von hochwertigem, nahezu geruchlosem Dünger. Selbstverständlich kann auch in die Gasrohrleitung, welche in den Boden der Nachgärkammer einmündet, ein Ventil eingebaut sein, das wie das Ventil in der Abzweigleitung zur Vorgärkammer gesteuert wird.In a development of the invention, the valve is in the branch line is controlled so that it only opens when the pressure difference between the gas outlet and the side of the three-way valve facing the gas container exceeds a predetermined value. This control can done manually or preferably fully automatically. In the latter Case results in a quasi-continuous Process flow for the production of biogas in the form of relative pure methane and / or of high quality, almost odorless Fertilizer. Of course, the gas pipeline, which opens into the bottom of the secondary fermentation chamber, a valve must be installed that is like the valve in the branch line to the pre-proofing chamber is controlled.
Um in jedem möglichen Betriebszustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Vorgärkammer definierte Druckverhältnisse zu erreichen, weist bei einer Weiterbildung der Erfindung der Einlaß in die Vorgärkammer ein Ventil auf, das in Abhängigkeit vom Druck der Vorgärkammer geöffnet wird, wenn der Druck in der Vorgärkammer unter einen vorgegebenen Wert absinkt, wobei das in der Verbindungsleitung befindliche Ventil geschlossen ist, während das Einlaßventil geöffnet ist. Auch diese Drucksteuerung kann manuell oder vorzugsweise vollautomatisch durchgeführt werden, so daß eine quasi kontinuierliche Zuführung von frischer Biomasse und ein quasi kontinuierlicher Abbau dieser Biomasse und deren Umwandlung in Biogas in Form von Methangas und/oder hochwertigem Dünger möglich ist. Die Nachgärkammer kann gleich ausgerüstet sein wie die Vorgärkammer, d. h. ebenfalls einen Einlaß mit einem Ventil und einen absperrbaren Überlauf für Dünger aufweisen. Damit ist es möglich, die Anlage in umgekehrter Richtung von der Nachgärkammer zur Vorgärkammer zu betreiben bzw. den Gärschlamm zwischen der Vorgärkammer und der Nachgärkammer hin- und herzudrücken und dadurch Schwimmschlammdecken zu verhindern, ohne daß mechanische Rührwerke erforderlich wären, und aus dem entstehenden Biogas, d. h. Methangas Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff unter Druck auszuwaschen, ohne daß dazu eigene spezielle Kompressoren erforderlich wären. To in any possible operating state of the invention Device in the pre-proofing chamber defined pressure ratios achieve in a further development of the invention the inlet into the pre-proofing chamber has a valve that depends is opened by the pressure of the pre-proofing chamber when the pressure in the pre-proofing chamber is below a predetermined value decreases, with that in the connecting line Valve is closed while the inlet valve is open is. This pressure control can also be done manually or preferably be carried out fully automatically, so that a quasi continuous supply of fresh biomass and a quasi-continuous breakdown of this biomass and its Conversion to biogas in the form of methane gas and / or high quality Fertilizer is possible. The post-proofing chamber can be equipped immediately be like the pre-proofer, d. H. also one Inlet with a valve and a lockable overflow for fertilizers. This makes it possible to install the system in reverse direction from the post-proofing chamber to the pre-proofing chamber to operate or the sludge between the pre-proofing chamber and push the post-proofing chamber back and forth and thereby To prevent floating sludge blankets without mechanical Agitators would be required, and from the resulting biogas, d. H. Methane gas carbon dioxide and hydrogen sulfide wash out under pressure without special Compressors would be required.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen insbesondere darin, daß durch die Einleitung des in der Vorgärkammer erzeugten Biogases in die Nachgärkammer bzw. in die Vorgärkammer und in die Nachgärkammer neben einem Gasreinigungseffekt insbesondere eine Schwimmschlammdeckenbildung bzw. Ablagerungen verhindert werden, ohne daß in der Vorrichtung eigene Rührwerke oder spezielle Kompressoren erforderlich wären.There are further advantages of the device according to the invention especially in that by initiating the in the Pre-fermentation chamber generated biogas in the post-fermentation chamber or into the pre-proofing chamber and into the post-proofing chamber next to one Gas cleaning effect, in particular a formation of floating sludge or deposits can be prevented without in the device own agitators or special compressors would be required.
