NO843465L - Apparat for produksjon av methan - Google Patents

Description

Oppfinnelsens bakgrunn

Denne oppfinnelse angår et apparat for produksjon av methan fra et substrat som omfatter et organisk materiale, som gjødsel, ved anaerob oppslutning.

I en type av anaerobt oppslutningsapparat omslutter en oppslutningsbeholder et substrat som inneholder en kultur av mikroorganismer, og har en anordning for å fjerne methangass i beholderens øvre del. I denne type av anaerobt oppslutningsapparat kan biologisk materiale, som f.eks. gjødsel fra fjøs eller svinestaller, avfall fra bondegårder og matproduksjonsindustrier og kloakkslam anvendes som substratet.

For å oppnå et høyt gassutbytte i løpet av en rimelig behandlingstid er denne prosess særpreget ved at (1) den er tilstrekkelig kontinuerlig til at mikroorganismekulturene kan oppbevares med uavbrutt gassproduksjon, (2) biologisk materiale tilføres og fjernes tilstrekkelig ofte til at anleggets kapasitet blir effektivt utnyttet, (3) substratet behandles ved en temperatur som gir et høyt gassutbytte, og (4) substratet håndteres automatisk.

Ved en kjent type av oppslutningsapparat innen denne gruppe blir substratet innført i en sump og behandlet før det pumpes i hovedoppslutningsapparatet. Behandlingen består i mekanisk agitering for å danne en oppslemning og etter-følges av tilsetning av vann for å få den korrekte konsistens.

De kjente oppslutningsapparater byr på flere ulemper, som at (1) de gir ikke maksimal methandannelse fordi et nytt substrat innføres ved en temperatur som er for lav, mens et annet substrat befinner seg ved en temperatur som er for høy, (2) blandingen er lite effektiv og lokal, (3) det er for sterk tilbøyelighet til skorpedannelse,og (4) arbeidsinn-satsen er høy fordi overvåkning er nødvendig i lengre tid.

Oppsummering av oppfinnelsen

Det er et formål ved oppfinnelsen å tilveiebringe et apparat for anaerob oppslutning, hvori substratets temperatur holdes forholdsvis jevn.

Det er et ytterligere formål ved oppfinnelsen å tilveiebringe et nytt anaerobt oppslutningssystem, hvori et nytt substrat blandes og oppvarmes før det innføres i hovedoppslutningsbeholderen.

Det er et videre formål ved oppfinnelsen å tilveiebringe et nytt anaerobt oppslutningssystem, hvori blanding utføres ved å transportere substrat fra ett sted til et annet via ledninger.

Det er et ytterligere formål ved oppfinnelsen å tilveiebringe et nytt anaerobt oppslutningssytem, hvori substratet blir tilstrekkelig blandet til at det fås en forholdsvis jevn konsistens uten at den mikrobielle aktivitet reduseres på grunn av for sterk blanding.

I henhold til de ovenstående og ytterligere formål ved oppfinnelsen innbefatter et anaerobt oppslutningsapparat to trinn som er stedsmessig skilt fra hverandre, idet det første av de to trinn mottar nytt substrat og det annet av de to trinn tjener til å holde substratet under svak turbulens mens methan dannes av mikrober. Det første trinn innbefatter en avdeling som tjener som et forkammer for det annet trinn som utgjør hovedoppslutningsbeholderen.

Det nye substrat i det første trinn blir blandet ved transport av dette gjennom ledninger fra sted til sted og oppvarmes til en temperatur som er egnet for anaerob oppslutning eller noe høyere, før det transporteres inn i det annet trinn. Materiale kan ifølge en utførelsesform over-føres fra det annet trinn til det første trinn og tilbake til det annet trinn for å oppnå ytterligere blanding og oppvarming dersom dette skulle være ønsket.

Blandingen av substratet i det første trinn utføres i ikke over 15 minutter av hver time, og temperaturen reguleres til innenfor området 25°C og 80°C under blandingen. Det første trinn har et volum som er minst en hundreogfemtiende-del av det annet trinns volum. Substratets volum i det første trinn er ikke større enn 1/3 av volumet i det annet trinn.

Det første trinn må være tilstrekkelig stort til å kunne holde på nok substrat for kontinuerlig drift av oppslutningsapparatet. Kontinuerlig drift er her ment å skulle betegne at næringsmidler tilsettes tilstrekkelig hyppig til å be-vare mikrobene. Oppvarmingstiden delt i en tidsperiode,

som et døgn, og multiplisert med forkammerets kapasitet må være større enn den last som må behandles i løpet av ett døgn i oppslutningsbeholderen for kontinuerlig drift.

