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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 zur Bestimmung des Hygienisierungszustandes einer der Verrottung und/oder
Vergärung
unterworfenen, organischen Substanz in Abhängigkeit von ausgewählten Organismen
und ein Verfahren zur Prozessführung
bei Rotte- und Vergärungsprozessen
im Hinblick auf die Erzielung eines angestrebten Hygienisierungszustandes.
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Die
biologische Abfallbehandlung organischer Substanzen erfolgt häufig durch
Verrottung oder Vergärung.
Weitgehend feste Abfälle
wie z. B. Grünschnitt,
Ernterückstände, organische
Haushaltsabfälle
od. dgl. werden in sog. Haufwerken (Mieten) der aeroben Verrottung überlassen.
Alternativ werden stark wasserhaltige oder breiige Materialien wie z.
B. Speisereste, Obst- und Gemüseabfälle od.
dgl. durch anaerobe Vergärung
in einem Gärreaktor
oder einem anderen dafür
eingerichteten Behälter
abgebaut.
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Die
bei der Verrottung oder Vergärung
erhaltenen Endprodukte werden beispielsweise als Kompost in der
Garten- oder Landwirtschaft verwendet. Es muss daher sichergestellt
werden, dass schädliche
oder unerwünschte
Organismen (z. B. Pathogene oder Unkraut), die in den abzubauenden
organischen Substanzen enthalten sein könnten, während des Abbaus inaktiviert,
d. h. abgetötet
werden. Dieser Vorgang wird als Hygienisierung bezeichnet und dient
dem Zweck, schädliche
Auswirkungen oder eine ungewünschte
Ausbreitung der genannten Organismen zu verhindern.
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In
den hier interessierenden Fällen
erfolgt die Hygienisierung dadurch, dass die organischen Substanzen
während
der Verrottung oder Vergärung
entweder aufgrund der dabei ablaufenden Abbauprozesse durch Stoffwechselwärme automatisch
oder durch Wärmezufuhr
von außen
zwangsweise erwärmt
werden. Ein Maß für die dadurch
erreichte Hygienisierung ist der Hygienisierungszustand, der den Prozentanteil
der bereits hygienisierten Substanz bzw. der bereits vorgenommenen
Inaktivierung der störenden
Pathogene oder Pflanzensamen angibt. Eine 100 % ige Hygienisierung
bedeutet somit, dass die der Verrottung oder Vergärung unterworfene,
organische Substanz keinerlei schädlichen oder unerwünschten
Organismus mehr enthält.
Außerdem
erfolgt die Hygienisierung stets in Abhängigkeit von wenigstens einem
ausgewählten
Organismus, d. h. der Hygienisierungszustand gibt an, zu welchem
Prozentsatz der ausgewählte
Organismus, z. B. ein spezielles Pathogen, bereits inaktiviert wurde.
Dabei wird davon ausgegangen, dass zur Inaktivierung unterschiedlicher
Organismen meistens auch unterschiedliche Temperaturen und/oder
unterschiedliche Temperaturverläufe
erforderlich sind und die Inaktivierung eines ausgewählten Organismus
auch eine Inaktivierung aller Organismen zur Folge hat, die weniger
wärmeverträglich als
der ausgewählte
Organismus sind.
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Um
sicherzustellen, dass das Endprodukt eines Rotte- und/oder Vergärungsprozesses
ausreichend hygienisiert ist, d. h. einen unkritischen Hygienisierungszustand
aufweist und daher z. B. als Kompost verwendet werden kann, hat
der Gesetzgeber entsprechende Hygienisierungsbestimmungen erlassen.
Einzelheiten hierzu lassen sich z. B. der Bioabfallverordnung (BioAbfV)
vom 21. September 1998, zuletzt geändert am 26.11.2003 entnehmen,
die hiermit zur Vermeidung von Wiederholungen zum Gegenstand der
vorliegenden Offenbarung gemacht wird.
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Zur
Einhaltung der gesetzlichen Hygienisierungsbestimmungen stehen nach
der ioabfallverordnung eine direkte und eine indirekte Prozessprüfung zur
Verfügung.
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Bei
der direkten Prozessprüfung
wird mit geeigneten Nachweismethoden der Fortschritt der Hygienisierung
während
des gesamten Prozessablaufs unmittelbar anhand von Test- oder Indikatororganismen überwacht,
die in die zur Verrottung und/oder Vergärung bestimmte organische Substanz
eingebracht werden. Diese Methode ist kostenintensiv und zeitaufwändig und
nicht für
Serienuntersuchungen geeignet.
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Bei
der indirekten Prozessprüfung
(vgl. auch
DE 42 37
872 A1 ) wird dagegen lediglich überprüft, ob die der Verrottung und/oder
Vergärung
unterworfene Substanz über
einen vorgeschriebenen Mindestzeitraum einer vorgeschriebenen Mindesttemperatur
oder einer höheren
Temperatur ausgesetzt war. Zu diesem Zweck werden die Temperaturen,
die sich während
der Verrottung und/oder der Vergärung
in der organischen Substanz von selbst einstellen oder durch Wärmezufuhr
erzwungen erden, gemessen und aufgezeichnet, ggf. zusammen mit für den Prozess
relevanten Zeitpunkten wie beispielsweise Umsetzzeitpunkten bei
der Verrottung oder Beschikkungszeitpunkten bei der Vergärung.
