**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.
PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur biologischen Aufbereitung von Güllen und Klärschlamm in flüssiger Form mittels Zusatz von festen Kohlenstoffquellen, dadurch gekennzeichnet, dass als Kohlenstoffquelle ein feingemahlenes, festes Abfallprodukt verwendet wird, dass ein C/N-Verhältnis von mindestens 5:1 erreicht wird, dass das flüssige Gemisch intensiv und kontinuierlich gemischt und durch Sogwirkung belüftet wird, dass eine Gärtemperatur von 25-40 C eingehalten wird, dass für Belüftung und Mischung ein schnellrotierendes Rührwerk verwendet wird und dass ein Sauerstoffgehalt in der Flüssigkeit von mindestens 0,4 mg/l aufrechterhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kohlenstoffquellen billige Abfallprodukte, in der Landwirtschaft vorzugsweise Strohmehl oder Sägemehl, oder aber frischer gemahlener Kehricht von Haushaltungen verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenstoff/Stickstoff-Gewichtsverhältnis auf einen Wert von 5 :1 bis 15:1, vorzugsweise von ca. 10:1 gebracht und hierbei aufrechterhalten wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mikroben organische Stickstoffverbindungen aus Luftstickstoff aufbauen und dass damit der Gesamtstickstoffgehalt der Suspension nicht nur erhaltenbleibt, sondern erhöht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine vollständige Hygienisierung des Substrates auf mikrobiologischem Wege erreicht wird und dass das Endprodukt keinen unangenehmen Geruch mehr aufweist.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gärungsverlauf und die Temperatur im flüssigen Substrat durch Erhöhung oder Herabsetzung der Intensität des Rührens gesteuert und eingehalten werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Belüftung und die Durchmischung ein schnellrotierendes Rührwerk verwendet wird, das, in einem entsprechend dimensionierten Gärbehälter eingesetzt, die Schaumbildung verhindert und eine intensive Belüftung gewährleistet.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungszeit des Substrates 3 bis 8 Tage beträgt und vorzugsweise in dosiertem Durchlaufverfahren gearbeitet wird.
9. Verfahren zur Herstellung eines organischen Düngers in konzentrierter flüssiger oder in trockener Form, dadurch gekennzeichnet, dass man nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1 Gülle oder Klärschlamm in flüssiger Form biologisch aufbereitet und das erhaltene flüssige Produkt eindickt oder durch Trocknung oder Ausfällung in feste Form überführt.
Die Belüftung von Flüssigkeiten, welche verrottbare Stoffe enthalten, führt zur biologischen Erwärmung des Substrates.
Dieses Phänomen wurde um 1914 erstmals von amerikanischen Forschern beschrieben. In der Folge kamen Ansätze in der Praxis speziell zur Belüftung von Güllen zustande; damit wollte man in erster Linie Geruchsimmissionen vermeiden.
Dem Kohlenstoff/Stickstoff-Verhältnis und speziell der Temperaturregelung schenkte man kein besonderes Interesse. Der bei Überdosierung des Lufteintrags entstehende Schaum wurde durch Schaumschneider und schaumverhindernde Chemikalien vernichtet. Die konsequente Fermentation eines verrottbaren Substrates, die zur organischen Bindung des Stickstoffs führt, wurde nicht verfolgt. Ausgehend von der Feststellung, dass der Rottevorgang in einer Flüssigkeit mit dem Rotteprozess schüttbarer Stoffe identisch ist, wurde ein neues Verfahren der Flüssigrotte entwickelt, welches ähnliche Endprodukte liefert, wie sie sich bei der Rotte schüttbarer Stoffe (Kompost, Boden) vorfinden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass als Kohlenstoffquelle ein feingemahlenes, festes Abfallprodukt verwendet wird, dass ein C/N-Verhältnis von mindestens 5:1 erreicht wird, dass das flüssige Gemisch intensiv und kontinuierlich gemischt und durch Sogwirkung belüftet wird, dass eine Gärtemperatur von 25 bis 400 C eingehalten wird, dass für Belüftung und Mischung ein schnellrotierendes Rührwerk verwendet wird, und dass ein Sauerstoffgehalt in der Flüssigkeit von mindestens 0,4 mg/l aufrechterhalten wird.
Die 1. Stufe des Verfahrens besteht also darin, dass der Gülle bzw. dem Klärschlamm ein fester, gemahlener Kohlenstoffträger, vorzugsweise Stroh oder Hauskehricht, beigegeben wird. Die Mischung wird durch ein schnellrotierendes Rührwerk intensiv durchmischt und belüftet. Bedingt durch die Turbulenz und durch die aerobe Gärung erwärmt sich das Substrat. Erfindungsgemäss wesentlich ist die Einhaltung einer Temperatur von 25 bis 400 C, was bei entsprechender Behandlungsdauer die Vernichtung von Unkrautsamen und von Krankheitskeimen, sowie Behebung schädlicher Nebenwirkungen auf Pflanzen, Tiere und Umwelt gewährleistet.
