DE102006052669B4

DE102006052669B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Eindicken von Gärsubstrat aus einer Biogasanlage

Info

Publication number: DE102006052669B4
Application number: DE102006052669A
Authority: DE
Inventors: Alois Börger
Original assignee: BOERGER GmbH; Borger GmbH
Current assignee: BOERGER GmbH; Borger GmbH
Priority date: 2006-11-07
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2013-10-10
Anticipated expiration: 2026-11-08
Also published as: DE102008022706A1; DE102006052669A1

Abstract

Verfahren zum Eindicken von Gärsubstrat aus einer Biogasanlage durch – Abpumpen einer Substratmenge V. 0 aus einem Vergärer (1), – Abscheiden eines Teils der Flüssigkeit und – Einleitung des konzentrierten Substrats in einen Auffangbehälter, dadurch gekennzeichnet, dass – die Substratmenge durch wenigstens ein von einem Außengehäuse (16) umgebenes Filterrohr (14) einer Filtervorrichtung (10, 10') geführt wird, welches Filterrohr (14) in seinem Rohrmantel mit flüssigkeitsdurchlässigen Ausnehmungen (15) versehen ist, – wobei ein Teil, der durch den Rohrmantel in eine zwischen Filterrohr (14) und Außengehäuse (16) gebildete Außenkammer (17) fließt, als Hauptstrom V. H mit einem niedrigen Trockenstoffanteil und ein durch das Filterrohr (14) strömender Teil der Substratmenge als Teilstrom V. T mit einem hohen Trockenstoffanteil abgezogen wird und wobei das abgezogene Gärsubstrat als ein Grundvolumenstrom V. 0 über eine erste Pumpe (21) entweder in die Filtervorrichtung (10, 10') hinein gedrückt oder daraus gesaugt wird und der eingedickte Teilstrom V. T über eine zweite Pumpe (22) aus der Filtervorrichtung (10, 10') heraus gesaugt wird, wobei die Förderleistungen der Pumpen (21, 22) zueinander derart geregelt werden, dass ein sich zwischen der Innen- und der Außenseite des Filterrohrs (14) einstellender Differenzdruck minimiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eindicken von Gärsubstrat aus einer Biogasanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 11.
Bei sogenannten Biogasanlagen wird organische Masse durch biochemische Prozesse zersetzt und dabei Methangas gewonnen. Das vergorene Substrat muss aus dem Vergärer von Zeit zu Zeit entfernt werden, damit wieder frisches Substrat eingeleitet werden und der Vergärungsprozess in Gang gehalten werden kann. Ein Teil des abgezogenen Substrats wird zurückbehalten, teilweise auch wieder in den Reaktorbehälter zurückgeführt, so dass die darin enthaltenen Bakterienstämme dem Prozess erhalten bleiben. Das abgezogene Substrat ist schlamm- und faserstoffhaltig. Es weist einen relativ kleinen Trockenstoffgehalt bzw. einen hohen Wassergehalt auf, um fließfähig zu bleiben. Der hohe Flüssigkeitsanteil muss jedoch gemindert werden, um die Kosten für die Entsorgung wirtschaftlich zu halten. Dazu sind verschiedene Verfahren bekannt, von denen viele bei den meist als Kleinanlagen betriebenen Biogasanlagen nicht wirtschaftlich durchzuführen sind. So kann die Vortrocknung durch Verdampfung nur durch erheblichen Einsatz von Solarenergie ökonomisch und ökologisch sinnvoll sein. Ein Eindicken eines suspensionsförmigen Substrats auf einen hohen Trockenstoffgehalt ist auch über Zentrifugalseparatoren möglich, bei denen eine Trommel mit hoher Geschwindigkeit rotiert, sodass die Flüssigphase abgeschleudert wird und überwiegend Feststoff mit einem geringen Restfeuchteanteil verbleibt. Diese Anlagen haben sich beispielsweise bei der großtechnischen Abwasseraufbereitung bewährt, sind aber für eine Kleinanlage wesentlich zu teuer.
Die EP 1 072 547 B1 offenbart eine Filterpresse. Grundprinzip ist es, Feststoffanteile eines schlammartigen Substrates zu komprimieren und Wasser herauszupressen. Der Entwässerungsgrad muss manuell über mechanische Stauklappen eingestellt werden.
Die FR 529 099 A zeigt eine weitere Filterpresse. Die in den zu- und abführenden Leitungen vorhandenen Ventile 2, 3 und 7 erlauben zwar eine manuelle Einstellung des Strömungswiderstands, können aber nur auf einen stationären Betriebspunkt eingestellt werden und damit nicht auf die laufenden Schwankunkungen des Trockenstoffanteils im Gärsubstrat reagieren.