Oppslutningsbeholderens kapasitet dividert med det første trinns kapasitet er lik antallet av ganger som det første trinn bør tømmes over i hovedoppslutningsbeholderen i løpet av oppholdstiden for å oppnå en effektiv drift. Oppholdstiden er den tid en substratmengde holdes i oppslutningsapparatet og bør være lik den tidsmengde som er nødvendig for å oppslutte en charge i oppslutningsbeholderen. For effektivt å kunne utnytte et substratutgangsmateriale må det være mulig å chargere forkammeret med substratet, å oppvarme substratet og å innføre . substratet i oppslutningsbeholderen et tilstrekkelig antall ganger til å utnytte det ønskede vrakmateriale fra utgangsmaterialet i løpet av substratets oppholdstid.

Materiale fra forkammeret bør oppvarmes og innføres i beholderen tilstrekkelig ofte og på en slik måte at det dannes tilstrekkelig turbulens i beholderen til å bryte opp den skorpe som er tilbøyelig til å dannes på toppen av substratet. Dersom substratet blir blandet for ofte, får bakteriene nedsatt effekt, og blandetiden bør ikke vare lenger enn en halv time av gangen. Et nytt substrat innføres i oppslutningsbeholderen minst én gang hver åttende time for å sikre at en skorpe ikke dannes. Tiden må være tilstrekkelig til at topplaget i beholderen aldri blir så hårdt at gass-bobler ikke kan trenge gjennom dette eller at et stigende varmt substrat ikke kan bryte gjennom overflaten.

Det første trinn innbefatter ledninger som utgjør del

av en varmeveksler, og materialet må ikke få henstå i varmevekslingsenhetens ledninger så lenge at de vil bli til-stoppet. Da dette er en funksjon av temperaturen for vannet som omgir ledningene i varmeveksleren, bør substratet ikke

få henstå i pumpene i lengre tid enn 15 minutter og, optimalt, 7 minutter, med vannet innstilt for å oppvarme substratet til over 60°C. For å opprettholde bakterie-effektiviteten bør blandingen utføres i mindre enn 15 minutter i løpet av én time. Det største antall ganger som det første trinn kan tømmes for substrat uten å redusere utbyttet, er lik oppholdstiden dividert med den tid som er nødvendig for effektivt å chargere og oppvarme substratmaterialet i det første trinn.

Forkammerets størrelse, ledningsvolumet i varmeveksleren og temperaturen i varmeveksleren avpasses i forhold til hverandre slik at:

(1) substratet kan behandles kontinuerlig,

(2) substratet i forkammeret mottar varme fra varmeveksleren hurtigere enn det taper varme til atmosfæren under kalde betingelser, og (3) forkammeret har en tilstrekkelig størrelse i forhold til oppslutningsapparatet til at det ikke krever chargering av oppslutningsapparatet flere enn 10 ganger, fortrinnsvis 2 ganger, pr. døgn mens kontinuerlig drift av oppslutningsappratets opprettholdes.

Vanntemperaturen i varmeveksleren er mindre enn 100°C for å hindre pasteurisering, og substratet bør være stasjonært i denne i under 9 0 minutter. Materialet bør blandes i løpet av mindre tid enn 30 minutter av gangen og likevel være istand til å fåøket temperatur til ca. 65°C.

Det fremgår av den ovenstående beskrivelse at oppslut-ningssystemet ifølge oppfinnelsen byr på flere fordeler, som at (1) det tillater besparelse av arbeidsinnsats ved at blandetiden konsentreres til visse perioder i løpet av døgnet, (2) det bevarer energi, (3) detøker methanproduksjonen ved regulering av den temperatur ved hvilken nytt vrakmateriale innføres i en oppslutningsbeholders hoveddel, og (4) det muliggjør effektiv blanding.

Oppsummérlng av tegningene

De ovennevnte og andre særtrekk ved oppfinnelsen vil

bli bedre forstått ut fra den følgende detaljerte beskrivelse vurdert under henvisning til de ledsagende tegninger, på

hvilke

Fig. 1 er et fragmentarisk, skjematisk riss av en utførelses-form av oppfinnelsen, Fig. 2 er en forenklet perspektivskisse av utførelsesformen ifølge Fig. 1, og Fig. 3 er en skjematisk tegning av en del av utførelses-formen ifølge Fig. 1.

D e t a1j ert beskr iveIse

Gjødselen for prosessen som tilføres fra et mekanisert anlegg for gjødselpåmatning, bør ha et tørrstoffinnhold av 6-12%, dvs. såkalt flytende gjødsel. Selv dersom prosessen er kontinuerlig, hvilket innebærer at den bakteriologiske prosess aldri avbrytes og en tilstrekkelig materialmengde alltid befinner seg i behandlingstrinnet, innebærer dette ikke at tilførselen og også fjernelsen av materialer kan være diskontinuerlig så lenge bare mindre delmengder av hele massen håndteres ved hver anledning. Påmatningen av gjødsel kan således være periodisk, som f.eks. noen få ganger pr. døgn, og gjødselen blir da innført i prosessen.