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Die
Bioabfallverordnung schreibt im Hinblick auf die für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung angewendete, indirekte Prozessprüfung lediglich
vor, dass die Temperaturmessungen sowohl kontinuierlich als auch
intermittierend, z. B. einmal pro Arbeitstag, folgen sollen. Daher
ist die indirekte Prozessprüfung
zwar schnell und mit vergleichsweise einfachen Mitteln durchführbar. In
beiden genannten Fällen
ergibt sich doch grundsätzlich
der Nachteil, dass das Endprodukt erst dann als hygienisch einwandfrei
gilt, wenn es aus Sicherheitsgründen über einen
vergleichsweise langen Zeitraum einer vergleichsweise hohen Mindesttemperatur
oder einer höheren
Temperatur ausgesetzt war. Das kann je nach Prozessverlauf sehr
lange dauern und führt
insbesondere bei der Verrottung in Haufwerken zu Problemen, da sich in
diesen ganz unterschiedliche Temperaturen ausbilden können. Eine
in Abständen
erfolgende Temperaturmessung birgt weitere Fehlerquellen, da beispielsweise
Temperatureinbrüche
zwischen zwei Messungen nicht oder nur ungenau erfasst werden. Das
kann dazu führen,
dass die Hygienisierungsbestimmungen zur Vermeidung der dadurch
bedingten Fehler aus Sicherheitsgründen weit überhöht werden. Dies wiederum kann
wirtschaftlich nachteilig sein, da beispielsweise die zur Verrottung
und/oder Vergärung
bestimmten organischen Substanzen viel länger als erforderlich in einer
Anlage verbleiben müssen
und sich somit deren Durchsatz verringert.
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Mit
den bisher bekannten Verfahren kann daher nur dann zuverlässig erkannt
werden, ob die Endprodukte eines Rotte- und/oder Vergärungsprozesses
noch aktive bzw. lebensfähige
Organismen enthalten, die verbreitet werden und schädliche Auswirkungen
haben könnten,
wenn entweder die umständliche
direkte Prozessprüfung
angewendet oder die indirekte Prozessprüfung durch die Wahl hoher Mindesttemperaturen
und langer Mindestzeiträume
ausreichend sicher gemacht wird. Abgesehen davon wird es als Nachteil
empfunden, dass keines der bisher bekannten Verfahren eine quantitative
Beschreibung des Hygienisierungszustandes während eines laufenden Rotte-
oder Vergärungsprozesses
zulässt.
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Ausgehend
davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das auf der indirekten
Prozessprüfung
aufbauende Verfahren der eingangs bezeichneten Gattung zur Bestimmung
des Hygienisierungszustands einer der Verrottung und/oder Vergärung unterworfenen,
organischen Substanz dahingehend zu verbessern, dass der Hygienierungszustand während des
gesamten Rotte- oder Vergärungsprozesses
zuverlässig
erkannt und quantifiziert werden kann. Außerdem soll ein Verfahren zur
Prozessführung
bei der Verrottung und/oder Vergärung
von organischer Substanz vorgeschlagen werden.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und
11.
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Die
Erfindung beruht auf der überraschenden
Erkenntnis, dass eine Abtötung
von Pathogenen, unerwünschten
Pflanzensamen od. dgl. auch bei Temperaturen sicher möglich ist,
die unter den von der Bioabfallverordnung vorgeschriebenen Mindesttemperaturen
liegen, sofern diese Temperaturen nur ausreichend lange einwirken
und oberhalb einer vergleichsweise niedrigen Temperaturschwelle
von z. B. 38 °C
liegen. Außerdem
hat sich gezeigt, dass die bei verschiedenen Temperaturen erhaltenen
Hygienisierungsbeiträge
addiert werden können.
Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass das erfindungsgemäße Verfahren
nicht nur die Zuverlässigkeit
bei der Bestimmung der Hygienisierungszustände der Endprodukte von Rotte-
und Vergärungsprozessen
erhöht,
sondern auch zu jedem Zeitpunkt eines laufenden Rotte- oder Vergärungsprozesses
quantitative Angaben über
die maximal noch vorhandene Belastung der organischen Substanz mit
nicht inaktivierten Organismen ermöglicht. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet
sich daher auch vorzüglich
zur Prozessführung
bei Rotte- und Vergärungsprozessen
im Hinblick auf die Erzielung eines angestrebten Hygienisierungszustandes.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
an Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 schematisch
eine Miete mit einer beispielhaft in drei Zonen "Rand", "Kern" und "Basis" angeordneten, organischen
Substanz;
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2 den
beispielhaften Temperaturverlauf in den Zonen einer Miete nach 1 während einer Rottephase;
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3 den
beispielhaften Temperaturverlauf in den Zonen einer Miete nach 1 während mehrerer
Rottephasen;
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4 beispielhaft
den Temperaturverlauf im Kern einer Miete nach 1 für eine bestimmte
Zeitdauer entsprechend 3;
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5 beispielhaft
Temperatur/Zeit-Summen, gebildet aus dem in 4 dargestellten
Temperaturverlauf;
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6 beispielhaft
den Verlauf einer Hygienisierungsleistung in Abhängigkeit von der Temperatur;
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7 beispielhaft
die einzelnen Hygienisierungsbeiträge, die den einzelnen Temperatur/Zeit-Summen
entsprechend 5 und 6 zugeordnet
wurden;
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8 beispielhaft
Hygienisierungszustände einer
organischen Substanz in den Zonen einer Miete 1 nach 1 während mehrerer
Rottephasen; und
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9 eine
beispielhafte schematische Darstellung eines Gärreaktors für eine organische Substanz.
