DE102012020266A1 - Automated composting system in combination with sanitary device useful for producing soil improvement and fertilization providing compost, comprises e.g. buffer tank, bioreactor, screw press, and screw-operated tubular reactor zone - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein verfahrenstechnisches Konzept, sowie eine verfahrenstechnische Anlage und deren Vorrichtungen zur Herstellung von „Terra Preta” aus Bioabfällen und Exkrementen als dezentrale Lösung für die Abwasseraufbereitung von Wohnhäusern, indem die im Haushalt anfallenden Bioabfälle und Abwasserfraktionen (Schwarz-, Gelb-, Grau- und Braunwasser) zusammen oder getrennt in separaten Behältern gesammelt und mit den für die „Terra Preta”-Herstellung notwendigen Zusatzstoffen, sowie für die Fällung von wichtigen Düngerbestandteilen notwendigen Fällungsmittel versetzt, anschließend entwässert und in einem Rohrreaktor verrottet werden.The invention relates to a procedural concept, as well as a process engineering plant and its devices for the production of "Terra Preta" from biowaste and excrements as a decentralized solution for the wastewater treatment of homes by the household biowaste and wastewater fractions (black, yellow , Gray and brown water) collected together or separately in separate containers and mixed with the necessary additives for the "Terra Preta" preparation, as well as for the precipitation of important fertilizer components precipitant, then drained and rotted in a tubular reactor.
Bei der kommunalen Abwasserbehandlung werden alle Abwasserfraktionen aus den Haushalten, sowie Regenwasser, stark belastete Straßen- und Industrieabwässer über ein zentrales Abwassernetz zur Kläranlage gefördert, wo über aerobe und anaerobe Abbauprozesse organische Verbindungen und Stickstoffverbindungen zu Kohlenstoffdioxid und elementarem Stickstoff abgebaut werden. Die im Klärschlamm verbleibenden organischen Verbindungen werden in einem Faulturm zur Gewinnung von Methan anaerob fermentiert. Zur Rückgewinnung und Wiederverwendung des sich verknappenden Rohstoffes Phosphor wird dieser aus der Asche des Klärschlammes als Magnesiumammoniumphosphat zur Verwendung als Dünger ausgefällt. Größtenteils wird der Klärschlamm heutzutage thermisch genutzt und findet nur zu einem geringen Teil Verwendung als Dünger für landwirtschaftliche Flächen.In urban wastewater treatment, all wastewater fractions from households, as well as rainwater, heavily polluted road and industrial wastewater are conveyed via a central sewage network to the treatment plant, where organic compounds and nitrogen compounds are degraded to carbon dioxide and elemental nitrogen via aerobic and anaerobic decomposition processes. The organic compounds remaining in the sewage sludge are anaerobically fermented in a digester to produce methane. For the recovery and reuse of the decreasing raw material phosphorus this is precipitated from the ashes of sewage sludge as magnesium ammonium phosphate for use as fertilizer. For the most part, sewage sludge is used thermally today and is used only to a limited extent as fertilizer for agricultural areas.
Um den Verlust von wertvollen Nährstoffen und Mineralien, sowie den Eintrag von Schwermetallbelastungen aus Industrie und Straßenverkehr durch die herkömmliche Abwassersystematik zu vermeiden wurden meist kleine dezentrale alternative Sanitärkonzepte entwickelt. Diese dezentralen Sanitärkonzepte, wie beispielsweise Komposttoiletten, erfreuen sich eher einer geringen Verbraucherakzeptanz. Sie sind meist mit einem höheren Aufwand verbunden und eignen sich in der Regel nur für kleinere Haushalte. Hierzu werden meistens Zusätze zur Herstellung von Kompost nach dem „Terra Preta”-Prinzip angeboten.In order to avoid the loss of valuable nutrients and minerals, as well as the entry of heavy metal pollution from industry and road traffic by the conventional wastewater system, small decentral alternative sanitary concepts have been developed. These decentralized sanitary concepts, such as compost toilets, enjoy a low level of consumer acceptance. They are usually associated with a higher cost and are usually only suitable for smaller households. For this purpose, additives are usually offered for the production of compost according to the "Terra Preta" principle.