Die Aufgabe der Erfindung war das Auffinden eines Verfahrens, das Gülle (Kot-Harngemisch aus der landwirtschaftlichen Tierhaltung) oder frischen Klärschlamm (aus herkömmlichen Kläranlagen) so aufbereitet, dass das Produkt keinen lästigen Geruch mehr aufweist, dass es als Hofdünger für alle landwirtschaftlichen Kulturen verwendet werden kann, und dass es zur Verfütterung an landwirtschaftliche Nutztiere aufgearbeitet werden kann. Dabei ist wesentlich, dass gefährliche Krankheitskeime durch das Verfahren vernichtet werden, dass die Makro- und Mikronährstoffe nicht verlorengehen, und dass diese in einer biologisch günstigen Form als Pflanzennährstoffe oder als Futtermittel zur Verfügung stehen.
Das erfindungsgemässe neue Verfahren wird nun ausführlich beschrieben:
Frische Gülle (Kot-Harngemisch von landwirtschaftlichen Nutztieren) oder frischer Klärschlamm (aus herkömmlichen Kläranlagen)ist relativ stickstoffreich. Um den Nachschub von Mikrobennährstoffen sicherzustellen, wird eine feste (schüttfähige) Kohlenstoffquelle zugeführt, wodurch das C/N-Verhältnis zugunsten des Kohlenstoffs verschoben wird. Die Zugabe der Kohlenstoffquellen soll derart erfolgen, dass auf einen Wert des C/N-Verhältnisses von mindestens 5:1 hingesteuert wird. Es wurde ferner festgestellt, dass das optimale C/N-Verhältnis zwischen 5:1 und etwa 15:1, vorzugsweise bei ca. 10:1 liegt. Bei diesem Verhältnis wird zugleich das Verhältnis des Kohlenstoffs zu allen andern Nährstoffen erweitert und verbessert.
Die Wahl der Kohlenstoffquellen oder -lieferanten wird sich primär nach der Natur des Substrates richten. Bei der Anwendung in der Landwirtschaft zur Aufarbeitung von Gülle kommt vorwiegend und erstmalig gemahlenes Stroh, Sägemehl, gemahlener Hauskehricht, zur Anwendung. Bei der Anwendung des Verfahrens in Kläranlagen bietet sich die Verwendung von frischem, gemahlenem Hauskehricht als Kohlenstoffquelle an.
Das gewünschte C/N-Verhältnis lässt sich leicht erreichen, indem dem Substrat (z. B. Rindergülle) etwa 2-4 Gewichtsprozent der einfachen Kohlenstoffquellen, z. B. Stroh oder Sägemehl, bezogen auf das Volumen des Substrates zugegeben werden. Bei der Verwendung von Haushaltmüll beträgt der Anteil vorzugsweise 5-10 Gewichtsprozent, weil Müll in der Regel einen gewissen Stickstoffgehalt bereits aufweist.
Erfindungsmässig wesentlich ist, dass Kohlenstoffquellen (Stroh, Hauskehricht usw.) fein vermahlen dem Frischsubstrat (Gülle oder Klärschlamm) beigegeben werden.
Bei richtigem Verlauf des Gärungsvorganges bzw. bei rich
tigem Verhältnis des Kohlenstoffs zu den Nährstoffen pendelt sich der pH-Wert von anfänglich 6 bis 9 um 7 ein.
Die Belüftung des flüssigen Gemisches erfolgt erfindungsgemäss durch ein schnellrotierendes Rührwerk (Drehzahl vorzugsweise über 1000 U./min), zweckmässig in einem besonderen Gärbehälter. Das Rührwerk hat eine intensive, ununterbrochene Durchmischung und Belüftung der gesamten Mischung zu gewährleisten. Die Drehzahl des Rührwerks, dessen Eintauchtiefe sowie der Durchmesser des Gärbehälters sind so aufeinander abzustimmen, dass eine Trombe entsteht, deren Sogwirkung einen intensiven Lufteintrag gewährleistet.
In der Regel erbringt die Sogwirkung die weiteren Vorteile, dass die Bildung von kompaktem Schaum auf der Oberfläche verhindert wird und dass eine Schwimmdecke nicht entstehen kann. Der Sauerstoffgehalt in der Mischung soll mindestens 0,4 mg pro Liter erreichen. Günstiger sind höhere Sauerstoffgehalte von 3 bis 4 mg und mehr pro Liter, was sich mittels der beschriebenen, intensiven Mischung und Belüftung erreichen lässt.
Eine intensive und gleichmässige Belüftung des gesamten Substrates ist erfindungsgemäss nur im dünnflüssigen Bereich gewährleistet. Zu dickflüssiges Substrat ist mit Wasser zu verdünnen. Erfahrungsgemäss sollte der Trockensubstanzgehalt nicht über 10% liegen. Substrate mit höherem Trockensubstanzgehalt verursachen einen zu grossen mechanischen Aufwand für die ausreichende Belüftung und Durchmischung.
