Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Eine Biogasanlage wird i. Allg. nicht schlusselfertig aus der Serienproduktion er — richtet, da normalerweise fur die Konzeption vielfaltige Voruberlegungen notwen — dig sind. Dazu sollte immer eine Analyse der gesamten Prozesskette einer Biogas­anlage durchgefuhrt werden. Die lokalen Randbedingungen spielen dabei die ent- scheidende Rolle. Hierbei sind u. a. die folgenden Fragestellungen zu beantworten.

— Welche Substrate konnen zu welchen Preisen in der Biogasanlage eingesetzt werden?

— Kann der logistische Aufwand zur kontinuierlichen Substratbereitstellung (d. h. Transport, Lagerung) und Garresteentsorgung (d. h. Transport, Lagerung, Ver — wertung) geleistet werden?

— Wie kann die Biogaserzeugung technisch optimal realisiert werden und welches Verfahren ist geeignet?

— Wie kann der Energietrager Biogas effektiv genutzt werden?

— An welchem Standort lasst sich die Prozesskette mit maximalem Gewinn reali — sieren?

Ausgehend davon sind dann die fur die Realisierung des Projektes mafigeblichen Fragen der Wirtschaftlichkeit zu beantworten.

— Welche Kosten sind mit der Errichtung, der Einbindung der Anlage in die Ener — gienetzstruktur und dem Betrieb der Anlage verbunden?

— Welche Erlose konnen durch den Betrieb der Anlage erzielt werden?

Ausgehend davon ist es das Ziel der folgenden Ausfuhrungen, wesentliche Kom — ponenten fur Gesamtanlagenkonzepte darzustellen und zu diskutieren.

Substrate. Neben der zu klarenden ortlichen und zeitlichen Verfugbarkeit von Substraten muss auch deren Eignung fur die Vergarung festgestellt werden. Dabei setzt die Eignung zur Biogasgewinnung die Abbaubarkeit durch die am Biogas — produktionsprozess beteiligten Mikroorganismen voraus. Da der Biogasbildungs — prozess vom optimalen Zusammenspiel verschiedener Mikroorganismen abhangt, die eine moglichst "vollwertige" Nahrstoffzufuhr benotigen, sollte die Mischung der Substrate moglichst ausgewogen sein. Daher sollte auf die vorliegenden Erfah — rungen mit bewahrten Substraten zuruckgegriffen werden oder — wenn dies nicht moglich ist — die Eignung der verfugbaren Substrate analytisch erprobt werden. Je einseitiger die Nahrstoffzufuhr fur die Organismen ist und je weniger leicht abbau — bare Bestandteile im Substrat enthalten sind, desto eher ist ein instabiler oder mit geringen Biogasproduktionsraten verbundener Prozess zu erwarten.

Logistik. Da die mikrobielle Biogasfreisetzung in der Regel ein kontinuierlicher Prozess ist, sollten moglichst ganzjahrig Substrate zur Verfugung gestellt werden. Daruber hinaus neigen die ublicherweise eingesetzten Substrate aufgrund hoher Wassergehalte zum Verderben und erfordern deshalb einen zugigen Einsatz in der Biogasanlage. Daher ist i. Allg. eine Lagerung nur fur wenige Substratarten prob — lemlos. Sie ist vielmehr i. Allg. mit einem hohen zusatzlichen Aufwand verbunden. Auch ist zu berucksichtigen, dass die Verfugbarkeit der Substrate fur den Zeitraum der technischen Lebensdauer der Anlage sichergestellt wird.

Verfahrensauswahl. Ausgehend von den Substrateigenschaften (vorwiegend Tro — ckenmassegehalt, Vergarbarkeit, notwendige Aufenthaltszeit, Pumpfahigkeit) und der Verfugbarkeit von Bauflache konnen fur den konkreten Einsatzfall verschiede — ne Garverfahren bzw. Fermentertypen ausgewahlt werden. Die moglichen Optio — nen konnen Abb. 16.7 entnommen werden. Eine grundsatzliche Zuordnung zeigt auch Abb. 16.20, die nachfolgend diskutiert wird.

UASB-Fermenter (upflow anaerobic sludge blanket (UASB)), in denen der Schlamm durch eine speziell entwickelte Trenneinrichtung oben im Reaktor zu — ruckgehalten wird, werden fur die Behandlung maBig belasteter und feststoffarmer Abwasser eingesetzt. Das konditionierte Abwasser wird uber ein am Reaktorboden liegendes Verteilsystem gepumpt und flieBt aufwarts durch ein expandiertes Schlammbett. Die Bildung gut absetzbarer Schlammpellets tritt nur unter bestimm — ten Bedingungen auf. Fur die Konditionierung des Abwassers sind konstante Be- dingungen (ausreichende Ausgleichung der organischen Belastung und der Mas- senstrome) und eine angemessene Vorversauerung erforderlich.

Fur flussige Substrate mit geringen Feststoffgehalten, hohen und stark schwan — kenden Belastungen eignen sich Festbettreaktoren (auch Anaerobfilter genannt), in denen sich die Bakterien auf einem Bewuchsmaterial ansiedeln konnen und nicht ausgetragen werden.

Fur die Behandlung sehr hoch belasteter oder feststoffreicher Abwasser eignet sich das anaerobe Belebtschlamm — oder Kontaktverfahren im grundsatzlich durch — mischten Reaktor mit Schlammruckfuhrung.

