DE10107728B4

DE10107728B4 - Verfahren zum Hygienisieren eines organischen Reststoffs durch eine Erhöhung des pH-Werts

Info

Publication number: DE10107728B4
Application number: DE10107728A
Authority: DE
Inventors: Markus Dr. Bux
Original assignee: Individual
Current assignee: Tsp 70794 Filderstadt De GmbH; Tsp De GmbH
Priority date: 2001-02-19
Filing date: 2001-02-19
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2021-02-20
Also published as: DE10107728A1

Abstract

Verfahren zum Hygienisieren eines organischen Reststoffs durch eine Erhöhung des pH-Werts, dadurch gekennzeichnet, daß eine in dem organischen Reststoff enthaltene potentiell Ammoniak bildende Stickstoffverbindung vor der Erhöhung des pH-Werts durch eine aerobe Behandlung so umgesetzt wird, dass ein durch die Erhöhung des pH-Werts bewirktes gasförmiges Freisetzen von Ammoniak vermieden wird, wobei die aerobe Behandlung bei einer Trocknung des organischen Reststoffs mittels Luft erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hygienisieren eines organischen Reststoffs durch eine Erhöhung des pH-Werts. Sie betrifft darüber hinaus eine Verwendung einer Trocknungsvorrichtung und einer Misch- oder Wendevorrichtung in einem solchen Verfahren.
Der organische Reststoff kann Schlamm, insbesondere Klärschlamm, tierische oder humane Exkremente, Kompost oder eine Dispersion, insbesondere ein Abwasser, enthalten. Ein solcher organischer Reststoff enthält üblicherweise eine große Zahl von für Tiere und Menschen pathogenen Erregern, wie Viren, Bakterien, insbesondere coliforme Keime und Salmonellen, Protozoen und Wurmeier. Unter Hygienisieren wird eine Reduktion der Zahl der pathogenen Erreger auf eine in bezug auf die jeweilige Anwendung, bspw. Düngung, unschädliche Zahl verstanden. Wird es nicht durchgeführt können Menschen und Tiere direkt oder indirekt mit einer gesundheitsschädlichen Zahl dieser Erreger belastet werden. Eine direkte Belastung kann bspw. durch Kontakt mit einem mit dem organischen Reststoff gedüngten Boden erfolgen. Zu einer indirekten Belastung kann es bspw. durch auf einem solchen Boden angebautes Gemüse kommen.

Im Stand der Technik ist es bekannt, Klärschlamm durch Erhöhen von dessen pH-Wert zu hygienisieren. Der pH-Wert sollte dabei einen Wert über 12 erreichen. Das kann durch den Zusatz von gebranntem oder gelöschtem Kalk oder anderen den pH-Wert steigernden Zuschlagstoffen erreicht werden. Üblicherweise wird dazu der Klärschlamm mechanisch durch Pressen oder Zentrifugieren entwässert bis er einen Trockensubstanzgehalt von 15 % bis 35 % aufweist. Beim Hygienisieren mit gebranntem Kalk werden dann pro Kilogramm Trockensubstanz 0,6 kg bis 1 kg gebrannter Kalk zugemischt.

Aus der DE 199 05 593 A1 ist ein Verfahren zur Aufbereitung von Gärresten bekannt, bei dem den Gärresten, bevor sie der Atmosphäre ausgesetzt werden, Mittel zur Unterbindung der Ammoniakemission zugegeben werden. Das Verfahren bewirkt, daß Ammonium in Form von NH₄-Kationen als Düngemittelstoff im Gärrest verbleibt. Das Mittel kann ein Zuschlagstoff sein, welcher den pH-Wert erniedrigt oder an welchem eine chemische oder physikalische Bindung von NH₄-Kationen, insbesondere durch Adsorption, erfolgt. Es handelt sich dabei nicht um ein Verfahren zum Hygienisieren durch eine Erhöhung des pH-Werts.

Die DE 44 09 649 C1 offenbart ein Verfahren zum Aufbereiten von wässrigem Klärschlamm, bei welchem der Klärschlamm durch Beimengen von saugfähigem Zellulosematerial entwässert und dem Mischprodukt aus Klärschlamm und Zellulosematerial Branntkalk zugesetzt wird. Durch den Zusatz von Branntkalk kommt es zu einer Erwärmung auf über 50°C und einem Anstieg des pH-Werts des Mischprodukts auf über 12, so daß dadurch weitgehend alle Bakterien und Krankheitserreger im aufbereiteten Klärschlamm abgetötet werden.

