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Verfahren zum Aufspalten von festen oder halbfesten organischen Stoffen durch Vergärung.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Aufspalten von festen oder halbfesten organischen Stoffen durch Vergärung mittels Bakterien zum Zwecke der Gewinnung eines oxydierten und im wesentlichen dehydrierten Endproduktes. Dieses Verfahren ist von bekannten Verfahren zur Reinigung von Abwässern verschieden, dessen Enderzeugnis eine unschädliche Flüssigkeit ist.
Die Aufspaltung organischer Stoffe durch Vergärung mittels Bakterien ist bekanntlich ein natürlicher Vorgang und wenn die Bedingungen in der Stoffmasse solche sind, dass sie die Aktivität der Bakterien begünstigen, dann entsteht als Ergebnis der Vergärung ein brauchbares Endprodukt.
Der natürliche Vorgang aber benötigt zu seiner Vollendung sehr lange Zeit und es wurde daher schon vorgeschlagen, die Bedingungen innerhalb der Stoffmasse künstlich derart zu regeln, dass die Aktivität der Bakterien erhöht wird.
Um in einem Verfahren dieser Art grosse Stoffmengen, wie z. B. Stadt-und Bezirksabfall, wirtschaftlich behandeln zu können, muss die Behandlungsdauer weitestmöglich verringert werden.
Es ist zwar schon bekannt, die Zersetzung mit Hilfe aerober Bakterien hervorzurufen und hiebei die sich entwickelnde Wärme zurückzuhalten, um eine die günstige Entwicklung der Bakterien ermöglichende Temperatur zu erzielen. Es ist auch bekannt, die Gärung in zwei Stufen durchzuführen, ebenso wie es bekannt ist, in der ersten Stufe eine anaerobe und in der zweiten Stufe eine aerobe Gärung zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein neues verbessertes Verfahren der zuvor angegebenen Art, dessen Anwendung ermöglicht, grosse Mengen fester oder halbfester organischer Stoffe wirtschaftlich zu behandeln und sie in verhältnismässig kurzer Zeit in ein oxydiertes, weitgehend entwässertes, brauchbares Enderzeugnis umzuwandeln.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist ein zweistufiges Verfahren, bei welchem zuerst anaerobe, sodann aerobe Bakterien verwendet werden. Wesentlich für das Verfahren ist es, dass in der Masse während ihrer Behandlung durch thermophile Bakterien in beiden Stufen eine möglichst hohe Temperatur erhalten wird, durch die krankheitserregende Bakterien vernichtet werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht demnach darin, dass die organischen Stoffe oder Massen entweder folgeweise oder gleichzeitig mit anaeroben oder aeroben thermophilen Bakterien versetzt und mit diesen in den beiden aufeinanderfolgenden Verfahrensstufen behandelt werden u. zw. in der ersten Stufe mittels der anaeroben Bakterien, wobei die zu behandelnden Stoffe während einer Zeit, die ausreicht, um die Temperatur der Masse auf über 50 C zu erhöhen, möglichst unter Luftabschluss gehalten werden, damit die anaeroben Bakterien wirksam werden können, in der zweiten Verfahrensphase aber mittels der aeroben thermophilen Bakterien, zu welchem Zweck der Masse Luft zugeführt wird.
Die Luftzuführung erfolgt hiebei während eines Zeitraumes, der genügt, um die Masse auf die für die Aktivität der thermophilen aeroben Bakterien günstigste Temperatur zu bringen, die so lange aufrechterhalten wird, bis die Masse genügend umgewandelt und entwässert ist.
In der ersten Verfahrensstufe findet eine Vorwärmung der Masse auf eine Temperatur statt, bei der die Vergärung der zweiten aeroben Verfahrensstufe ausschliesslich durch die Aktivität der thermophilen Bakterien erfolgen kann. Da nun die Dauer der Umwandlung der organischen Stoffe
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in das gewünschte Endprodukt weitgehend von der Aktivität der Bakterien in der zweiten Verfahrensstufe abhängt, ist es wünschenswert, dass die Temperatur der Masse schon in der ersten Verfahrensstufe möglichst nahe an die für die grösste Aktivität der Bakterien in der zweiten Verfahrensstufe günstigste Temperatur herangebracht wird.
Praktisch wird gemäss der Erfindung in der ersten Verfahrensstufe bei einer Temperatur bis zu z C, in der zweiten Verfahrensstufe bei einer solchen bis zu 850 C gearbeitet, welch letztere Temperatur aufrechterhalten wird, bis die gewünschte Oxydation und Entwässerung des Endproduktes erreicht ist.