Die durch das intensive Mischen verursachte Turbulenz und die biologische Aktivität bedingen eine Erwärmung des Substrates. Erfindungsgemäss ist die Einhaltung einer Temperatur zwischen 25 und 40 C in verschiedenen Belangen notwendig. Die Einhaltung des vorgeschriebenen Temperaturbereichs ist möglich durch Veränderung der Rotationsgeschwindigkeit der Rührvorrichtung, durch Isolation des Behälters, durch vermehrte Zugabe von Kohlenstoffträgern, allenfalls durch kurzfristige Unterbrechungen der Belüftung (intermitierende Belüftung).
Die Versuchsergebnisse zeigen, dass bei Einhaltung der vorgeschriebenen Temperatur ein Endprodukt erzielt wird, das frei ist von unangenehmem Geruch, wie er bei konventionell behandeltem Klärschlamm oder bei unbehandelter Gülle üblich ist. Damit wird ein wesentlicher Beitrag an den Umweltschutz geleistet. Das Endprodukt ist entweder absolut geruchlos, oder hat einen schwachen erdigen Geruch oder erinnert im Geruch an Bierhefe.
Die Einhaltung des vorgeschriebenen Temperaturbereiches gewährleistet auch, wie es die Versuchsergebnisse beweisen, die Vernichtung von Unkrautsamen, die üblicherweise in Klärschlamm oder Gülle vorkommen. Dies gestattet die Verwendung des Endproduktes als organischen Dünger für die Landwirtschaft ohne eine Verunkrautung befürchten zu müssen.
Bei der erfindungsgemäss vorgeschriebenen Behandlungstemperatur und bei entsprechender Behandlungszeit werden schädliche Krankheitskeime vernichtet. Die Versuchsergebnisse haben gezeigt, dass Salmonellen, die dem Ausgangssubstrat künstlich beigegeben wurden, nach 48 Stunden Behandlungszeit nur noch in geringer Zahl, nach 72 Stunden Behandlungszeit nicht mehr nachweisbar waren. Dies in einem Temperaturbereich von 27-39" C. Diese Hygienisierung ist wesentlich bei der Verwendung von Gülle oder Klärschlamm als Dünger oder als Basis von Futtermitteln.
Die erfindungsgemäss vorgeschriebene Zufügung eines billigen Kohlenstoffträgers, vorweg eines Abfallproduktes, wie Strohmehl oder gemahlener Hauskehricht, bewirkt eine biologische Bindung des Stickstoffs und des Phosphors. Der im Ausgangssubstrat in verschiedener Form vorhandene Stickstoff (vorwiegend als Harnstoff, Ammoniak, Nitrit, Nitrat, Ammoniumionen usw.), der bei den üblichen Behandlungsverfahren zu einem grossen Teil verlorengeht, und der weitgehend für den unangenehmen Geruch verantwortlich ist, wird durch die gesteuerte, aerobe Gärung des vorliegenden Verfahrens vorwiegend in Aminosäuren eingebaut (Eiweisse der durch aerobe Gärung geförderten Mikroorganismen). Diese Tatsache geht aus der Beilage II, Tabelle des Aminosäuregehaltes in Flüssigdünger bei verschiedenen Gärverfahren hervor.
Betrachtet man Tabelle I näher, so fällt aber auf, dass der Stickstoffgehalt bei der erfindungsgemässen gesteuerten aeroben Gärung sogar über dessen ursprünglichen Wert im Substrat signifikant zugenommen hat. Diese überraschende, durch das Verfahren selbst nicht erklärliche Zunahme geht auf die Mitwirkung von Bakterien der Gattung Azotobacter zurück, welche unter den Verfahrensbedingungen einen geeigneten Nährboden und günstige Wachstumsverhältnisse finden und dementsprechend Luftstickstoff in organische Stickstoffverbindungen umwandeln. Somit führt das Verfahren 1. erstmals zu einer vollständigen Rezirkulation des Stickstoffs und 2. dar über hinaus zu einer unerwarteten, wirtschaftlich bedeutungsvollen Stickstoffanreicherung.
Die biologische Bindung des Stickstoffes verhindert den bekannten unangenehmen Geruch bei der Ausbringung von Gülle auf landwirtschaftlichen Kulturflächen. Der biologisch gebundene Stickstoff hat aber auch den weiteren Vorteil, dass er im Boden besser festgehalten wird und den Pflanzen über längere Zeit zur Verfügung steht. Dasselbe gilt auch für Phosphor, Kali und alle weiteren Pflanzennährstoffe. Dadurch wird die Gefahr der Auswaschung dieser Nährstoffe behoben und die Belastung der Gewässer mit landwirtschaftlichem Dünger vermindert. Die langsam wirkende Stickstoffquelle des aerob, nach dem beschriebenen Verfahren behandelten Flüssigdüngers gewährleistet insbesondere ein ausgeglichenes Pflanzenwachstum und trägt zur Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit bei.