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1 zeigt
beispielhaft ein Haufwerk in Form einer Miete 1, in der
eine zur Verrottung bestimmte organische Substanz 2 angeordnet
ist. In der Miete 1 bilden sich bei einem Verrottungsprozess
z. B. drei Zonen aus, in denen unterschiedliche Temperaturen herrschen.
Diese Zonen enthalten eine überwiegend
in einem unteren Bereich der Miete 1 befindliche Basiszone 3,
eine in einem mittleren Bereich der Miete 1 befindliche
Kernzone 4 und eine die beiden Zonen 3 und 4 umgebende
Randzone 5. Die Anzahl der Zonen ist nicht auf drei Zonen
beschränkt,
d. h. es können
auch mehr oder weniger als drei Zonen entstehen oder definiert werden.
Für die
Zwecke der Erfindung wird angenommen, was mit der Erfahrung weitgehend übereinstimmt,
dass an allen Orten innerhalb einer und derselben Zone 3, 4 oder 5 jeweils im
wesentlichen dieselben Temperaturen vorhanden sind.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Bestimmung des Hygienisierungszustands der in der Miete 1 verrottenden
Substanz 2 schließt
zunächst die
Messung der Temperaturen innerhalb der Zonen 3, 4 und 5 mit
Hilfe von Temperaturfühlern
ein, wobei die Temperaturen vorzugsweise jeweils an verschiedenen
Punkten gemessen werden und ggf. auch durch eine Messung von Ablufttemperaturen
abgeleitet werden können.
Die Temperaturmessung erfolgt nach 1 für die Basiszone 3 z.
B. an Messpunkten TB1 bis TBn, für
die Kernzone 4 an Messpunkten TK1 bis TKn und für die Randzone 5 an
Messpunkten TR1 bis TRn. Für
die weiter unten erläuterte
Auswertung der Messergebnisse wird aus den Temperaturen, die an
den verschiedenen Messpunkten einer und derselben Zone erhalten
werden, jeweils ein Mittelwert gebildet. Zur Erhöhung der Sicherheit des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann auch jeweils der Minimumwert verwendet werden. Alternativ kann
die Temperaturerfassung pro Zone aber auch an nur einem Punkt mit
nur einem Temperaturfühler
erfolgen, beispielsweise an den Punkten TB1, TK1 und TR1. Weiterhin
kann in einer ausgewählten
Zone die Temperatur an nur einem Punkt gemessen werden, während in
einer anderen Zone die Temperatur an mehreren Punkten gemessen wird.
Außerdem
wird im Ausführungsbeispiel
davon ausgegangen, dass sich alle in der Substanz 2 gemessenen
Temperaturwerte aufgrund des Rotteprozesses von selbst einstellen, d.
h. keine Wärmezufuhr
von außen
stattfindet.
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2 zeigt
beispielhaft den Temperaturverlauf in der Substanz 2 der
Miete 1 nach 1 während einer Rottephase, woraus
erkennbar wird, dass die Abhängigkeit
der längs
der Ordinate abgetragenen Temperatur von der längs der Abszisse abgetragenen
Rottedauer in der Basiszone 3 durch eine Kurve 6,
in der Kernzone 4 durch eine Kurve 7 und in der Randzone 5 durch
eine Kurve 8 repräsentiert
wird. Die Temperaturverläufe
in den drei Zonen 3, 4 und 5 können daher
unterschiedlich sein. Häufig
zeichnet sich die Kernzone 4 überwiegend durch die höchsten und
die Basiszone 3 überwiegend
durch die niedrigsten Temperaturen aus.
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Während in 2 der
Temperaturverlauf während
einer einzigen Rottephase dargestellt ist, zeigt 3 den
Temperaturverlauf in mehreren, aufeinander folgenden Rottephasen,
wobei eine Phase 1 im wesentlichen der in 2 gezeigten
Rottephase entspricht. In den Phasen 2 bis 6 können im Vergleich zur Phase
1 ganz andere Temperaturverläufe
erhalten werden, wie aus dem Ausführungsbeispiel nach 3 ersichtlich
ist. Dies ist im Ausführungsbeispiel eine
Folge davon, dass die Substanz nach Abschluss einer jeden Phase
in der Miete 1 umgesetzt wird, wie weiter unten erläutert und
in 3 durch Umsetzungszeitpunkte UZ1 bis UZS schematisch
dargestellt ist. Die Messkurven kennzeichnen dabei die Temperaturen
in denjenigen Basis-, Kern- und Randzonen, die nach einer Umsetzung
zu den Umsetzungszeitpunkten UZ1 is UZ5 erhalten werden.
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Die
erfindungsgemäße Bestimmung
des Hygienisierungszustandes der Substanz 2 anhand der gemäß 2 ermittelten
Temperaturen wird nachfolgend anhand der 4 bis 7 in
Verbindung mit dem derzeit für
am besten gehaltenen Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Dabei
zeigt 4 in vereinfachter Darstellung den Temperaturverlauf
für die Kernzone 4 entsprechend
der Kurve 7 in 2.