Da jede wesentliche Temperaturerniedrigung der Masse während des Überganges von der ersten zur zweiten Verfahrensstufe die zur Erreichung der für die Aktivität der Bakterien günstigsten Temperatur erforderliche Zeitdauer erhöht, ist es vorteilhaft, das Verfahren in solcher Weise auszuführen, dass kein wesentlicher Temperaturabfall stattfinden kann. Das ist dadurch erreichbar, dass die beiden Verfahrensstufen unmittelbar nacheinander in der gleichen Kammer zur Ausführung gebracht werden, ferner durch Vorwärmung der Luft oder des Sauerstoffes, die der Masse während der aeroben Verfahrensstufe zugeführt werden.
Sind die zu behandelnden Stoffe nicht genügend alkalisch, dann muss die Wasserstoffionenkonzentration geregelt werden, um eine unerwünschte Azidität hintanzuhalten. Das kann auf beliebige bekannte Art bewirkt werden, wie z. B. durch Zugabe geeigneter Mengen von Gaskalk, basischer Schlacke, Kalziumkarbonat, Kalziumphosphat oder von andern alkalischen Stoffen. Ähnlich kann in vorteilhafter Weise auch die Feuchtigkeit in der Kammer geregelt werden.
Die für das Verfahren erforderlichen thermophilen Bakterien können je nach den zu behandelnden Stoffen und dem gewünschten Endprodukt in jeder geeigneten Form und durch jedes geeignete Mittel in die Masse eingebracht werden. Sollen vorwiegend feste organische Stoffe behandelt werden, wie etwa Hausabfall, dann ist es vorteilhaft, die Bakterien mit einem flüssigen Mittel einzuführen, da durch dieses die Vorbefeuchtung der Stoffe bewirkt wird, die notwendig ist, damit die anaeroben Bakterien leicht und auf wirtschaftliche Weise zur Aktivität gebracht werden.
Da der Grad der Aktivität der anaeroben Bakterien weitgehend davon abhängt, wie weit die Kammer und ihr Inhalt von Sauerstoff befreit werden kann, werden den zu behandelnden Stoffen mit Vorteil sauerstoffverbrauchende Pilze zugesetzt, die in der geschlossenen Kammer zur Wirkung gelangen, nachdem die Hauptmasse der Luft aus der Kammer mechanisch entfernt worden ist.
Insbesondere wurden einzelne Pilze der Klassen Mycelium, Penicillium und Aspergillus als für diesen Zweck geeignet befunden. Als besonders wirksam hat sich Aspergillus Glaucus, Aseosporicus erwiesen.
Als Bakterien, die mit Erfolg für das Verfahren nach der Erfindung anwendbar sind, seien genannt verschiedene Ammoniagenes Bacterium Trauffautii, Bacterium Ureae, Baeterium Radieicola, Bacterium Proteus und Azotobaeter Chroococcum. Gemäss der Erfindung können aber auch alle andern Bakterien, die bei den zuvor erwähnten erhöhten Temperaturen aktiv oder wirksam sind, zur Ausführung des Verfahrens verwendet werden.
Die erwärmte Luft, die während der aeroben Verfahrensstufe in die Kammer eingeführt wird, ist zweckmässig ozonisiert und wird vorteilhaft absatzweise in die Kammer eingeführt. Beispielsweise kann die Luftzuführung durch etwa vier Stunden erfolgen und danach durch weitere vier Stunden unterbrochen werden. Vorzugsweise wird mehr Luft zugeführt als die Bakterien benötigen und die Temperatur der ozonisierten Luft ist im grossen und ganzen jederzeit 1 oder 2 C unter der Temperatur des gärenden Stoffes und wird in dem Masse allmählich erhöht, als die Gärungstemperatur steigt. Wenn gewünscht, können Wärmeregler benutzt werden, um die Temperatur in den zulässigen Grenzen konstant zu halten. Solcherart kann das Verfahren ohne Rücksicht auf die jeweils herrschenden klimatisehen Verhältnisse mit grösster Geschwindigkeit fortschreiten.
Das ist besonders wertvoll, wenn das Verfahren in Klimaten ausgeführt werden soll, in welchen die Feuchtigkeit zwischen weiten Grenzen schwankt.
Um Luft durch die Masse zu leiten und um die Luft vor ihrem Eintritt in die Kammer zu erhitzen, kann jedes geeignete Mittel verwendet werden. Vorzugsweise aber wird die Luft nach dem Verdichten erhitzt, wenn ein Verdichter verwendet wird, u. zw. zweckmässig unter Ausnutzung der überschüssigen Wärme der Anlage, da solcherart deren Wirkungsgrad auf den höchstmöglichen Wert gebracht wird.