Die DE 34 26 742 A1 zeigt eine Vorrichtung, mit der Klarwasseranteile abgezogen werden können. Dazu ist die Vorrichtung bereits im oberen Bereich des Behälters nahe dem Wasserspiegel angeordnet. Mechanische Bürsteneinrichtungen sollen anhaftende Feststoffanteile entfernen. Eine Entfernung des schlammartigen, sich im Bodenbereich eines Fermenters sammelnden Substrats ist damit jedoch nicht möglich.
Die DE 102 21 522 A1 offenbart eine Abscheideeinrichtung für pumpfähige Substrate. Das sich regelmäßig einstellende Problem bei jeder Form von Abwässern mit hohen Feststoffanteilen, nämlich das Verstopfen der Filteröffnungen wird ausschließlich mechanisch gelöst, nämlich durch Schaber, Vibratoreinrichtungen und Sprüheinrichtungen. Auch mit dieser Vorrichtung kann nicht flexibel auf Änderungen im Trockenstoffgehalt des abgezogenen Substrats reagiert werden.
Die EP 605 018 A2 offenbart eine Einrichtung zur Schlammentwässerung, die mit einer Filterkerze bestückt ist. In dem Ringspalt darum wird der zu entwässernde Schlamm über mechanische Einrichtungen entlang der Filterkerze bewegt. Bei Verwendung der Einrichtung mit Substraten, die grobe Feststoffe und insbesondere faserige Feststoffe enthalten, können sich die Ringspalte leicht zusetzen. Fasern können auch die Schraubwendel blockieren.
Die DE 195 44 472 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Filtern von Suspensionen. Es wird auf der einen Seite ein Überdruck erzeugt, durch den der Flüssigkeitsanteil durch eine Filterpresse mit Filtertüchern gedrückt werden soll, und auf der anderen Seite ein Unterdruck. Das Druckgefälle bewirkt jedoch im Fall faseriger Feststofffrachten, dass die Feststoffbestandteile fest in das Filtergewebe gedrückt werden und dieses zusetzen.
Die EP 625 065 B1 gibt eine Anlage zur Verarbeitung einer Trübe an, die eine Kammerfilterpresse einschließt. Über eine Heizeinrichtung wird eine Trocknung eines abgeschiedenen Filterkuchens bewirkt. Für grobe und insbesondere für faserhaltige Substrate ist die Anlage jedoch nicht geeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Eindicken von Gärsubstrat und eine Vorrichtung zur Durchführung anzugeben, um gerade bei Kleinanlagen abgezogenes Gärsubstrat wirtschaftlich entsorgen zu können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 gelöst.
Grundgedanke der Erfindung ist es somit, eine Aufteilung des fließ- und pumpfähigen Substrats in einen Haupt- und einen Teilstrom vorzunehmen, wobei der Teilstrom nach Passieren der Filtervorrichtung zwar einen deutlich verminderten Flüssigkeitsanteil aufweist, insgesamt aber immer noch fließfähig ist. Erfindungsgemäß wird dazu Flüssigkeit, die an dem mit Schlitzen oder mit anderen Ausnehmungen versehenen Rohrmantel der Filtervorrichtung austritt und nur geringe Restmengen an Feststoffpartikeln enthält, abgezogen und als Hauptstrom in sonstiger Weise weiterverarbeitet.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Verfahren kontinuierlich durchführbar ist und in einem geschlossenen System erfolgt. Es erfolgt keine schubweise Eindickung, sondern eine kontinuierliche Flüssigkeitsabfuhr, während das Substrat durch die Filtervorrichtung gefördert wird. Dabei muss die Fließgeschwindigkeit gegenüber einem Abpumpvorgang ohne Filterung nicht oder nur wenig herab gesetzt werden. Durch das Filtern im geschlossenen System ist es möglich, Flüssigkeit unter Sauerstoffabschluss abzutrennen und gegebenenfalls in den Vergärungs-Prozess zurückzuleiten, wobei durch den Sauerstoffabschluss während der Filterung anaerobe Bakterienstämme erhalten bleiben. Der eingedickte Teilstrom V ._T wird über eine zweite Pumpe aus der Filtervorrichtung herausgesaugt, wobei die Förderleistungen der Pumpen vorzugsweise derart zueinander geregelt werden, dass ein sich zwischen der Innen- und der Außenseite des Filterrohrs einstellender Differenzdruck minimiert wird. Durch den minimierten Differenzdruck wird ein starkes Anpressen von Partikeln an den Filterrohrmantel im Bereich der Sieböffnungen vermieden.
Das Verfahren der Erfindung kann auch in umgekehrter Weise derart durchgeführt werden, dass ein Filterrohr von außen angeströmt wird und die überwiegend flüssige Phase im Inneren des Filterrohrs abgezogen wird. Die Außenkammer besitzt hierzu einen Ein- und einen Auslass, die am Filterrohr soweit wie möglich voneinander entfernt sind, um eine möglichst hohe Filterwirkung zu erzielen.
