DE10106312A1

DE10106312A1 - Regelungsverfahren

Info

Publication number: DE10106312A1
Application number: DE10106312A
Authority: DE
Original assignee: Aquatec Inst fur Wassera GmbH
Current assignee: ELLMANN, REIK, 06636 LAUCHA, DE
Priority date: 2001-02-12
Filing date: 2001-02-12
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2021-02-13
Also published as: DE10106312B4

Abstract

Regelungsverfahren zum Regeln der Umsetzung organischer Stoffe in Methangas, insbesondere in wässrigem Milieu, mit dem auf einfache Art und Weise der Prozess optimiert und insbesondere die Methanausbeute maximiert werden kann, wobei in einem mehrstufigen Prozess in Abhängigkeit eines Optimierungs-Ziel-Parameters wenigstens eine Einstellgröße erhöht oder erniedrigt wird.

Description

I. Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren zum Regeln der Umsetzung organi scher Stoffe in Methangas, insbesondere in wässrigem Milieu.

II. Technischer Hintergrund

Bei einem solchen Verfahren werden die langkettigen organischen Stoffe, wie et wa Fette und Zellulose, zunächst durch die von Bakterien erzeugten Enzyme in Fettsäuren und anschließend weiter in Essigsäure zerlegt. Dieser Prozeß wird - durchgeführt in einem ersten Behälter - durch Hydrolyse beeinflußt, wobei die Sauerstoffeinbringung in der Regel durch Einblasen von Luft oder anderen sauer stoffhaltigen Gasen erfolgt.

Dabei soll nur eine solche Menge Sauerstoff eingebracht werden, daß kein freier Sauerstoff in der zu behandelnden Flüssigkeit meßbar ist, sondern das Redox- Potential immer noch negativ, insbesondere im Bereich zwischen -50 mV und -150 mV, verbleibt.

In der zweiten Stufe wird die Essigsäure durch Methan bildende Bakterien umge wandelt, was in einem zweiten Behälter geschieht.

Die beiden Prozeßstufen sind prinzipiell von den gleichen Parametern, nämlich pH-Wert, Temperatur, Redox-Potential und Verweilzeit abhängig, jedoch in jeweils unterschiedlichem Maß.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß der Zulauf in dieses offene System hin sichtlich der Zulaufmenge pro Zeiteinheit in der Regel nicht oder nur sehr be schränkt beeinflußbar ist, da es sich hierbei häufig um den Auslauf einer Produkti onsanlage etc. handelt.

Ferner besteht eine Abhängigkeit der beiden Prozeßstufen voneinander auch da hingehend, als der Auslauf der ersten Verfahrensstufe, also des ersten Behälters, gleichzeitig den Zulauf der zweiten Verfahrensstufe, also des zweiten Behälters, darstellt und damit diese beiden Größen nicht unabhängig voneinander gesteuert werden können.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der DE 199 37 876 beschrieben.

a) Technische Aufgabe

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Regelungsverfah ren zu schaffen, mit dem auf einfache Art und Weise der Prozeß optimiert und insbesondere die Methanausbeute maximiert werden kann.

b) Lösung der Aufgabe

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das Regelungsverfahren bleibt dadurch einfach, daß in Abhängigkeit von nur ei nem einzigen Optimierungs-Ziel-Parameter bzw. dessen Tendenz eine oder mehrere Einstellgrößen verändert werden, und diese Veränderung lediglich in einer Erhöhung oder Erniedrigung der jeweiligen Einstellgrößen um eine Stufe einer vorher festgelegten, insbesondere gleichmäßigen, Stufung erfolgt.

Das Maß der Veränderung der Einstellgröße muß also nicht vom Regelungsver fahren ermittelt werden, was das Verfahren und dessen Anwendung stark verein facht.

Insbesondere wird das Verfahren dadurch vereinfacht, daß nicht die absolute Größe des Optimierungs-Ziel-Parameters bestimmt und z. B. mit einem Sollwert verglichen werden muß, sondern lediglich dessen Tendenz ermittelt werden muß.

Dies vermeidet Soll-Ist-Vergleiche und die damit einhergehende Bestimmung von absoluten Meßgrößen, was eine Reihe von Nachteilen nach sich zieht, nämlich einerseits eine Sensorik, die in der Lage sein muß, Absolutwerte zu erfassen, und die regelmäßige Überprüfung der von dieser Sensorik gemessenen Absolutwerte.

Ein weiterer Nachteil bisheriger Verfahren besteht darin, daß die Absolutwerte häufig von Umweltparametern oder anderen nicht beeinflußbaren Prozeßpara metern verändert werden, die jedoch häufig für das Prozeßergebnis nur begrenzt relevant sind.

