DE4416521A1 - Pfropfstrombetriebener Fermenter mit einem Rührwerk - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen pfropfstrombetrie­ benen Fermenter zur Vergärung biogener Dickstoff-Abfälle für die Gewinnung von Biogas gemäß Oberbegriff des Patentan­ spruches 1.

Aus der EP-A-0′476′217 ist ein pfropfstrombetriebener Fer­ menter bekannt, der einen liegenden Reaktorbehälter mit be­ heizter Mantelwand aufweist, und in dem ein von außerhalb des Reaktorbehälters getriebenes Rührwerk angeordnet ist. Die Drehachse des Rührwerkes verläuft in der Längsachse des Reaktorbehälters und ist in dessen Stirnseite gelagert.

Fermenter dieser Bauart mit einem liegenden, geneigten Re­ aktorbehälter sind aus verschiedenen Publikationen bekannt. So zeigt die EP-A-0′241′357 einen pfropfstrombetriebenen Fermen­ ter bei dem die zu vergärenden biogenen Abfälle im Reaktorbe­ hälter selber mittels einem oszillierenden Rechen gefördert werden. Ein rotierendes Rührwerk wird folglich nicht benötigt. Einen Fermenter der eingangs genannten Art mit einem in der Längsachse gelagerten Rührwerk zeigt hingegen die DE-A- 25′35′756. Der hier beschriebene Fermenter arbeitet vor­ wiegend mit flüssigen Abfällen, in denen ein Anteil Feststoffe schwimmen. Das Rührwerk hat folglich keine transportierende Aufgabe, sondern dient lediglich der möglichst homogenen Durchmischung. Die Eintragung der biogenen Abfälle erfolgt entweder durch die eingangsseitige Stirnwand oder vertikal durch die Mantelwand des Reaktorbehälters. Die Austragung der abgebauten biogenen Abfälle erfolgt immer durch die endseitige Stirnwand des Reaktorbehälters. Gelangen in einen solchen Fer­ menter Steine, Sand oder andere größere Feststoffanteile, so können sich diese auf dem Boden absetzen oder die Speiseöff­ nung beziehungsweise Ausgangsöffnung des Reaktorbehälters ver­ stopfen. Diese Problematik ist allerdings bei dieser Ausfüh­ rungsform und der entsprechenden Betriebsart nicht besonders groß, da - wie bereits erwähnt - der Fermenter in der Flüssig­ phase arbeitet und zusätzlich vom Eingang zum Ausgang hin ge­ neigt gelagert ist.

Ein ähnlicher Aufbau eines Fermenters geht aus der DE-A- 32′28′895 hervor. Der Reaktorbehälter ist auch hier wiederum geneigt gelagert und die zu vergärenden Abfälle treten ein­ gangsseitig durch die Stirnwand ein und ausgangsseitig durch die gegenüberliegende Stirnwand aus. Ein Rührwerk ist nicht vorgesehen, da der Reaktorbehälter selber rotierend gelagert ist. Das Problem der sich ausgangsseitig ablagernden sedimen­ tierenden Anteile, sowie die Möglichkeit der Verstopfung der Ausgangsöffnung wird nicht diskutiert.