Vorteilhaft ist es, die verarbeiteten Volumina pro Zeiteinheit bzw. die Pumpenleistungen so abzugleichen, dass der Teilstrom V ._T 30% bis 100% und der Hauptstrom V ._H 70% bis 0% der abgezogenen Substratmenge beträgt. Im störungsfreien Betriebszustand werden somit mehr als zwei Drittel der Substratmenge in Form von weitgehend feststofffreier Flüssigkeit abgeschieden, und nur ein Drittel verbleibt als eingedickter Schlamm. Kommt es hingegen zu einem Verstopfen des Filters, so geht der Anteil der abgeschiedenen Flüssigkeit zurück, so dass der Anteil des mit hohem Feststoffanteil befrachteten Hauptstroms steigt. Im schlimmsten Fall passiert das zugeführte Substrat ungehindert die Filtervorrichtung. Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass selbst bei völlig verstopften Filterporen eine weitere Förderung des Substrats möglich ist, so dass der Abzug von Substrat aus dem Vergärer und damit der Gasgewinnungsprozess in dem Biogasreaktor nicht unterbrochen ist. Das ungefilterte Substrat kann auch zwischengespeichert werden, um dann nach Reinigung der Filtervorrichtung nachbehandelt zu werden.
Um das Substrat fließfähig und mit üblichen Fördervorrichtungen und üblichen Rohrdurchmessern pumpfähig zu halten, wird es mit einem Trockenstoffgehalt von vorzugsweise 15% aus dem Vergärer abgezogen und der Filtervorrichtung zugeführt. Teil- und Hauptstrom werden durch eine entsprechende Regelung der jeweiligen Fördervorrichtungen, insbesondere Pumpen, die einem Flüssigkeitsstrom zugeordnet sind, so gewählt, dass die zugeführte Substratmenge sich, je nach Siebspaltweite und Anordnung, zu etwa 70% auf den überwiegend flüssigen Hauptstrom und zu 30% auf den schlammartigen Teilstrom aufteilt. Besitzt der Teilstrom einen sehr hohen Trockenstoffgehalt, so kann z. B. durch Verminderung der Pumpleistung am Hauptstrom die abgeschiedene Flüssigkeitsmenge reduziert werden und damit die Fließfähigkeit des Teilstroms erhalten werden.
Bevorzugt wird bei dem Verfahren ein Ausgangsvolumenstrom V .₀ über eine erste Pumpe in die Filtervorrichtung hinein gedrückt, wobei die erste Pumpe dann auch den aus der Filtervorrichtung heraustretenden überwiegend flüssigen Hauptstrom V ._H weiter fördert. Es sind also nur ein Druck-Sensor und eine Regelungseinrichtung erforderlich, die die Leistungen der Pumpen in Abhängigkeit von dem Sensorsignal regeln.
Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Filtervorrichtung ist in Anspruch 11 angegeben. Sie ist sehr einfach aufgebaut und kann äußerst kostengünstig hergestellt und betrieben werden, da der Aufbau einfach ist und keine Verbrauchsmaterialien wie Filterpatronen notwendig sind. Im Prinzip reicht ein Rohr, das eingangsseitig mit der Abzugsleitung aus dem Vergärer verbunden ist und ausgangsseitig zu einem Auffangbehälter führt. Wenigstens ein Teil der Länge dieses Rohrs ist von einem Außengehäuse umgeben, wodurch eine Außenkammer zwischen dem Gehäuse und dem Rohrmantel ausgebildet ist. Ausnehmungen im Filterrohr ermöglichen den Austritt von Flüssigkeit aus dem Filterrohr in die Außenkammer. Durch diese sehr einfache Vorrichtung kann der Trockenstoffgehalt des verbleibenden Teilstroms gegenüber der zugeführten Substratmenge deutlich herabgesetzt werden, je nach Siebspalt und Anordnung beispielsweise bis auf 25%. Dies bedeutet andersherum, dass bei der Entsorgung des eingedickten Substrats nur noch eine geringe mit Feststoffanteilen befrachtete Flüssigkeitsmenge anfällt.
Zusammenfassend bietet die Erfindung den Vorteil, mit einfach herzustellenden technischen Vorrichtungen und einfachen Regelungsmaßnahmen eine weitgehende Flüssigkeitsabscheidung zu bewirken.