Die bei Düngung mit dem Verfahrensprodukt zustandekommende, nachhaltige Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit geht unter anderem aus Serienversuchen hervor, welche in einem landwirtschaftlichen Betrieb unter vergleichbaren Bedingungen durchgeführt worden sind: es wurde eine Erhöhung des Pflanzenertrages um bis zu 25G/o erreicht.
Aus dem in der Tabelle II ersichtlichen Breitenspektrum, dem hohen Gehalt an Aminosäuren, ergibt sich für das erfindungsgemäss erhältliche Produkt eine weitere Verwendungsmöglichkeit, nämlich alshuttermittel. Erste Fütterungsversuche haben den Wert des Produktes als Eiweissquelle in der Tierernährung bereits bestätigt. In der Zeit, da sich auf dem Weltmarkt ein Mangel an Futtereiweiss abzeichnet, kommt besagter Verwendungsmöglichkeit grosse Bedeutung zu.
Die Dauer der Behandlung des Substrates (Belüftung und Durchmischung) richtet sich nach dem Ausgangsmaterial und dem Verwendungszweck. Die Behandlungsdauer beträgt im allgemeinen 3 bis 8 Tage. Bei der Verwendung als Düngemittel werden die niedrigeren Behandlungszeiten angewendet, bei der Verarbeitung zu Futtermittel ist eine längere Behandlungszeit anzuwenden, um eine vollständige Hygienisierung zu gewährleisten. Im weitern benötigt ein Ausgangsmaterial mit einem niedrigen Stickstoffgehalt eine kürzere Behandlungsdauer (z. B. Rindergülle), ein Substrat mit einem hohen Stickstoffgehalt (z. B. Schweinegülle) benötigt eine längere Behandlungsdauer.
Vergleicht man nun das neue Verfahren auch mit der in der Praxis seit altersher üblichen Kompostierung, so zeichnet es sich u. a. durch kurze Dauer und geringen Arbeitsaufwand (bei der Kompostierung ca. 1 Jahr und periodische Umschichtung des Haufens), eine (bei der Kompostierung nie erreichbare) restlose Umsetzung des Substrates, Homogenität und Hygienisierung des Produktes, und leichtere Steuerung und Kontrolle des Gärungsvorgangs (beides, bei der Kompostie rung praktisch unmöglich), sei es in bezug auf Zusammensetzung, Sauerstoffgehalt oder Temperatur der Suspension, aus.
Das Endprodukt ist je nach Aussentemperatur ohne irgendwelche Behandlung 12-72 Stunden lagerfähig. Bei einer längeren Lagerdauer ist im Lagerbehälter, der dem eigentlichen Gärbehälter nachgeschaltet wird, eine kontinuierliche Belüftung und Durchmischung zu gewährleisten. Dafür eignen sich erfindungsgemäss kleine, langsamlaufende Rührwerke oder andere Lufteintragungsvorrichtungen. Wesentlich ist, dass keine anaerobe Gärung entsteht, da sonst mit Geruchsimmissionen und Nährstoffverlusten zu rechnen ist.
Das behandelte Endprodukt kann flüssig, eingedickt, ausgeflockt oder getrocknet verwendet werden. Nach dem beschriebenen Verfahren behandelte Gülle wird vorzugsweise auf dem Hof selbst in flüssiger Form als Dünger verwendet.
Aufbereiteter Klärschlamm, der sich ebenfalls als Dünger eignet, kann in der anfallenden Form als Flüssigdünger verwendet werden, sofern die Transportdistanzen nicht zu gross werden. Bei grösseren Transportdistanzen ist das Endprodukt einzudicken oder zu trocknen. Das getrocknete Endprodukt stellt einen hygienischen, organischen Dünger zur Verwendung in Gärtnereien und Landwirtschaft dar, dessen Wert nicht nur durch seinen Gehalt an Hauptnährstoffen, sondern der auch einen wesentlichen Gehalt an Spurenelementen aufweist, bestimmt wird. Bei der Verwendung der behandelten Substrate als Futtermittel kommt vorzugsweise ein ausgeflocktes Produkt oder ein getrocknetes Produkt in Frage.