Als Tendenz wird dabei entweder die absolute Veränderung der produzierten Methanmenge pro Zeiteinheit verwendet, oder die Veränderung der Zunahme oder Abnahme, also die erste Ableitung der über die Zeit aufgetragenen Methan- Erzeugung.

Die gleichen Vorteile ergeben sich auch auf der Seite der Einstellgrößen: Da als Ergebnis des Regelungsverfahrens nur die Erhöhung oder Erniedrigung der einen oder mehreren Einstellgröße vorgegeben wird, ist die Bestimmung des momenta nen Absolutwertes dieser Einstellgrößen nicht notwendig, da kein Soll-Ist- Vergleich dieser Einstellgrößen durchgeführt werden muß.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß bei steigender oder sinkender Tendenz des Zielparameters jeweils die gleichen Abfragen innerhalb des Regelungsverfahrens durchgeführt werden und sich der Regelungszyklus lediglich in der Umkehrung des Ergebnisses, also der Veränderung der Einstellgröße in die jeweils andere Richtung, besteht.

Das Regelungsverfahren ist auch dadurch sehr einfach gehalten, daß die Ergeb nisse, also die sich ergebenden Veränderungen der Einstellgrößen, in nur zwei Prioritätsstufen unterteilt sind. Innerhalb einer, insbesondere innerhalb der zwei ten, Prioritätsstufe können dann noch einander widersprechende Ergebnisse hin sichtlich sich widersprechender Veränderungen ein und derselben Einstellgröße, als Ergebnis des Regelungsprozesses auftreten.

Dies wird behoben, indem die sich auf dieser Prioritätsstufe theoretisch ergeben den Soll-Veränderungen der Einstellgrößen mit Bewertungsfaktoren bewertet sind, und bei sich widersprechenden Ergebnissen durch mathematische Ver knüpfung, insbesondere Mittelwertbildung, insbesondere geometrische Mittelwert bildung dieser sich widersprechenden Soll-Veränderungen derselben Einstellgrö ße ein eindeutiges Ergebnis erzielt wird.

In diesen Bewertungsfaktoren finden die praktischen Gegebenheiten der für die Durchführung des Verfahrens verwendeten Anlage ihren Niederschlag, indem sie entweder theoretisch in diese Bewertungsfaktoren eingerechnet werden oder - was vorzugsweise benutzt wird - diese Bewertungsfaktoren empirisch festgelegt werden, beispielsweise beim manuellen Hochfahren des Prozesses oder bei einer manuellen Regelung während einer Testphase.

Als Einstellgrößen, dessen Veränderung das Regelungsverfahren als Ergebnis vorgibt, werden nur maximal fünf Größen, nämlich der Ablauf, also die entnom mene Menge pro Zeiteinheit, aus den Behältern der beiden Prozeßstufen, das Maß der Beheizung der beiden Behälter und das Maß der Sauerstoffzufuhr in den ersten Behälter beeinflußt.

Alle anderen Prozeßparameter werden hierdurch indirekt geregelt.

Insbesondere muß hierdurch der Zulauf nicht geregelt werden, der häufig auch nicht oder nur begrenzt beeinflußt werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Regelung dadurch vereinfacht, und insbesondere die Zeitabstände, in denen die Regelungsabfrage durchgeführt werden muß, vergrößert, indem der Zulauf, also die ins offene System des Pro zesses zulaufende Menge an Prozeßflüssigkeit pro Zeiteinheit, egalisiert wird durch ein vorgeschaltetes Auffangbecken, in welches die Prozeßflüssigkeit sehr unregelmäßig, insbesondere chargenweise, eingebracht wird, und von der aus die Einführung in den zu regelnden Prozeß so gleichmäßig wie möglich, insbesondere kontinuierlich, erfolgt.

Eine weitere Verbesserung kann dadurch erzielt werden, daß abhängig vom Maß der Veränderung des Optimierungsziel-Parameters dessen absoluter Verän derung pro Zeiteinheit, die Zeitabstände zwischen den einzelnen Regelungs abfragen bzw. Regelungsschritten verändert werden:
Wenn bei zunehmendem Zielparameter die Zunahme pro Zeiteinheit immer klei ner wird, werden die zeitlichen Abstände der Regelungsschritte vergrößert, und umgekehrt verkleinert, wenn bei abnehmendem Zielparameter dessen Verände rung pro Zeiteinheit immer größer wird, sofern das Ziel in der Maximierung des Zielparameters, insbesondere der Methangaserzeugung und/oder deren erster Ableitung nach der Zeit, besteht.

c) Ausführungsbeispiele

Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung ist im folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Biogas-Erzeugungs-Anlage,

Fig. 2 ein Schaltbild der Zielparameter-Abfrage,

Fig. 3 Prinzipdarstellungen der Detailabfragen,

Fig. 4 Prinzipdarstellung der Regelereinbindung.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung der zu regelnden Anlage.