Vorteilhaft ist es, die Volumenströme in Abhängigkeit von einem Flüssigkeitsdruck zu regeln, der vorzugsweise in der Außenkammer der Filtervorrichtung gemessen wird. Ist die Strömungsgeschwindigkeit im Filterrohr zu gering und/oder der Trockenstoffanteil dort zu hoch, werden Feststoffanteile in die insbesondere sehr fein ausgebildeten Ausnehmungen im Rohrmantel gedrückt, sodass entsprechend weniger Flüssigkeit in die Außenkammer übertreten kann. Aufgrund des anliegenden Förderdrucks der für den Teilstrom eingesetzten Pumpe entsteht dann ein Unterdruck in der Außenkammer, der leicht zu registrieren und einer Regelungseinrichtung aufzuschalten ist. Um das Filterrohr wieder frei zu bekommen, wird dann die Strömungsgeschwindigkeit im Filterrohr erhöht und zugleich die des Hauptstroms gesenkt.
Dabei ist es vorteilhaft, zumindest als Fördereinrichtung für den Hauptstrom eine reversierbare Drehkolbenpumpe zu verwenden, bei der die Förderleistung nicht nur zurückgefahren werden kann, um einen gewissen Flüssigkeitsanteil im Teilstrom hoch zu halten, sondern die sogar ihre Drehrichtung umkehren kann, um die Flüssigkeit des Hauptstroms zurück in die Außenkammer zu drücken und somit von außen her eine Rückspülung der Ausnehmungen im Filterrohrmantel zu bewirken.
Es kann ein Zwischenbehälter vorgesehen sein, durch den der Hauptstrom entweder kontinuierlich mittels Überlauf geleitet wird oder der von Zeit zu Zeit gesondert befüllt wird, um für die Rückspülung ein entsprechendes Volumen an Flüssigkeit zur Verfügung stehen zu haben.
Vorteilhaft ist es, den Zwischenspeicher für die flüssige Phase in einem oberen Bereich des Vergärers anzuordnen. Die für den Gärungsprozess benötigten Bakterien sind in der abgezogenen Flüssigkeitsphase noch enthalten. Sie werden bei Lagerung innerhalb des Vergärer auf der Betriebstemperatur gehalten und können zum sogenannten Impfen dann leicht aus dem Zwischenspeicher in den Vergärer abgelassen werden.
Um ein noch intensiveres Impfen von frischem Gärsubstrat zu erreichen, kann auch vorgesehen sein, die von der Filtervorrichtung weg führende Leitung des Teilstroms zu verzweigen, insbesondere nach der Fördervorrichtung, und bedarfsweise einen Teil des Teilstroms zurück in den Vergärer zu führen.
Nicht nur wegen der Reversierbarkeit, sondern insbesondere auch wegen der guten Förderleistung von Feststoff befrachteten Flüssigkeiten ist es vorteilhaft, Drehkolbenpumpen einzusetzen.
Eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Filtervorrichtung weist schlitzförmige Ausnehmungen im Rohrmantel auf, die sich parallel zur Längsachse des Filterrohrs erstrecken und insbesondere eine Weite von etwa 0,1–0,3 mm aufweisen. Eine solche Schlitzweite gewährleistet einerseits eine hohe Abscheiderate für die meist faserigen Feststoffanteile im abgezogenen Substrat. Andererseits sind Schlitze mit einer Weite von ca. 0,3 mm noch spanend durch Fräsen herstellbar, so dass eine besonders wirtschaftliche Fertigung der Filtervorrichtung möglich ist. Feinere Schlitzweiten führen zu einer höheren Abscheidungsrate von feinen Feststoffanteilen, müssen dann aber über Laserschneid- oder Erodierverfahren hergestellt werden.
Vorgesehen sein kann auch, flächige Ausnehmungen in den Rohrmantel einzubringen und diese Ausnehmungen dann mit Halbschalen oder biegsamen Blechabschnitten, welche die schlitzförmigen Ausnehmungen aufweisen, abzudecken, entsprechend dem Prinzip der Scherfolie bei einem elektrischen Rasierapparat. Durch an den Ausnehmungen ein- oder aufgesetzte Filterelemente ist ein einfacher Austausch derjenigen Sektionen des Rohrmantels möglich, welche die Filtrierung bewirken. Bei einem vollständigen Zusetzen der Ausnehmungen, welche sich auch im zuvor dargestellten Rückspülverfahren oder durch Bürsten nicht beseitigen lassen, kann von der Außenkammer her ein vollständiger Austausch der Filterelemente vorgenommen werden, so dass der Betrieb nur kurz unterbrochen werden muss bzw. die ohnehin vorhandenen Pausen im Gärprozess nutzbar sind.
Bei der Filtervorrichtung kann statt des einzelnen Filterrohrs ein Rohrbündel durch die Außenkammer geführt sein, so dass die Filterfläche erhöht wird.
