AT392777B - Verfahren zur gewinnung von waerme, die bei mikrobieller zersetzung von aerob verrottbaren organischen materialien entsteht - Google Patents

Description

AT 392 777 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Wärme, die bei mikrobieller Zersetzung von aerob verrottbaren organischen Materialien in einem Rottereaktor entsteht, wobei als Rottereaktor ein geschlossener, wärmeisolierter und mit technischen Einrichtungen zur · insbesondere Be- und Entlüftung umfassenden -gesteuerten aeroben Verrottung versehener Behälter verwendet wird, wobei ferner der Reaktor mit aerob verrottbaren Materialien, die sich gegebenenfalls bereits in Gärung befinden, locker befällt wird und diesen im Rottereaktor befindlichen Materialien, sobald in ihnen ein aerober Rotteprozeß eingetreten ist, die entstehende Wärme entzogen wird.

Die Verwertung von organischen Abfällen ist im Sinne einer Erhaltung des natürlichen Stoffkreislaufes besonders wünschenswert Die zunehmende Spezialisierung der landwirtschaftlichen Betriebe hat jedoch weltweit die anfallenden Emterückstände zu einem immer größer werdenden Problem werden lassen, da meist die Betriebe einseitig auf Ackerbau oder Viehzucht ausgerichtet sind, und daher die in den landwirtschaftlichen Betrieben anfallenden Emterückstände oder auch tierischen Ausscheidungen im eigenen Betrieb nicht mehr sinnvoll verwertet werden können. Bei den organischen Abfällen sind hier insbesondere Mist, Getreide- und Maisstroh,Traubentrester, Reisspelzen und in den tropischen Gebieten z. B. Kakao- und Kaffeeschalen zu nennen. Diese hier ohne Wertung aufgezählten Materialien werden heute häufig einfach verbrannt, da sonst keine andere Verwertungsmöglichkeit ohne noch größere Umweltbelastung möglich ist.

Es sind aber auch Verfahren zur mikrobiellen Zersetzung verrottbarer organischer Materialien bekannt Ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art kann der DEOS 1904 207 entnommen werden.

Dabei entstehen aber folgende technische Probleme: - Die Energiedichte des zu verrottenden Materials ist im losen Zustand sehr gering, so daß die Wärmeausbeute je Volumeneinheit gering ist; - Aus dem gleichen Sachverhalt heraus ist der Transport solcher spez. leichter Produkte sehr aufwendig und teuer.

Alle bekannten Verfahren besitzen weiters den Nachteil, daß die Energiegewinnung stets am Ort der Herstellung oder Aufarbeitung der verrottbaren Materialien erfolgen muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das es erlaubt, ohne zusätzliche Hantierungen, wie Nachfüllen und Entleeren von organischen Materialien, an jedem beliebigen Ort direkt Wärme auf wirtschaftliche Weise zur Beheizung zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Rottereaktor ein transportabler, frei aufstellbarer Behälter verwendet wird, innerhalb dessen die entstehende Wärme auf direkt mit dem aerob verrottenden Material in Kontakt stehende Wärmetauscher übertragen wird, daß der Behälter nach Eintreten des aeroben Rotteprozesses zu einem Verbrauchsort transportiert wird und dort seine Wärmeaustauscher an das zu beheizende Objekt bzw. dessen Heizkreislauf, sowie an eine Versorgungsleitung für Luft und eventuell an zusätzliche Versorgungsleitungen für Wasser und Energie angeschlossen werden, wobei dem Behälter während seiner Wärmeabgabe an das zu beheizende Objekt weder frisches verrottbares organisches Material zugeführt noch festes und/oder flüssiges organisches Material, gleich welchen Venottungsgrades, entnommen wird.

Bei diesem Verfahren wird der transportable Behälter mit organischem Material befüllt, wie z. B. Stroh, das mit Lufträumen locker gepackt wird, wonach das Material befeuchtet und zu dem gewünschten Gebrauchsort transportiert wird. Während des Transportes wird eine aerobe, wärmeentwickelnde Gärung entstehen, indem die Mikroorganismen den im Behälter anwesenden Sauerstoff verbrauchen werden. Wenn der Behälter im warmen, gärenden Zustand den Verbrauchsort erreicht, wird er jedenfalls an eine Versorgungsleitung für Luft und an den Heizkreislauf des Objektes, vorzugsweise eines Hauses, das zu beheizen ist, angeschlossen. Hierdurch wird es möglich, die aerobe, wärmeabgebende Vergärung zu steuern, sodaß es weiters möglich ist, an jedem Ort direkt Wärme zur Beheizung zu erzeugen.