Tabelle I pH-Werte und Gesamtstickstoff von Flüssigdünger bei anaerober Gärung, bei ungesteuerter und gesteuerter aerober Gärung Tage mit Schweinegüllen Rindergüllen Messdaten ungesteuerte gesteuerte aerobe Gärung ungesteurte gesteuerte aerobe Gärung aerobe Gärung (Zugabe von Kohlenhydraten) aerobe Gärung (Zugabe von Kohlenhydraten) 1460.20.8 1460.4 1460.11 1460.17 1463.24.8 1463.9.8 1463.14 1463.25 pH Gesamt- pH Gesamt- pH Gesamt- pH Gesamt- pH Gesamt- pH Gesamt- pH Gesamt- pH Gesamtstickstoff stickstoff stickstoff stickstoff stickstoff stickstoff stickstoff stickstoff mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Rohgülle 6,96* 5210 6,96 5210 6,96 5210 6,96 5210 8,45 1920 6,9 2090 7,49 1570 6,9 2090 1. 8,3 910 5,8 5720 6,25 5800 6,8 4480 7,2 1580 6,4 1790* 7,05 1510 2. 8,15 770 6,5 5640 6,4 5960 6,2 4420 8,39 1430 7,24 1540 3. 6,8 4360 6,4 1870 4.
5,4 5800 6,45 6210** 8,1 1050 5,4 2000 8,35 1760 7,60 1870 5. 8,2 640 6,04 4360 7,54 1930* 6. 8,2 670 7. 7,3 4840** 8,45 870, 7,18 2700 8. 8,28 590 7,8 4840 8,15 770 6,4 3020 9. 6,7 3140 10. 5,85 5840** 7,83 5920 8,05 4760 8,63 1360 11. 6,08 2630 12.
13.
14.
15. 7,38 2850** 16.
17. 7,92 2800 23. 8,32 2390 Messdaten bezüglich der verwendeten Rohgüllen anaerober Gärung Schwellenwert des Gehaltes an gebundenem Stickstoff bei maximal pH 7,5
Tabelle II
Aminosäuren in Flüssigdünger bei verschiedenen Gärverfahren (in Bakterieneiweiss gebundene und freie Aminosäuren, nach Hydrolyse) Aminosäuren % Schweinegülle Rindergülle in Trocken- 1460 R 1460 1460 1460 1463R 1463 1463 1463 substanz (TS) 14,2 25,2 17,9 18,2 25,7 25.8 anaerobe unge- unge- gesteuerte anaerobe unge- unge- gesteuerte
Gärung - steuerte steuerte aerobe Gärung steuerte steuerte aerobe aerobe aerobe Gärung aerobe aerobe Gärung
Gärung Gärung m. Gärung Gärung m.
Säurezusatz Säurezusatz Asparaginsäure 0,89 0,02 0,76 2,64 0,58 0,09 0,70 1,96 Threonin 0,44 0,02 0,26 1,28 0,29 0,02 0,26 0,73 Serin 0,33 0,02 0,24 1,02 0,23 0,02 0,27 0,64 Glutaminsäure 0,98 0,02 0,87 3,32 0,63 0,11 0,93 2,06 Prolin 0,37 0,02 0,26 0,70 0,20 0,02 0,37 0,50 Glycin 0,45 0,02 0,43 1,38 0,31 0,07 0,46 0,84 Alanin 0,56 0,02 0,59 3,24 0,43 0,07 0,54 1,16 Cystin 0,02 0,02 0,07 0,02 0.02 0,04 Valin 0,50 0,02 0,39 1,42 0,29 0,04 0,40 0,82 Methionin 0,02 0,02 0,19 0,44 0,14 0,02 0,13 0,15 Isoleucin 0,46 0,02 0,34 1,24 0,28 0,04 0,33 0,64 Leucin 0,77 0,02 0,55 1,96 0,41 0,06 0,55 1,10 Tyrosin 0,45 0,02 0,04 0,9 0,23 0,02 0,12 0,43 Phenylalanin 0,50 0,02 0,29 1,32 0,28 0,04 0,35 0,96 Lysin 0,50 0,02 0,36 1,56 0,30 0,03 0,30 0,98 Histidin 0,12 0,02 0,09 0,36 0,07 0,02 0,11 0,21 Arginin 0,72 0,02 0,32 0,82 0,19 0,03 0,26 0,79 total Aminosäuren % in TS 8,08
< 0,34 6,05 23,60 4,88 < 0,72 6,12 13,97
** WARNING ** beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.
PATENT CLAIMS
1. Process for the biological treatment of manure and sewage sludge in liquid form by adding solid carbon sources, characterized in that a finely ground, solid waste product is used as the carbon source, that a C / N ratio of at least 5: 1 is achieved, that the liquid mixture is mixed intensively and continuously and aerated by suction, that a fermentation temperature of 25-40 C is maintained, that a rapidly rotating agitator is used for aeration and mixing and that an oxygen content in the liquid of at least 0.4 mg / l is maintained .
2. The method according to claim 1, characterized in that cheap waste products are used as carbon sources, in agriculture preferably straw meal or sawdust, or freshly ground waste from households.
3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the carbon / nitrogen weight ratio is brought to a value of 5: 1 to 15: 1, preferably of about 10: 1 and is maintained.
4. The method according to claim 1, characterized in that microbes build up organic nitrogen compounds from atmospheric nitrogen and that the total nitrogen content of the suspension is thus not only retained but is increased.