Beginnend mit der Zulaufleitung 8 wird über diese Zulaufleitung 8 die die Bio masse enthaltende Prozeßflüssigkeit in einen ersten Behälter 1 eingebracht, und kann von dort mittels der Leitung 4 und einer ersten Pumpe P1 in einen zweiten Behälter 2 gepumpt werden. Von dort ist eine Entnahme über eine weitere Leitung 6 mittels Pumpe P2 zum Verbringen aus dem System heraus, in die Kanalisation, möglich, da es sich hierbei nur noch um sauberes Wasser handeln sollte.

Die über die Zulaufleitung 8 eingebrachte Prozeßflüssigkeit enthält nicht nur orga nische Substanzen in gelöster Form, sondern auch in Form von Feststoffen, meist Schwebstoffen. Diese setzen sich am Boden des Behälters 1 zunehmend ab, und können von dort von Zeit zu Zeit über ein Ventil 13 in ein Absetzbecken 9 abge lassen werden, in dem sich dann Schlamm 14 sedimentiert.

Dementsprechend zweigt die Leitung 4, die die Behälter 1 und 2 miteinander ver bindet, aus dem Behälter 1 von einer Höhe unterhalb der Füllstandshöhe, jedoch oberhalb des sich auch im Behälter 1 bereits bildenden Bodensatzes ab, und mündet im zweiten Behälter 2, vorzugsweise oberhalb des dort üblicherweise vor handenen Füllstandes.

Um zu verhindern, daß Feststoffe und auch die sich besonders an den Feststoffen anlagernden Bakterien und Enzyme, aus dem Behälter 1 in den Behälter 2 gelan gen, ist in der Leitung 4 ein erster Filter 11, in der Regel ein Feststofffilter, ange ordnet, der diese Feststoffe und/oder Bakterien und Enzyme zurückhält und eine damit angereicherte Prozeßflüssigkeit über die Rücklaufleitung 5 dem Behälter 1 wieder zuführt.

In analoger Weise ist in der Ablauf-Leitung 6 des zweiten Behälters 2 ein zweiter Filter 12 angeordnet, in der Regel ein Membranfilter, der die im zweiten Behälter vorhandenen, Methan bildenden, Bakterien zurückhält und eine damit angerei cherte Prozeßflüssigkeit über eine Rücklaufleitung 7 wieder dem Behälter 2 zu führt. Die den zweiten Filter 2 in Richtung Prozeßausgang durchdringende Flüs sigkeit ist somit von Feststoffen ebenso gereinigt wie von Bakterien und Enzymen und kann daher als sauberes Wasser der Kanalisation zugeführt werden.

Dem ersten Behälter kann über eine vorzugsweise im Boden des Behälters mün dende Luftzufuhrleitung 14 Luft oder ein anderes, Sauerstoff enthaltendes, Gas zugegeben, insbesondere in die Prozeßflüssigkeit eingeblasen, werden, um die in diesem ersten Behälter arbeitenden, säurebildenden Bakterien mit Sauerstoff zu versorgen. Vorzugsweise geschieht dies in einem Maß, so daß in der im Behälter 1 befindlichen Prozeßflüssigkeit kein Sauerstoff meßbar ist, jedoch das Redox- Potential der Prozeßflüssigkeit im Behälter 1 sich noch im negativen Bereich zwi schen -150 und -50 mV befindet.

Zur Vermeidung eines Überdrucks im Behälter 1 weist dieser in seinem oberen Bereich eine Entlüftungsöffnung 15 auf.

Der Behälter 1 kann zusätzlich über eine erste Heizung 21 beheizt werden, und ist deshalb vorzugsweise mit einer Isolierung umhüllt.

Der zweite Behälter 2 weist analog eine zweite Heizung 22 und vorzugsweise ebenfalls eine Isolierung auf, jedoch keine Belüftung.

Im oberen Bereich des zweiten Behälters 2 ist eine Gasentnahme-Öffnung 10 an geordnet, über welche das im Behälter 2 entstehende Biogas, welches u. a. Methan enthält, abgezogen wird.

Optional ist dabei - um den Zulauf zu egalisieren - die Zulaufleitung 8 des ersten Behälters 1 nicht direkt mit einem die Biomasse erzeugenden Prozeß oder einer Maschine verbunden, sondern der eigentliche Zulauf wird zunächst in einen Vor lauf-Behälter 3 geleitet, welcher über die Zulaufleitung 8 mit dem ersten Behälter des zu regelnden Prozesses verbunden ist.