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Aus
den nach 4 ermittelten Temperaturen werden
zunächst
sog. Temperatur/Zeit-Summen gebildet,
die in 5 nach Art eines Balkendiagramms (Temperaturhistogramms)
dargestellt sind. Längs
der Abszisse sind hier die Temperaturen in °C abgetragen, denen längs der
Ordinate die zugehörigen
Zeiträume
in Stunden zugeordnet sind, die angeben, wie lange die betreffende
Temperatur während der
Rottephase 1 vorhanden war. Ein Balken 9 zeigt danach beispielhaft
an, dass in der Kernzone 4 die Temperatur von 65 °C insgesamt
ca. 11 Stunden lang gemessen wurde. Wie 5 zeigt,
wird z. B. für
jeden ganzzahligen Wert der Temperatur eine solche Temperatur/Zeit-Summe
ermittelt, obwohl natürlich auch
andere Unterteilungen möglich
sind.
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Das
Diagramm in 6 zeigt die Abhängigkeit
der längs
der Ordinate abgetragenen Hygienisierungsleistung in Prozent/Stunde
von der Temperatur, bezogen auf einen bestimmten Organismus (z.
B. Plasmodiophora brassicae). Der Organismus, in Abhängigkeit
von dem der Hygienisierungszustand ermittelt werden soll bzw. der
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zugrunde gelegt wird, ist derjenige, der bei der Hygienisierung
sicher inaktiviert werden soll und daher normalerweise ein schädlicher
oder zumindest ein unerwünschter
Organismus ist. Dieser Organismus stellt sozusagen den Maßstab für die Hygienisierung
dar. Weiterhin wird davon ausgegangen, dass, wenn der den Maßstab bildende,
schädliche
Organismus abgetötet
wird, auch alle anderen schädlichen
Organismen, die wärmeempfindlicher
sind, abgetötet
werden.
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In
typischer Weise steht zwischen der einwirkenden Temperatur und der
dadurch erhaltenen Hygienisierungsleistung ein exponentieller Zusammenhang
entsprechend einer Kurve 10 in 6. Im einzelnen
zeigt die Hygienisierungsleistung/Temperatur-Funktion nach 6, dass
z. B. bei einer Temperatur von 65 °C eine Hygienisierungsleistung
von ca. 6,4 %/Std, bei einer Temperatur von 70 °C eine Hygienisierungsleistung
von ca. 14 %/Std und bei ca. 82 °C
eine Hygienisierungsleistung von ca. 100 %/Std erreicht wird. Das
bedeutet, dass bei 70 °C
ca. 7,15 Stunden erforderlich sind, um die Substanz in der Kernzone 4 vollständig zu
hygienisieren, d. h. den Organismus Plasmodiophora brassicae vollständig abzutöten, während dieselbe
100 %ige Inaktivierung bei ca. 82 °C bereits nach einer Stunde
erreicht wird.
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Die
Hygienisierungsleistung/Temperatur-Beziehungen für die ausgewählten Organismen
lassen sich auf vielfältige
Art und Weise gewinnen und/oder herleiten. Für bestimmte Organismen sind
sie z. B. in nationalen oder internationalen Publikationen veröffentlicht.
Weiterhin lassen sich derartige Hygienisierungsleistung/Temperatur-Beziehungen für bestimmte
schädliche
Organismen aus nationalen und internationalen Regelwerken oder Vorschriften
ableiten. Eine weitere Möglichkeit
besteht darin, die gesuchte Beziehung für bestimmte Organismen, z.
B. Plasmodiophora brassicae, direkt an diesen Organismen experimentell
zu bestimmen.
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Schließlich zeigt 7,
wiederum nach Art eines Balkendiagramms, wie den Temperatur/Zeit-Summen
nach 5 mit Hilfe der Hygienisierungsleistung/Temperatur-Beziehung nach 6 erfindungsgemäß einzelne
Hygienisierungsbeiträge zugeordnet
werden. Nach 5 beträgt die Temperatur/Zeit-Summe
für 65 °C ca. 11
Stunden. Nach 6 beträgt die Hygienisierungsleistung
bei 65 °C ca.
6,4 %/Std. Daraus folgt, dass die bei 65 °C ermittelte Temperatur/Zeit-Summe
einen Hygienisierungsbeitrag (Balken 11 in 7)
von ca. 11 Stunden × 6,4 %/Std
= 70,4 % leistet. Mit anderen Worten ist die Substanz 2 in
der Kernzone 4 nach ca. 11 Stunden bei 65 °C bereits
zu ca. 70 % hygienisiert.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
beruht ferner auf der Erkenntnis, dass die aus 7 ersichtlichen
Hygienisierungsbeiträge
(z. B. Balken 11) zu einem Gesamt-Hygienisie rungszustand
addiert werden können.
Das bedeutet in 7, dass die Summe aller Balken
zu einem Zahlenwert in Prozent führt, der
zuverlässig
den Gesamt-Hygienisierungszustand in der betreffenden Zone angibt,
der in der Substanz 2, bezogen auf den in 6 zugrunde
gelegten Organismus, während
der Rottephase 1 nach 4 erhalten wird. Im gegebenen
Beispiel führt
die Addition der Hygienisierungsbeiträge zu einem weit über 100 %
liegenden Hygienisierungszustand, d. h. die Kernzone 4 ist
nach Ablauf der Hygienisierungsphase 1 mit Sicherheit frei von lebensfähigen bzw.
infektiösen Sporen
des Erregers Plasmodiophora brassicae.
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Erfindungsgemäß werden
somit zur Bestimmung des Hygienisierungszustands einer betrachteten
Menge von organischer Substanz die zu den einzelnen Temperaturen
gehörenden
Hygienisierungsbeiträge
gemäß 7 addiert.