Um die Stärke der Oxydation der Masse zu erhöhen und etwa auftretende Gerüche zu neutralisieren, wird von einem Ozonerzeuger Ozon in den Luftstrom eingeführt.
Die Anwendung von erhitzter, ozonisierter Luft bewirkt, dass keine Verzögerung in der Wirksamkeit der Bakterien eintritt, was sich nicht nur in einer vermehrten Oxydation ausdrückt, sondern auch für eine stärkere Bindung von Stickstoff wesentlich ist. Die verdichtete Luft kann je nach den Verhältnissen 1-5 Atmosphären Druck aufweisen.
Wenn das Verfahren zur Behandlung sehr grosser Mengen organischer Stoffe, z. B. Stadt-und Hausabfallstoffe (Müll), angewendet wird, kann es notwendig sein, das Verfahren in mehreren Kammern durchzuführen, die der Reihe nach mit dem einlangenden Abfall gefüllt werden, und das Material jeder folgenden Kammer durch Einführung eines Teiles des gärenden Stoffes aus einer andern Kammer zu infizieren, der durch wenigstens 24 Stunden auf einer Temperatur von 750 C gehalten worden ist,
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Im folgenden ist das erfindungsgemässe Verfahren in beispielsweiser Anwendung auf die Be- handlung der gesamten Abfälle (Stadt-, Hausmüll und Abwässer) eines Gemeinwesens beschrieben, durch die der ganze Abfall verwertet wird, aus dem nach seiner Zersetzung, Oxydation und Dehydrierung ein wertvolles Düngemittel gewonnen wird.
Der Stadt-und Hausmüll, der pflanzliche und tierische
Abfall, Asche, Kohlen-und Koksabfälle, Flaschen, Knochen und metallische Gegenstände enthält, wird gesammelt und dann, vorzugsweise durch wenigstens zwei Siebe gesiebt, von welchen das erste ungefähr 38 mm, das zweite etwa 10 mm Maschenweite aufweist. Das Sieben kann jedoch auch nach der Vergärung vorgenommen werden. Durch das Sieben wird von dem Müll der grösste Teil der brenn- baren Stoffe wie Kohle, Kohlen-und Koksabfälle von den übrigem Abfällen gesondert, so dass haupt- sächlich alle organischen Stoffe wie pflanzliche Abfälle, Papier, Lumpen und tierische Abfälle übrig bleiben.
Die Koks-und Kohlenabfälle und die Kohle, die durch die Siebe gesondert wurden, können in einem Ofen verbrannt werden ; die gewonnene Wärme kann zum Erhitzen der der Gärkammer zuge- führten ozonisierten Luft und auch zur Kraftgewinnung für den Verdichterantrieb oder für eine andere erforderliche Anlage dienen. Die Asehenrückstände des Ofens sind ein weiches und zelliges Gebilde, das wertvoll ist, da es nützliche mineralische Bestandteile enthält und einen Boden für die lebhafte
Entwicklung der bakteriellen Gärungsstoffe liefert, mit dem das Material in der Gärungskammer behandelt wird.
Um das Auftreten eines Säuregehaltes zu verhindern und eine Wasserstoffionenkonzentration vom Werte pH = 7 zu erhalten, wird irgend ein alkalischer Stoff wie Gaskalk, eine basische Schlacke oder Kalziumkarbonat in einer Menge von etwa 1/2 bis 5% oder in einer solchen Menge hinzugefügt, die nach der festgestellten Azidität der Masse oder der Azidität, die während des Verfahrens entwickelt wurde, erforderlich ist. Überdies kann auch Kalziumsulfat zugesetzt werden, das Ammoniakdämpfe absorbiert und die Entwicklung von schädlichen Gerüchen auf ein Mindestmass beschränkt oder ver- hindert.
Die organischen Stoffe, die ausser den zuvor erwähnten Materialien noch Knochen, Hufe, hornartige Substanzen, Federn, Wollumpen, Schuhe, Leder, aber auch Flaschen und metallische Gegen- stände enthalten können, werden in die Gärungskammer gebracht.
Beispielsweise wird im folgenden auch gezeigt, wie die Masse mit Bakterien infiziert wird :
1. Phase (anaerobisch).
Frischer Abwässerschlamm wird mit der fünffachen Gewichtsmenge Wasser verdünnt, das eine Temperatur von 37 C oder mehr besitzt ; der Schlamm wird mit irgendeinem bekannten anaeroben
Nährstoff vermengt, worauf er sich durch 18 Stunden in einem Fäulnisbehälter bei einer zwischen 40 und 80" C liegenden Temperatur weiterentwickeln kann. Um eine Reinkultur herzustellen, wird das
Bakterium Spirochaete Cytophaga aus frischen Abwässern oder aus tierischen oder menschlichen Exkrementen isoliert und auf irgendeinem bekannten Medium gezogen. Die Kultur wird dann in ein wässeriges Medium eingebracht, das in fein verteilter Form die organischen Stoffe enthält, auf welchen die Bakterien später wirken sollen, damit sie akklimatisiert werden.