Auf diese Art und Weise kann sehr unregelmäßig erfolgender Zulauf mittels des Vorlauf-Behälters 3 egalisiert und ein wesentlich gleichmäßigerer, insbesondere konstanter, Zufluß über die Zulaufleitung 8 in den Prozeß gewährleistet werden.

Die Fig. 2 und 3 zeigen - jeweils als Entscheidungsbaum - den Ablauf des Rege lungsverfahrens.

Dabei beschreibt Fig. 2 die zugrunde liegende Zielabfrage, also die Beobachtung des Ziel-Parameters, während die Fig. 3a und 3b die Beobachtung der relevanten physikalischen Parameter der beiden Prozeß-Stufen, also die Behälter 1 und 2, zeigen.

Gemäß Fig. 2 wird die erzeugte Menge an Methan pro Zeiteinheit dadurch ermit telt, daß einerseits das Volumen an erzeugtem Gas pro Zeiteinheit bestimmt wird, und andererseits dessen Methangehalt.

Diese Ermittlung wird periodisch, beispielsweise jede Stunde oder alle drei Stun den, durchgeführt, wobei der Zeitabstand auch vom Ergebnis der vorherigen Er mittlung und der dort festgestellten Tendenz abhängen kann.

Alternativ zur erzeugten absoluten Methanmenge pro Zeiteinheit kann auch die erste Ableitung der Methanerzeugung über die Zeit, also die Veränderung der Zu nahme oder Abnahme der Methanerzeugung pro Zeiteinheit, als Zielgröße ver wendet werden.

Es wird nun gemäß Fig. 2 festgestellt, ob die beobachtete Zielgröße gegenüber der vorherigen Ermittlung steigt oder sinkt, wobei vorzugsweise eine signifikante Veränderung interessiert. Vorzugsweise wird eine Veränderung unterhalb eines Schwellwertes als Konstanz mit der Folge einer Beibehaltung aller Einstellgrößen bis zur nächsten Zielabfrage beibehalten.

Bei Sinken oder Steigen der Zielgröße werden dann in der Folge - für die beiden Behälter - gemäß Fig. 3a bzw. Fig. 3b die Einzelabfragen für die physikalischen Parameter pH-Wert, Redox-Potenial, Temperatur und Füllstand durchgeführt, und hieraus entsprechende Aktionen, nämlich Veränderung der Einstellgrößen um jeweils eine Stufe, also Erhöhung oder Erniedrigung um eine Stufe, ermittelt.

Da sich diese Detailabfragen - wie der in Fig. 3a und 3b zu entnehmen - im Prin zip identisch sind bzw. sehr stark ähneln, können sie - gemäß Fig. 4 - mit der glei chen Regelschaltung zeitlich nacheinander durchgeführt werden, unter Aufschal tung der Sensoren wahlweise des Behälters 1 oder des Behälters 2 auf die Re gelschaltung, und entsprechende Ansteuerung der entsprechenden Einstellgrö ßen.

Dies erfolgt in der Reglerperipherie, in dem bei den Überwachungsgrößen zwi schen den Behältern 1 und 2 jeweils umgeschaltet werden kann, und ebenso bei den Einstellgrößen, so daß körperlich nur eine einzige Regelschaltung benötigt wird, da der Zeitversatz für die nacheinander folgende Durchführung der Detailabfragen zunächst des ersten und dann des zweiten Behälters angesichts der Trägheit des Systems vernachlässigt werden kann.

Der Regler muß auch einen Speicher für die zuletzt gemessenen Überwachungs größen aufweisen, und dabei auch die Überwachungsgrößen hinsichtlich der Zu gehörigkeit zum ersten oder zweiten Behälter, also der ersten oder zweiten Pro zeßstufe, unterscheiden können.

Die Detailabfragen sind anhand der Fig. 3a und 3b separat dargestellt:
Als Überwachungsgrößen werden bei jedem Behälter pH-Wert, Redox-Potential, Temperatur und Füllstand der Flüssigkeit im Behälter betrachtet.

Beim ersten Behälter (Fig. 3a) soll sich der pH-Wert im sauren Bereich, unter ei nem pH-Wert von 6, befinden.

Es wird deshalb zuerst abgefragt, ob der pH-Wert größer als 6 ist. Wenn ja, wird die Leistung, also der Durchsatz, in der Regel also die Drehzahl der Pumpe P1, die den Ablauf aus dem Behälter bewirkt, erhöht (Weshalb im folgenden beispiel haft immer nur von der Veränderung der Drehzahl der Pumpe die Rede sein wird), also bei still stehender Pumpe auch die Pumpe überhaupt erst eingeschaltet.