Vorteilhaft kann ein Behälter verwendet werden, der hinsichtlich Größe und äußerer Gestaltung entsprechend einem Seefrachtcontainer ausgebildet wird. Dadurch ist ein Transport des Behälters mit üblichen Transportfahrzeugen, z. B. einem Lastkraftwagen, möglich.

Außerdem wird zweckmäßig die erwärmte Prozeßluft aus dem Behälter abgesaugt und direkt durch schnell-trennbare Verbindungsleitungen dem zu beheizenden Objekt bzw. dessen Heizkreislauf zugeführt, womit auch die restliche Wärme aus dem Behälter zur Beheizung des Objektes nutzbar gemacht wird. Durch dieses Absaugen der warmen Prozeßluft aus dem Behälter kann nämlich die restliche Wärme aus dem Behälter abgeführt werden, da nach der Beendigung der exothermen Rottereaktion im Behälter immer noch eine beträchtliche Wärmemenge gespeichert ist.

Vorteilhaft kann man zur zusätzlichen Steuerung der aeroben Verrottung in dem Behälter einen Siebboden, eine Umwälzeinrichtung in Form eines umlaufenden Kratzbodens oder einer Schnecke, sowie ein gelochtes Zuluft- und ein Abluftrohr, das auch als Sammel- und Verteileinrichtung für Sickersäfte dient, verwenden. Dadurch kann in dem Behälter in effektiver Weise eine gesteuerte Rotte und damit eine gesteuerte Entwicklung von Wärme erfolgen, die den jeweiligen Wünschen des Verbrauchers angepaßt werden kann.

Ferner werden vorteilhaft die zu verrottenden organischen Materialien mit geeigneten Mikroorganismen, allenfalls gemeinsam mit Nährlösungen beimpft.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen

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Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt nach der Linie (Q-Π) in Fig. 1,

Fig. 3 in größerem Maßstab ein Bruchstück der Kratzböden der Vorrichtung in Fig. 1 und

Fig. 4 in größerem Maßstab ein Bruchstück einer unteren Ecke der Vorrichtung in Fig. 1 in perspektivischer 5 Darstellung.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ist ein Rottereaktor. Der Rottereaktor ist als ein transportabler, großer Behälter (9) ausgebildet, der die Abmessungen entsprechend einem Seefrachtcontainer aufweist, z. B. mit einer Höhe von 2,30 m, einer Breite von 2,30 m und einer Länge von 6,00 m bzw. 12,00 m. Der Behälter kann je nach geforderter Leistung in seinen Abmessungen und auch konstruktiven Einrichtungen unterschiedlich sein. 10 In bzw. an dem Behälter befinden sich alle Einrichtungen zur Rottesteuerung, d. h. Luftzufuhr und Abführung, Temperatursteuerung, Wärmetauscher und Umwälzeinrichtungen.

Dieser geschlossene Behälter (9) besitzt eine rundum verlaufende wärmeisolierte Wandung (11), wobei an einer Stirnseite eine Tür (10) zum Befüllen und Entleeren von organischem Material (2) vorgesehen ist. Das organische Material (2) ist lose in den Behälter (9) eingefüllt, wobei sich in dem Behälter (9) unten ein 15 Siebboden (12) (Fig. 4) befindet, der als Belüftungseinrichtung einen unterhalb angeordneten Belüftungsschacht (13) abdeckt. Dieser Belüftungsschacht (13) ist über ein gelochtes Zuluftrohr (14) mit Anschlußstück (15) mit schnell trennbarer Kupplung (20) versehen. Durch geeignete Umluftführung in dem Behälter (9) wird die Prozeßluft im Behälter auf optimale Temperatur, Wasser- und Sauerstoffgehalt eingestellt