Die bereits eingangs erwähnte Druckschrift EP-A-0′476′217 zeigt alle Elemente gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1. Das Rührwerk selber besteht aus einer einfachen Drehachse, die in der Längsachse des Reaktorbehälters verläuft und an dem ver­ schiedene Rührarme angeordnet sind. Diese Rührarme sollen das zu vergärende Gut umwälzen, so daß eine Lockerung desselben und eine verbesserte Entgasung stattfinden kann. Es hat sich nun gezeigt, daß mit dem zu vergärenden, biogenen Dickstoff- Abfällen unvermeidlich auch Steine, Sand und größere Holz­ stücke in den Reaktorbehälter eingetragen werden. Im Pfropf­ strom der zu vergärenden Abfälle wandern diese Fremdstoffe mit und sedimentieren je nach Gewicht und Größe langsamer oder schneller. Über Wochen oder Monate kann sich so am Boden des Reaktorbehälters eine Lage von Sand, Kies und Steinen aufbauen. Hierdurch würde sich eine isolierende Schicht bilden, die dazu führen würde, daß die Raumtemperatur im Reaktorbehälter ab­ sinken würde, wenn man diese Temperatur nicht nachregeln würde. Da die Temperatur im Mantel des geheizten Reaktorbe­ hälters jedoch in der Folge überall ansteigt, weist die Re­ aktorwandung im Bereich über der Sedimentationslage eine zu hohe Temperatur auf. Dies führt zur Zerstörung der für die Vergärung wichtigen Methanbakterien in diesen überheizten Be­ reichen. Entsprechend sinkt der Wirkungsgrad des gesamten Fer­ menters bei gleichzeitig erhöhtem Energiebedarf. Die Rührarme verschieben diese Sedimentationsschicht lediglich nach außer­ halb ihres Wirkungsbereiches ohne jedoch diese wiederum in die zu vergärenden Abfälle einzutragen und zu fördern. Ein weiteres Problem besteht darin, daß auch immer wieder größere Feststoffanteile, wie Wurzeln oder Äste in den Re­ aktorbehälter eingetragen werden, die sowohl im Bereich der Speiseöffnung wie auch der Auslaßöffnung zu Verstopfungen führen können und so ebenfalls den Wirkungsgrad des Fermenters herabsetzen, bis sich die Verstopfung durch den Fortschritt der Zersetzung wieder auflöst.

Da ein korrigierender Eingriff in den geschlossenen, anaerob arbeitenden Reaktorbehälter des Fermenters kaum möglich ist, ist es von außerordentlicher Bedeutung eine Lösung für dieses Problem zu finden.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Fermen­ ter entsprechend den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Lö­ sung besteht insbesondere in der Kombination der besonders ausgestalteten Rührarme und der speziellen Anordnung der Speiseöffnung und Auslaßöffnung für die zu vergärenden bio­ genen Dickstoff-Abfälle in der Mantelwand des Reaktorbehälters und zwar innerhalb des Wirkungsbereiches der erfindungsgemäß ausgestalteten Rührarme.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen des erfindungsge­ mäßen Fermenters sind in den abhängigen Patentansprüchen dar­ gelegt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.

In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungs­ beispiel des erfindungsgemäßen Fermenters dargestellt und in der Beschreibung detailliert erläutert.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch den er­ findungsgemäßen Fermenter,

Fig. 2 einen Querschnitt durch denselben Fermenter nach Fig. 1 entlang der Linie B-B in größerem Maßstab und

Fig. 3 zeigt ein Detail eines Rührarmes in einem nochmals größeren Maßstab.

Der Fermenter ist gesamthaft mit der Bezugszahl 1 gekenn­ zeichnet. Dieser umfaßt im wesentlichen einen Reaktorbehälter 2 und ein Rührwerk 3. Der Reaktorbehälter 2 ist bis zu einem Niveau N mit biogenen Abfällen A gefüllt. Das Niveau N fällt von der Eingangsseite 10 des Reaktorbehälters zur Ausgangsseite 20 hin leicht ab. Dies ist bedingt durch die auftretende Volu­ menverminderung durch den Vergärungsprozeß und dem damit ver­ bundenen biologischen Abbau der biogenen Abfälle. In der Zeichnung ist dies übertrieben dargestellt, während in der Realität dieser Niveauabfall nur einige Zentimeter beträgt.