Neben einer stoßweisen Reinigung durch Rückspülen ist eine kontinuierliche oder bedarfsweise mechanische Reinigung über angetriebene Bürsten möglich. Vorzugsweise ist daher eine Bürste vorgesehen, die außen und/oder innen am Filterrohr im Bereich der Ausnehmungen rotiert und diese von eingedrungenen Fasern und Feststoffen befreit, bevor es zu einer Verstopfung der Siebspalte kommt. Die Bürste ist vorzugsweise als Spirale ausgebildet, so dass eine bloße Rotationsbewegung ausreicht, um die Reinigung zu bewirken und zugleich den ausgebürsteten Schmutz axial abzustreifen.
Möglich ist auch eine ringförmige Bürste, die das Filterrohr umfasst und während der Rotation zusätzliche axiale Bewegungen vollzieht, um den entfernten Schmutz aus dem Bereich der Siebspalte zu schaffen.
Die Anordnung einer rotierenden Bürste auf der angeströmten Seite ist vorteilhaft.
Möglich ist der Einsatz einer spiralförmigen Bürste auch außen am Filterrohr, allerdings muss der Antrieb einer solchen Spiralbürste dann vom Außenumfang her erfolgen, beispielsweise über Zahnriemen, Zahnräder oder dergleichen.
Die Sieböffnungen im Filterrohr können bei einer Spiralbürste axial ausgerichtet sein, um ein Abstreifen entlang des Filterrohrs zu erleichtern. Eine Ausrichtung in Umfangsrichtung wiederum kann bei bestimmten Bürstenkörpern vorteilhaft sein, weil die Borsten dann über einen längeren Bereich des Umfangs in die Sieböffnungen eingreifen können.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
1 eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Biogasanlage in schematischer Blockansicht,
2 einen Schnitt durch eine Filtervorrichtung,
3 eine zweite zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Biogasanlage in schematischer Blockansicht,
4 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Filtervorrichtung und,
5 ein Detail eines Filterrohrs im Schnitt.
1 zeigt eine Biogasanlage in schematischer Ansicht, beschränkt auf die erfindungswesentlichen Einrichtungen zum Abziehen vergorenen Substrats. Nicht dargestellt sind daher an sich bekannte Einrichtungen zum Zuführen des frischen Gärsubstrats, zum Abziehen des gewonnen Methangases oder zur Nutzung von Prozesswärme.
In einem Vergärer 1 wird Biomasse vergoren. Vergorenes Substrat wird immer, wenn es die Prozessführung erfordert, aus dem Bodenbereich des Vergärers 1 über eine Leitung 11 abgezogen.
Gemäß der Erfindung wird ein über die Leitung 11 geleitete Grundvolumenstrom V .₀ innerhalb einer Filtervorrichtung 10 in einen über eine Leitung 13 abgeführten Hauptvolumenstrom V ._H und einen über eine Leitung 12 abgeführten Teilvolumenstrom V ._T aufgeteilt. Der Hauptvolumenstrom V ._H wird mittels einer Hauptstrompumpe 22, der Teilvolumenstrom V ._T über eine Teilstrompumpe 21 gefördert. Hinter den Pumpen 21, 22 führen Ausgangsleitungen 34, 35 zu nicht dargestellten Auffangbehältern. An Verzweigungsstellen 36, 37 sind Ventile, Schieber oder dergleichen angeordnet, um die Volumenströme V ._H, V ._T ganz oder teilweise in den Vergärer 1 über Leitungen 31, 32 zurück zu leiten.
Die Filtervorrichtung 10 ist in 2 schematisch im Schnitt dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus wenigstens einem Filterrohr 14, das sich zwischen der Leitung 11 auf der Eingangsseite und der Leitung 12 auf der Ausgangssite im Wesentlichen gerade erstreckt, so dass sich im Filterrohr 14 ein gerichteter Strömungsverlauf ohne wesentliche Strömungshindernisse ergibt.
Der Rohrmantel des Filterrohrs 14 ist in Teilbereichen mit Schlitzen 15 versehen. In diesen Teilbereichen ist das Filterrohr 14 von einem Außengehäuse 16 umgeben, so dass zwischen Rohrmantel und Außengehäuse 16 eine Außenkammer 17 ausgebildet wird, in der Flüssigkeit, die aus dem Inneren des Filterrohrs 14 durch die Schlitze 15 getreten ist, gesammelt und dann über die Hauptstromleitung 13 abgeführt wird.
Das Verfahren zum Eindicken von Gärsubstrat wird nachfolgen erläutert:
Die Pumpen 21, 22 werden in Betrieb gesetzt, so dass ein Grundvolumenstrom V .₀ aus dem Vergärer 1 über die Leitung 11 in die Filtervorrichtung 10 gefördert wird.
Dabei sind die Förderleistungen der Pumpen 21, 22 so aufeinander abgestimmt, dass sich die Fördermenge zu etwa 70% auf den Hauptvolumenstrom V ._H und zu etwa 30% auf den Teilvolumenstrom V ._T verteilen.