Zur Wärmeübertragung befindet sich bei diesem Ausführungsbeispiel im Inneren des Behälters (9) ein aus 20 einzelnen Platten zusammengesetzter Wärmetauscher (16) (Fig. 1 und 2), wobei das Medium des Wärmetauschers (16) über einen Heizungsvorlauf (17) und einen Heizungsrücklauf (18) unter Verwendung von Schnellkupplungen an das Heizungssystem anschließbar ist Die Abluft kann über einen Anschluß (19) aus dem Behälter (9) nach außen geführt werden. Die zum Anschluß der verschiedenen Leitungen notwendigen Schnellkupplungen sind mit dem Bezugszeichen (20) versehen. 25 Zum Umschichten des organischen Materials (2) befindet sich im Inneren des Behälters (9) ein über Umlenkrollen (21) geführtes Band (22), vorteilhaft ein Kettenband, an dem in bestimmten Abständen über die Breite des Behälters (9) reichende Mitnehmer (23) (Fig. 1,2 und 3) vorhanden sind. Anstelle dieser Kratzböden (22, 23) können auch, beispielsweise bei einer anderen Ausgestaltung des Behälters, Schnecken verwendet werden. Für den Transport sind oben am Behälter Transporthaken (24) vorgesehen. 30 Der zweckmäßigerweise nach außen hin mit einem isolierenden Kunststoffschaum vollständig gegenüber Wärmeabstrahlung isolierte Behälter besitzt sämtliche Anschlußleitungen auf der Außenseite, so daß der Behälter während der Heizperiode schnell von dem zu beheizenden Objekt bzw. dessen Heizkreislauf getrennt werden kann. Der Boden des Behälters ist zweckmäßigerweise nach einer Seite geneigt, so daß evtl, auftretende Sickersäfte aufgefangen und an der Oberseite des zu verrottenden Materials wieder aufgegeben werden können. Das Material 35 (2) wird mit Nährstoffen und rottefördemden Substanzen versehen, wobei die Befüllung des Behälters auch mit bereits in Rotte befindlichem Material erfolgen kann.

Dadurch kann die Zeitspanne bis zur Wiederverwendung des Behälters verkürzt werden, da dem Material sofort die Wärme entzogen werden kann. Der Behälter läßt sich mit normalen Lastkraftwagen befördern, die durch geeignete Absetzvorrichtungen direkt an der gewünschten Stelle abgeladen werden können. Der Behälter läßt sich 40 für private und gewerblich genutzte Gebäude in Wärmeversorgungssysteme einbauen. Nach dem Abklingen der exothermen Rottereaktion wird der Behälter von dem Heizungssystem abgetrennt und bei Bedarf gegen einen neuen Behälter ausgetauscht. Das Transportfahrzeug, das einen neuen Behälter bringt, kann dann gleich den verbrauchten Behälter wieder zur Befüllstation mitnehmen.

Da nach dem Abklingen der exothermen Rottereaktion der Behälter immer noch eine beträchtliche 45 Wärmemenge speichert, kann durch Absaugen der warmen Prozeßluft aus dem Behälter die resdiche Wärme aus dem Behälter gewonnen werden und das Material dabei gleichzeitig getrocknet werden. Das abgetrocknete Material ist dann noch als hochwertiges Bodenveibesserungsmittel oder zu Futterzwecken verwendbar.

Der Behälter hat vorzugsweise ein Volumen von ca. 30 und wird wie erwähnt, mit entsprechend aufbereitetem organischem Material, z. B. gehäckseltem Stroh, befüllt. Bei dem genannten Füllvolumen lassen 50 sich ca. 3 Tonnen aufbereitetes Stroh einfüllen, also wesentlich mehr als im losen Zustand. Nach dem Anfeuchten und evtl. Animpfen mit speziellen Nähr- und Bakterienlösungen setzt die Rotte in dem geschlossenen Behälter ein.

Der Behälter wird mit einem geeigneten Transportfahrzeug zu dem zu beheizenden Objekt gebracht und dort an die entsprechenden Versorgungsleitungen und auch an den Heizkreislauf des zu beheizenden Objektes 55 angeschlossen.

Die Abmessungen und auch die Menge des verrottenden Materials wurden zuvor auf den Heizbedarf des zu beheizenden Objektes abgestimmt, so daß es möglich ist, mit dem Behälter alleine eine Wärmeversorgung zu schaffen. In dem beschrieberen Fall eines 30 m^ fassenden Behälters dürfte dieser für ein Einfamilienhaus mit ca. 150 m^ ausreichen. Vorteilhaft ist dabei, daß der Behälter aufgrund seiner technischen Konstruktion, 60 Wärmeisolierung und dem relativ großen Inhalt an wärmespeichemdem Material in ein vollautomatisch arbeitendes Heizsystem eingebaut werden kann. -3-

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Die nachfolgenden Beispiele dokumentieren weitere Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Hveienisierung von senchenhvgienisch bedenklichen Abfällen.