Varmetilførsel, materialtilførsel og fjernelse av disse reguleres på en slik måte at materialet har en temperatur på 50-60°C før det fjernes fra forkammeret. Material-fjernelsen fra behandlingskammeret reguleres i forhold til tilførselen slik at behandlingskammeret inneholder en be-traktelig materialmengde, fortrinnsvis ikke mindre enn 3/4 av det tilgjengelige volum. De anaerobe mikroorganismer som anvendes for gassproduksjonen, befinner seg i massen i behandlingskammeret og i ny masse. All tilført masse blir suksessivt utsatt for de anaerobe mikroorganismer og tar derved del i gassproduksjonen.

Ifølge utførelsesformene vist på Fig. 1-3 finner gassproduksjonen med fordel sted ved en temperatur av 50-60°C,

og denne temperatur opprettholdes i den nytilførte masse i behandlingskammeret ved hjelp av god isolasjon og en viss varme-mengde som tilføres ved hjelp av varmeoverføring fra massen i forkammeret. For ytterligere å kompensere for eventuelt varmetap som kan variere sesongsmessig, kan mer eller mindre varme tilføres ved hjelp av en varmesløyfe (se 118 i Fig. 1).

I denne forbindelse kan et reguleringssystem av kjent type anvendes med varmereleer som registrerer massens temperatur og regulerer denne.

Materialet i behandlingskammeret 104 spaltes av bakteriekulturen, hvorved methan dannes. Denne gass tas ut i den øvre del av kammeret via ledningen 106 og overføres til én eller flere typer av forbruk, som varmekjeler eller gass-drevne motorer og/eller til lagringsrom for senere forbruk. Gassen kan lagres ved atmosfæretrykk eller komprimeres og lagres i trykkbeholdere.

Blanding av substratet forårsaker øket gassproduksjon. En slik blandevirkning oppnås ved omrøring erholdt ved sirkulasjon av materialet ved hjelp av den beskrevne pumpevirkning. Tilførsel og fjernelse av materiale reguleres slik at den gjerinomsnittstid som substratet tilbringer i prosessen, er ca. 5-10 døgn.

I forkammeret er imidlertid behandlingstiden for massen ikke så viktig forutsatt at massen når den ønskede temperatur. Det er mest fordelaktig å bearbeide massen for å oppnå en jevn sammensetning og temperatur. Den beste måte å oppnå dette på er ved blanding.

For å sikre en jevn temperatur kan tilførselen og fjernelsen av materialet og sirkuleringen av dette ved hjelp av pumping finne sted i overensstemmelse med en på forhånd bestemt syklus, dvs. først tilførselen og derefter sirkuleringen ved hjelp av pumping i en viss tid før det tas ut,

slik at det tilførte materiale vil få tid til å oppnå den ønskede temperatur.

Når det tilførte materiale er gjødsel, vil tilførselen som regel finne sted én eller to ganger i løpet av 24 timer. Dette materiale blir således bearbeidet ved sirkulering ved hjelp av pumpevirkning i kammeret 104 slik at det fås en jevn temperatur og en homogen konsistens. I løpet av oppvarmingen og den samtidige bearbeiding kan visse gasser, som carbondioxyd, unnslippe i avhengighet av materialets art.

Det kan være fordelaktig å hindre disse gasser fra å bli blandet med det produserte methan. Kammeret 104 er stengt, hvorved gassen som dannes i kammeret, lett kan slippes ut.

Ifølge oppfinnelsen tjener oppvarmingen i massen i forkammeret til å danne den tilsiktede temperatur i materialet som behandles i behandlingsbeholderen 104. Oppvarmingen har imidlertid også en pasteuriserende virkning. Denne virkning kan økes ytterligere dersom temperaturen økes til og eventuelt over 55°C ved hvilken temperatur patogene bakterier av Salmonella-familien hurtig blir utryddet.

Materialet som tilføres til gassbehandlingstrinnet,

bør ikke ha en temperatur over 55°C, og dersom pasteurisering er ønsket, er det nødvendig med en temperaturreduksjon til ca. 50°C. Dette kan oppnås ved å la massen passere gjennom en kjølesløyfe før den innmates, og i denne forbindelse kan den avgitte varme anvendes for å forvarme nytilført materiale.