2. Phase (aerobisch).
Es wird in beliebiger bekannter Weise von humusreicher, etwa aus einem gut ausgereiften Gartenpflanzenzuchtbeet stammender Erde, die einen hohen Gehalt an Humus und Pottasche aufweist, eine Bakterienkultur hergestellt. Dann wird der Feuchtigkeitsgehalt (der Masse) bestimmt, der annähernd 45% betragen soll. Die Temperatur der Masse wird dann allmählich durch Zuführung künstlicher Wärme in Verbindung mit der Bakterienwärme auf 80 C erhöht. Die Masse wird zweimal täglich gewendet und die Bakterien werden so lange entwickeln gelassen, bis der Feuchtigkeitsgehalt (der Masse) sich auf 171/2 bis 20 % verringert hat.
Praktisch wird folgendes Verfahren zur Herbeiführung der Infektion mit Bakterien angewendet :
100 Tonnen Stadt-und Hausmüll werden innig mit 45-90 kg der oben erwähnten thermophilen aeroben Kulturen vermischt. Während die Kammer mit der vermengten Masse beschickt wird, wird die anaerobe Kultur in Form eines feinen Sprühregens auf sie aufgespritzt. Wenn die zweite und die folgenden Kammern mit den Bakterien infiziert werden sollen, dann wird aus der vorhergehenden Kammer, nachdem diese durch nicht weniger als 24 Stunden auf einer Temperatur von nicht weniger als 75 C gehalten worden ist, eine Menge der Masse entnommen und praktisch wie folgt verfahren :
Zu je 100 Tonnen Stadt-und Hausmüll wird eine Tonne Material der ersten Kammer hinzugefügt und mit diesem innig vermengt.
Während die Kammer mit dieser Masse beschickt wird, werden 15 Tonnen verdünnter und frisch kultivierter Bakterienflüssigkeit darauf gespritzt. Sobald die festen organischen Stoffe zusammen mit 3% Gaskalk und die Bakterienflüssigkeit in die Kammer eingeführt sind, wird die Masse allmählich auf eine der anaeroben Gärung günstige Temperatur, nämlich auf 56 bis 60 C, erhitzt, was durch Einlassen von warmem Wasserdampf in die Kammer geschieht oder mittels Heizrohren, die in die Wand der Kammer eingebaut oder in der Kammer selbst angeordnet sind.
Der Masse, die auf diese Weise mit Bakterienkulturen durchtränkt wurde, wird ein Stoff zugesetzt, der einen sauerstoffverbrauchenden Pilz aus der Klasse Mycelium, Penicillium oder Aspergillus enthält ; als besonders wirksam hat sich die Anwendung von Aspergillus Glaucus Aseosporicus erwiesen,
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Die erste Phase der Zersetzung des Materials, nämlich die anaerobe Gärung, schreitet dann weiter fort, wobei die Temperatur auf über 56" bis zu 80" C gehalten wird, während der sauerstoffverzehrende Pilz anwesend ist.
Die Temperatur in der Kammer steigt in dem Masse rasch an, in dem die Pilze wachsen und den anwesenden Sauerstoff schnell absorbieren, u. zw. steigt sie binnen 24-48 Stunden auf ungefähr 600 C und in drei bis fünf Tagen bis 800 C an.
Während dieser Phase wird die Bakterienflüssigkeit, die aus der Masse in einen Sumpf abläuft, neuerlich zum oberen Ende der Kammer zurückgeführt und in Form eines sehr feinen Sprühregens auf die Masse aufgespritzt ; schliesslich wird die abfliessende Flüssigkeit im Sumpf zurückgehalten, um dann im Behälter für die Kulturen mit frischer Bakterienflüssigkeit vermengt zu werden.
Sobald die anaerobe Phase beendigt oder die Masse genügend zersetzt ist-etwa 4 bis 7 Tage genügen hiefür-, werden alle Ventile geöffnet, damit die warme ozonisierte und verdichtete Luft eingelassen werden kann und die Dämpfe und Gase zur Neutralisierungs- und Verdichtungskammer entweichen können. Die kondensierte Flüssigkeit kann zur Verdünnung der Bakterienkulturen verwendet werden, da sie eine gewisse Menge stickstoffhaltiger Stoffe enthält. Die Temperatur der eingelassenen Luft wird so geregelt, dass sie eine Atmosphäre bildet, in welcher die Bakterien sich entwickeln und ihre stärkste Wirksamkeit erlangen können.