Liegt der pH-Wert bereits unter 6, wird überprüft, ob der pH-Wert groß oder klein ist, also beispielsweise näher bei pH = 6 oder näher bei pH = 4 liegt. Ein pH-Wert kleiner als 4 ist erfahrungsgemäß kaum erreichbar, so daß dies einen guten unte ren Grenzwert darstellt.

Zusätzlich zur Überprüfung, ob der gemessene pH-Wert näher an einem der bei den Grenzwerte liegt, wird dann noch jeweils überprüft, ob der pH-Wert (vergli chen mit der zeitlich vorangehenden letzten Messung) im Sinken oder im Steigen befindlich ist, was die notwendige Aktion, in Prioritätsebene 2, ergibt, die jetzt jedoch davon abhängt, ob die vorausgegangene Beobachtung des Zielparameters dessen Sinken oder Steigen ergab:
Bei sinkendem Zielparameter resultiert ein bereits vergleichsweise geringer pH- Wert:

- bei sinkender Tendenz: in einer Reduzierung der Drehzahl der Pumpe P1
- bei steigender Tendenz: in einer Konstanthaltung der Drehzahl der Pumpe P1,

und bei bereits relativ hohem pH-Wert

- bei sinkender Tendenz: in einer Konstanthaltung der Drehzahl der Pumpe P1, und
- bei steigender Tendenz: eine Erhöhung der Drehzahl der Pumpe P1.

Gegenüber diesen Ergebnissen der Prioritätsebene 2 war jedoch die Drehzahl- Erhöhung der Pumpe P1, die sich aus einem pH-Wert von größer 6 ergeben hat te, der Prioritätsebene 1 zugeordnet.

Sollten sich - unter Berücksichtigung der weiteren Detailabfragen - Verände rungen für dieselbe Einstellgröße ergeben, die sich widersprechen, so sind die in der Prioritätsebene 1 sich ergebenden Aktionen bevorzugt, also trotz gegenteili gem Ergebnis in Prioritätsebene 2, durchzuführen. Ergeben sich Widersprüche innerhalb der Prioritätsebene 2, so werden diese durch einen später zu erläutern den Bewertungsfaktor geklärt.

Als zweite Detailabfrage wird das Redox-Potential der Prozeßflüssigkeit im Behäl ter 1 überprüft, der zwischen -50 und -150 mV gehalten werden soll.

Bei der ersten Abfrage wird ermittelt, ob der Wert unter -150 mV liegt. Falls ja, wird die Luftzufuhr erhöht.

Falls nein, wird überprüft, ob der Wert über -50 mV liegt. Falls ja, wird die Luftzu fuhr gestoppt.

Falls nein, befindet sich das Redox-Potential in der zulässigen Bandbreite und es wird überprüft, ob innerhalb dieser Bandbreite das Redox-Potential bereits relativ hoch (nahe -50 mV) oder bereits relativ niedrig (nahe -150 mV) ist, und dabei je weils, welche Tendenz gegenüber der letzten Messung (Steigen oder Sinken) vor liegt. Die daraus sich ergebenden Aktionen sind:
Sofern der Zielparameter im Sinken begriffen war: Bei relativ kleinem Redox-Wert:

- bei sinkender Tendenz: Luftzufuhr steigern,
- bei steigender Tendenz: Luftzufuhr konstant halten

und bei relativ großem Redox-Wert:

- bei sinkender Tendenz: Luftzufuhr konstant halten und
- bei steigendem Wert: Luftzufuhr reduzieren.

Die zu betrachtende Temperatur der Prozeßflüssigkeit im Behälter 1 soll zwischen 28 und 32°C liegen.

Bei einer ersten Abfrage wird überprüft, ob die Temperatur über 32°C liegt. Falls ja, wird die erste Heizung 1 gestoppt, falls nein, wird überprüft, ob die Temperatur unter 28°C liegt.

Falls ja, wird die erste Heizung 1 gesteigert, falls nein, bewegt sich die Tempera tur im Zielkorridor von 28°-32°C und es wird wiederum überprüft, ob innerhalb dieses Bereiches die Temperatur bereits relativ hoch (nahe 32°C) oder relativ niedrig (nahe an 28°C) liegt, und in der Folge dieser Entscheidung noch überprüft, ob die Tendenz der Temperatur nach oben oder unten geht, gegenüber der letz ten Messung.

Hieraus ergeben sich wieder die notwendigen Aktionen abhängig von der Ten denz der Zielgröße: Bei sinkender Zielgröße und bereits relativ niedriger Tempe ratur ergibt sich:

- bei sinkender Tendenz der Temperatur ein Erhöhen der ersten Heizung 1,
- bei steigender Tendenz der Temperatur ein Konstanthalten der Heizung 1,

und bei bereits relativ hoher Temperatur ergibt sich:

- bei sinkender Tendenz ebenfalls ein Konstanthalten der Heizung 1 und
- bei steigender Tendenz ein Stoppen der ersten Heizung 1.