Det er i henhold til teknikkens stand blitt antatt at temperaturen bør ligge innen området 30-40°C for bakteriologi iske prosesser med kulturer av anaerobe bakterier for å produsere methan. Det har imidlertid i forbindelse med den foreliggende oppfinnelse vist seg at produksjonen forløper ganske glatt ved temperaturer av mellom 40 og 50°C. Ved en slik temperatur er prosessen hurtigere, og anlegget kan derfor utnyttes bedre enn ved lavere temperaturer. I forbindelse med de høyere temperaturer er det imidlertid av viktighet at temperaturen reguleres meget omhyggelig slik at den ikke når det temperaturområde hvor protein vil koagulere, dvs. 6 5°C, hvilket kan skade bakteriekulturen.

Oppvarmingen til en pasteuriserende temperatur er en fordelaktig fase under visse omstendigheter, fordi gjødselen Kan anvendes uten de begrensninger som er nødvendiggjort av

en anvendelse av upasteurisert gjødsel. Gjødselen kan således spres under alle sesonger og kan også anvendes for hagebruksformål.

Materialet som er blitt utsatt for behandling ved prosessen, tømmes ut fra behandlingskammeret og transporteres hhv. til den omgivende gjødselplass og et eget gjødsel-deponeringssted for påfølgende bruk. Materialet som er blitt behandlet på denne måte, er egnet for bruk som gjødnings-middel.

Det er ovenfor blitt beskrevet hvorledes anlegget funksjonerer ved kontinuerlig drift. Når imidlertid prosessen startes opp, er det nødvendig med spesielle for-holdsregler for innføring av mikroorganismekulturen i massen i behandlingskammeret. For dette formål finnes kjente spesialtmetoder og tilsetningsmidler for å oppnå en sikker og hurtig oppstarting av den bakteriologiske prosess.

Det foreligger risiko for at den bakteriologiske prosess vil opphøre, og dette kan inntreffe når pH er ukorrekt (den bør være ca. 6,8), når temperaturen er uegnet (utenfor området 40-50°C), når massen er utsatt for luft, når kulturen er overbelastet (for hurtig tilførsel av ferskt materiale), når for meget materiale fjernes ved hver ut-tømning, eller når uegnede bestanddeler (som giftige kjemi-kalier) tilføres til den biologiske masse. Når prosessen opphører under slike omstendigheter, er det nødvendig med en ny oppstarting, og denne kan finne sted på tilnærmet samme måte som den opprinnelige efter at feilkildene er blitt korrigert.

Ifølge oppfinnelsen er forkammeret og behandlingskammeret anordnet separat i forhold til hverandre og/eller på separate nivåer, og de står i dette tilfelle i forbindelse med hverandre ved hjelp av en rekke transportinnretninger for over-føring av substratet. Ved slike anordninger kan anlegget tilpasses til forskjellige romtyper. Avstanden mellom kamrene fører til den fordel at påvirkningen av temperaturen i et kammer på det annet blir holdt på et minimum.

Det er ikke nødvendig at forkammeret er utformet som

en vanlig beholder. Det kan f.eks. omfatte en lednings-sløyfe eller et rørbatteri hvori substratet oppvarmes for det angitte formål. Rommet som er tilgjengelig for passering gjennom ledningen eller ledningene i et slikt tilfelle, ut-gjør således forkammeret.

Beholderen for avfall hvori substratet oppsamles efter at det har passert gjennom behandlingskammeret, kan holdes separat fra resten av anlegget eller være integrert med dette. Oppfinnelsen er imidlertid i dette henseende ikke be-grenset til noen spesiell utførelsesform fordi avfallsbe holderen kan ha en hvilken som helst form og en hvilken som helst plassering eller kan være delt opp i flere rom. Dersom avfall blir transportert direkte til en eller annen type av lasteinnretning for å fjernes, kan avfallsbeholderen sløyfes.

På Fig. 1 er vist et forenklet, skjematisk riss av

en utførelsesform av oppfinnelsen 100 med en hovedstyringsenhet 102 og en behandlingsseksjon eller oppslutningsbeholder-seksjon 104 som står i forbindelse med hverandre via ledninger og elektriske koplinger for å muliggjøre blanding, oppvarming, gassbehandling og styrefunksjoner som skal ut-føres i hovedstyringsenheten 102, mens methanproduksjon og -fjernelse finner sted i oppslutningsbeholderen 104.

Hovedstyringsenheten 102 befinner seg i en egen avdeling utenfor behandlingsseksjonen 104. Dessuten befinner begge seksjoner seg over bakkenivået for å muliggjøre lett trans-porterbarhet. Ifølge den utførelsesform som er vist på Fig. 1 vil (1) hovedstyringsenheten 102 muliggjøre blanding og oppvarming av avfallsmaterialsubstratet som skal oppsluttes i oppslutningsbeholderseksjonen 104, og (2) hovedstyringsenheten i rekkefølge gjennomløpe sykluser, hvorav én del er for blanding og oppvarming og en annen del er uaktiv.