Ergibt die Summe der Hygienisierungsbeiträge einen Hygienisierungszustand,
der kleiner als 100 % ist, so sind nicht alle zugrunde gelegten
Organismen in der Substanz sicher inaktiviert bzw. abgetötet worden,
d. h. die Hygienisierung ist nicht vollständig. Beträgt die Summe der Hygienisierungsbeiträge 100 %,
so wurden alle zugrunde gelegten Organismen vollständig inaktiviert bzw.
abgetötet.
Werte für
die Summe der Hygienisierungsbeiträge größer als 100 % sagen aus, dass
die Wärme,
der die organische Substanz 2 in der betrachteten Zone 3, 4 oder 5 ausgesetzt
war, ausgereicht hätte,
auch einen Organismus vollständig
zu inaktivieren, der im Vergleich zu Plasmodiophora brassicae weniger
empfindlich auf Wärme
reagiert.
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Ein
wesentlicher Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Hygienisierungsleistung/Temperatur-Funktion
gemäß Kurve 10 in 6. Diese
Funktion ist nicht für
alle Organismen, die unter Umständen
durch einen Rotteprozess inaktiviert werden sollen, gleich und auch
nicht in einem ausreichenden Umfang bekannt. Für diesen Fall behilft sich die
Erfindung mit einem Kunstgriff.
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Untersuchungen
haben gezeigt, dass das Inaktivierungsverhalten zahlreicher Organismen
nicht nur mit Hilfe bekannter oder vorher bestimmter Parameter ermittelt,
sondern auch mit ausgewählten
Testorganismen simuliert werden kann. Als besonders gut geeignet
für diesen
Zweck haben sich Tomatensamen erwiesen. Es wurde festgestellt, dass
die Wärmeverträglichkeit
und damit die Abtötungsdauer von
Tomatensamen durch Reduzierung ihres Feuchtegehalts deutlich erhöht werden
kann. Beispielsweise beträgt
die Abtötungsdauer
von Tomatensamen mit einem Feuchtegehalt von 15 % bei 50 °C ca. 7 Tage,
nach Reduzierung des Feuchtegehalts auf 7,5 % dagegen bei derselben
Temperatur ca. 33 Tage. Daher ist es möglich, mit Tomatensamen, deren
Feuchtegehalt auf einen geeigneten Wert eingestellt wurde, die wärmebedingte
Abtötung
von Unkrautsamen und Pathogenen nachzuweisen. Die in 6 dargestellte Kurve 10 für Plasmodiophora
brassicae, der in der Bioabfallverordnung als Testorganismus vorgeschlagen
ist, entspricht z. B. sehr genau einer Hygienisierungsleistung/Temperatur-Kurve,
die mit Tomatensamen erhalten wird, der einen Feuchtigkeitsgehalt
von 12,4 % hat. Für
andere ausgewählte
Organismen wird der Feuchtegehalt ggf. auf andere Werte eingestellt.
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Ein
besonderer Vorteil dieser Feststellungen besteht darin, dass die
Hygienisierungsleistung/Temperatur-Kurven von Tomatensamen auf einfache
und problemlose Weise ermittelt werden können. Es ist sogar möglich, ausgewählten Organismen,
z. B. schädlichen
Pathogenen, Kurven analog zu 6 zuzuordnen,
die unter Anwendung von Tomatensamen mit entsprechend eingestellten
Feuchtegehalten erhalten wurden, selbst wenn die Hygienisierungsleistungen
bezüglich
der Pathogene nur unvollständig
und z. B. nur für
wenige Temperaturen oder sogar nur für eine einzige Temperatur bekannt
sind. Dadurch ergibt sich der weitere Vorteil, dass die Wärmeverträglichkeit
der meisten bekannten Pathogene, Unkrautsamen od. dgl. nicht derart
eingehend überprüft werden
oder bekannt sein muss, dass sich eine brauchbare Hygienisierungsleistung/Temperatur-Funktion
im Sinne der 6 ergibt, sondern dass diesen
Organismen lediglich ein bestimmter Feuchtegehalt von Tomatensamen
zugeordnet werden braucht. Aus der bekannten Hygienisierungsleistung/Temperatur-Kurve
für diesen
speziellen Tomatensamen können
dann alle Hygienisierungsleistungen entnommen werden, die im Sinne
der obigen Beschreibung für
die Festlegung der Hygienisierungsbeiträge bei den verschiedenen Temperaturen
erforderlich sind. Der durch Addition dieser Hygienisierungsbeiträge erhaltene
Hygienisierungszustand ist genauso gut für die Überprüfung der Einhaltung gesetzlicher
Vorschriften geeignet, wie ein anhand des ausgewählten Organismus selbst ermittelter
Hygienisierungszustand.
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Bei
der Beurteilung des Hygienisierungszustands der in der Miete 1 angeordneten
Substanz (1) ergibt sich das Problem,
dass die Temperaturverläufe
in den verschiedenen Zonen 3, 4 und 5 gemäß 2 sehr
unterschiedlich sein können.