Insgesamt ergibt sich also eine einfach aufgebaute Vorrichtung mit einem hohen Wirkungsgrad und einer hohen Biogas- bzw. Dünger-Ausbeute.Overall, this results in a simply constructed device with high efficiency and high biogas or fertilizer yield.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich durch ihren einfachen und quasi wartungsfreien Aufbau und ihre einfache Bedienbarkeit nicht nur für Großanlagen, sondern insbesondere auch für Kleinanlagen in landwirtschaftlichen Betrieben.The device according to the invention is suitable for its simple and virtually maintenance-free construction and its simple Operability not only for large systems, but in particular also for small plants in agricultural companies.
Durch ihren einfachen und wartungsfreien Aufbau und den äußerst geringen Eigenenergiebedarf ist die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere auch zum Einsatz in Entwicklungsländern geeignet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in vorteilhafter Weise auch dazu geeignet, einer kommunalen Kläranlage vor-und/oder nachgeschaltet zu werden.Due to their simple and maintenance-free construction and The inventive requirement is extremely low Device especially for use in developing countries suitable. The device according to the invention is advantageously also suitable for a municipal Sewage treatment plant to be upstream and / or downstream.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Es zeigt Further details, features and advantages emerge from the description below one in the drawing schematically illustrated embodiment of the invention. It shows
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas und/oder Dünger, und Fig. 1 shows a device for generating biogas and / or fertilizer, and
Fig. 2 ein Anwendungsbeispiel der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einem regenerativen Bio-Kreisprozeß. FIG. 2 shows an application example of the device according to FIG. 1 in a regenerative bio-cycle process.
Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung von Biogas und/oder Dünger und besteht aus einer gasdicht verschließbaren Vorgärkammer 1 und einer mit der Vorgärkammer 1 über eine Verbindungsleitung gekoppelten, gasdicht verschließbaren Nachgärkammer 3. Die Verbindungsleitung 2 kann sich in jeder beliebigen Höhe befinden. Vorzugsweise kann sie die beiden Kammern 1 und 3 in ihrem oberen Bereich miteinander verbinden, um bei geöffnetem Ventil 10 Schwimmschlammdecken zu zerstören. Fig. 1 shows a device for producing biogas and / or fertilizer, consisting of a gas-tight sealable Vorgärkammer 1 and coupled to said Vorgärkammer 1 via a connecting line, a gas-tight sealable Nachgärkammer. 3 The connecting line 2 can be at any height. It can preferably connect the two chambers 1 and 3 to one another in their upper region in order to destroy 10 sludge blankets when the valve is open.
Die Vorgärkammer 1 weist außer der Verbindungsleitung 2 auf ihrer Oberseite einen Einlaß 4 für die organischen Abfälle und einen Gasauslaß 5 auf. Der Gasauslaß 5 ist über ein Dreiwegeventil 6 mit einer zu einem Gasbehälter 7 führenden Rohrleitung 8 und mit einer Gasrohrleitung 9 verbunden. Außerdem können die Vorgärkammern 1 und die Nachgärkammer 3 je einen absperrbaren Auslaß 41 für absetzbare Stoffe aufweisen.In addition to the connecting line 2, the pre-fermentation chamber 1 has an inlet 4 for the organic waste and a gas outlet 5 on its upper side. The gas outlet 5 is connected via a three-way valve 6 to a pipe 8 leading to a gas container 7 and to a gas pipe 9 . In addition, the pre-proofing chambers 1 and the post-proofing chamber 3 can each have a lockable outlet 41 for settable substances.