Die Luft wird unter einem Druck von etwa 3 Atmosphären zugeführt. Der Dampfauslass führt aus der Gärungskammer in eine andere Kammer, in welcher (den Dämpfen) Ammoniak entzogen wird ; beispielsweise können die Gase mit Schwefelsäure gewaschen werden, um das Ammoniak zu absorbieren.
Es können aber auch andere Absorptionsmittel verwendet werden, um Ammoniak und/oder andere Gase und Dämpfe zu entziehen. In der ersten Zeit der Wirksamkeit der aeroben Bakterien kann die Feuchtigkeit der in die Kammer eingeführten Luft geregelt werden, um einen Feuchtigkeitsgrad zu erzielen, der den Gärungsbakterien das Gedeihen ermöglicht. Das kann durch Anwendung einer beliebigen Luftkonditionierungsanlage erzielt werden.
Bei der Fortdauer des Gärungsvorganges wird das Material weiter zersetzt, bis es wünschenwert ist, den Vorgang durch Entfernung der anwesenden überschüssigen Feuehtigkeit aus der Masse des zersetzten Stoffes zu beendigen. Um die Dehydrierung, die durch die Wirksamkeit der thermophilen Bakterien bewirkt wird, zu unterstützen, kann die Temperatur, die Feuchtigkeit und der Ozongehalt der durch die Masse geleiteten Luft geregelt werden, beispielsweise um eine warme, trockene Atmosphäre zu erzeugen, wodurch die letzte starke Oxydation und Dehydrierung des Materials bewirkt wird.
Um die Bildung von Luftgängen in der Masse zu verhindern und eine wirksame Oxydation jedes Teilchens des organischen Stoffes zu gewährleisten, können mechanische Rührwerke oder andere geeignete Mittel verwendet werden, welche die Masse während der thermophil-aeroben Phase zeitweise aufrühren.
Sobald das Verfahren beendigt ist, kann die Kammer geöffnet und können die Erzeugnisse des Gärungsprozesses daraus entfernt werden. Niehtfaulende Körper, wie z. B. Flaschen und metallische Gegenstände, können aus der Masse genommen und weiterer Verwendung zugeführt werden. Es ist natürlich auch möglich, solche Körper aus der Masse zu entfernen, bevor diese in die Gärungskammer eingebracht wurde, doch müssen die Körper dann sorgfältig keimfrei gemacht werden.
Andere organisehe Körper, die ohne vollständig zersetzt worden zu sein in der Gärungskammer behandelt wurden, sind die festen Knochen, Hufe, Hornsubstanzen, Wollgegenstände, Schuhe oder Lederstüeke. Diese werden von der Hauptmasse des Materials gesondert und in einen Disintegrator gebracht und danach entweder unmittelbar mit der übrigen Materialmenge vermischt oder der nächsten in die Gänmgskammer einzubringenden Materialmenge beigemengt.
Die Materialmenge, die derart aus der Gärungskammer erhalten wird, kann mit Ammoniumsulfat oder den andern stickstoffhaltigen Stoffen gemischt werden, die aus den der Kammer entzogenen Dämpfen gewonnen werden. Das Produkt, dem diese stickstoffhaltigen Stoffe zugesetzt worden sind oder auch nicht, erweist sich als ein besonders gut ausgeglichenes organisches Düngemittel, da es die wertvollen anorganischen Dungstoffe organisch verbunden mit aktiviertem Humus enthält und solcherart einen hohen Huminsäurengehalt aufweist, der für Düngemittel wesentlich ist, die zum Verjüngen von Boden verwendet werden soll, der infolge übermässiger Ausnützung seine Fähigkeit zum Hervorbringen guter Ernten verloren hat.
Die starke Wirksamkeit der Bakterien, die durch die geregelte Temperatur und Feuchtigkeit verursacht wird, führt dazu, dass eine ungeheuer grosse Anzahl Bakterien bei der Gärung anwesend ist und daher auch der Stiekstoffgehalt des Enderzeugnisses sehr wesentlich vermehrt ist. Es wurde festgestellt, dass der Boden, der mit dem Produkt des beschriebenen Verfahrens gedüngt wurde, eine ausserordentliche Fruchtbarkeit aufwies, die vergleichsweise beträchtlich grösser ist als jene, die mit den besten derzeit bekannten Düngern oder chemischen Düngemitteln erzielbar ist.
Bei Verwendung von Ozon wird ein hochoxydiertes Düngemittel erhalten, das wichtig ist, um eine entsprechende Aktivität der Bodenmikroorganismen herbeizuführen, wodurch die Pflanzennährstoffe langsam und beständig freigemacht werden.
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Process for splitting solid or semi-solid organic matter through fermentation.