War der Zielparameter dagegen im Steigen begriffen, sind wiederum die zutref fenden Aktionen genau gegensätzlich, wie auch bei allen anderen Detailabfragen.

Es wird weiterhin der Füllstand der Prozeßflüssigkeit im Behälter abgefragt, der zwischen einer festzulegenden Minimal- und Maximalmarke gehalten werden soll.

Mit einer ersten Abfrage wird festgestellt, ob der Füllstand des ersten Behälters 1 über der Maximalmarke liegt. Wenn ja, wird die erste Pumpe P1, die den Ablauf aus Behälter 1 regelt, auf maximale Drehzahl gestellt. Insbesondere muß vorher noch geprüft werden, ob der Füllstand des 2. Behälters 2 bereits an oder über dessen Maximalmarke liegt. Ist dies gegeben, muß zusätzlich auch die Drehzahl der 2. Pumpe P2 auf maximale Drehzahl gestellt werden.

Wenn nein, wird mittels einer zweiten Abfrage festgestellt, ob der Füllstand unter einer Minimalmarkierung gesunken ist. Wenn ja, wird Pumpe 1 gestoppt.

Wenn nein, befindet sich der Füllstand im gewünschten Zielkorridor, und es wird über eine nächste Abfrage festgestellt, ob innerhalb dieses Zielkorridors sich der Füllstand näher an der maximalen oder näher an der minimalen Markierung befin det, und in beiden Fällen wiederum die Tendenz (Sinken oder Steigen des Füll standes) gegenüber der letzten Messung ermittelt.

Die sich daraus ergebenden Aktionen sind - wiederum abhängig von der Tendenz des Zielparameters - wie folgt: Bei im Steigen befindlichem Zielparameter ergeben sich bei einem bereits relativ niedrigem Füllstand und

- dessen sinkender Tendenz: Reduzierung der Drehzahl der Pumpe 1,
- dessen steigender Tendenz: Erhöhung der Drehzahl der Pumpe 1,

bei bereits relativ hohem Füllstand und

- dessen sinkender Tendenz: Erhöhung der Drehzahl der Pumpe 1 und
- dessen steigender Tendenz: Reduzierung der Drehzahl der Pumpe 1.

Zusätzlich zur Füllstandsüberwachung kann, muß jedoch nicht, und nur für den Behälter 1, der Zulauf, also die in den Behälter 1 einfließende Menge an Prozeß flüssigkeit pro Zeiteinheit, zusätzlich als Überwachungsgröße einer Detailabfrage dahingehend unterworfen werden, daß - wiederum bei sinkender Zielgröße - ein Sinken der Zulaufmenge zu einem Reduzieren der Drehzahl der Pumpe 1 führt, ein Steigen der Zulaufmenge dagegen zu einer Erhöhung der Drehzahl der Pum pe 1.

Letztere Aktionen liegen wiederum auf Prioritätsebene 2 und kehren sich um, wenn die Zielgröße im Steigen begriffen wäre.

Es darf nochmals darauf hingewiesen werden, daß die bei der Abfrage der ande ren Detailparameter sich ergebenden Aktionen, falls die Überwachungsgrößen außerhalb ihrer Zielkorridore liegen, der Prioritätsstufe 1, die Aktionen, die sich bei den Überwachungsgrößen ergeben, falls diese innerhalb ihrer Zielkorridore liegen, der Prioritätsstufe 2 angehören.

Für den Behälter 2 werden wiederum analoge Detailabfragen, also für pH-Wert, Redox-Potential, Temperatur und Füllstand, jedoch jeweils bezogen auf den Be hälter 2, durchgeführt. Eine separate Überwachung der Zulaufmenge in den Be hälter 2 wird nicht durchgeführt. Die Zielkorridore für die einzelnen Überwa chungsgrößen des Behälters 2 liegen jedoch anders.

PH2, also der pH-Wert der Prozeßflüssigkeit in Behälter 2, soll sich zwischen ei nem pH-Wert von 6,8 und 7,5 als Zielkorridor bewegen, das Redox-Potential im Behälter 2 dagegen niedriger als -250 mV liegen, wobei aus der Praxis bekannt ist, daß ein Wert niedriger als -500 mV nicht erreichbar ist.

Die Temperatur im Behälter 2 soll sehr eng begrenzt zwischen 36,5°C und 37,5°C gehalten werden.