„Terra Preta do Indio” beschreibt hierbei die im Amazonasgebiet gefundene Schwarzerde deren Entstehung auf den Zusatz von Holzkohle, Fäkalien, Essens- und Tierresten, Ton- und Gesteinsmehl zurückzuführen ist. Mit der Rezeptur zur Herstellung von hochwertiger „Terra Preta” und weiteren Zusätzen zur Optimierung der Kompostierung, sowie der wissenschaftlichen Untersuchung des Nutzens als Düngemittel bei der landwirtschaftlichen Aufbringung haben sich folgende Patente, Personen und Institutionen beschäftigt:
- –
DE 20 2012 000 031 U1 - –
DE 000060009563 T2 - – Dr. Jürgen Reckin,
- – Universität Gießen.
- -
DE 20 2012 000 031 U1 - -
DE 000060009563 T2 - - Dr. Jürgen Reckin,
- - University of Giessen.
Das folgende Patent bietet eine ökologische sowie ökonomische Lösung die Nachteile der hohen Kosten des Abwassernetzes, der Schwermetallbelastung aus Industrie und Straßenverkehr zu vermeiden und zu einer negativen CO2-Bilanz beizutragen. Zusätzlich soll im mittleren bis großen Maßstab hochwertiger Kompost („Terra Preta”) mit bodenverbessernden Eigenschaften gewonnen und der bei herkömmlichen Abwasserbehandlungsverfahren auftretende Verlust von wertvollen Ressourcen wie Ammonium und Phosphat stark vermindert werden.The following patent offers an ecological as well as economical solution to avoid the disadvantages of the high costs of the sewage network, the heavy metal pollution from industry and road traffic and to contribute to a negative CO 2 balance. In addition, high-grade compost ("Terra Preta") with soil-improving properties is to be obtained on a medium to large scale and the loss of valuable resources such as ammonium and phosphate occurring in conventional wastewater treatment processes is greatly reduced.
Die nötigen Bedingungen zur Gewinnung von „Terra Preta” bestehen zum einen aus dem Verhältnis der zu mischenden Bestandteile und zum anderen aus den Bioreaktionsparametern der aeroben und anaeroben Fermentation.The necessary conditions for obtaining "Terra Preta" consist on the one hand of the ratio of the constituents to be mixed and on the other hand of the bioreaction parameters of the aerobic and anaerobic fermentation.
Bei konventionellen sanitären Einrichtungen müssen die Abwässer zur Kompostierung eingedickt werden. Da es sich in Haushalten um eher geringe Volumenströme handelt lohnt sich zur Entwässerung eine verfahrenstechnische Variante, die geringe Investitionskosten aufweist, verschleißarm ist und über einen langen Zeitraum keinen größeren Wartungsbedarf hat.In conventional sanitary facilities, the wastewater must be thickened for composting. Since households are rather low volume flows, a process-technical variant that has low investment costs, is low-wear and does not require much maintenance over a long period of time, is worthwhile for dewatering.
Die Erfindung löst das Problem schwankender Volumenströme durch das Sammeln des Abwassers [
Über eine Zellradschleuse [
In den Puffertank [
Der Vorteil dieses Prozessablaufes ist insbesondere, dass die in der Lösung befindlichen Nährstoffe, wie bei Aktivkohle, an der Holzkohle adsorbieren und somit nicht bei der anschließenden Filtration verloren gehen.The advantage of this process is, in particular, that the nutrients in the solution, as in the case of activated carbon, adsorb to the charcoal and thus are not lost during the subsequent filtration.
Gleiches gilt auch für die Zugabe von Magnesiumionen, die mit Ammonium und Phosphat eine schwer lösliche Verbindung bilden und als Magnesiumammoniumphosphat ausfallen. Bei herkömmlichen Verfahren würde, nach der Hydrolyse des Harnstoffes, der im Urin befindliche Stickstoff ausgasen und somit als Stickstoffquelle verloren geht.The same applies to the addition of magnesium ions, which form a sparingly soluble compound with ammonium and phosphate and precipitate as magnesium ammonium phosphate. In conventional processes, after the hydrolysis of the urea, the nitrogen in the urine would outgas and thus be lost as a source of nitrogen.