Aus der DE 197 42 977 A1 ist ein Verfahren zur Entwässerung und Trocknung von wasserhaltigen Substanzen, wie Klärschlamm, bekannt, bei welchem die wasserhaltigen Substanzen durch Wärmezufuhr auf mindestens 50°C gebracht werden. Dabei wird Branntkalk zugesetzt und die dabei stattfindende exotherme Reaktion zur Trocknung mitgenutzt.

Die DE 195 18 425 A1 betrifft ein Verfahren zur Entfernung oder Reduzierung des Ammoniumanteils aus Abwässern. Dabei wird die an der Abwasseroberfläche abgeführte ammoniakhaltige Luft durch einen Filter aus Frischkompost geleitet. Dort wird das Ammoniak mit Hilfe der auf dem Frischkompost angesiedelten Bakterien zu Nitrat oxidiert.

Als nachteilig erweist sich, daß bei den bekannten Verfahren zum Hygienisieren eines organischen Reststoffs durch die pH-Wert-Erhöhung Ammoniak gasförmig freigesetzt wird. Besonders große Mengen an Ammoniak entstehen beim Hygienisieren von anaerob, d.h. durch einen Faulprozeß, stabilisierten Klärschlämmen. Das klimawirksame Ammoniak belastet die Umwelt. Eine Absorption des freigesetzten Ammoniaks in Wasser durch eine Gaswaschvorrichtung ist aufwendig und teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Insbesondere soll ein günstiges Verfahren zum Hygienisieren eines organischen Reststoffs bereitgestellt werden, durch das ein durch die Erhöhung des pH-Werts bewirktes gasförmiges Freisetzen von Ammoniak reduziert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 8.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Hygienisieren eines organischen Reststoffs durch eine Erhöhung des pH-Werts vorgesehen, wobei eine in dem organischen Reststoff enthaltene potentiell Ammoniak bildende Stickstoffverbindung vor der Erhö hung des pH-Werts durch eine aerobe Behandlung umgesetzt wird.

Unter der potentiell Ammoniak bildenden Stickstoffverbindung wird eine solche Stickstoffverbindung verstanden, welche bei einer Erhöhung des pH-Werts zu einer Ammoniakbildung beiträgt. Das kann bspw. ein Ammomiumion sein, welches in vielen organischen Reststoffen die wesentliche Ammoniak bildende Stickstoffverbindung ist.

Überraschenderweise kann durch das erfindungsgemäße Verfahren mit verhältnismäßig geringem Aufwand ein durch die Erhöhung des pH-Werts bewirktes gasförmiges Freisetzen von Ammoniak im wesentlichen vermieden werden. Es wird eine Entlastung der Umwelt beim Hygienisieren des organischen Reststoffs erreicht. Das Verfahren ist kostengünstiger als eine Abgasreinigung nach dem Freisetzen von gasförmigem Ammoniak. Der nach dem Hygienisieren verbleibende organische Reststoff ist, sofern die potentiell Ammoniak bildende Stickstoffverbindung nicht entfernt worden ist, ein wertvollerer Dünger als ein herkömmlich hygienisierter organischer Reststoff. Darin enthaltener fixierter Stickstoff geht nicht in Form von gasförmigem Ammoniak verloren, sondern bleibt für Pflanzen verfüg- bar.

Der organische Reststoff kann vor dem Hygienisieren mechanisch entwässert werden. Dadurch verringert sich sowohl das Volumen als auch die Masse und damit der Aufwand zum Erhöhen des pH-Werts und zum Umsetzen der in dem organischen Reststoff enthaltenen potentiell Ammoniak bildenden Stickstoff verbindung. Vorzugsweise wird dem organischen Reststoff zur Erhöhung des pH-Werts ein Zuschlagstoff, insbesondere gebrannter oder gelöschter Kalk, zugesetzt. Gebrannter und insbesondere gelöschter Kalk sind sehr kostengünstige Basen für den technischen Einsatz.