5. The method according to claim 1, 2 and 4, characterized in that a complete hygienization of the substrate is achieved by microbiological means and that the end product no longer has an unpleasant smell.
6. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the course of fermentation and the temperature in the liquid substrate are controlled and maintained by increasing or decreasing the intensity of the stirring.
7. The method according to claim 1, characterized in that a rapidly rotating agitator is used for ventilation and mixing, which, when used in a suitably dimensioned fermentation tank, prevents foam formation and ensures intensive ventilation.
8. The method according to claim 1, characterized in that the treatment time of the substrate is 3 to 8 days and is preferably carried out in a metered continuous process.
9. A process for the preparation of an organic fertilizer in concentrated liquid or in dry form, characterized in that manure or sewage sludge in liquid form is biologically processed by the process according to claim 1 and the liquid product obtained is thickened or converted into solid form by drying or precipitation .
Aeration of liquids that contain decomposable substances leads to biological heating of the substrate.
This phenomenon was first described by American researchers around 1914. As a result, approaches came into practice specifically for the ventilation of manure; this was primarily intended to prevent odor emissions.
No particular interest was given to the carbon / nitrogen ratio and especially the temperature control. The foam generated when the air intake was overdosed was destroyed by foam cutters and foam-preventing chemicals. The consequent fermentation of a decomposable substrate, which leads to the organic binding of nitrogen, was not followed. Based on the finding that the rotting process in a liquid is identical to the rotting process of pourable materials, a new process of the liquid grotto was developed, which provides end products similar to those found in the rotting of pourable materials (compost, soil).
The process according to the invention is characterized in that a finely ground, solid waste product is used as the carbon source, that a C / N ratio of at least 5: 1 is achieved, that the liquid mixture is mixed intensively and continuously and aerated by suction, that a fermentation temperature of 25 to 400 C, that a rapidly rotating agitator is used for aeration and mixing, and that an oxygen content in the liquid of at least 0.4 mg / l is maintained.
The first stage of the process therefore consists in adding a solid, ground carbon carrier, preferably straw or household waste, to the manure or sewage sludge. The mixture is thoroughly mixed and aerated by a rapidly rotating agitator. Due to the turbulence and aerobic fermentation, the substrate warms up. According to the invention, it is essential to maintain a temperature of 25 to 400 ° C, which, with a corresponding treatment period, ensures the destruction of weed seeds and pathogens, as well as the elimination of harmful side effects on plants, animals and the environment.
The object of the invention was to find a process which processes manure (faeces-urine mixture from agricultural animal husbandry) or fresh sewage sludge (from conventional sewage treatment plants) in such a way that the product no longer has an annoying odor that it is used as manure for all agricultural crops and that it can be processed for feeding to farm animals. It is essential that the process destroys dangerous germs, that the macro and micronutrients are not lost, and that they are available in a biologically favorable form as plant nutrients or as feed.
The new method according to the invention will now be described in detail:
Fresh manure (faeces-urine mixture from farm animals) or fresh sewage sludge (from conventional sewage treatment plants) is relatively nitrogen-rich. To ensure the replenishment of micro-nutrients, a solid (pourable) carbon source is supplied, which shifts the C / N ratio in favor of carbon. The carbon sources should be added in such a way that the C / N ratio is at least 5: 1. It was also found that the optimal C / N ratio is between 5: 1 and about 15: 1, preferably about 10: 1. With this ratio, the ratio of carbon to all other nutrients is expanded and improved.
The choice of carbon sources or suppliers will primarily depend on the nature of the substrate. When used in agriculture to process liquid manure, first and foremost milled straw, sawdust and ground domestic sweep are used. When the process is used in sewage treatment plants, the use of fresh, ground domestic sweepings is a suitable carbon source.
The desired C / N ratio can be easily achieved by adding about 2-4% by weight of the simple carbon sources, e.g. B. straw or sawdust, based on the volume of the substrate. When using household waste, the proportion is preferably 5-10 percent by weight, because waste usually already has a certain nitrogen content.
It is essential according to the invention that carbon sources (straw, household waste, etc.) are finely ground and added to the fresh substrate (liquid manure or sewage sludge).
With the correct course of the fermentation process or with rich
The ratio of carbon to nutrients levels the pH from 7 to 7 initially.
According to the invention, the aeration of the liquid mixture takes place by means of a rapidly rotating agitator (speed preferably above 1000 rpm), expediently in a special fermentation tank. The agitator must ensure intensive, uninterrupted mixing and ventilation of the entire mixture. The speed of the agitator, its immersion depth and the diameter of the fermentation tank must be matched to one another in such a way that a drum is created, the suction effect of which ensures intensive air entry.
As a rule, the suction effect has the further advantages that the formation of compact foam on the surface is prevented and that a floating blanket cannot be created. The oxygen content in the mixture should reach at least 0.4 mg per liter. Higher oxygen contents of 3 to 4 mg and more per liter are cheaper, which can be achieved by means of the described intensive mixing and ventilation.