The subject of the invention is a method for splitting solid or semi-solid organic substances by fermentation by means of bacteria for the purpose of obtaining an oxidized and essentially dehydrated end product. This method is different from known methods of purifying waste water, the end product of which is a harmless liquid.
The splitting of organic substances through fermentation using bacteria is known to be a natural process and if the conditions in the substance are such that they favor the activity of the bacteria, then the result of fermentation is a usable end product.
The natural process, however, takes a very long time to complete and it has therefore already been proposed to artificially regulate the conditions within the substance mass in such a way that the activity of the bacteria is increased.
In order to use large amounts of material in a process of this type, such as B. urban and district waste to be able to treat economically, the treatment time must be reduced as much as possible.
It is already known to cause the decomposition with the help of aerobic bacteria and to hold back the developing heat in order to achieve a temperature which enables the bacteria to develop favorably. It is also known to carry out fermentation in two stages, just as it is known to have anaerobic fermentation in the first stage and aerobic fermentation in the second stage.
The present invention relates to a new, improved process of the type indicated above, the use of which enables large quantities of solid or semi-solid organic matter to be treated economically and to convert them into an oxidized, largely dehydrated, usable end product in a relatively short time.
The process according to the present invention is a two-step process in which first anaerobic, then aerobic bacteria are used. It is essential for the process that the highest possible temperature is maintained in the mass during its treatment by thermophilic bacteria in both stages, through which pathogenic bacteria are destroyed.
The process according to the invention therefore consists in adding anaerobic or aerobic thermophilic bacteria to the organic substances or masses either sequentially or simultaneously and treating them with these in the two successive process stages, and the like. betw. in the first stage by means of the anaerobic bacteria, the substances to be treated being kept in the absence of air for a time sufficient to increase the temperature of the mass to over 50 C, so that the anaerobic bacteria can take effect the second process phase, however, by means of the aerobic thermophilic bacteria, for which purpose air is supplied to the mass.
The air is supplied for a period of time which is sufficient to bring the mass to the temperature most favorable for the activity of the thermophilic aerobic bacteria, which is maintained until the mass has been sufficiently converted and dehydrated.
In the first process stage, the mass is preheated to a temperature at which fermentation in the second aerobic process stage can take place exclusively through the activity of the thermophilic bacteria. Since now the duration of the transformation of the organic matter
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in the desired end product largely depends on the activity of the bacteria in the second process stage, it is desirable that the temperature of the mass in the first process stage is brought as close as possible to the temperature most favorable for the greatest activity of the bacteria in the second process stage.
In practice, according to the invention, the first process stage is at a temperature of up to z ° C., and the second process stage is up to 850 ° C., the latter temperature being maintained until the desired oxidation and dehydration of the end product is achieved.
Since any significant decrease in the temperature of the mass during the transition from the first to the second process stage increases the time required to reach the temperature most favorable for the activity of the bacteria, it is advantageous to carry out the process in such a way that no significant temperature drop can take place. This can be achieved in that the two process stages are carried out immediately one after the other in the same chamber, furthermore by preheating the air or the oxygen which are supplied to the mass during the aerobic process stage.
If the substances to be treated are not sufficiently alkaline, the hydrogen ion concentration must be regulated in order to prevent undesirable acidity. This can be accomplished in any known manner, such as. B. by adding suitable amounts of gas lime, basic slag, calcium carbonate, calcium phosphate or other alkaline substances. Similarly, the humidity in the chamber can also be regulated in an advantageous manner.
The thermophilic bacteria required for the process can be incorporated into the mass in any suitable form and by any suitable means, depending on the materials to be treated and the desired end product. If predominantly solid organic substances are to be treated, such as household waste, then it is advantageous to introduce the bacteria with a liquid agent, as this causes the pre-moistening of the substances, which is necessary for the anaerobic bacteria to be easily and economically active to be brought.
Since the degree of activity of the anaerobic bacteria largely depends on the extent to which the chamber and its contents can be freed of oxygen, oxygen-consuming fungi are advantageously added to the substances to be treated, which take effect in the closed chamber after the main mass of the air has been mechanically removed from the chamber.
In particular, individual fungi of the classes Mycelium, Penicillium and Aspergillus have been found suitable for this purpose. Aspergillus glaucus and Aseosporicus have proven to be particularly effective.
As bacteria which can be successfully used for the method according to the invention, there may be mentioned various ammoniagenes Bacterium Trauffautii, Bacterium Ureae, Baeterium Radieicola, Bacterium Proteus and Azotobaeter Chroococcum. According to the invention, however, all other bacteria which are active or effective at the elevated temperatures mentioned above can also be used to carry out the method.