Beholderen 104 innbefatter en beholder som kan forelig-ge i et stort antall forskjellige størrelser innen området av f.eks. en kapasitet pa 20 m 3 til en kapasitet på 80 m 3.

Huset for hovedstyringsenheten 102 innbefatter normalt også et oppvarmingssystem for oppvarming av gjødsel og pumpe-og ventilsystemene for overføring av gjødsel gjennom ledninger og for å regulere temperaturen såvel i oppslutningsbeholderen 102 som i gjødselen, eller annet avfall i hovedstyringsenheten 102.

Hovedstyringsenheten 102 står i forbindelse med beholder-seks-jonen 104 via en gassf jernelsesledning 106, en nedre ledning 108 for fjernelse av avfallsmateriale, en midtre ledning 110 for fjernelse av avfall, en lang ledning 112 for injisering av avfallsmateriale, en kort ledning 114 for injisering av avfallsmateriale, en temperaturføler 116 og oppvarmingsledninger 118 i sitt indre, idet gassfjernelses-røret 106 er innført gjennom oppslutningsapparatets topp og de øvrige ledninger befinner seg under et nivå 120 for avfallsmaterialet.

Med denne anordning kan substrat fjernes fra oppslut^-ningsbeholderen 104 fra et sted nær dens sentrum ifølge opprisset, via en ledning 110 eller nær bunnen via en ledning 108. Ferskt substrat kan komme inn ved den ende av oppslutningsbeholderen 104 som befinner seg fjernest fra hovedstyringsenheten 102, gjennom en ledning 112 eller fra et sted som befinner seg nærmere hovedstyringsenheten 102, gjennom en ledning 114. Substratet kan således komme inn på et fjernt sted av beholderen 104 og bevege seg henimot et sted som ligger nærmere hovedstyringsenheten 102 for å oppnå en pluggstrømningsdrift eller det kan komme inn og fjernes nær hovedstyringsenheten 10 2 for å oppnå en blandings-typedrift.

Beholderens 104 vegger er isolert og kan innbefatte oppvarmingssløyfer for å lette reguleringen av temperaturen, og oppvarmingssløyfer 118 kan være innbefattet nær bunnen for om nødvendig å tilveiebringe ytterligere varme eller av-kjøling efter ønske som en ytterligere styringsforholdsregel. Temperaturen kan overvåkes ved hjelp av en temperaturav-følende innretning 116 for å bestemme hvorvidt mer varme må tilsettes eller fjernes for å oppnå de beste betingelser i beholderen 104.

På Fig. 2 er vist en forenklet, fragmentarisk perspektivskisse av en del av en hovedstyringsenhet 102 og oppslutningsbeholderen 104, idet hovedstyringsenheten 102 innbefatter et forkammer 130, en varmeveksler- og blandeseksjon 132, en pumpeseksjon 134 og en del av kjeleseksjonen 136. Gass-fjernelsesseksjonen og de fullstendige detaljer angående kjeleseksjonen 136 er ikke vist bortsett fra gassledningene 106 og en generell avdeling 136.

Forkammeret 130 mottar ferskt substrat, som gjødsel,

som kan sirkuleres gjennom varmeveksler- og blandeseksjonen 132. Pumpeseksjonen 134 innbefatter ventiler for å bevege substratet mellom forkammeret 130 og varmeveksler- og blande-

seksjonen 132 eller for å bevege substratet mellom varmeveksler- og blandeseksjonen 132 og oppslutningsbeholderen 104.

Varmeveksler- og blandeseks i onen 132 er en avdeling som via ledninger 140 og 142 står i forbindelse med kjeleseksjonen 136 for å bevirke at varmt vann vil bli pumpet gjennom denne, og den inneholder en buet ledning 146 for å styre substratet gjennom denne. Den buede ledning 14 6 er dannet i form av flere sløyfer i et horisontalplan og er ved én ende forbundet med en ledning 150 og ved den annen med en annen ledning 152 gjennom hvilken substratet strømmer til og fra pumpestasjonen 134.

Varmeveksler- og blandeseksjonen 132 befinner seg direkte under forkammeret 130, og denne avdeling mottar ferskt substrat som pumpes gjennom en ledning 154. Vanntemperaturen i varmeveksler- og blandeseksjonen 132 blir automatisk regulert ved å regulere strømmen av varmt vann gjennom ledningene 140 og 142. For å oppnå en slik regulering er en temperaturavfølende innretning 15 6 anbragt i hovedstyringsenheten 102. Ifølge den foretrukne utførelsesform blir substratets temperatur avfølt i forkammeret 130,men ifølge andre utførelsesformer kan avfølingen av vanntemperaturen finne sted i varmeveksler- og blandeseksjonen 132. Denne er via en ledning 158 forbundet med en ventil i kjeleseksjonen 136.