Bei der aeroben Behandlung wird der organische Reststoff, bspw. durch Einblasen von Luft und/oder durch häufiges Wenden oder Auflockern, mit einer großen Menge Luft in Kontakt gebracht. Die aerobe Behandlung erfolgt bei einer Trocknung des organischen Reststoffs mittels Luft. Bei einer solchen Trocknung wird kalte oder erwärmte Luft über oder durch den organischen Reststoff geblasen. Das Erwärmen der Luft kann dabei mittels Sonnenenergie erfolgen. Eine dazu geeignete Vorrichtung ist die aus Stubenvoll, A., ECOregio 3 (1998), Seiten 49–51 bekannte solare Schlamm-Trocknungsanlage. Die aerobe Behandlung kann das Umsetzen der potentiell Ammoniak bildenden Stickstoffverbindung durch Mikroorganismen und das Wachstum dieser Mikroorganismen begünstigen. Bei der aeroben Behandlung kann die potentiell Ammoniak bildende Stickstoffverbindung ausgasen, wenn sie flüchtig ist und oxidiert werden, wenn sie durch Luftsauerstoff oxidierbar ist. Auch weitere die potentiell Ammoniak bildende Stickstoffverbindung umsetzende Reaktionen können durch die aerobe Behandlung ablaufen oder begünstigt werden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der organische Reststoff einer thermischen und/oder solaren Behandlung unterzogen. Bei der thermischen Behandlung wird der organische Reststoff erwärmt. Das kann durch eine direkte Wärmeübertragung von einem mit dem organischen Reststoff in Kontakt stehenden Wärmeträger, bspw. einem Heizblech, oder durch eine indirekte Wärmeübertragung, bspw. durch über den organischen Reststoff geleitete erwärmte Luft erfolgen. Durch die Erwärmung des organischen Reststoffs kann das Umsetzen und/oder das Ausgasen der potentiell Ammoniak bildenden Stickstoffverbindung erreicht oder begünstigt werden. Die Erwärmung kann chemische, biochemische und biologische Reaktionen und das Wachstum von Mikroorganismen beschleunigen. Bei der solaren Behandlung wird die auf den organischen Reststoff übertragene Wärme mittels Sonnenenergie erzeugt. Bei der solaren Behandlung kann der organische Reststoff auch direkter oder indirekter Sonnenstrahlung ausgesetzt werden. Dabei kann es durch Strahlungsabsorption zu einer Erwärmung und durch die Strahlungsenergie direkt zum chemischen Umsetzen der potentiell Ammoniak bildenden Stickstoffverbindung kommen. Die solare Behandlung kann in der oben genannten solaren Schlamm-Trocknungsanlage erfolgen. Die thermische und/oder solare Behandlung kann mit einer aeroben Behandlung des organischen Reststoffs einhergehen. Die thermische und/oder solare Behandlung weist den Vorteil auf, technisch mit einfachen Mitteln realisierbar zu sein. Bei der solaren Behandlung entstehen darüber hinaus nur geringe Kosten, weil keine Brennstoffe eingesetzt werden müssen.

Der organische Reststoff wird einer Trocknung unterzogen. Die Trocknung des organischen Reststoffs verringert dessen Volumen und Gewicht. Dadurch verringert sich die zur Erhöhung des pH-Werts zuzusetzende Menge des Zuschlagstoffs und die Menge des insgesamt zu entsorgenden organischen Reststoffs. Die Kosten für die erforderliche Menge des Zuschlagstoffs und für die Entsorgung werden deutlich reduziert. Durch den geringeren Wassergehalt des organischen Reststoffs kann durch den Zusatz der gleichen Menge gebrannten Kalks eine höhere Temperatur und somit eine effizientere Hygienisie rung erreicht werden. Die Trocknung kann in der oben genannten solaren Schlamm-Trocknungsanlage durchgeführt werden.

Vorzugsweise weist der organische Reststoff nach der Trocknung einen Gehalt an Trockensubstanz von 40 % bis 90 % auf. Der Gehalt an Trockensubstanz ist auf das Gesamtgewicht bezogen. Bei einem Gehalt an Trockensubstanz unter 40 % ist das Volumen und das Gewicht des organischen Reststoffs noch zu groß. Bei einem Gehalt an Trockensubstanz über 90 % ist das gleichmäßige Einmischen eines Zuschlagstoffs nur noch schwer möglich. Nach der Trocknung kann die Erhöhung des pH-Werts durch Zusatz von 0,05 kg bis 0,5 kg, vorzugsweise 0,1 kg bis 0,3 kg gebranntem Kalk pro Kilogramm Trockensubstanz bewirkt werden. Diese Menge reicht zur Hygienisierung aus. Sie ist deutlich geringer als die nach der üblichen mechanischen Entwässerung erforderliche Menge. Das Zusetzen des Zuschlagstoffs und/oder des Stoffs kann durch großflächiges Verteilen auf dem organischen Reststoff und Einmischen erfolgen. Das großflächige Verteilen kann bspw. durch Aufstreuen mit einem üblichen landwirtschaftlichen Schneckenstreuer und das Einmischen mit einer Misch- und Wendevorrichtung, wie sie aus der EP 0 899 529 A2 bekannt ist, erfolgen.