In der Verbindungsleitung 2 zwischen der Vorgärkammer 1 und der Nachgärkammer 3 ist ein Ventil 10 angeordnet, das erst geöffnet wird, wenn in der Vorgärkammer 1 ein Überdruck von mindestens 1 bar, vorzugsweise von 3 bar oder größer vorhanden ist. Das bedeutet, daß in einem ersten Arbeitsschritt bei geschlossenem Ventil 10 und geschlossenem Dreiwegventil 6 durch den Einlaß 4, d. h. bei geöffnetem Einlaßventil 11 organische Abfälle, sogenanntes Substrat, in die Vorgärkammer 1 eingefüllt wird. Die Vorgärkammer 1 weist eine nicht dargestellte Heizeinrichtung auf, welche die Vorgärkammer auf eine Temperatur um 35°C aufheizt. Dabei setzt ein Faulprozeß ein, der aus dem Substrat Methangas abspaltet.A valve 10 is arranged in the connecting line 2 between the pre-proofing chamber 1 and the post-proofing chamber 3 , which valve is only opened when there is an overpressure of at least 1 bar, preferably 3 bar or greater, in the pre-proofing chamber 1 . This means that in a first step with closed valve 10 and closed three-way valve 6 through the inlet 4 , ie when the inlet valve 11 is open, organic waste, so-called substrate, is filled into the pre-proofing chamber 1 . The pre-proofing chamber 1 has a heating device, not shown, which heats the pre-proofing chamber to a temperature of around 35 ° C. This involves a fouling process that releases methane gas from the substrate.
Nach dem Einfüllen des Substrates wird das Einlaßventil 11 geschlossen, so daß die Vorgärkammer 1 gasdicht verschlossen ist und das beim Faulprozeß entstehende Methangas in der Vorgärkammer 1 einen Überdruck aufbaut. Dieser Überdruck kann über das Dreiwegeventil 6 in den Gasbehälter 7 und/oder durch die Gasrohrleitung 9 in die Nachgärkammer 3 eingeleitet werden.After the substrate has been filled in, the inlet valve 11 is closed, so that the pre-fermentation chamber 1 is closed in a gas-tight manner and the methane gas produced during the digestion process builds up an overpressure in the pre-fermentation chamber 1 . This overpressure can be introduced via the three-way valve 6 into the gas container 7 and / or through the gas pipeline 9 into the secondary fermentation chamber 3 .
Eine Einleitung in die Nachgärkammer 3 führt dazu, daß das in der Nachgärkammer 3 vorhandene Substrat durch die aufsteigenden Gasperlen intensiv durchmischt wird, so daß eine Schwimmschlammdeckenbildung oder Ablagerungen in der Nachgärkammer 3 in einfacher Weise vermieden werden und gleichzeitig das Gas einer Druckreinigung unterzogen wird, weil das sich mit dem Methangas bildende Kohlendioxidgas und der Schwefelwasserstoff unter Druck ausgewaschen werden. Dadurch nimmt in vorteilhafter Weise der Methangasanteil von üblicherweise 50% auf 80% und mehr zu. Dies bedeutet jedoch, daß das erzeugte Methangas in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Erdgasqualität erreicht.An introduction into the post-fermentation chamber 3 leads to the fact that the substrate present in the post-fermentation chamber 3 is thoroughly mixed by the rising gas bubbles, so that floating sludge blanket formation or deposits in the post-fermentation chamber 3 can be avoided in a simple manner and at the same time the gas is subjected to pressure cleaning because the carbon dioxide gas that forms with the methane gas and the hydrogen sulfide are washed out under pressure. This advantageously increases the methane gas content from usually 50% to 80% and more. However, this means that the methane gas generated in the device according to the invention achieves natural gas quality.
Das in der Verbindungsleitung 2 vorhandene Ventil 10 kann manuell geöffnet werden, wenn der Überdruck in der Vorgärkammer 1 mindestens 1 bar beträgt, oder es kann automatisch geöffnet werden, indem der mittels eines Druckmessers 12 gemessene Druck das Ventil 10 ansteuert. Dieser Druckmesser 12 kann auch das Einlaßventil 11 automatisch steuern und das Einlaßventil 11 öffnen, wenn der Druck in der Vorgärkammer 1 unter einen bestimmten Grenzwert absinkt. Ein derartiges Absinken des Druckes unter einen bestimmten Grenzwert tritt immer dann ein, wenn das Ventil 10 geöffnet ist und das in der Vorgärkammer 1 vorhandene Substrat in die Nachgärkammer gepreßt wird.The valve 10 present in the connecting line 2 can be opened manually when the overpressure in the pre-proofing chamber 1 is at least 1 bar, or it can be opened automatically by the pressure measured by means of a pressure gauge 12 actuating the valve 10 . This pressure gauge 12 can also automatically control the inlet valve 11 and open the inlet valve 11 when the pressure in the Vorgärkammer 1 drops below a certain threshold. Such a drop in the pressure below a certain limit value occurs whenever the valve 10 is open and the substrate present in the pre-proofing chamber 1 is pressed into the post-proofing chamber.