For å regulere substratstrømmen innbefatter pumpeseksjonen 134 en pumpe, et tidsur 161, en første ventil 162 og en annen ventil 164. Pumpen 160 står i direkte forbindelse med den første ventil 16 2 og med en ledning 150 for å pumpe substrat fra den buede ledning 14 6 inn i den første ventil 162. Tidsuret 161 er regulerbart for automatisk å starte og stanse pumpen 160.

Den første ventil 162 er en to-stillingsventil for fluidum som via en ledning 166 står i forbindelse med en manifold 168 i én stilling og i den annen stilling med en ledning 170. Ledningen 170 er innkoblet for å danne forbindelse med forkammeret 130 for å pumpe substrat fra oppslutningsbeholderen 104 eller fra forkammeret 130 gjennom varmevekslerens 132buede ledning 146. Manifolden 168 inneholder en ventil for å forbinde strømmen fra et utløp 108 eller et utløp 110 til ledningen 166 eller for å fjerne substrat fra bunnen eller toppen av beholderen 104.

For å regulere substratstrømmen er den annen ventil

164 en tre-stillingsventil som i én stilling forbinder en annen ledning 152 med en ledning 171 som står i forbindelse med forkammeret 130, for å bevirke at fluidum vil strømme fra den buede ledning 146 i varmeveksler- og blandeseksjonen 132 til forkammeret 130.

I en annen stilling forbinder den annen ventil 164 en annen ledning 152 med en ledning 112 for å bevirke at substrat vil strømme fra forkammeret 130 til den borteste ende av oppslutningsbeholderen 104 eller for å bevirke at substrat fra manifolden 168 og oppslutningsbeholderens 104 indre vil bli sirkulert gjennom den buede ledning 146 og tilbake til den bortre ende av oppslutningsapparatet via ledningen 112,

i avhengighet av den første ventils 162 stilling.

I en tredje stilling bevirker den annen ventil 164 at ledningen 152 står i forbindelse med ledningen 114 enten for å resirkulere substrat fra oppslutningsbeholderen 104 via manifolden 168 og den buede ledning 146 tilbake til oppslutningsbeholderen 104 via ledningen 114 ved den nærme ende eller for å bevirke at fluidum fra forkammeret 130 vil bli pumpet gjennom den buede ledning 146 og inn oppslutningsbeholderen 104, i avhengighet av stillingen for den første ventil 162.

Manifolden 168 innbefatter en ledning 180 for fjernelse av avløp gjennom hvilken avløpet som skal fjernes strømmer under trykk som skriver seg fra oppslutningsapparatet. Denne ledning står også via en ledning 182 i forbindelse med toppen av forkammeret 130 som tjener som overløp for substrat i forkammeret 130. Fluidum som fjernes fra oppslutningsbeholderen 104, kan strømme inn ved toppen av manifolden 168 når den første ventil 162 er stengt, slik at fluidumet i manifolden 168 ikke kan strømme til den buede ledning 146 og slik at behandlet substrat blir fjernet fra oppslutningsbeholderen 104 ved hjelp av denne mekanisme efterhvert som nytt materiale tilsettes for oppslutning.

På Fig. 3 er vist et skjematisk diagram over kjeleseksjonen 136 som er tilkoblet for å motta gass fra gassledninger 160 for oppvarming og for å tilveiebringe varmt vann via ledninger 118 til oppslutningsapparatet og til varmeveksleren via en ledning 142 for temperaturregulering. Den temperaturmålende innretning 116 i oppslutningsapparatet og den temperaturavfølende innretning 156 i forkammeret er begge elektrisk tilkoblet til kjeleseksjonen 136 for å avgi signaler til denne. En returledning 140 tilbakefører varmtvann fra vamreveksleren som står i forbindelse med kjeleseksjonen 136.

Kjeleseksjonen 136 innbefatter et oppvarmings- og pumpe-system 186, et temperaturreguleringssystem 188 for oppslutningsapparatet og et temperaturreguleringssystem 190 for varmeveksleren. Oppvarmings- og pumpesystemet 186 mottar gass og tilfører varmtvann til temperaturreguleringssystemet for oppslutningsapparatet og til temperaturreguleringssystemet 19 0 for varmeveksleren ved styring fra hhv. de temperaturmålende innretninger 116 og 156.

Oppvarmings- og pumpesystemet 186 innbefatter en gass-kjele 192, en pumpe 194, en ekspansjonstank 196, en måler 198 og en sikkerhetsventil 200. Gasskjelen 192 mottar gass fra gassledninger 106 og tilfører varmtvann til pumpen 194 som pumper dette til ekspansjonstanken 196, måleren 198 og sikkerhetsventilen 200 for å sikre at trykket ikke over-skrider en på forhånd bestemt grense. Den tilfører også varmtvann via en ledning 202 til temperaturreguleringssystemet for oppslutningsapparatet og via en ledning 204 til temperaturreguleringssystemet 19 0 for varmeveksleren. Vann tilbakeføres til kjelen 192 fra oppslutningsbeholderen 104

og fra varmevekslingssystemet via ledningen 140.