Deshalb kann diese Detailabfrage vorzugsweise gegenüber derjenigen des Be hälters 1 dahingehend vereinfacht werden, daß bei einem Temperaturwert inner halb der gewünschten Bandbreite eine zusätzliche Abfrage, ob dieser Wert nahe der Unter- oder nahe der Obergrenze liegt, ebenso eingespart wird wie die Abfra ge der zeitlichen Tendenz und statt dessen bei Erreichen der Obergrenze der Bandbreite die Heizung des Behälters 2 gestoppt wird und bei Erreichen der Untergrenze der Temperatur des Behälters 2 die zweite Heizung, also die Heizung 2 des Behälters 2, in Gang gesetzt, insbesondere mit maximaler Leistung in Gang gesetzt, wird.

Diese beiden Aktionen der verkürzten Detailabfrage sind der ersten Prioritäts ebene 1 zugeordnet.

Die Detailabfrage zum Füllstand im Behälter 2 bezieht sich natürlich auf die für den Behälter 2 geltenden dortigen Maximal- und Minimalmarkierungen bzw. Füll stände.

Diese sowohl für den Behälter 1 als auch für den Behälter 2 gleichzeitig oder kurz hintereinander, innerhalb derselben Regelungsperiode, durchzuführenden Detail abfragen für die Behälter 1 und 2 können hinsichtlich derselben Einstellgröße, nämlich

- Drehzahl der Pumpe 1
- Drehzahl der Pumpe 2
- Luftzufuhr zum Behälter 1
- Leistung der Heizung des Behälters 1 oder
- Leistung der Heizung des Behälters 2

zu einander widersprechenden Ergebnissen, also Aktionen, führen.

Sollte von den einander widersprechenden Aktionen eine in Prioritätsebene 1, die andere dagegen in Prioritätsebene 2 liegen, ist diejenige Aktion gemäß Prioritäts ebene 1 durchzuführen.

Einander widersprechende Aktionen bezüglich der gleichen Einstellgröße, die bei de in Prioritätsebene 1 liegen, sind nicht möglich.

Dagegen ist es möglich, daß einander widersprechende Aktionen der gleichen Einstellgröße in Prioritätsebene 2 liegen. Diese in Prioritätsebene 2 in Fig. 3a, 3b beschriebenen Aktionen sind jeweils mit einem Bewertungsfaktor ausgestattet.

Bei einander widersprechenden Aktionen wird zwischen den den einzelnen Aktio nen zugeordneten Bewertungsfaktoren ein mathematischer Vergleich, also z. B. eine arithmetische Mittelwertbildung, insbesondere eine geometrische Mittel wertbildung, durchgeführt.

Anhand des sich ergebenden Ergebnisses der mathematischen Verknüpfung ist geklärt, welche der beiden einander widersprechenden Aktionen durchgeführt wird.

Beispiel

Bezüglich Behälter 1 ergab sich bei der Detailabfrage des PH-Wertes (äußerster linker Ast in Fig. 3a) "Pumpe 1 Drosseln" aufgrund eines bereits sehr niedrigen und weiter sinkenden pH-Wertes.

Gleichzeitig ergab die Detailabfrage zum Füllstand des Behälters 1 das Ergebnis "Pumpe 1 schneller laufen lassen", da der Füllstand zwar im Steigen begriffen, aber noch relativ niedrig ist.

Jedem der Ergebnisse, also geforderten Aktionen, auf Prioritätsebene 2 ist ein Bewertungsfaktor X zugeordnet, der beispielsweise wie folgt gewählt werden kann:

Da im vorliegenden Beispiel der pH-Wert für das Funktionieren der Biogas erzeugung sehr wichtig, ein vorliegender niedriger Füllstand dagegen für das grundsätzliche Gelingen der Biogaserzeugung unkritisch und lediglich die er zeugte Menge beeinflussend ist, hat hier das aus dem pH-Wert abgeleitete Er gebnis (Aktion) einen Bewertungsfaktor von 0,1, das aus dem Füllstand sich er gebende (Aktion) dagegen einen Bewertungsfaktor von 1,2.

Je wichtiger die Überwachungsgröße für das Gelingen des Prozesses ist, um so weiter ab liegend vom Wert 1 wird der Bewertungsfaktor gewählt, wenn die Über wachungsgröße reduziert oder erhöht werden muß.

Aus diesen beiden Bewertungsfaktoren X1 und X2 - bei mehreren die gleiche Ein stellgröße in der gleichen Prioritätsklasse betreffenden Aktionen auch mehrere Bewertungsfaktoren X1, X2, . . ., Xn - wird ein Mittelwert errechnet, z. B.