Der Gasanschluß 5 der Vorgärkammer 1 und der Gasanschluß 13 der Nachgärkammer 3 sind mit voneinander getrennten Gasbehältern 7 und 14 verbunden. Dabei dient der Gasbehälter 7 in erster Linie dazu, das in der Vorgärkammer 1 erzeugte Biogas zu speichern und bei entsprechend geöffnetem Dreiwegventil 6 und geschlossenem Ventil 15 durch die Gasrohrleitung 9 in die Nachgärkammer 3 ein- und durch das in der Nachgärkammer 3 vorhandene Substrat hindurchzutreten.The gas connection 5 of the pre-proofing chamber 1 and the gas connection 13 of the post-proofing chamber 3 are connected to separate gas containers 7 and 14 . The gas container 7 serves primarily to store the biogas generated in the pre-fermentation chamber 1 and to enter the post-fermentation chamber 3 through the gas pipe 9 when the three-way valve 6 and the valve 15 are open and to pass through the substrate present in the post-fermentation chamber 3 .
Die Gasrohrleitung 9 weist eine mit einem Ventil 15 versehene Abzweigung 16 auf, die in den Boden der Vorgärkammer 1 einmündet. Das Ventil 15 in der Abzweigleitung 16 kann derart gesteuert sein, daß es nur geöffnet wird, wenn der Druckunterschied zwischen dem Gasanschluß 5 und der Rohrleitung 8 bzw. dem Gasbehälter 7 einen vorgegebenen Wert übersteigt. Dazu ist in die Rohrleitung 8 ein Druckmesser 17 eingeschaltet und ist zwischen den Druckmessern 12 und 17 ein Differenzdruckmesser 18 eingeschaltet, welcher das Ventil 15 steuert. Diese Steuerung ist durch die strichlierte Linie 19 angedeutet worden. Wenn die Druckdifferenz zwischen dem Druckbehälter 7 und in der Vorgärkammer 1 einen vorgegebenen Wert übersteigt, steuert der Differenzdruckmesser 18 das Ventil 15 derart, daß es geöffnet wird und das im Behälter 7 vorhandene Gas durch das Dreiwegventil 6 und die Gasrohrleitung 9 in die Vorgärkammer 1 und in die Nachgärkammer 3 einströmt. Dabei wird in der Vorgärkammer 1 und in der Nachgärkammer 3 für eine innige Durchmischung des Substrates gesorgt, so daß eine Schwimmschlammdeckenbildung bzw. Absetzungen in den Kammern 1 und 3 vermieden werden. Außer dieser guten Durchmischung der Schlämme in den Kammern 1 und 3 erfolgt in vorteilhafter Weise gleichzeitig eine Druckwaschung des Methangases, bei welcher Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff vom Methangas getrennt werden. Dadurch entsteht ein hochreines Methangas, das bei geöffnetem Ventil 13 im Gasbehälter 14 gesammelt wird.The gas pipeline 9 has a branch 16 provided with a valve 15 , which opens into the bottom of the pre-fermentation chamber 1 . The valve 15 in the branch line 16 can be controlled such that it is only opened if the pressure difference between the gas connection 5 and the pipeline 8 or the gas container 7 exceeds a predetermined value. For this purpose, a pressure meter 17 is switched on in the pipeline 8 and a differential pressure meter 18 , which controls the valve 15 , is switched on between the pressure meters 12 and 17 . This control has been indicated by the dashed line 19 . If the pressure difference between the pressure container 7 and in the pre-proofing chamber 1 exceeds a predetermined value, the differential pressure meter 18 controls the valve 15 in such a way that it is opened and the gas present in the container 7 through the three-way valve 6 and the gas pipe 9 into the pre-proofing chamber 1 and flows into the post-fermentation chamber 3 . In this case, intimate mixing of the substrate is ensured in the pre-proofing chamber 1 and in the post-proofing chamber 3 , so that floating sludge blanket formation or deposits in the chambers 1 and 3 are avoided. In addition to this thorough mixing of the sludge in chambers 1 and 3 , pressure washing of the methane gas is advantageously carried out at the same time, during which carbon dioxide and hydrogen sulfide are separated from the methane gas. This produces a high-purity methane gas which is collected in the gas container 14 when the valve 13 is open.