Der Reaktorbehälter 2 hat eine zylindrische Mantelwand 4 und eine vordere Stirnwand 5, sowie eine rückseitige Stirnwand 6. In den beiden Stirnwänden 5 und 6 ist mittig eine Drehachse 7 des Rührwerkes 3 gelagert. An der Drehachse 7 greifen in regelmäßigen, axialen Abständen Rührarme 8 an. Diese Rühr­ arme 8 sind wiederum in radialer Richtung am Umfang der Dreh­ achse 7 verteilt angeordnet. An jedem Rührarm ist endständig ein als Schaufel dienender, parallel zur Drehachse verlaufen­ der, Profilabschnitt 9 angeschweißt. Selbstverständlich können diese Profilabschnitte 9 auch auf andere Weise an den Rühr­ armen 8 befestigt sein, doch ist eine unlösbare Verbindung der Profilabschnitte mit den Rührarmen bevorzugt. In der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform hat der Reaktorbe­ hälter eine kreiszylindrische Gestalt. Dies ist jedoch keine Bedingung. So kann ein solcher Reaktorbehälter auch lediglich im unteren Bereich eine halbzylindrische Querschnittsform auf­ weisen, während die obere Hälfte eine rechteckige oder andere Gestaltungsform haben kann.

Im Eingangsbereich 10 ist in der geheizten Mantelwand 4 eine Speiseöffnung 11 eingelassen. Die Speiseöffnung 11 befindet sich unterhalb dem Füllniveau N. Die Auslaßöffnung 12 ist ebenfalls in der geheizten Mantelwand 4 im Endbereich 20 ange­ ordnet. Selbstverständlich befindet sich auch die Auslaßöff­ nung 12 unterhalb der Niveaulinie N und zwar vorzugsweise im tiefsten Bereich des liegenden Fermenters 1. Die Speiseöffnung 11 wird vom Profilabschnitt 9′ der am vordersten Rührarm 8′ befestigt ist, überstrichen. Die Auslaßöffnung 12 wird seinerseits vom Profilabschnitt 9′′, der am hintersten Rührarm 8′′ angeschweißt ist, überstrichen. Damit die sedimentierten Stoffe vom Eingangsbereich 10 zum Ausgangsbereich 20 lückenlos gefördert werden können, ist es wesentlich, daß die Länge der Profilabschnitte mindestens der axialen Distanz zwischen zwei benachbarten Rührarmen 8, 8′, 8′′ entspricht.

Die Drehachse 7 des Rührwerkes 3 ist auf beiden Seiten in dichtenden Gleitlagern in den Seitenwänden 5 und 6 gelagert. Einseitig erfolgt der Antrieb der Drehachse über eine Kurbel­ scheibe 30, an der über einen Mitnehmerbolzen eine hydraulische Kolbenzylindereinheit 31 wirkt. Mittels diesem hydraulischen Antrieb ist eine schrittweise Drehung der Drehachse möglich.

Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, wird die Drehachse 7 vor­ zugsweise als ein Vierkantrohr ausgebildet. Auf den Seiten­ flächen des Vierkantrohres sind die Rührarme 8 stumpf aufge­ schweißt. Die Rührarme 8 werden vorzugsweise aus Doppel-T- Eisen gefertigt. Sie sind auf der Drehachse 7 so aufge­ schweißt, daß die Verbindungsstege der Doppel-T-Eisen je­ weils senkrecht zur Längsrichtung des Reaktorbehälters liegen. Dies soll sicherstellen, daß durch die Drehbewegung im Be­ reich zwischen den beiden parallelen Schenkeln sich nicht Ma­ terial ablagert, welches sich mit der Umgebung nicht mehr ver­ mischt und folglich nicht mehr weiter transportiert würde.

Aus der Fig. 2 ist auch deutlich erkennbar, daß zwei benach­ barte Rührarme 8 jeweils in radialer Richtung um 90° versetzt sind.

Die als Schaufel dienenden Abschnitte 9 weisen beispielsweise die Querschnittsform eines L-Profils auf. Sie sind an den Rührarmen 8 jeweils so befestigt, daß der eine Schenkel 17 parallel zum Rührarm 8, an dem er befestigt ist, zur Drehachse 7 weist, und der andere Schenkel 18 senkrecht vom Rührarm ab­ stehend in Drehrichtung sich bis annähernd an die Innenfläche der Mantelwand 4 erstreckt.