The heated air that is introduced into the chamber during the aerobic process stage is expediently ozonized and is advantageously introduced into the chamber intermittently. For example, the air supply can be carried out for about four hours and then interrupted for a further four hours. Preferably more air is supplied than the bacteria require and the temperature of the ozonated air is by and large at all times 1 or 2 C below the temperature of the fermenting material and is gradually increased as the fermentation temperature rises. If desired, heat regulators can be used to keep the temperature constant within the permissible limits. In this way, the process can proceed with great speed regardless of the prevailing climatic conditions.
This is particularly valuable when the method is to be carried out in climates in which the humidity varies between wide limits.
Any suitable means can be used to direct air through the mass and to heat the air prior to entering the chamber. Preferably, however, the air is heated after compression if a compressor is used, u. between expediently using the excess heat of the system, since in this way its efficiency is brought to the highest possible value.
In order to increase the strength of the oxidation of the mass and to neutralize any odors that may arise, an ozone generator introduces ozone into the air flow.
The use of heated, ozonated air ensures that there is no delay in the effectiveness of the bacteria, which is not only expressed in an increased oxidation, but is also essential for a stronger binding of nitrogen. The compressed air can have a pressure of 1-5 atmospheres depending on the conditions.
When the process is used to treat very large quantities of organic matter, e.g. B. Municipal and household waste (garbage) is used, it may be necessary to carry out the process in several chambers, which are sequentially filled with the incoming waste, and the material of each subsequent chamber by introducing part of the fermenting material to infect another chamber which has been kept at a temperature of 750 C for at least 24 hours,
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In the following, the method according to the invention is described, for example, for the treatment of all waste (municipal, household waste and sewage) of a community, through which all the waste is recovered, from which a valuable fertilizer is obtained after its decomposition, oxidation and dehydration becomes.
Urban and household waste, vegetable and animal
Waste, ashes, coals and coke scraps, bottles, bones and metallic objects is collected and then sieved, preferably through at least two sieves, of which the first has a mesh size of about 38 mm and the second about 10 mm. However, sieving can also be carried out after fermentation. By sieving, most of the combustible substances such as coal, coal and coke waste are separated from the remaining waste, so that mainly all organic substances such as vegetable waste, paper, rags and animal waste remain.
The coke and coal waste and the coal separated by the sieves can be burned in a furnace; the heat obtained can be used to heat the ozonated air supplied to the fermentation chamber and also to generate power for the compressor drive or for another required system. The residues of the furnace are a soft and cellular structure which is valuable because it contains useful mineral components and a base for the lively
Development of the bacterial fermentation material with which the material is treated in the fermentation chamber.
In order to prevent the occurrence of acidity and to obtain a hydrogen ion concentration of pH = 7, any alkaline substance such as gas lime, a basic slag or calcium carbonate is added in an amount of about 1/2 to 5% or in such an amount that according to the determined acidity of the mass or the acidity developed during the procedure. Calcium sulphate can also be added, which absorbs ammonia vapors and limits or prevents the development of harmful odors to a minimum.
The organic substances, which, in addition to the materials mentioned above, can also contain bones, hooves, horn-like substances, feathers, woolen rags, shoes, leather, but also bottles and metallic objects, are brought into the fermentation chamber.
For example, the following also shows how the mass becomes infected with bacteria:
1st phase (anaerobic).
Fresh sewage sludge is diluted with five times the amount by weight of water that has a temperature of 37 C or more; the mud becomes anaerobic with some known
Mixes nutrients, whereupon it can develop further for 18 hours in a putrefaction container at a temperature between 40 and 80 "C. To produce a pure culture, this is
Bacterium Spirochaete Cytophaga isolated from fresh sewage or from animal or human excrement and grown on any known medium. The culture is then placed in an aqueous medium that contains the finely divided organic substances on which the bacteria are later to act so that they are acclimatized.
2nd phase (aerobic).
A bacterial culture is produced in any known manner from soil rich in humus, for example from a well-matured garden-growing bed, which has a high content of humus and potash. Then the moisture content (of the mass) is determined, which should be approximately 45%. The temperature of the mass is then gradually increased to 80 C by adding artificial heat in conjunction with the bacterial heat. The mass is turned twice a day and the bacteria are allowed to develop until the moisture content (of the mass) has decreased to 171/2 to 20%.
In practice, the following procedure is used to induce infection with bacteria:
100 tons of urban and household waste are intimately mixed with 45-90 kg of the thermophilic aerobic cultures mentioned above. While the chamber is being charged with the mixed mass, the anaerobic culture is sprayed onto it in the form of a fine spray. If the second and subsequent chambers are to be infected with the bacteria, then a quantity of the mass is removed from the previous chamber, after it has been kept at a temperature of not less than 75 C for not less than 24 hours, and practically like proceed as follows:
For every 100 tonnes of municipal and household waste, one tonne of material is added to the first chamber and mixed with it.