Ein Auslaßventil 20 ist im Überlauf 22 mit einer Überlaufsäule 21 verbundern, so daß der Druck in der Nachgärkammer 3 einen durch dei Überlaufsäule 21 gegebenen Wert nicht unterschreiten kann. Durch dieses Auslaßventil 20 und die Überlaufsäule 21 wird in vorteilhafterWeise ein Dünger gewonnen, der fast geruchfrei ist und eine sehr gute Düngewirkung ergibt, während das Methangas im Gasbehälter 14 gesammelt oder über den Gasbehälter 14 in ein Erdgasnetz eingespeist werden kann.An outlet valve 20 is connected in the overflow 22 to an overflow column 21 , so that the pressure in the secondary fermentation chamber 3 cannot fall below a value given by the overflow column 21 . This outlet valve 20 and the overflow column 21 advantageously produce a fertilizer which is almost odorless and gives a very good fertilizing effect, while the methane gas can be collected in the gas container 14 or fed into a natural gas network via the gas container 14 .
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung aus einer Vorgärkammer 1 und einer Nachgärkammer 3 in einem regenerativen Bio-Kreisprozeß. Die Vorgärkammer 1 ist mit einem Einlaß 4 verbunden, der durch ein Einlaßventil 11 verschlossen werden kann und der sich in einen Einlaß 4a zur Zuführung frischen Abfalles und in einen Einlaß 4b aufzweigt, der später beschrieben wird. Die Vorgärkammer 1 und die Nachgärkammer 3 sind über eine Verbindungsleitung 2 verbundene, in der ein Ventil 10 angeordnet ist. Dieses Ventil 10 wird nur geöffnet, wenn der Druckunterschied zwischen dem Druck in der Vorgärkammer 1 und dem Druck in der Nachgärkammer 3 unabhängig von der Richtung des Druckgefälles größer ist als 1 bar, so daß der in den Gärkammern 1 und 3 vorhandene Gärschlamm durch diesen Eigendruck in beiden Richtungen hin- und hergedrückt werden kann. Durch diese Hin- und Herbewegung des Gärschlammes werden Schwimmschlammdecken sowohl in der Vorgärkammer 1 als auch in der Nachgärkammer 3 sicher vermieden. Fig. 2 shows a device according to the invention from a Vorgärkammer 1 and a 3 shows Nachgärkammer-cycle in a regenerative Bio. The pre-proofing chamber 1 is connected to an inlet 4 , which can be closed by an inlet valve 11 and which branches into an inlet 4 a for supplying fresh waste and into an inlet 4 b, which will be described later. The pre-proofing chamber 1 and the post-proofing chamber 3 are connected via a connecting line 2 , in which a valve 10 is arranged. This valve 10 is only opened if the pressure difference between the pressure in the pre-proofing chamber 1 and the pressure in the post-proofing chamber 3 is greater than 1 bar, regardless of the direction of the pressure drop, so that the digestate in the proofing chambers 1 and 3 by this intrinsic pressure can be pushed back and forth in both directions. This back and forth movement of the fermentation sludge reliably prevents floating sludge blankets both in the pre-proofing chamber 1 and in the post-proofing chamber 3 .
DieNachgärkammer 3 weist einen Überlauf 22 auf, der nach einem Ventil 20 in eine Überlaufsäule 21 einmündet. Die Überlaufsäule 21 ist über ein Ventil 23 mit einem Faulschlammdüngebehälter 24 verbunden. In den Faulschlammdüngebehälter 24 mündet eine durch ein Ventil 25 absperrbare Rohrleitung 26, die mit dem Gasbehälter 7 verbunden ist. Außerdem mündet in den Faulschlammdüngebehälter 24 eine mit der Nachgärkammer 3 verbundene und durch ein Ventil abschließbare Rohrleitung. Durch die Rohrleitung 26 kann der im Faulschlammdüngebehälter 24 befindliche Dünger durch die vorzugsweise wärmeisolierte Rohrleitung 27 entweder in einen Behälter 28 oder bei 29 ins Freie ausgegeben werden.The post-fermentation chamber 3 has an overflow 22 which opens into an overflow column 21 after a valve 20 . The overflow column 21 is connected to a digested sludge fertilizer container 24 via a valve 23 . A pipe 26 , which can be shut off by a valve 25 and which is connected to the gas container 7 , opens into the digested sludge fertilizer container 24 . In addition, a pipe connected to the secondary fermentation chamber 3 and closable by a valve opens into the digested sludge fertilizer container 24 . Through the pipeline 26 , the fertilizer in the digested sludge fertilizer container 24 can be discharged through the preferably heat-insulated pipeline 27 either into a container 28 or at 29 outdoors.