Insbesondere kann die Substanz 2 in der Kernzone 4 bereits
vollständig
hygienisiert sein, wenn dies für
die Substanz in der Basis- oder Randzone 3 bzw. 5 noch nicht
gilt. Daher ist es üblich,
die Substanz 2 in der Miete 1 im Verlauf des Rotteprozesses
mehrfach umzusetzen, um dadurch einen homogenen Hygienisierungszustand
für die
gesamte Miete zu erhalten. In diesem Fall besteht der Rotteprozess
aus mehreren Rottephasen, die durch Umsetzungszeitpunkte festgelegt
sind. Umsetzungszeitpunkte sind solche Zeitpunkte, zu denen die
in der Miete 1 angeordnete Substanz 2 umgesetzt
wird, beispielsweise durch einen Umsetzer. Beim Umsetzen erfolgt
ein Durchmischen der Substanz, wobei jedoch die Form der Anordnung,
beispielsweise die Form einer Miete, in der Regel beibehalten oder
wiederhergestellt wird. Wird zu einem ersten Umsetzungszeitpunkt
UZ1 umgesetzt, so wird dadurch das Ende der ersten Rottephase festgelegt.
Gleichzeitig wird damit der Beginn der zweiten Rottephase festgelegt.
Entsprechendes gilt für
weitere Rottephasen, wie in 8 schematisch dargestellt
ist.
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8 zeigt
ferner schematisch die den Zonen 3, 4 und 5 nach 1 entsprechenden
Zonen "Basis", "Kern" und "Rand" der Miete 1.
Die Rechtecke der obersten Reihe stellen schematisch die Randzonen
der Miete 1 in den jeweiligen Rottephasen 1 bis 6 dar.
Entsprechendes gilt für
die Rechtecke der mittleren und unteren Reihe bezüglich der Kern-
bzw. Basiszone. Danach stellt z. B. ein linkes oberstes Rechteck 12 die
Randzone für
die erste Rottephase dar, während
ein Rechteck 14 der untersten Reihe rechts außen die
Basiszone für
die sechste Rottephase darstellt.
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Die
Prozenteinträge
in den Rechtecken der 8 stellen Hygienisierungszustände dar,
die die organische Substanz erreicht hat, die sich in der entsprechenden
Rottephase in der entsprechenden Zone befand. So wurde beispielsweise
in der Randzone während der
dritten Rottephase ein Hygienisierungszustand von 33 %, in der Basiszone
während der
fünften
Rottephase ein Hygienisierungszustand von 3 % erreicht. Die Hygienisierungszustände der Zonen
nach 8 werden sämtlich
dadurch bestimmt, dass gemäß der obigen
Beschreibung zunächst
die den jeweiligen Zonen und Rottephasen entsprechenden Temperatur/Zeit-Summen
(5) ermittelt werden. Den einzelnen Temperatur/Zeit-Summen
werden dann mittels einer Hygienisierungsleistung/Temperatur-Beziehung
(6) Hygienisierungsbeiträge zugeordnet (7).
Die Aufsummierung dieser Hygienisierungsbeiträge innerhalb einer Zone ergibt
den Hygienisierungszustand dieser Zone während der betreffenden Rottephase.
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Aus
den so ermittelten einzelnen Hygienisierungszuständen der einzelnen Zonen kann
auf den Hygienisierungszustand der gesamten Miete 1 geschlossen
werden. Ist nur eine Rottephase vorhanden (z. B. Phase 1), dann
ergibt sich aus 8, dass sowohl die Randzone
als auch die Kernzone mit 128 % bzw. 1373 % (Rechtecke 12 und 15)
einen Hygienisierungszustand aufweist, der die sichere Abtötung der
zugrunde liegenden Organismen anzeigt. Dagegen ist in der Basiszone
(Rechteck 16) mit 1 praktisch keine wärmebedingte Hygienisierung
eingetreten. Daraus folgt, dass die Miete 1 nicht als Ganzes
den Hygienisierungsbestimmungen genügt und daher z. B. nicht als
Kompost verwendbar ist. Theoretisch müsste der Verrottungsprozess
so lange fortgesetzt werden, bis auch die Basiszone einen Hygienisierungszustand
von wenigstens 100 % besitzt.
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Zur
Beschleunigung der Hygienisierung der gesamten Miete 1 wird
die Substanz 2 z.B. zum Zeitpunkt UZ1 umgesetzt, d. h.
z. B. homogen durchmischt und erneut entsprechend 1 angeordnet. Die
dabei neu gebildete Basiszone (Rechteck 17 in 8)
erhält
dann Anteile aus allen drei Zonen der vorhergehenden Phase 1,
d. h. Substanzanteile, die aus den durch die Rechtecke 12, 15 und 16 repräsentierten
Zonen stammen, wie schematisch durch Pfeile angedeutet ist. Außerdem zeigt 8 (Rechtecke 17, 18 und 19),
dass während
der Rottephase 2 die Randzone zu 53 %, die Kernzone zu
151 % und die Basiszone zu 26 % hygienisiert wurde.
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Es
ergibt sich somit wiederum für
die Basiszone das schlechteste Hygienisierungsergebnis. Da die Basiszone
während
der Phase 2 außerdem
Material aus der Basiszone der Phase 1 (Rechteck 16) enthält, das
nur zu 1 % hygienisiert wurde, und da sich die Gesamthygienisierung
erfindungsgemäß durch
Addition der einzelnen (ggf. bereits vorhandenen) Hygienisierungszustände ergibt,
folgt aus 8, dass nach Abschluss der Phase
2 die in der Basiszone befindliche Substanz einen Hygienisierungszustand
von wenigstens 27 % erreicht hat. Auch dieser Hygienisierungszustand
ist noch nicht ausreichend.