Auf landwirtschaftlichen Betrieben anfallender Mist oder Gülle stellt oft eine erhebliche Belastung für die Umwelt dar. Mit der zuvor genannten Erfindung läßt sich hier eine Abhilfe schaffen.

Der transportable Behälter wird mit dem zu verwertenden Abfall gefüllt, verschlossen und mit einem üblichen Lastkraftwagen mit Absetzvorrichtung an der gewünschten Stelle aufgestellt. Im Falle von Mist ist das Befüllen einfach durch übliche Greifer zu bewerkstellig«!.

Der Behälter kann dann an jeder gewünschten Stelle eingesetzt werden. Dabei werden Geruchsbelästigungen ausgeschlossen.

Durch Zufuhr von Luft kann nun der mikrobielle Prozeß in Gang gebracht werden und das Material sehr rasch abgerottet und hygienisiert werden. Die Steuerung der Luftzufuhr kann so «folgen, daß möglichst wenig Luft nach außen dringt und zu einer Geruchsbeeinträchtigung führt, wobei unter aeroben Bedingungen und den dann vorherrschenden hohen Temperaturen sowieso schon eine geringe Beeinträchtigung zu erwarten ist. Durch Zwischenschaltung bzw. Einbau von Wärmeaustauschern ist es möglich, auch die in erheblichem Maße auftretende Abwärme zu gewinnen. Diese kann dann zur Wohnhaus-, Stallbeheizung oder Emteguttrocknung verwendet werden.

Nach dem Abklingen der exothermen Reaktion, kann der Behälter von den Versorgungsleitungen getrennt werden und das abgerottete Material in dem Behälter zu einem gewünschten Ort gebracht werden, wobei wiederum keine Geruchsbelästigung auftritt

Verwertung von Stroh zu Futtermitteln.

Es ist bekannt, daß bestimmte Mikroorganismen in organischen Abfallstoffen die leichter abbaubaren Stoffe verwerten können und dabei wertvolle Proteine erzeugen können. Dieser Prozeß läuft optimal nur unter gesteuerter Luftzufuhr und bestimmten Temperaturen ab. Dies Verfahren geschieht dadurch, daß z. B. gehäckseltes Stroh in den erfindungsgemäß beschriebenen Behälter eingeblasen wird, wobei gleichzeitig entsprechend notwendige Behandlungsstoffe aufgebracht werden können. Der Behälter wird verschlossen zum Bedarfsort, d. h. der Stallung gebracht und wird dort an die notwendige Energie- und Luftzufuhr angeschlossen, wobei der gewünschte Prozeß dann gesteuert ablaufen kann und Wärme gewonnen wird. Nach Beendigung der Reaktion kann der Behälter entleert werden und das behandelte Stroh zu Futterzwecken eingesetzt werden. Es ist dann nicht mehr nötig, daß der Anwender des aufbereiteten Strohes sich entsprechende technische Einrichtungen selbst kauft. Auch entfallen notwendige Lagereinrichtungen für das aufzubereitende Stroh.

Verfahren zur Herstellung eines Futtermittelzusatzes aus Emterückständen. insbesondere Getreidestroh.

Es ist bekannt, daß Emterückstände durch biologische Aufschlußverfahren in verwertbare Futtermittel umgewandelt werden können.

Dabei treten aber mehrere Probleme auf: - Der Aufschluß geht aufgrund keines ausreichenden Mikroorganismenbesatzes zu langsam. - Bei mikrobiologischen Verfahren kommt es oft aufgrund von Fehlgärungen zu einem Verderb des Futters. - Der Aufschluß erfolgt nicht in zeitlich angepaßter Weise an den Verbrauch des Futtermittels. - Ein Großteil des aufbereiteten Futters muß verworfen werden, da es oft nicht hygienisch einwandfrei ist, wenn die Lagerung und Aufbereitung im Freien «folgt.