Vorteilhafterweise wird man die als Schaufeln dienenden Pro­ filabschnitte 9 so bemessen, daß die Arbeitsbreite zweier Profilabschnitte benachbarter Rührarme 8 sich überlappen. Selbstverständlich ist es keineswegs zwingend, daß die Dreh­ achse 7 eine rechteckige Querschnittsform hat, noch daß die als Schaufel dienenden Profilabschnitte 9 die Form eines L- Profiles haben müssen. Die gewählten Formen vereinfachen je­ doch die Konstruktion und optimieren gleichzeitig die Funk­ tionsweise.

Es ist aber nicht ausgeschlossen, daß die Profilabschnitte eine U-förmige Querschnittsform haben, wobei die Öffnung des U′s in Drehrichtung zeigt.

Claims (7)

1. Pfropfstrombetriebener Fermenter (1) zur Vergärung biogener Dickstoff-Abfälle für die Gewinnung von Biogas, bestehend aus einem zylindrischen oder halbzylindrischen, liegenden Reaktorbehälter (2) mit beheizter Mantelwand (4) in dem ein von außerhalb des Reaktorbehälters getriebenes Rührwerk (3) angeordnet ist, wobei die Drehachse (7) des Rührwerkes in der Längsachse des Reaktorbehälters (2) verläuft und in dessen Stirnseiten (5, 6) gelagert ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Reaktorbehälter (2) eine Speiseöffnung (11) und eine Auslaßöffnung (12) in axialer Richtung an entgegengesetzten Seiten (10, 20) im gerundeten Bereich der Mantelwand (4) aufweist, und daß an der Drehachse des Rührwerkes mehrere Rührarme (8, 8′, 8′′) in radialer und axialer Richtung regelmäßig verteilt angeordnet sind, wobei an jedem Rührarm endständig je ein als Schaufel die­ nender, parallel zur Drehachse verlaufender Profilabschnitt (9, 9′, 9′′) angebracht ist, deren Länge mindestens der axialen Distanz zwischen zwei benachbarten Rührarmen ent­ spricht, und daß der in der Betreibungsrichtung vorderste Profilabschnitt (9′) die Speiseöffnung (11) und der in Betreibungsrichtung letzte Profilabschnitt (9′′) die Aus­ gangsöffnung (12) des Reaktorbehälters (2) überstreicht.

2. Fermenter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Schaufeln dienenden Profilabschnitte (9, 9′, 9′′) so be­ messen sind, daß die Arbeitsbreite zweier Profilabschnitte benachbarter Rührarme sich überlappen.

3. Fermenter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß je­ weils zwei in axialer Richtung benachbarte Rührarme (8, 8′, 8′′) in radialer Richtung um 90° versetzt an der Dreh­ achse angeordnet sind.

4. Fermenter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Schaufeln dienenden Profilabschnitte (9, 9′, 9′′) die Querschnittsform eines L-Profiles aufweisen, die an den Rührarmen so angeordnet sind, daß der eine Schenkel (17) des L-Profiles parallel zum Rührarm, an dem er befestigt ist, zur Drehachse (7) weist und der andere Schenkel (18) senk­ recht vom Rührarm (8, 8′, 8′′) abstehend in Drehrichtung sich bis annähernd an die Innenfläche der Mantelwand (4) er­ streckt.

5. Fermenter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (7) als Vierkantrohr ausgebildet ist, auf dessen Seitenflächen die Rührarme (8, 8′, 8′′) stumpf aufgeschweißt sind.

6. Fermenter nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Rührarme (8, 8′, 8′′) aus Doppel-T-Eisen gefertigt sind, und so an der Drehachse (7) angeordnet sind, daß die Verbin­ dungsstege der Doppel-T-Eisen alle senkrecht zur Längsrich­ tung des Reaktorbehälters (2) liegen.

7. Fermenter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die als Schaufeln dienenden Profilabschnitte eine U-förmige Querschnittsform aufweisen, und daß jeweils ihre offene Seite in Drehrichtung zeigt.