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Nach
einer weiteren Umsetzung zum Zeitpunkt UZ2 und Ablauf der dritten
Rottephase ergibt sich im Ausführungsbeispiel,
dass jetzt die Randzone (Rechteck 20) am wenigsten hygienisiert
wird, während
in der Kern- und Basiszone (Rechtecke 21, 22) eine über 100
% liegende und damit ausreichende Abtötung der zugrunde liegenden
Organismen erhalten wird. Dabei ist zu beachten, dass die Randzone während der
dritten Phase auch Material enthält,
das aus derjenigen Masse stammt (Rechteck 17), die in der
Phase 2 die Basiszone gebildet hat und im ungünstigsten Fall nur zu insgesamt
27 % hygienisiert ist. Wird daher die Randzone (Rechteck 20)
entsprechend 8 während der Phase 3 zu 33 % hygienisert,
dann folgt daraus, dass das aus dem Rechteck 17 stammende
und dort nur zu 27 % hygienisierte Material jetzt zu insgesamt 60
% hygienisert ist. Auch am Ende der Phase 3 ist die Miete 1 daher
insgesamt noch nicht ausreichend hygienisiert.
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Während der
Rottephase 4 ergeben sich die aus 8 ersichtlichen
Verhältnisse,
wonach nur die Basiszone (Rechteck 23) mit 44 % einen geringen Hygieniesierungszustand
erreicht. Diese Zone enthält
als bislang am schlechtesten hygienisierten Materialanteil denjenigen,
der nach der Umsetzung zum Zeitpunkt UZ3 aus dem in der Phase 3
die Randzone (Rechteck 20) bildenden Teil der Miete stammt
und zu 60 % hygienisiert ist. Da jedoch die Basiszone während der
Phase 4 zu 44 % hygienisiert wird, kann daraus geschlossen werden,
dass dieser schlechteste Materialanteil während der Phase 4 von 60 %
auf 104 % hygienisiert wird. Alle anderen Materialanteile müssen dagegen
aufgrund der oben erläuterten
Vorgehensweise zu mehr als 104 hygienisiert sein. Dieses Ergebnis
beruht auf der bevorzugten Bestimmung des Hygienisierungszustands
dadurch, dass in jeder Rottephase jeweils der Hygienisierungszustand derjenigen
Rottezone für
die Summenbildung ausgewählt
wird, die den geringsten Hygienisierungszustand von allen beteiligten
Rottezonen aufweist.
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Aus
den obigen Erläuterungen
folgt, dass der Hygienisierungszustand der gesamten Miete 1 durch eine
Addition von Hygienisierungszuständen
in ausgewählten
Rottezonen und/oder Rottephasen erhalten wird und nach Abschluss
der Phase 4 die gesamte organische Substanz 2 einen Hygienisierungszustand
von 104 % oder mehr aufweist. Demzufolge kann in diesem Beispiel,
zumindest aus hygienisierungstechnischen Gesichtspunkten, der Rotteprozess
nach der Phase 4 abgebrochen werden, da zu diesem Zeitpunkt alle
schädlichen
Organismen, auf sich die Hygienisierung bezieht, abgetötet sind.
Im Hinblick auf die Prozessführung
hat dieses Beispiel außerdem
den Vorteil, dass der Hygienisierungszustand des gesamten Rotteguts
mittels des beschriebenen Verfahrens auf einfache Weise laufend
ermittelt und daher das Rottegut bereits mit dem Ende der vierten
Rottephase aus Hygienegesichtspunkten aus der Anlage genommen werden
kann. Die Anlage steht somit aus Hygienegründen früher als bisher wieder zur Verfügung, wenn
davon ausgegangen wird, dass bisher sicherheitshalber z. B. alle
sechs in 8 gezeigten Rottephasen absolviert
werden.
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Eine
andere Möglichkeit
der Summenbildung besteht darin, nur diejenigen Hygienisierungszustände zu addieren,
die während
der verschiedenen Rottephasen in den einzelnen Zonen der Miete 1 (Rand-, Kern-
und Basiszone) erhalten werden. In der Regel wird davon ausgegangen,
dass die Basiszonen jeweils die kältesten Zonen darstellen, in
denen demzufolge die kleinsten Hygienisierungszustände erhalten
werden.
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Bei
der Summenbildung der Hygienisierungszustände können außerdem die normalerweise erhaltenen
Volumina der verschiedenen Zonen berücksichtigt werden. So wird
z. B. in einem Ausführungsbeispiel
davon ausgegangen, dass in der Basiszone 3 ca. 20 Vol.
%, in der Kernzone 4 ca. 55 Vol. % und in der Randzone 5 ca.