According to the invention, intensive and uniform ventilation of the entire substrate is only guaranteed in the low-viscosity area. If the substrate is too thick, dilute it with water. Experience has shown that the dry matter content should not exceed 10%. Substrates with a higher dry matter content cause too much mechanical effort for adequate ventilation and mixing.
The turbulence caused by the intensive mixing and the biological activity cause the substrate to heat up. According to the invention, it is necessary to maintain a temperature between 25 and 40 C in various respects. Compliance with the prescribed temperature range is possible by changing the speed of rotation of the stirring device, by isolating the container, by increasing the addition of carbon carriers, if necessary by briefly interrupting the ventilation (intermittent ventilation).
The test results show that if the prescribed temperature is maintained, an end product is obtained that is free of the unpleasant odor that is common with conventionally treated sewage sludge or with untreated manure. This makes a significant contribution to environmental protection. The end product is either absolutely odorless, has a faint earthy smell or is reminiscent of brewer's yeast.
Compliance with the prescribed temperature range also guarantees, as the test results prove, the destruction of weed seeds, which usually occur in sewage sludge or liquid manure. This allows the end product to be used as an organic fertilizer for agriculture without fear of weeding.
At the treatment temperature prescribed according to the invention and with a corresponding treatment time, harmful pathogens are destroyed. The test results have shown that Salmonella, which was artificially added to the starting substrate, was only detectable in small numbers after 48 hours of treatment, and was no longer detectable after 72 hours of treatment. This in a temperature range of 27-39 "C. This hygienization is essential when using manure or sewage sludge as fertilizer or as the basis of animal feed.
The addition, according to the invention, of a cheap carbon carrier, in advance of a waste product such as straw meal or ground domestic sweep, causes a biological binding of the nitrogen and the phosphorus. The nitrogen present in various forms in the starting substrate (predominantly as urea, ammonia, nitrite, nitrate, ammonium ions etc.), which is largely lost in the conventional treatment processes and which is largely responsible for the unpleasant smell, is controlled by the Aerobic fermentation of the present process is mainly built into amino acids (proteins of the microorganisms promoted by aerobic fermentation). This fact emerges from Supplement II, table of the amino acid content in liquid fertilizers for various fermentation processes.
A closer look at Table I reveals that the nitrogen content in the controlled aerobic fermentation according to the invention has increased significantly even above its original value in the substrate. This surprising increase, which cannot be explained by the process itself, is due to the participation of bacteria of the genus Azotobacter, which find a suitable nutrient medium and favorable growth conditions under the process conditions and accordingly convert atmospheric nitrogen into organic nitrogen compounds. Thus, the method 1. leads for the first time to a complete recirculation of the nitrogen and 2. furthermore to an unexpected, economically meaningful nitrogen enrichment.
The biological binding of nitrogen prevents the well-known unpleasant smell when spreading manure on agricultural crop areas. The biologically bound nitrogen also has the further advantage that it is better retained in the soil and is available to the plants over a longer period of time. The same applies to phosphorus, potash and all other plant nutrients. This eliminates the risk of leaching out these nutrients and reduces the pollution of the waters with agricultural fertilizer. The slow-acting nitrogen source of the aerobic liquid fertilizer treated according to the described method ensures, in particular, balanced plant growth and contributes to maintaining soil fertility.
The sustainable preservation of soil fertility that results from fertilization with the process product results, among other things, from series tests that were carried out in an agricultural company under comparable conditions: an increase in plant yield by up to 25G / o was achieved.
From the breadth spectrum shown in Table II, the high content of amino acids, there is a further possible use for the product obtainable according to the invention, namely as a preservative. Initial feeding attempts have already confirmed the value of the product as a source of protein in animal nutrition. In the time when there is a shortage of feed protein on the world market, said use possibility is of great importance.
The duration of the treatment of the substrate (aeration and mixing) depends on the starting material and the intended use. The duration of treatment is generally 3 to 8 days. When used as a fertilizer, the shorter treatment times are used; when processing into feed, a longer treatment time is to be used to ensure complete hygiene. Furthermore, a raw material with a low nitrogen content requires a shorter treatment time (e.g. cattle manure), a substrate with a high nitrogen content (e.g. pig manure) requires a longer treatment time.
If you now compare the new process with composting, which has been common practice in practice since ancient times, it is noticeable. a. due to short duration and low workload (approx. 1 year for composting and periodic shifting of the heap), a complete conversion of the substrate (which can never be achieved with composting), homogeneity and hygienization of the product, and easier control and monitoring of the fermentation process (both, practically impossible during composting), be it in terms of composition, oxygen content or temperature of the suspension.
Depending on the outside temperature, the end product can be stored for 12-72 hours without any treatment. In the case of a longer storage period, continuous aeration and mixing must be ensured in the storage tank, which is connected downstream of the actual fermentation tank. According to the invention, small, slow-running agitators or other air introduction devices are suitable for this. It is essential that there is no anaerobic fermentation, otherwise smell immissions and loss of nutrients can be expected.