Ist der Teilvolumenstrom V ._T zu groß gegenüber dem Hauptvolumenstrom V ._H, so setzen sich die Filterausnehmungen 15 im Rohrmantel schneller zu und in der Außenkammer 17 ist ein Druckabfall registrierbar, da in Bezug auf die anliegende Förderleistung der Pumpe 22 nicht genug Flüssigkeit ausströmt. Aufgrund des registrierten Druckabfalls wird zunächst die Aufteilung der Volumenströme zu Gunsten des Teilvolumenstroms V ._T verschoben, also etwa eine Aufteilung der Leistungen der Teilstrompumpe 21 und der Hauptstrom 22 von 40:60 eingestellt, so dass mehr Flüssigkeit im Teilvolumenstrom V ._T verbleibt und dessen Fließfähigkeit verbessert wird, wodurch sich wiederum weniger Feststoffanteile in den Filterausnehmungen 15 festsetzen.
Wird hingegen kein Druckabfall registriert, so wird das Verfahren so fortgesetzt, dass der Anteil abgezogener Flüssigkeit erhöht und der Trockenstoffgehalt im Teilvolumenstrom V ._T vermindert wird, indem eine Leistungsverschiebung zugunsten des Hauptvolumenstroms V ._H vorgenommen wird, also beispielsweise ein Leistungsverhältnis der Pumpen 21 und 22 von 20:80.
Außer der relativen Leistungsaufteilung kann noch die absolute Strömungsgeschwindigkeit des Grundvolumenstroms V .₀ als Parameter herangezogen werden.
Durch eine Druckmessung innerhalb des Filterrohrs 14 kann eine Verstopfung registriert werden. Für diesen Fall kann eine Drehrichtungsumkehr der vorzugsweise als Drehkolbenpumpe ausgebildeten Pumpe 22 vorgenommen werden, um das Substrat durch von außen über die Leitung 13 zurückgeführte Flüssigkeit zu verdünnen und aus der Filtervorrichtung zu drücken. Die von der Filtervorrichtung 10 wegführende Leitung 12 sollte unterdessen durch einen Schieber oder die blockierte Pumpe 22 abgesperrt sein.
Somit kann manuell oder über an sich bekannte elektrische Regelungseinrichtungen der günstigste Betriebspunkt für das jeweilige Substrat im Vergärer 1 gefunden werden.
Wird die Anlage mit verschiedenartig zusammengesetzten Substraten betrieben, so können die für das jeweilige Substrat ermittelten Parameter in einer Speichereinheit abgelegt und bei Bedarf wieder abgerufen werden.
Kommt es zu einer Betriebsstörung derart, dass die Schlitzausnehmungen 15 verstopft sind, wird dies über die Druckmessung in der Außenkammer 17 erfasst. Neben einer Abschaltung der Pumpen 21, 22 als Notmaßnahme können die Volumenströme aber auch über die Leitungen 31, 32 zurück in den Vergärer 1 geführt werden. Dadurch läuft der Teilvolumenstrom V ._T im Kreislauf, wohingegen der restliche aus der Filtervorrichtung 10 abziehbare Flüssigkeitsstrom V ._H in einen Zwischenbehälter 2 im Vergärer 1 geleitet wird. Ist dieser gefüllt, fließt die überschüssige Flüssigkeit über eine Rückführungsleitung 33 in die Auffangbehälter.
Bei gefülltem Zwischenbehälter 2 wird die Drehrichtung der Pumpe 22 umgekehrt. Die Leitung 12 wird in der Pumpe 21 gesperrt. Über die Leitung 13 in der Außenkammer 17 eingeleitete Flüssigkeit bewirkt das Durchbrechen und Wegspülen der Anhaftungen an den Filterausnehmungen 15.
Auch der Rückspülprozess kann allein über eine Druckmessung in der Außenkammer 17 beobachtet und geregelt werden, indem zunächst der Druck in der Leitung 13 so weit wie möglich erhöht wird, bis ein Druckabfall registriert werden kann, der mit dem Freispülen der Filterausnehmungen einhergeht.
3 zeigt eine weitere Biogasanlage mit einer gegenüber der Variante aus 1 leicht geänderten Strömungsführung, um ein abgeändertes Verfahren der Erfindung zu betreiben. In der Verfahrensführung ist insbesondere unterschiedlich, dass die erste Pumpe 21 in der Leitung 11 zwischen dem Vergärer 1 und einer Filtervorrichtung 10' angeordnet ist, sodass das über die Leitung 11 in die Filtervorrichtung 10' eingeleitete Gärsubstrat druckbeaufschlagt ist und darin enthaltene Flüssigkeitsanteile von innen durch die Siebspalte im Filterrohr 14 in die Außenkammer 17 gepresst werden. Der Hauptstrom, der einen geringen Trockenstoffanteil aufweist, wird über die Leitung 13 aus der Filtervorrichtung 10' abgezogen und dann wiederum, wie bei der ersten Ausführungsform auch, über die Verzweigungsstelle 37 in einen Auffangbehälter 2 im Vergärer 1 gefördert oder aber über eine Leitung 35 einem Auffangbehälter zugeführt.
