Flow velocities and flow profiles in a thoroughly mixed biogas fermenter

Abstract

Das Durchmischen von Garsubstrat mittels mechanischer Ruhrwerke ist einer der wichtigsten Prozesse in der Biogasproduktion, jedoch mit hohen Energieeintragen und damit fur den Biogasanlagenbetreiber mit hohen Kosten verbunden. Die Optimierung von Ruhrwerken sowie des Ruhrmanagements gewinnt in den vergangenen Jahren immer mehr an Bedeutung. Zahlreiche wissenschaftliche Studien versuchen mittels Simulationen und Versuchen im Labormasstab Rheologie, Biologie und Stromungsgeschwindigkeiten im Fermenter zu untersuchen und zu beschreiben. Die Ergebnisse zeigen jedoch im Vergleich von Labor- und Praxisuntersuchungen noch erhebliche Abweichungen. Daher wurden mittels magnetisch-induktivem Messsystem die Stromungsgeschwindigkeiten an verschiedenen Stellen des Fermenters bei unterschiedlichen Trockensubstanzgehalten (TS) und Viskositaten des Garsubstrates ermittelt. Bei einem TS-Anstieg von 7,74 auf 10,75 % uber den Versuchszeitraum zeigten die Ergebnisse eine Abnahme der Stromungsgeschwindigkeiten von 8,71 bis 63,77 cm · s-1 auf 0,05 bis 37,36 cm · s-1. Bedingt durch den Anstieg des TS-Gehaltes reduzierten sich die mittleren Stromungsgeschwindigkeiten bei gleicher Ruhrwerkseinstellung um durchschnittlich 70 %. Erganzende Untersuchungen konnten belegen, dass mit einem Anstieg der dynamischen Viskositat die uber die Ruhrwerke induzierten Stromungen am Boden, aber auch an der Oberflache, so gering werden konnen, dass diese messtechnisch nicht mehr erfassbar sind. Diese Arbeit unterstutzt die These, dass es durch Reduktion der Stromungsgeschwindigkeiten zu „Totzonen“ im Fermenter kommen kann.