While the chamber is being filled with this mass, 15 tons of diluted and freshly cultured bacterial fluid are sprayed onto it. As soon as the solid organic matter together with 3% gas lime and the bacterial liquid have been introduced into the chamber, the mass is gradually heated to a temperature favorable for anaerobic fermentation, namely 56 to 60 C, which is done by letting warm steam into the chamber or by means of heating pipes which are built into the wall of the chamber or arranged in the chamber itself.
A substance containing an oxygen-consuming fungus from the class Mycelium, Penicillium or Aspergillus is added to the mass which has been soaked in this way with bacterial cultures; The use of Aspergillus Glaucus Aseosporicus has proven to be particularly effective,
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The first phase of the decomposition of the material, namely the anaerobic fermentation, then continues, with the temperature being maintained above 56 "up to 80" C while the oxygen-consuming fungus is present.
The temperature in the chamber rises rapidly as the mushrooms grow and quickly absorb the oxygen present, u. between it rises to about 600 C within 24-48 hours and to 800 C in three to five days.
During this phase, the bacterial liquid, which runs off from the mass into a sump, is again returned to the upper end of the chamber and sprayed onto the mass in the form of a very fine spray; Finally, the draining liquid is retained in the sump so that it can then be mixed with fresh bacterial liquid in the culture container.
As soon as the anaerobic phase has ended or the mass is sufficiently decomposed - about 4 to 7 days are sufficient for this - all valves are opened so that the warm ozonated and compressed air can be let in and the vapors and gases can escape to the neutralization and compression chamber. The condensed liquid can be used to dilute the bacterial cultures because it contains a certain amount of nitrogenous substances. The temperature of the incoming air is regulated in such a way that it creates an atmosphere in which the bacteria can develop and achieve their greatest effectiveness.
The air is supplied at a pressure of about 3 atmospheres. The steam outlet leads from the fermentation chamber into another chamber, in which ammonia is removed from (the vapors); for example, the gases can be scrubbed with sulfuric acid to absorb the ammonia.
However, other absorption media can also be used to remove ammonia and / or other gases and vapors. In the early days of the aerobic bacteria 'activity, the humidity of the air introduced into the chamber can be regulated to achieve a level of humidity that allows the fermentation bacteria to thrive. This can be achieved using any air conditioning system.
As the fermentation process continues, the material is further decomposed until it is desirable to terminate the process by removing the excess flammability present from the mass of the decomposed material. In order to support the dehydration caused by the effectiveness of the thermophilic bacteria, the temperature, the humidity and the ozone content of the air passing through the mass can be regulated, for example to create a warm, dry atmosphere, whereby the last strong oxidation and causing dehydration of the material.
In order to prevent the formation of air passages in the mass and to ensure effective oxidation of each particle of the organic substance, mechanical stirrers or other suitable means can be used which temporarily stir the mass during the thermophilic-aerobic phase.
Once the process is complete, the chamber can be opened and the products of the fermentation process removed from it. Not rotting bodies, such as B. bottles and metallic objects can be removed from the mass and put to further use. It is of course also possible to remove such bodies from the mass before it has been introduced into the fermentation chamber, but the bodies must then be carefully made sterile.
Other organic bodies which have been treated in the fermentation chamber without having been completely decomposed are the solid bones, hooves, horny substances, woolen objects, shoes or pieces of leather. These are separated from the main mass of the material and placed in a disintegrator and then either mixed directly with the remaining amount of material or added to the next amount of material to be introduced into the chamber.
The amount of material thus obtained from the fermentation chamber can be mixed with ammonium sulfate or the other nitrogenous substances obtained from the vapors withdrawn from the chamber. The product to which these nitrogenous substances have been added or not, turns out to be a particularly well-balanced organic fertilizer, since it contains the valuable inorganic fertilizers organically combined with activated humus and thus has a high humic acid content, which is essential for fertilizers that to be used to rejuvenate soil that has lost its ability to produce good harvests as a result of excessive use.
The strong effectiveness of the bacteria, which is caused by the regulated temperature and humidity, means that an enormous number of bacteria are present during fermentation and therefore the nitrogen content of the end product is very significantly increased. It was found that the soil that was fertilized with the product of the process described exhibited an extraordinary fertility which is comparatively considerably greater than that which can be achieved with the best currently known fertilizers or chemical fertilizers.
When using ozone, a highly oxidized fertilizer is obtained, which is important to bring about an appropriate activity of the soil microorganisms, whereby the plant nutrients are released slowly and steadily.