Die aerobe Behandlung kann in einer Trocknungsvorrichtung unter Verwendung einer Misch- oder Wendevorrichtung erfolgen. Eine solche Misch- oder Wendevorrichtung ist z.B. aus der EP 0 899 529 A2 bekannt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Klärschlamm wird in einer Schichthöhe von 25–30 cm auf einer Fläche von 216 m² in die aus Stubenvoll, A., ECOregio 3 (1998), Seiten 49–51 bekannte solare Schlamm- Trocknungsanlage eingebracht. Zur Erhöhung der Trocknungsleistung wird der Klärschlamm 2 bis 10 mal täglich gewendet. Das Wenden erfolgt immer dann, wenn die oberste Schicht getrocknet ist und dadurch der Feuchtigkeitstransport, von den darunterliegenden Schichten behindert wird. Das Fortschreiten der Trocknung wird durch tägliche Bestimmung des Gehalts an Trockensubstanz im Klärschlamm überwacht. Dazu wird jeweils eine Probe des Klärschlamms in einem Trockenschrank vollkommen getrocknet und deren Anteil am Gewicht der ursprünglichen Probe ermittelt. Das Fortschreiten des Hygienisierens wird durch eine regelmäßige Bestimmung der Menge coliformer Keime überwacht. Dabei wird in einer Probe die wahrscheinlichste Anzahl von Keimen bezogen auf 4 Gramm Trockensubstanz (MPN – most probable number) bestimmt. Dazu wird eine Verdünnungsreihe der Probe in Nährmedium angefertigt und für eine vorgegebene Zeit unter Wachstumsbedingungen inkubiert. Auf der Basis der Verdünnung, bei der noch ein Wachstum der Keime zu beobachten ist, wird die ursprüngliche Keimzahl geschätzt. Weiterhin wird geprüft, ob in der Probe Salmonellen nachweisbar sind. Um die Freisetzung von gasförmigem Ammoniak zu überwachen, wird 2 cm über der Oberfläche des Klärschlamms ein zu einer Meßeinheit gehörendes Gasspürröhrchen zur Ammoniakdetektion installiert.
Bei einem am Tag 16 der Trocknung erreichten Gehalt an Trockensubstanz von 64 % wird 0,1 kg gebrannter Kalk pro kg Trockensubstanz mit einem landwirtschaftlichen Streuaggregat auf die Oberfläche des Klärschlamms gestreut und in den Klärschlamm eingemischt: Durch diese Maßnahme wird ein pH-Wert von 12,4 erreicht. Die Zahl der coliformen Keime verringert sich von ursprünglich 8,1 × 10⁶ MPN auf deutlich unter 1 × 10³ MPN. Ursprünglich vorhandene Salmonellen sind nicht mehr de tektierbar. Damit ist eine ausreichende Hygienisierung erreicht. Eine Freisetzung von Ammoniak wird während des gesamten Verfahrens nicht detektiert. Der Versuchsablauf ist in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt.

Claims

Verfahren zum Hygienisieren eines organischen Reststoffs durch eine Erhöhung des pH-Werts, dadurch gekennzeichnet, daß eine in dem organischen Reststoff enthaltene potentiell Ammoniak bildende Stickstoffverbindung vor der Erhöhung des pH-Werts durch eine aerobe Behandlung so umgesetzt wird, dass ein durch die Erhöhung des pH-Werts bewirktes gasförmiges Freisetzen von Ammoniak vermieden wird, wobei die aerobe Behandlung bei einer Trocknung des organischen Reststoffs mittels Luft erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Reststoff vor dem Hygienisieren mechanisch entwässert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem organischen Reststoff zur Erhöhung des pH-Werts ein Zuschlagstoff, insbesondere gebrannter oder gelöschter Kalk, zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Reststoff einer thermischen und/oder solaren Behandlung unterzogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Reststoff nach der Trocknung einen Gehalt an Trockensubstanz von 40 % bis 90 % aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Trocknung die Erhöhung des pH-Werts durch Zusatz von 0,05 kg bis 0,5 kg, vorzugsweise 0,1 kg bis 0,3 kg, gebranntem Kalk pro Kilogramm Trockensubstanz bewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3, 4 und 5, soweit sie auf Anspruch 3 rückbezogen sind, und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusetzen des Zuschlagstoffs durch großflächiges Verteilen auf dem organischen Reststoff und Einmischen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aerobe Behandlung in einer Trocknungsvorrichtung unter Verwendung einer Misch- oder Wendevorrichtung erfolgt.