Zusatzlich sind auch Hochlastverfahren verfugbar, die bei auBerordentlich ho­hen Raumbelastungen bis uber 40 kg oTM pro m3 Fermentervolumen und Tag in vergleichsweise geringen Fermentervolumina arbeiten. Um hier die Bakterienbio- masse nicht auszuspulen sind sowohl besondere Vorrichtungen zum Biomasse- ruckhalt als auch zum Austrag des gebildeten Biogases vorgesehen. Daruber hin­aus werden diese Systeme in sehr hohen Turmen (bis uber 20 m) mit geringen Durchmessern von unter 3 m installiert, um in etwa eine Pfropfenstromung zu er- reichen und Prozessstufen sicher voneinander zu trennen.

Fur Substrate mit Trockensubstanzgehalten von mehr als ca. 3 % sind die oben genannten Verfahren, die auch durch geringe Aufenthaltszeiten zwischen mehreren Stunden bis zu 3 oder 4 d gekennzeichnet sind, normalerweise nicht geeignet. Fur derartige Substrate werden meist voll durchmischte (CSTR) oder Pfropfenstrom — fermenter (Plug Flow) in stehender oder liegender Bauweise eingesetzt, die mit Einrichtungen zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Durchmischung aus — gerustet sind. Aufenthaltszeiten von 15 bis 40 d sind hier ublich; teilweise werden auch Aufenthaltszeiten von uber 100 d erreicht. Die Erreichung eines realen Pfrop-

fenstromes scheint hier schwierig zu sein und erfordert meist sehr hohe Trocken — substanzgehalte von mehr als 20 % im Fermenter.

Fur Trockensubstanzgehalte von deutlich uber 20 % werden auch sogenannte Feststoffvergarungsanlagen eingesetzt, die meist ohne aktive Durchmischung be- trieben werden. Die Vergarung lauft dann in einem mehr oder weniger statisch ru — henden Substratkorper ab (z. B. Garagenfermenter). Derartige Verfahren konnen beispielsweise fur Bioabfalle oder Biomasse aus der Park — und Landschaftspflege angewendet werden.

In der Regel findet die Vergarung bei mesophilen Temperaturen statt. Der ther — mophile Bereich wird wegen der zusatzlichen Hygienisierung und aus energeti-

schen Uberlegungen vor allem bei einstufigen Verfahren zur Vergarung von festen biogenen Abfallen gewahlt, wo ein hoher Trockenmassegehalt vorliegt.

Abb. 16.21 zeigt einige Faktoren, die das Anfahren und den Betrieb des Fer­menters beeinflussen. Die Zuverlassigkeit des Abbaus bzw. dessen Kontrolle ist demnach u. a. abhangig von der Instrumentierung der Anlage (u. a. Gaszahler, In — strumente zur Messung von Gaszusammensetzung, Leitfahigkeit, Temperatur, pH — Wert, Belastung), der regelmaBigen Auswertung der erhaltenen Daten sowie der gegebenen Eingriffsmoglichkeiten.

Tabelle 16.8 zeigt weitere EinflussgroBen, die bei der Wahl des Fermenters eine Rolle spielen. Welcher Fermentertyp damit am besten zum Einsatz kommt, hangt demzufolge — neben der Zusammensetzung des Garsubstrats — vom Zusammen — spiel verschiedenster GroBen ab /16-34, /16-10/.

Ausgehend von den diskutierten Auswahlkriterien kann aus okonomischen und okologischen Erwagungen heraus der Standort ausgewahlt werden, wobei vor al­lem Aspekte der Genehmigungsfahigkeit berucksichtigt werden mussen. Um eine moglichst hohe Akzeptanz der Anlage bei den betroffenen Burgern zu erreichen, sollte fruhzeitig ein Diskurs mit der Offentlichkeit gefuhrt werden.

Anlagensicherheit. Biogasanlagen sind komplexe technische Anlagen, in denen ein gut brennbares und grundsatzlich explosionsfahiges Gas erzeugt wird. Deshalb ist die Anlagensicherheit von groBer Bedeutung, zumal viele Anlagen haufig von prozess — und verfahrenstechnischen Laien betrieben werden. Im Wesentlichen be — trifft die Anlagensicherheit folgende Aspekte.

— Vermeidung von Zundquellen in explosionsgeschutzten Bereichen.

— Vermeidung des unkontrollierten Austritts von Biogas im Havariefall durch Oxidation in einer Notfackel.

— Sicherer Betrieb durch Erfullung von Mindestanforderungen an die Bauausfuh — rung der Anlagenteile, insbesondere Gasleitungen und Sicherheitseinrichtungen.

— Einteilung von Explosionsschutzzonen und Anforderungen an Anlagenteile in diesen Zonen.

— Anforderungen an geschlossene Raume.

— Brandschutzanforderungen.

— Anforderungen an den Anlagenbetrieb.

— Anforderungen an die sicherheitstechnische Dokumentation der Anlage.

Fur einen sicheren Anlagenbetrieb muss die Funktionsfahigkeit aller Anlagenkom — ponenten in allen Betriebszustanden abgesichert sein. Besondere Beachtung soll — ten hier vollstandig geleerte Fermenter (die ggf. einem von auBen wirkenden Erd — druck oder Grundwasserdruck standhalten mussen), starke Sonneneinstrahlung (kann zu starken Temperaturspannungen und einer zusatzlichen Gasausdehnung fuhren), Havarien von Anlagenkomponenten und Frost (bei dem beispielsweise die Uberdrucksicherungen nicht einfrieren durfen) erhalten.

Als technische Komponenten sind bei allen Biogasanlagen einige Vorrichtun — gen vorzusehen, welche der Betriebssicherheit dienen. Hier handelt es sich bei — spielsweise um eine Uber — und Unterdrucksicherung, eine Kondensatabscheidung und eine Flammenruckschlagsicherung. In geschlossenen Raumen sind zusatzlich Methansensoren zur Auslosung von Alarm bei Gasaustritt vorzusehen.

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