Die in ihrem Flüssigkeitsgehalt reduzierte Gärsubstratmenge als Teilstrom wird mittels einer zweiten Pumpe 22 über eine Leitung 12 abgezogen und über eine Verzweigungsstelle 36 entweder über die Leitung 31 zurück in den Vergärer 1 oder über die Leitung 34 in einen Auffangbehälter geleitet.
Die Förderleistungen der Pumpen 21, 22 sind so aufeinander abgestimmt, dass innerhalb des Filterrohrs 14 in der Filtervorrichtung 10' ein angepasster Staudruck erzeugt wird und durch das Gegenhalten der zweiten Pumpe 22 nur eine sehr kleine Druckdifferenz zwischen der Innenseite des Filterrohrs 14 und der dieses umgebenden Außenkammer 17 eingestellt ist. Aufgrund der geringen Druckdifferenz wird vermieden, dass Feststoffpartikel oder -fasern mit größeren Kräften vor die Innenseite des Filterrohrs 14 mit seinen Siebspalten gepresst werden. Damit ist auch eine effektive Reinigung durch eine innerhalb des Filterrohrs 14 rotierende, spiralförmige Bürste 18 möglich, welche durch einen Motor 19 angetrieben wird.
Die Filtervorrichtung 10' ist in 4 im Schnitt schematisch dargestellt. Der Zulauf für das über die Pumpe 21 eingepumpte Gärsubstrat ist im oberen Bereich seitlich angeordnet, sodass über eine Bürstenwelle 18.1 ein direkter Antrieb der innerhalb des Filterrohrs 14 rotierenden Bürste 18 ohne Umlenkung der Antriebswelle möglich ist. Je nach Länge kann die Bürstenwelle 18.1 auch noch im Bodenbereich der Filtervorrichtung 10' eingespannt sein.
Drucksensoren innerhalb des Filterrohrs 14 und der Außenkammer 17 ermöglichen eine Differenzdruckmessung. Steigt der Differenzdruck bei ansonsten unveränderter jeweiliger Förderleistung der Pumpen 21, 22 an, kann dies als Indikator für ein Verstopfen der Siebspalte 15 im Filterrohr 14 angesehen werden und als Auslöser für einen intensivierten Reinigungsvorgang genutzt werden. Dieser kann durch Zuschalten der Rotation der Bürste 18 bewirkt werden, wenn die Bürste im Normalbetrieb nicht angetrieben ist, oder sie kann durch Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit bewirkt werden, wenn die Bürste 18 bereits während der normalen Verfahrensdurchführung rotiert, und zusätzlich kann noch der zuvor bereits beschriebene Rückspülvorgang eingeleitet werden.
5 zeigt ein Detail eines Querschnittes durch das Filterrohr 14 im Bereich eines einzelnen Siebspalts 15. In der Hauptströmungsrichtung, hier von innen nach außen, wie durch den Pfeil angeordnet, erweitert sich der Siebspalt. Durch die Spaltweitung wird eine Einklemmung von Fasern oder Feststoffpartikeln, die durch die innere Siebspaltöffnung gelangt sind, vermieden.

Claims

Verfahren zum Eindicken von Gärsubstrat aus einer Biogasanlage durch – Abpumpen einer Substratmenge V .₀ aus einem Vergärer (1), – Abscheiden eines Teils der Flüssigkeit und – Einleitung des konzentrierten Substrats in einen Auffangbehälter, dadurch gekennzeichnet, dass – die Substratmenge durch wenigstens ein von einem Außengehäuse (16) umgebenes Filterrohr (14) einer Filtervorrichtung (10, 10') geführt wird, welches Filterrohr (14) in seinem Rohrmantel mit flüssigkeitsdurchlässigen Ausnehmungen (15) versehen ist, – wobei ein Teil, der durch den Rohrmantel in eine zwischen Filterrohr (14) und Außengehäuse (16) gebildete Außenkammer (17) fließt, als Hauptstrom V ._H mit einem niedrigen Trockenstoffanteil und ein durch das Filterrohr (14) strömender Teil der Substratmenge als Teilstrom V ._T mit einem hohen Trockenstoffanteil abgezogen wird und wobei das abgezogene Gärsubstrat als ein Grundvolumenstrom V .₀ über eine erste Pumpe (21) entweder in die Filtervorrichtung (10, 10') hinein gedrückt oder daraus gesaugt wird und der eingedickte Teilstrom V ._T über eine zweite Pumpe (22) aus der Filtervorrichtung (10, 10') heraus gesaugt wird, wobei die Förderleistungen der Pumpen (21, 22) zueinander derart geregelt werden, dass ein sich zwischen der Innen- und der Außenseite des Filterrohrs (14) einstellender Differenzdruck minimiert wird.