Das in der Nachgärkammer 3 entstehende Methangas wird durch die Rohrleitung 13 geleitet und im Gasbehälter 14 gesammelt und über eine Rohrleitung 30, die ein nicht dargestelltes Ventil aufweist, in einem Gasmotor 31 verbrannt. Dabei wird das Methangas mit in einem Wärmetauscher 40 vorgewärmter Luft gemischt und verbrannt und ein mit dem Gasmotor 31 gekoppelter elektrischer Generator 33 angetrieben.The methane gas generated in the post-fermentation chamber 3 is passed through the pipeline 13 and collected in the gas container 14 and burned in a gas engine 31 via a pipeline 30 which has a valve (not shown). The methane gas is mixed with air preheated in a heat exchanger 40 and burned, and an electric generator 33 coupled to the gas engine 31 is driven.
Das bei der Verbrennung von Methangas im Gasmotor 31 entstehende Kohlendioxid wird durch eine Rohrleitung 34 in ein Wasserbecken 35 im abgeschlossenen Behälter 28 eingeblasen. In diesem Wasserbecken 35 befinden sich schnell wachsende Pflanzen, beispielsweise Algen, Wasserhyazinthen od. dgl., welche zu ihrem schnellen Wachstum neben dem Kohlendioxid, das von in normaler Luft vorhandenen 0,15 bis 0,20% auf ca. 4% angereichert ist, eine Temperatur von ca. 30°C und Licht benötigen, das durch eine lichtdurchlässige Abdeckplatte 36 in den Behälter 28 eintreten kann. Ein Düngemittelverteiler 37, der mit dem Eigendruck der Anlage arbeitet, düngt dabei die im Wasserbecken 35 vorhandenen Pflanzen. Die im Wasserbecken 35 im Überschuß vorhandenen schnell wachsenden Pflanzen werden über eine Fördereinrichtung 38 in den Einlaß 4b geschüttet und der Vorgärkammer 1 zugeführt. Auf diese Weise ergibt sich ein geschlossener Kreislauf, in dem Methangas von Erdgasqualität ein hochwertiger Dünger, Wärme und elektrische Energie gewonnen werden. Außerdem können die schnell wachsenden Pflanzen auch der Ernährung von Tieren, z. B. von Speisekarpfen u. dgl., dienen.The carbon dioxide produced during the combustion of methane gas in the gas engine 31 is blown through a pipeline 34 into a water basin 35 in the closed container 28 . In this water basin 35 there are fast-growing plants, for example algae, water hyacinths or the like, which, in addition to the carbon dioxide which is enriched for their rapid growth, from 0.15 to 0.20% present in normal air to approximately 4%, need a temperature of about 30 ° C and light that can enter the container 28 through a translucent cover plate 36 . A fertilizer distributor 37 , which works with the system's own pressure, fertilizes the plants present in the water basin 35 . Present in the water tank 35 in excess of fast growing plants are poured b in the inlet 4 via a conveyor 38 and the Vorgärkammer 1 supplied. This results in a closed cycle in which methane gas of natural gas quality, high-quality fertilizer, heat and electrical energy are obtained. In addition, the fast growing plants can also be used to feed animals, e.g. B. of carp and. Like., serve.
Die Gasmotor 31 erzeugte Abwärme kann dabei nicht nur dem Wärmetauscher 40 zugeführt werden, sondern selbstverständlich auch für Heizungszwecke in der beschriebenen Anlage bzw. für externe Heizungszwecke verwendet werden.The waste gas heat generated by the gas engine 31 can not only be supplied to the heat exchanger 40 , but can of course also be used for heating purposes in the system described or for external heating purposes.
Da die Wasserpflanzen im Wasserbecken 35 eine an sich bekannte Reinigungswirkung ergeben, kann bei 39 reines Wasser entnommen werden.Since the water plants in the water basin 35 produce a known cleaning effect, pure water can be removed from 39 .
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