Temperaturreguleringssystemet for oppslutningsapparatet innbefatter en ledning 202 som er ført gjennom en første og en annen manuell ventil 206 og 208, et' filter 210 og en automatisk styrt ventil 212 som styres av den temperaturmålende innretning 116. Returvann strømmer gjennom ledningen 118 og gjennom de parallelle, manuelt regulerbare ventiler 214 og 216 til ledningen 140. På lignende måte innbefatter tempera- turenreguleringssystemet 190 for varmeveksleren en ledning 204 som er ført gjennom de to manuelle ventiler 218 og 219, et filter 220 og en ventil 222 som styres av den temperaturmålende innretning 156. Vann tilbakeføres gjennom ledningen 140.

Under drift blir substratet som skal behandles i oppslutningsbeholderen 104, periodevis innført i forkammeret 130 (Fig. 2) via ledningen 154. For eksempel kan gjødsel anvendes som substrat, og dette kan innføres to ganger i døgnet. For dette formål er forkammeret 130 tilstrekkelig stort til at det ved det antall ganger det fylles som er økonomisk fornuftig, vil tilføre tilstrekkelig med substrat til oppslutningsbeholderen 104 (Fig. 1) hvert døgn for å tillate kontinuerlig drift av beholderen uten at kulturen i denne ødelegges.

For at en tilstrekkelig mengde substrat skal kunne lagres i forkammeret for å unngå et for stort antall tids-perioder for å chargere forkammeret 130 bør forholdet mellom forkammerets 130 volum og oppslutningsbeholderens 104 volum være minst 1:100, og det vil således være færre enn 10 fyll-ingsperioder for forkammeret 130 pr. døgn ved en maksimal oppholdstid av 10 døgn i oppslutningsbeholderen 104.

Ifølge den foretrukne anvendelse av utførelsesformen vist på Fig. 1-3 er volumforholdet mellom forkammeret og oppslutningsbeholderen fortrinnsvis 2:5-1:10 og muliggjør således en forholdsvis kortvarig oppslutningsperiode i oppslutningsbeholderen 104 idet det forutsettes at forkammeret fylles to ganger pr. døgn.

Når forkammeret 130 fylles, er ventilene 162 og 164

slik innstilt at det vil være mulig for substratet å strømme gjennom ledningen 171 (Fig. 2) til ventilen 164, til ledningen 152 og til varmevekslingsrørene 146 i varmeveksleren 132 og gjennom pumpen 160 og ventilen 162. Samtidig strømmer vann med en temperatur innen området av 15-90°C, fortrinnsvis 85°C, fra kjelen 136 gjennom varmeveksleren 132. Blandingen utføres fortrinnsvis i en tid av under 15 minutter fordi den biologiske aktivitet avtar efter denne tid.

Pumpen 160 innstilles slik at substratet blir full- stendig fjernet fra varmevekslingsrørene 146 ved slutten av en blandesyklus eller slik at vannet kan avkjøles eller fjernes slik at (1) substratets temperatur øker til ca.

55°C, men alltid innen området fra 10 til 70°C, (2) oppvarmingen og blandingen i varmevekslingsrørene 146 vil vare i ikke over 15 minutter pr. time, og (3) substratet ikke vil holde seg stasjonært i rørene i nærvær av det opp-varmede vann i lengre tid enn 15 minutter av gangen.

Varmevekslingsrørenes 146 volum som holder på substratet i varmeveksleren, er fortrinnsvis 1/64 av forkammerets 130 volum, slik at bare en liten mengde av forkammerets samlede volum ligger i varmeveksleren og resten fjernes over i forkammeret hvor det blandes for oppvarming av den samlede mengde. Forkammerets volum bør alltid være minst 30% større enn varmevekslingsrørenes 146 volum, slik at det alltid vil befinne seg mer substrat i forkammeret 130 enn i varmevekslingsrørene for å muliggjøre en tilstrekkelig blanding.

Når substratet har en egnet temperatur, kan ventilenes 162 og 164 innstilling forandres slik at substratet strømmer fra forkammeret 130 (Fig. 2) via ledningen 171 og inn i ventilen 162 hvor det ved hjelp av pumpen 160 pumpes gjennom ledningen 150 og varmevekslingsrøret 146 og derfra gjennom ledningen 152 og gjennom ledningen 164 og inn i ledningen 112 eller ledningen 114. Begge ledninger 112 og 114 dirigerer substratet inn i oppslutningsbeholderen 104, idet én av disse transporterer substratet til beholderens bortre ende og den annen til beholderens nære ende.