Verfahren zum Eindicken von Gärsubstrat aus einer Biogasanlage durch – Abpumpen einer Substratmenge V .₀ aus einem Vergärer (1), – Abscheiden eines Teils der Flüssigkeit und – Einleitung des konzentrierten Substrats in einen Auffangbehälter, dadurch gekennzeichnet, – dass die Substratmenge durch eine Außenkammer (17) einer Filtervorrichtung (10, 10') mit wenigstens einem von einem Außengehäuse (16) umgebenen Filterrohr (14) geführt wird, welches Filterrohr (14) in seinem Rohrmantel mit flüssigkeitsdurchlässigen Ausnehmungen (15) versehen ist, wobei zwischen dem Filterrohr (14) und dem Außengehäuse (16) die Außenkammer (17) gebildet ist, – wobei ein in das Filterrohr (14) fließender Teil als Hauptstrom V ._H mit einem niedrigen Trockenstoffanteil und ein durch die Außenkammer (17) strömender Teil der Substratmenge als Teilstrom V ._T mit einem hohen Trockenstoffanteil abgezogen wird und wobei das abgezogene Gärsubstrat als ein Grundvolumenstrom V .₀ entweder über eine erste Pumpe (21) in die Filtervorrichtung (10, 10') hinein gedrückt oder daraus gesaugt wird und der eingedickte Teilstrom V ._T über eine zweite Pumpe (22) aus der Filtervorrichtung (10, 10') heraus gesaugt wird, wobei die Förderleistungen der Pumpen (21, 22) zueinander derart geregelt werden, dass ein sich zwischen der Innen- und der Außenseite des Filterrohrs (14) einstellender Differenzdruck minimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom V ._T 30% bis 100% und der Hauptstrom V ._H 70% bis 0% der abgezogenen Substratmenge beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Haupt- zu Teilstrom derart ist, dass bei einem Trockenstoffgehalt T_S ≤ 15% des der Filtervorrichtung (10, 10') zugeführten Substrats, der Teilstrom V ._T mit einem Trockenstoffgehalt T_S ≤ 30% und der Hauptstrom V ._H mit einem Trockenstoffgehalt T_S ≤ 4% von der Filtervorrichtung abgezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenströme V ._H, V ._T in Abhängigkeit von einem in der Außenkammer (17) und/oder im Filterrohr (14) der Filtervorrichtung (10, 10') gemessenen Druck geregelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom V ._T und/oder der Hauptstrom V ._H wenigstens zeitweise in den Gärbehälter (1) zurückgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptstrom V ._H wenigstens zeitweise in einen Zwischenspeicher (2) eingeleitet wird und die Strömungsrichtung des Hauptstroms V ._H umkehrbar ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenspeicher (2) im oberen Bereich des Vergärers (1) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptstrom V ._H über eine reversierbare Drehkolbenpumpe (22) gefördert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom V ._T über eine Drehkolbenpumpe (21) gefördert wird.
Filtervorrichtung (10, 10') zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, mit wenigstens einem Filterrohr (14), das sich zwischen einer Leitung (11) auf der Eingangsseite und einer ausgangsseitigen Leitung (12) erstreckt und dessen Rohrmantel in Teilbereichen von einem Außengehäuse (16) umgeben und mit Ausnehmungen (15) versehen ist, wobei zwischen Rohrmantel und Außengehäuse (16) eine Außenkammer (17) ausgebildet wird, welche in wenigstens eine Leitung (13) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Pumpe (21) mit der mit dem Filterrohr (14) verbundenen Leitung (11, 12) verbunden ist und eine zweite Pumpe (22) mit der Leitung (12, 13) verbunden ist und dass die Pumpen (21, 22) und wenigstens ein Drucksensor mit einer Pumpen-Regeleinrichtung verbunden sind.
Filtervorrichtung (10, 10') nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Filterrohr (14) ein Drucksensor und in der Außenkammer (17) ein Drucksensor angeordnet sind, welche mit der Pumpen-Regeleinrichtung verbunden sind.
Filtervorrichtung (10, 10') nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (15) im Rohrmantel des Filterrohrs (14) schlitzförmig sind.
Filtervorrichtung (10, 10') nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ausnehmungen (15) parallel zur Längsachse des Filterrohrs (14) erstrecken.
Filtervorrichtung (10, 10') nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzweite 0,1 bis 1 mm beträgt.
Filtervorrichtung (10, 10') nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzweite 0,25 bis 0,35 mm beträgt.
Filtervorrichtung (10, 10') nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schlitze radial in Strömungsrichtung aufweiten.