Über geeignete Zusätze kann auch die Einstellung des pH-Wertes erfolgen, um beispielsweise das pH-Optimum für die Urease und der von ihr katalysierten Hydrolyse des Harnstoffs zu gewährleisten.By means of suitable additives, it is also possible to adjust the pH in order, for example, to ensure the pH optimum for the urease and the hydrolysis of the urea catalyzed by it.
Sind gewisse messbare Parameter zu steuern oder ist der Puffertank ausreichend gefüllt, wird die Schneckenpresse [
Der Rohrreaktor besteht aus einem Rohr mit unterschiedlichen Reaktorzonen. Für eine intensive Rotte (Patent
Wie beim Puffertank kann auch in der aeroben Reaktorzone [
Unter Verwendung des Kompostbeschleunigers des Patentes
Nach dem aeroben Abbau leicht abbaubarer Verbindungen folgt die anaerobe Fermentation, die laut Patent
Denkbar ist eine Entleerung des Lagertanks [
Bei den heute teilweise verwendeten Trenntoiletten als sanitäre Einrichtung kann das Verfahren angepasst werden. Trenntoiletten haben den Vorteil, dass sie den Urin nur gering verdünnt in Sammelbehältern [
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Zuleitung für Haushaltsabwässer (mit oder ohne Urinfraktion)Supply line for household wastewater (with or without urine fraction)
- 22
- Zuleitung für benötigte ZusatzstoffeSupply line for required additives
- 33
- Zuleitung für getrennte UrinfraktionSupply line for separate urine fraction
- 44
- Zellradschleuse für ZusatzstoffeRotary valve for additives
- 55
- Puffertank für Abwasser (mit oder ohne Urinfraktion)Buffer tank for wastewater (with or without urine fraction)
- 66
- Puffertank für getrennte UrinfraktionBuffer tank for separate urine fraction
- 77
- Zuleitung zum EntwässerungssystemSupply line to the drainage system
- 88th
- Antrieb des EntwässerungssystemesDrive of the drainage system
- 99
- Entwässerungssystem (hier: Schneckenpresse)Drainage system (here: screw press)
- 1010
- Rohrverjüngung beim Übergang vom Entwässerungssystem zum RohrreaktorRejuvenation at the transition from the drainage system to the tubular reactor
- 1111
- Schnecke des aeroben RohrreaktorsScrew of the aerobic tubular reactor
- 1212
- Aerober RohrreaktorabschnittAerobic tube reactor section
- 1313
- Belüftung des aeroben RohrreaktorsVentilation of the aerobic tubular reactor
- 1414
- AktivkohlefilterActivated carbon filter
- 1515
- Pumpe allgemeinPump in general
- 1616
- Leitung zur Rückführung in den PuffertankLine for return to the buffer tank
- 1717
- Anaerober RohrreaktorabschnittAnaerobic tubular reactor section
- 1818
- Verjüngung zum anaeroben RohrreaktorabschnittRejuvenation to the anaerobic tubular reactor section
- 1919
- Zuleitung aus dem Urinpuffertank bzw. Zuleitung für ZusatzstoffeSupply line from the urine buffer tank or supply line for additives
- 2020
- Schnecke des anaeroben RohrreaktorsScrew of the anaerobic tube reactor
- 2121
- Abfluss zur AbwasseraufbereitungOutflow to sewage treatment
- 2222
- Lagerbehälter für „Terra Preta”Storage container for "Terra Preta"
- 2323
- Rührerstirrer
- 2424
- Zuleitung für flüssige ZusatzstoffeSupply line for liquid additives
- 2525
- Beispiel für ein Mess- und Regelinstrument zur Steuerung des FüllstandesExample of a measuring and control instrument for controlling the level
- 2626
- Belüftungventilation
- 2727
- Kolbenpumpe als DosiervorrichtungPiston pump as metering device
- 2828
- ÜberdruckventilPressure relief valve
- 2929
- Verdichtercompressor
- 3030
- Transportwagen (Dienstleister)Dolly (service provider)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 202012000031 U1 [0004] DE 202012000031 U1 [0004]
- DE 000060009563 T2 [0004] DE 000060009563 T2 [0004]
- EP 1252124 B1 [0009, 0015] EP 1252124 B1 [0009, 0015]
- DE 60009563 T2 [0017, 0018] DE 60009563 T2 [0017, 0018]
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