Ved hjelp av denne metode blir substrat i beholderen erstattet med ferskt substrat slik at brukt materiale vil bli fjernet ved overløp og passere gjennom manifolden 168, gjennom ledningen 180 og derfra over i et oppsamlings-reservoar. Forholdet mellom oppslutningsbeholderens og forkammerets størrelser er slik avpasset at det fås en tilstrekkelig oppslutningshastighet, som beskrevet ovenfor,

slik at forholdet mellom forkammerets 130 volum og oppslutningsbeholderens 104 volum er minst 1:100.

Periodevis, som f.eks. hver åttende time, blir sub- stråtet i oppslutningsapparatet sirkulert for å hindre at det på dets overflate vil bli dannet en skorpe som er så hård at substrat vil bli ansamlet under denne. For dette formål innstilles ventilene 162 og 164 slik at substrat pumpes fra oppslutningsbeholderens 104 utløp 110 eller ut-løp 108 gjennom manifolden 168, ledningen 166, ventilen 162, pumpen 160, ledningen 150 og varmevekslingsrørene 146 og tilbake gjennom ventilen 164 til oppslutningsbeholderen 104 eller til forkammeret 130 i avhengighet av ventilens 164 innstilling.

Det fremgår av den ovenstående beskrivelse at opp-slutnings systemet ifølge oppfinnelsen byr på flere fordeler, som at (1) det muliggjør besparelse av arbeidsinnsats ved at blandetiden konsentreres til visse perioder pr. døgn, (2) det konserverer energi, (3) det øker methanproduksjonen ved at den temperatur/reguleres ved hvilken nytt substrat innføres i en oppslutningsbeholders hoveddel, og (4) det gir efektiv blanding.

Claims (6)

1. Apparat for anaerob produksjon av methan fra et substrat i et første trinn og et annet trinn, karakterisert ved at det omfatter en oppslutningsbeholder (104) i det annet trinn innrettet for anaerobt å omslutte et substrat og for at methangass skal kunne fjernes fra denne, en anordning (106) i oppslutningsbeholderens øvre del for å fjerne gass, anordninger (112, 114) for å overføre substrat fra det første trinn til oppslutningsbeholderen, en førstetrinnsanordning som innbefatter et forkammer (130) for å behandle ferskt sustrat før substratet innfø res i oppslutningsbeholderanordningen (104), idet forkammeret (130) er anordnet separat i forhold til oppslutningsbeholderen (104) og forbundet med oppslutningsbeholderen (104) ved hjelp av en rekke transportanordninger, hvor førstetrinnsanordningen innbefatter en anordning for å akkumulere substrat i det minste delvis i forkammeret (130) sem har et slikt volum som 9ir et forhold til oppslutningsbeholderens volum av under 1:100, og hvor førstetrinnsanordningen innbefatter en pumpeanordning (134) sem på sin side omfatter en første anordning for at pumpeanordningen skal være istand til å pumpe substrat fra forkammeret og tilbakeføre dette til forkammeret mens substratet oppvarmes og blandes til en temperatur mellom 15 og 70°C, og idet pumpeanordningen innbefatter en annen anordning for at pumpeanordningen skal kunne pumpe substratet fra førstetrinnsanordningen over i oppslutningsbeholderen efter at substratets temperatur har øket og substratet er blitt blandet i førstetrinnsanordningen.

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at pumpeanordningen (13 4) innbefatter en ledningsanordning (146) med en diameter som er mindre enn 1/3 av forkammerets diameter og med et volum som er mindre enn 80% av volumet for substratet som inneholdes i førstetrinnsanordningen.

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at pumpeanordningen (13 4) innbefatter en varmeveksler (132) og at lednings-anordningen (146) passerer gjennom varmeveksleren med buet bane.

4. Apparat ifølge krav 3, karakterisert ved at pumpeanordningen innbefatter ventilinnretninger (162,164) for selektivt å transportere substratet via en første bane fra forkammeret via pumpeanordningen og tilbake til forkammeret og via en annen bane fra forkammeret til oppslutningsbeholderen.

5. Apparat ifølge krav 1-4, karakterisert ved at pumpeanordningen innbefatter en varmeveksleranordning som inneholder vann med 50-90°C, en kjeleanordning (136) for å oppvarme vannet og en anordning for å oppvarme substratet i varmeveksleran-ordningen .

6. Apparat ifølge krav 1-5, karakterisert ved at pumpeanordningen innbefatter en anordning for å fjerne substrat fra oppslutningsbeholderanordningen over i forkammeret via pumpeanordningen, og at det fjernede substrat oppvarmes og blandes og tilbake-føres til oppslutningsbeholderanordningen.