- der arithmetische Mittelwert (X1 + X2 + . . . Xn) geteilt durch n, also im vorlie genden Beispiel (0,1 + 1,2) geteilt durch 2. Da sich ein Wert unter 1 für den Gesamtbewertungfaktor X_ges ergibt, lautet die durchzuführende Aktion für die Einstellgröße Pumpe 1 "Reduzieren".
- Oder es wird das geometrische Mittel gebildet:
im vorliegenden Beispiel:

Auch hier ergibt sich als X_ges ein Wert unter 1 und damit wird auch in diesem Fall eine Reduzierung der Drehzahl der Pumpe P1 durchgeführt.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

erster Behälter

2

zweiter Behälter

3

Vorlaufbehälter

4

Leitung

5

Rücklaufleitung

6

Leitung

7

Rücklaufleitung

8

Zulaufleitung

9

Absetzbecken

10

Gasentnahmeöffnung

11

erster Filter

12

zweiter Filter

13

Ventil

14

Luftzufuhrleitung

15

Entlüftungsöffnung

16

Schlamm

21

erste Heizung

22

zweite Heizung
P1 erste Pumpe
P2 zweite Pumpe

Claims

1. Verfahren zum Regeln der Methangas-Erzeugung in einem mehrstufigem Prozeß, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit eines Optimierungs-Ziel-Parameters wenigstens eine Einstell größe erhöht oder erniedrigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung der Einstellgröße jeweils um eine Stufe einer vorher festgelegten, insbesondere gleichmäßigen, Stufung erfolgt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Einstellgröße ohne Kenntnis des absoluten Wertes, insbe sondere ohne Soll-Ist-Vergleich, durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Einstellgröße in Abhängigkeit der Tendenz des Optimie rungs-Ziel-Parameters erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Tendenz die absolute Erhöhung oder Erniedrigung des Optimierungs-Ziel- Parameters verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Tendenz die erste Ableitung, also die Erhöhung oder Erniedrigung der Zu nahme oder Abnahme des Optimierungs-Ziel-Parameters über der Zeit, verwen det wird, wobei der Prozeß in zwei hintereinander ablaufenden Stufen in zwei Be hälter (1, 2) abläuft.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Einstellgrößen der Durchsatz, insbesondere die Leistung, insbesondere die Drehzahl der Ablauf-Pumpen (P1, P2) verändert werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Einstellgrößen, insbesondere zusätzlich, die Heizungen (21, 22) der Behälter verändert werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeß zweistufig abläuft und in der ersten Stufe eine Hydrolyse und in der zweiten Stufe eine Methanogenese durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Einstellgröße die Sauerstoffzufuhr (14) zur ersten Stufe verändert wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffzufuhr (14) zum ersten Behälter (1) so geregelt wird, daß kein meß barer freier Sauerstoff im Behälter der ersten Stufe vorhanden ist, und insbeson dere das Redox-Potential im ersten Behälter (1) zwischen -50 mV und -150 mV gehalten wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß keine weiteren Einstellgrößen außer den Entnahmegeschwindigkeiten aus den einzelnen Stufen, dem Umfang der Beheizung der einzelnen Stufen und der Sau erstoffzufuhr zur ersten Stufe verwendet werden.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Optimierungs-Ziel-Parameter die erzeugte Methanmenge pro Zeiteinheit bzw. die Veränderung deren Zunahme oder Abnahme verwendet wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte reine Methanmenge pro Zeit ermittelt wird durch die Menge des ins gesamt pro Zeiteinheit erzeugten Biogases multipliziert mit dem Methangehalt dieses erzeugten Biogases.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den Regelungsprozeß bei Steigen als auch bei Sinken des Optimierungs-Ziel- Parameters jeweils die gleichen Regelungs-Abfragen durchgeführt werden und lediglich als deren Ergebnis die Richtung der Veränderung der zu verstellenden Einstellgrößen umgekehrt wird.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Überwachungsgrößen pH-Wert, Redox-Potential, Temperatur und Behälter- Füllstand jeder der insbesondere zwei Prozeßstufen verwendet werden.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sich durch die Regelungsabfragen ergebenden Veränderungen der Einstell größen in nur zwei unterschiedlichen Prioritätsstufen festgelegt sind.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei sich in der insbesondere zweiten Prioritätsstufe ergebenden widersprechen den Veränderungen ein und derselben Einstellgröße die durchzuführende Verän derung bestimmt wird, indem die sich aus den Regelungsabfragen ergebenden theoretischen Veränderungen jeweils mit Bewertungsfaktoren ausgestattet sind und bei sich widersprechenden theoretischen Veränderungen diese Bewer tungsfaktoren mathematisch miteinander verknüpft, insbesondere unter Bildung eines Mittelwertes, insbesondere eines geometrischen Mittelwertes, die die in der Praxis durchzuführende Veränderung dieser Einstellgröße darstellen, bestimmt werden.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungsfaktoren in Abhängigkeit der baulichen Ausgestaltung der Prozeß- Anlage festgelegt, insbesondere empirisch festgelegt, werden.