The treated end product can be used in liquid, thickened, flocculated or dried form. Liquid manure treated according to the described method is preferably used on the farm itself in liquid form as fertilizer.
Treated sewage sludge, which is also suitable as a fertilizer, can be used as a liquid fertilizer if the transport distances are not too great. In the case of larger transport distances, the end product must be thickened or dried. The dried end product is a hygienic, organic fertilizer for use in nurseries and agriculture, the value of which is determined not only by its main nutrient content, but also by its substantial trace element content. When the treated substrates are used as animal feed, a flocculated product or a dried product is preferred.
Table I pH values and total nitrogen of liquid fertilizers for anaerobic fermentation, for uncontrolled and controlled aerobic fermentation days with pig manure cattle manure measurement data uncontrolled controlled aerobic fermentation uncontrolled controlled aerobic fermentation aerobic fermentation (addition of carbohydrates) aerobic fermentation (addition of carbohydrates) 1460.20.8 1460.4 1460.11 1460.17 1463.24.8 1463.9.8 1463.14 1463.25 pH total pH total pH total pH total pH total pH total pH total pH total nitrogen nitrogen nitrogen nitrogen nitrogen nitrogen nitrogen nitrogen nitrogen mg / l mg / l mg / l mg / l mg / l mg / l mg / l mg / l raw manure 6.96 * 5210 6.96 5210 6.96 5210 6.96 5210 8.45 1920 6.9 2090 7.49 1570 6.9 2090 1. 8.3 910 5.8 5720 6.25 5800 6.8 4480 7.2 1580 6.4 1790 * 7.05 1510 2. 8.15 770 6.5 5640 6.4 5960 6.2 4420 8.39 1430 7.24 1540 3. 6.8 4360 6.4 1870 4.
5.4 5800 6.45 6210 ** 8.1 1050 5.4 2000 8.35 1760 7.60 1870 5. 8.2 640 6.04 4360 7.54 1930 * 6. 8.2 670 7. 7 . 3 4840 ** 8.45 870, 7.18 2700 8. 8.28 590 7.8 4840 8.15 770 6.4 3020 9. 6.7 3140 10. 5.85 5840 ** 7.83 5920 8.05 4760 8.63 1360 11. 6.08 2630 12.
13.
14.
15. 7.38 2850 ** 16.
17. 7.92 2800 23. 8.32 2390 Measured data relating to the raw manure used for anaerobic fermentation. Threshold value of the bound nitrogen content at a maximum pH 7.5
Table II
Amino acids in liquid fertilizers in various fermentation processes (in amino acid bound and free amino acids, after hydrolysis) amino acids% pig manure cattle manure in dry 1460 R 1460 1460 1460 1463R 1463 1463 1463 substance (TS) 14.2 25.2 17.9 18.2 25 , 7 25.8 anaerobic uncontrolled anaerobic uncontrolled
Fermentation - Controlled Controlled Aerobic Fermentation Controlled Controlled Aerobic Aerobic Aerobic Fermentation Aerobic Aerobic Fermentation
Fermentation fermentation Fermentation fermentation
Acid addition Acid addition aspartic acid 0.89 0.02 0.76 2.64 0.58 0.09 0.70 1.96 Threonine 0.44 0.02 0.26 1.28 0.29 0.02 0.26 0 , 73 serine 0.33 0.02 0.24 1.02 0.23 0.02 0.27 0.64 glutamic acid 0.98 0.02 0.87 3.32 0.63 0.11 0.93 2 .06 proline 0.37 0.02 0.26 0.70 0.20 0.02 0.37 0.50 glycine 0.45 0.02 0.43 1.38 0.31 0.07 0.46 0 .84 alanine 0.56 0.02 0.59 3.24 0.43 0.07 0.54 1.16 cystine 0.02 0.02 0.07 0.02 0.02 0.04 valine 0.50 0, 02 0.39 1.42 0.29 0.04 0.40 0.82 methionine 0.02 0.02 0.19 0.44 0.14 0.02 0.13 0.15 isoleucine 0.46 0. 02 0.34 1.24 0.28 0.04 0.33 0.64 leucine 0.77 0.02 0.55 1.96 0.41 0.06 0.55 1.10 tyrosine 0.45 0, 02 0.04 0.9 0.23 0.02 0.12 0.43 phenylalanine 0.50 0.02 0.29 1.32 0.28 0.04 0.35 0.96 lysine 0.50 0. 02 0.36 1.56 0.30 0.03 0.30 0.98 histidine 0.12 0.02 0.09 0.36 0.07 0.02 0.11 0.21 arginine 0.72 0, 02 0.32 0.82 0.19 0.03 0.26 0.79 total amino acids% in TS 8.08
<0.34 6.05 23.60 4.88 <0.72 6.12 13.97