25 Vol. % der insgesamt in der Miete 1 befindlichen Substanz 2 zu
liegen kommen. Dadurch lässt
sich abschätzen,
welche Anteile der Substanz 2 nach einer Umsetzung aus
einer ausgewählten
Zone auf die jeweils anderen Zonen verteilt werden und wie groß daher
nach Abschluss einer Rottephase die auf die Gesamtmenge der ursprünglichen
Substanz 2 bezogenen Teilmengen mit einem bestimmten Hygienisierungszustand
sind. Auf diese Weise kann nach Beendigung einer Rottephase berechnet
werden, wie groß die
Menge an noch nicht abgetöteten
Organismen in der Miete 1 insgesamt ist. Für die Phase
1 nach 8 ergibt sich beispielsweise, dass die Miete insgesamt
in der Kern- und
Randzone (= 80 Vol. % der gesamten Substanz 2) zu 100 %
hygienisiert ist, während
die Basiszone (= 20 Vol. % der gesamten Substanz 2) nur
zu 1 % hygienisiert ist. Daraus ergibt sich ein Gesamt-Hygienisierungszustand
für die
Substanz 2 bzw. Miete 1 von 80,2 %. Das bedeutet,
dass nach der Rottephase 1 bereits in 80,2 Vol. % der Miete 1 alle
vorhandenen Organismen der ausgewählten An abgetötet sind
oder diese Organismen dort inaktiviert wurden. Dabei kann in der
Regel davon ausgegangen werden, dass der Vorgang der Hygienisierung
nicht reversibel ist, d. h. Organismen, die einmal inaktiviert wurden,
sich nicht wieder selbst aktivieren. Es existieren insoweit keine Selbstheilungskräfte. Weist
daher eine organische Substanz nach einer Hygienisierung beispielsweise einen
Hygienisierungszustand von 40 % auf, so kann sich dieser allenfalls
dahin ändern,
dass er durch eine erneute Hygienisierung vergrößert wird. Das gilt unabhängig davon,
ob die Hygienisierung durch Verrottung oder Vergärung herbeigeführt wird.
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Das
beschriebene Verfahren kann in entsprechender Weise auf eine Substanz
angewendet werden, die einem Vergärungsprozess unterworfen wird.
Hierzu kann z. B. ein 9 dargestellter Gärreaktor 25 verwendet
werden, der mit einer organischen Substanz 26 gefüllt ist. Über einen
Zulauf 27 kann zu bestimmten Zeitpunkten, beispielsweise
zu Beschickungszeitpunkten, neue Substanz in den Gärreaktor 25 eingebracht
werden. Über
einen Ablauf 28 kann zu bestimmten Zeitpunkten ganz oder teilweise
vergorene Substanz aus dem Gärreaktor 25 entnommen
werden. Zur Unterstützung
der Vergärung
kann die Substanz 26 durch eine Rührvorrichtung 29 umgewälzt werden.
Eine Umwälzung
kann auch durch andere Umwälzeinrichtungen, beispielsweise
Pumpvorrichtungen oder Schnecken erfolgen. Die Temperaturen der
im Gärreaktor 25 befindlichen Substanz 26 können durch
wenigstens einen an der Behälterwand
angebrachten Temperaturfühler 30 oder
durch wenigstens einen im Inneren des Gärreaktors 25 angeordneten
Temperaturfühler
erfasst werden. Aufgrund der Umwälzung
der Substanz 26 im Gärreaktor 25 kann
hier von einer in der Regel einheitlichen Temperatur der Substanz 26 im
Gärreaktor 25 ausgegangen
werden.
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Die
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
auf die organische Substanz 26, die zur Vergärung bestimmt
ist, erfolgt analog zur obigen Beschreibung im Sinne der 4 bis 7.
Wegen der homogenen Verteilung der Temperatur ist dabei nur eine
einzige Vergärungszone
vorhanden, und es wird in der Regel auch nur eine einzige Vergärungsphase durchgeführt, deren
Dauer vorzugsweise so bemessen ist, dass sich entweder am Ende dieser
Phase mit Sicherheit eine 100 % ige Hygienisierung der Substanz 26 ergibt
oder eine 100%ige Hygienisierung in Kombination mit einer nachgeschalteten
Rotte im Sinne der obigen Beschreibung und/oder einer vorgeschalteten
Materialerwärmung
erreicht wird. Die Berechnung des gesamten Hygienisierungszustandes
erfolgt in den zuletzt genannten Fällen durch Addition der Hygienisierungszustände, die
durch die einzelnen Behandlungsmethoden erreicht werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die
auf vielfache Weise abgewandelt werden können. So kann ein Haufwerk,
in dem organische Substanz angeordnet ist, je nach Zweckmäßigkeit
ein, zwei, drei oder mehr Zonen aufweisen. Weiterhin kann die Festlegung
der Zonen entweder anhand ihres Volumenprozentanteils an Rottegut
oder anhand des Temperaturverlaufs für verschiedene Rottephasen
unterschiedlich gewählt
sein. Weiter kann die Festlegung der Zonenvolumina mit anderen als
mit den genannten Werten erfolgen. Das erfindungsgemäße Verfahren
kann außerdem
auch bei Anlagen, in denen Haufwerke und Gärreaktoren an der Verrottung
und/oder Vergärung von
organischer Substanz beteiligt sind, in der Weise angewendet werden,
dass die Hygienisierungszustände
wahlweise für
einen Teilprozess oder einen vollständigen Prozess, der in der
derartigen Anlage abläuft,
bestimmt werden. Weiterhin kann bei der Bestimmung des Hygienisierungszustands
außer
den genannten Parametern wenigstens eine weitere Größe, beispielsweise
Druck, Feuchte und/oder mikrobakterielle Aktivität, berücksichtigt werden. Desweiteren
können
die im Verfahren verwendeten Tomatensamen zur Ermittlung von Hygienisierungsleistung/Temperatur-Kurven
durch andere Organismen, insbesondere andere Samen wie beispielsweise Weizensamen
ersetzt werden. Schließlich
versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale auch in anderen als
den beschriebenen und dargestellten Kombinationen angewendet werden
können.