Durchmischung im Biogasfermenter – warum sie wichtig ist und was sie leisten muss

Ein Rührwerk im Fermenter hat nicht nur die Aufgabe, die Masse in Bewegung zu setzen. Es soll eine ausreichend kontrollierte Strömung erzeugen, damit sich Frischsubstrat in der aktiven Gärmasse verteilt, die Temperatur möglichst gleichmäßig bleibt und keine Bereiche entstehen, in denen Material ohne ausreichenden Kontakt zu den Mikroorganismen absinkt oder aufschwimmt.

Was muss gute Durchmischung leisten?

Im Betrieb sind vier Ziele besonders wichtig: den Behälterinhalt homogenisieren, Wärme verteilen, Feststoffe in Bewegung halten und Schwimmschichten aufbrechen. Sulzer nennt für die anaerobe Vergärung insbesondere den Temperaturausgleich, die Homogenisierung der Biomasse, die Vermeidung von Sedimentation und das Aufbrechen einer Oberflächenkruste. Das beschreibt gut, was Betreiber von einem Rührsystem erwarten.

Stärkeres Rühren ist nicht automatisch besser. Höhere Drehzahlen bedeuten mehr Eigenstrombedarf, stärkere hydraulische Beanspruchung und höheren Verschleiß. Ziel ist daher nicht die größtmögliche Turbulenz, sondern eine ausreichende Strömung im gesamten nutzbaren Fermentervolumen.

Warum gibt es kein Rührwerk für alle Fälle?

Behältergeometrie, Durchmesser und Höhe des Fermenters, Füllstand, Trockensubstanzgehalt, Faserlänge, Frischsubstrateintrag und Auslassposition beeinflussen die Technikwahl erheblich. SUMA gliedert seine Biogastechnik deshalb in Tauchmotor-, Stab-, Zentral- und Paddelrührwerke. streisal betont, dass für verschiedene Behälter und Substrate häufig unterschiedliche Typen oder Kombinationen erforderlich sind.

In einer Anlage kann beispielsweise ein Seitenrührwerk eine horizontale Strömung erzeugen, während ein langsam laufendes Zentralrührwerk vertikal umwälzt. An einem anderen Standort können mehrere Tauchmotorrührwerke in verschiedenen Höhen bessere Ergebnisse liefern. Bei einem dritten ist möglicherweise wichtiger, dass alle mechanischen Teile außerhalb des Behälters liegen.

Die wichtigsten heute eingesetzten Rührtechniken

• Tauchmotorrührwerke – Motor und Propeller befinden sich im Substrat; Höhe und Ausrichtung lassen sich anpassen.
• Stab- und Seitenrührwerke – der Antrieb ist von außen zugänglich, Welle und Propeller reichen durch die Wand oder das Dach in den Behälter.
• Langsam laufende Zentralrührwerke – ein großer Propeller oder mehrere Rührflügelebenen bewegen bei niedriger Drehzahl viel Masse.
• Paddelrührwerke – große Rührflügel eignen sich für viskose Massen und zum Aufbrechen von Schwimmschichten und Ablagerungen.
• Externe Umwälzung – Pumpen, Düsen und die Umwälzung von Biomasse oder Biogas erzeugen Strömung ohne herkömmliches eingetauchtes Antriebsaggregat.

Was sollte der Betreiber beobachten?

Probleme bei der Durchmischung zeigen sich meist zuerst im Prozess und nicht am Rührwerk: Temperaturunterschiede zwischen Behälterbereichen nehmen zu, Schwimmschichten oder Ablagerungen entstehen, Frischsubstrat bleibt örtlich konzentriert oder der Strombedarf steigt, ohne dass sich die Umwälzung erkennbar verbessert. Dann ist das gesamte Strömungskonzept zu untersuchen, statt lediglich einen stärkeren Motor einzubauen.

Beispiele für Hersteller und Lösungen

SUMA bietet OPTIMIX-Tauchmotorrührwerke, GIANTMIX/REKORDMIX-Stabrührwerke, das Zentralrührwerk Z-MIX und Paddelrührwerke an. streisal kombiniert TSR/TSRL-Tauchmotorrührwerke mit Biobull und Biosubstrator. Landia bietet neben herkömmlichen Rührwerken GasMix mit externer Umwälzung an. Sulzer setzt große, vertikale Scaba-Rührsysteme für anaerobe Fermenter ein.