Diese Nachteile werden bei dem beschriebenen Verfahren beseitigt Bei dem Aufschluß von Emterückständen zu Futtermitteln in einem erfindungsgemäßen absälzigen Verfahren in dem beschriebenen Behälter, kann eine gesteuerte Rotte erfolgen, die je nach gewünscht« Menge, Aufschlußzeit und auch Intensität den jeweiligen Wünschen des Anwenders angepaßt werden kann. Es ist möglich, durch entsprechende Luftzufuhr bzw. Absperren der Luftzufuhr einen mehr oder weniger schnellen Aufschluß zu erreichen. Durch den Aufschluß in einem abgeschlossenen Behälter ist auch ein hygienisch einwandfrei« Aufschluß möglich. Bei dem Aufschluß von Emterückständen können alle Arten von Emterückständen wie Sisal, Heu, Reisspelzen, Mühlenabfälle in der genannten Weise aufbereitet werden, es sind dabei keine besonderen ehern, bzw. physikalischen Behandlungsmethoden notwendig wie üblicherweise sonst bei dem bekannten Strohaufschluß mit Natronlauge oder Ammoniak. Die beim Aufschluß entstandene Wärme wird wieder zur Beheizung eines Gebäudes genutzt.

Es ist bekannt, daß im Zi«- und Nutzpflanzenbau unter Glas eine Begasung mit CC>2 zu einer erheblichen Waschstumsförderung föhn. Die Begasung soll in bestimmten Wachstumsstadien erfolgen. Dies ist mit dem beschriebenen, transportablen Behälter sehr leicht zu bewerkstelligen.

Es ist bekannt, daß bei all«i aeroben Verrottungsprozess«i CO2 im Überschuß durch die Mikroorganismen gebildet wird.

Es kann dah« ein mit anfbeieiteten organischen Abfällen befüllter Behälter zu dem Betrieb gebracht werden und dort direkt zur Begasung der Gewächshäuser angeschlossen werden. Dabei kann in den Wintermonaten auch noch die Abwärme zur Beheizung der Gewächshäuser genutzt werden; ansonsten wird ein anderes Gebäude beheizt -4-

Claims (5)

1. AT 392 777 B Vorteilhaft ist dabei, daß in den meisten Fällen die abgerotteten Materialien als wertvolle Pflanzmaterialien direkt in dem Betrieb verwendet werden können. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Gewinnung von Wärme, die bei mikrobieller Zersetzung von aerob verrottbaren organischen Materialien in einem Rottereaktor entsteht, wobei als Rottereaktor ein geschlossener, wärmeisolierter und mit technischen Einrichtungen zur insbesondere Be· und Entlüftung umfassenden gesteuerten aeroben Verrottung versehener Behälter verwendet wird, wobei ferner der Reaktor mit aerob verrottbaren Materialien, die sich gegebenenfalls bereits in Gärung befinden, locker befällt wird und diesen im Rottereaktor befindlichen Materialien, sobald in ihnen ein aerober Rotteprozeß eingetreten ist, die entstehende Wärme entzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Rottereaktor ein transportabler, frei aufstellbarer Behälter (9) verwendet wird, innerhalb dessen die entstehende Wärme auf direkt mit dem aerob verrottenden Material (2) in Kontakt stehende Wärmetauscher (16) übertragen wird, daß der Behälter (9) nach Eintreten des aeroben Rotteprozesses zu einem Verbrauchsort transportiert wird und dort seine Wärmeaustauscher (16) an das zu beheizende Objekt bzw. dessen Heizkreislauf, sowie an eine Versorgungsleitung für Luft und eventuell an zusätzliche Versorgungsleitungen für Wasser und Energie angeschlossen werden, wobei dem Behälter (9) während seiner Wärmeabgabe an das zu beheizende Objekt weder frisches verrottbares organisches Material zugeführt noch festes und/oder flüssiges organisches Material, gleich welchen Verrottungsgrades, entnommen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Behälter (9) verwendet wird, der hinsichtlich Größe und äußerer Gestaltung entsprechend einem Seefrachtcontainer ausgebildet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erwärmte Prozeßluft aus dem Behälter (9) abgesaugt und direkt durch schnelltrennbare Verbindungsleitungen (20) dem zu beheizenden Objekt bzw. dessen Heizkreislauf zugeführt wird, womit auch die restliche Wärme aus dem Behälter (9) zur Beheizung des Objektes nutzbar gemacht wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man zur zusätzlichen Steuerung der aeroben Verrottung in dem Behälter (9) einen Siebboden (12), eine Umwälzeinrichtung in Form eines umlaufenden Kratzbodens (22, 23) oder einer Schnecke, sowie ein gelochtes Zuluft- (14) und ein Abluftrohr, das auch als Sammel- und Verteileinrichtung für Sickersäfte dient, verwendet
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verrottenden organischen Materialien mit geeigneten Mikroorganismen, allenfalls gemeinsam mit Nährlösungen, beimpft werden. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen -5-