Konstruktion der Behälter
Anforderungen an Behälter für Biogasanlagen werden maßgeblich von den Betriebszuständen und den Komponenten und Schnittstellen der Anlagentechnik bestimmt.
Wärmedämmung und Beheizung der Behälter
Das Substrat in Fermentern – teilweise auch in den Nachgärern – muss aufgeheizt werden, um den Bakterien ideale Umgebungsbedingungen zu bieten. Die dafür erforderlichen Heizleitungen können einbetoniert oder frei vor der Wand befestigt werden. Die frei liegenden Leitungen bieten zwar die bessere Wärmeübertragung und sind einfacher zu montieren, können aber ggf. bei zu dichtem Wandabstand schneller verschmutzen. Die Dimensionierung des Heizsystems bzw. der Heizleistung erfolgt in Abhängigkeit vom Substrat und von der Behältergröße.
Werden die Heizleitungen in der Behälterwand und/oder dem Behälterboden einbetoniert, kommt als Material für die Heizleitungen meist ein PE-XA (Polyethylen mit Peroxid-Vernetzung) mit hoher Temperaturbeständigkeit, Schlagzähigkeit und Spannungsrissbeständigkeit zum Einsatz. Die Durchführung von außen erfolgt entweder über den Behälterboden oder über eine Wanddurchführung, immer aber in dichter Ausführung. Die Temperaturzustände in der Aufheizzeit sind bei der Bemessung der Behälter zu berücksichtigen.
Werden die Heizleitungen vor der Behälterwand im Substrat montiert, sind wegen des chemischen Angriffs Heizleitungen z. B. aus Edelstahl zu wählen, die per Dübel-Schrauben-System oder über einbetonierte Gewindehülsen an der Wand befestigt werden. Die Durchführung von außen durch die Wand erfolgt in Form einer Hülse oder Kernlochbohrung mit Abdichtung über eine Ringraumdichtung.
Um Wärmeverluste so gering wie möglich zu halten und die Wand- bzw. Bodenkonstruktion vor Zwangsspannungen aus großen Temperaturdifferenzen zu schützen, werden die Prozessbehälter wärmegedämmt. Die Dämmschichtdicken werden anlagenspezifisch dimensioniert und betragen üblicherweise 8 cm bis 12 cm bei einer Wärmeleitfähigkeitsgruppe 035.
Auch wenn grundsätzlich die Wärmedämmungen außen oder innen angebracht werden können, ist die äußere Wärmedämmung vorzuziehen, weil dann das Innenvolumen des Behälters voll nutzbar und eine robustere Innenfläche vorhanden ist. Allerdings sind dann die Wärmedehnungen aus den einbetonierten Heizleitungen bei der Bemessung zu berücksichtigen.
Rührwerkstechnik
Für die Rührwerke wird meist eine Kombination aus Schnell- und Langsamläufer gewählt, die entsprechend Behältergröße und Substrat dimensioniert werden. Eingesetzt werden korrosionsbeständige Materialien wie z .B. Edelstahl. Die verspannungsfreie Lagerung der Rührwerkstechnik und die in die Behälterwand oder Behälterdecke einzuleitenden Lasten – z. B. bei der Auflösung von Sink- und Schwimmschichten - sind bei der Bemessung zu berücksichtigen. Die Befestigung der erforderlichen Konsolen und Führungsrohre auf dem Behälterboden erfolgt über Fixanker. Als Abdichtung der Durchführung durch Decke oder Wand dienen eine Ringraumdichtung oder ein Flansch mit Dichtring.
Wird die Rührwerkstechnik durch die Behälterwand geführt, hat die Wanddurchführung die Form eines einbetonierten Rahmens, einer Hülse oder einer Kernlochbohrung.
Die Durchführung der Rührwerkstechnik durch die Betondecke erfolgt in Form eines einbetonierten Rahmens oder einer ausgesparten Durchführung. Die Befestigung an der Behälterwand oder Behälterdecke erfolgt per Fixanker oder Verschraubung im einbetonierten Rahmen.
Feststoffeintrag
Das Einbringen des Substrats in den Behälter ist möglich über eine:
- Schnecke im Gasbereich oder eine
- Pumpleitung im Flüssigkeitsbereich (Flüssigfütterung).
Der Eintrag im Gasbereich ist wartungsfreundlich. Wegen der chemisch aggressiven Umgebung ist als Material Edelstahl zu verwenden. Die Wanddurchführung erfolgt über eine Hülse mit Dichtring/Dichtmasse. Der Befestigung der Flanschplatte/Schnecke dienen Fixanker. Die Gasdichtigkeit wird darüber sichergestellt, dass die Eintragschnecke in das Substrat eintaucht.
Beim Eintrag über eine Pumpleitung im Flüssigkeitsbereich dienen als Wanddurchführung eine Hülse, eine Kernlochbohrung oder ein einbetonierter Flansch. Die Abdichtung erfolgt über eine Ringraumdichtung oder einen Flansch mit Dichtring.
Bühnenbau
Im Behälter erforderliche Bühnen für die Anlagentechnik können über einbetonierte Halfenschienen oder über Dübel-Schrauben-Systeme in der Behälterwand befestigt werden, wenn sie nicht freistehend ausgeführt werden. Der Lasteintrag in die Behälterwand ist bei der Bemessung ggf. zu berücksichtigen.
Dächer und Decken
Dächer oder Decken stellen bei Fermentern und Nachgärern sicher, dass das erzeugte Biogas nicht unkontrolliert entweichen kann. Die Konstruktion muss ausreichend wasserundurchlässig und gasdicht sein.
Üblich sind Membranabdeckungen verschiedenster Art. Häufigste Varianten sind Zelt- und Tragluftdächer sowie Stahlbetonfertigteildecken. In Abhängigkeit vom Behälterdurchmesser und von der vorgesehenen Belastung werden die Decken freitragend, auf einer Mittelstütze oder auf einem Innenbehälter aufliegend ausgeführt. Vorteile der Doppelmembran-Tragluftdächer sind neben dem voluminösen Gasspeicher, die Langlebigkeit (die äußere Folie dient dem UV- und Wetter-Schutz, die innere Folie als Gasspeicher) und die Flexibilität des Systems und die sich daraus ergebenden Steuerungsmöglichkeiten nachgeschalteter Gasverbraucher.
Stahlbetonfertigteildecken sind zunächst mit höheren Kosten verbunden und können nicht mit integriertem Gasspeicher ausgeführt werden. Die Vorteile liegen neben einer längeren Lebensdauer bei der höheren Belastbarkeit, einer besseren Bedienbarkeit und Wartungsmöglichkeit für die Rührtechnik sowie besseren Möglichkeiten zur Wärmedämmung. Die sich aus Begehbarkeit, Befahrbarkeit, Anlagentechnik, Gasdruck, Schneelast etc. ergebenden Lasten müssen bei der Bemessung der Behälterwände berücksichtigt werden.
Reinigungs- bzw. Inspektionsöffnungen
Bei Substrat mit erheblichem Anteil an Schmutzfracht müssen Entnahmemöglichkeiten oder geeignete Reinigungs- bzw. Inspektionsöffnungen vorhanden sein. Zu beachten ist, dass Fermenter in der Regel kontinuierlich betrieben werden und es deshalb nur begrenzte Möglichkeiten der Innenkontrolle gibt.
[1] Max Pflug: Biogas-Anlagen aus der Sicht des Behälterbauers. Bauen für die Landwirtschaft 1-2003, S. 20
Ausführliche Informationen zum Thema gibt das Buch „Planungshilfe Biogasanlagen aus Beton".
