DE10253024B4

DE10253024B4 - Verfahren zur mikrobiellen aeroben Konversion von biogenen organischen Frisch- und/oder Abfallmaterialien

Info

Publication number: DE10253024B4
Application number: DE2002153024
Authority: DE
Inventors: Joerg Sattler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2022-11-15
Also published as: DE10253024A1

Abstract

Verfahren zur mikrobiellen aeroben Konversion von biogenen organischen Frisch- und/oder Abfallmaterialien (F) zu einem konvertierten organischen Produkt (1), bei welchem die zu konvertierenden biogenen organischen Frisch- und/oder Abfallmaterialien (F) in einen geschlossenen thermisch isolierten Reaktorraum (2) eingebracht, mittels mechanischer Bewegung durchmischt, von Frischluft umspült, befeuchtet oder von überschüssiger Feuchtigkeit befreit, auf einen für die Konversion geeigneten Feuchtigkeitsgrad eingestellt und gehalten und einer thermophilen Reaktionsphase mit einer Hygienisierungstemperatur zwischen 55°C und 72°C ausgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass den in den Behälter (5) eingebrachten und in der thermophilen Reaktionsphase der Konversion befindlichen Materialien (1) solange jeweils nach einem Zeitabstand (t1) eine begrenzte Menge von weiteren biogenen organischen Frisch- und/oder Abfallmaterialien (F) zugemischt wird, bis nach einem Zeitabstand (t1) der Füllstand im Behälter (5) nicht abgesunken ist, dass danach die Zumischung für einen Zeitraum (t2) unterbrochen wird, dass nach Ablauf von (t2) eine Teilmenge (M) des konvertierten organischen Produktes (1) aus dem...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mikrobiellen aeroben Konversion von biogenen organischen Frisch- und/oder Abfallmaterialien zu einem konvertierten organischen Produkt.
Aus dem Stand der Technik sind eine Anzahl von Verfahren zur mikrobiellen aeroben Konversion von biogenen organischen Frisch- und/oder Abfallmaterialien zu einem organischen Produkt bekannt.
So beschreibt z. B. die deutsche Offenlegungsschrift DE-100 29 668 A1 ein dynamisches Konversionsverfahren mittels eines Bioreaktors. Bei diesem Verfahren werden in einem Bioreaktor stückige und/oder pastöse Stoffe in einen gegenüber der Umgebung wärmeisolierten Reaktorraum eingebracht. In dem Reaktorraum ist eine Reaktorwanne mit im Wesentlichen U-förmigem Querschnitt im Funktionszustand etwa waagerecht angeordnet, und ein koaxial zur Längsrichtung der Reaktorwanne angeordneter Segmentschneckenförderer bewegt die stückigen und/oder pastösen Stoffe, um sie mit Luft zu durchsetzen und den mikrobiellen Konversionsprozess einzuleiten. Im halbkreisbogenförmigen Bereich der im Querschnitt U-förmigen Reaktorwanne sind unterhalb der Achse des Segmentschneckenförderers luft- und/oder flüssigkeitführende Einrichtungen angeordnet, mit deren Hilfe den zu konvertierenden Stoffen Luft und/oder Flüssigkeit zugeführt bzw. überschüssiges Flüssigkeit abgeleitet werden kann. Mit Hilfe dieses Bioreaktors ist es möglich, im Reaktorraum eine für die mikrobielle Konversion günstige klimatische Umgebung herzustellen, so dass der mikrobielle Konversionsprozess relativ rasch eingeleitet wird. Das Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass der Bioreaktor chargenweise befüllt, nach Ende der Konversion vollständig entleert und danach wieder neu befüllt und jedes Mal der Konversionsprozess neu in Gang gesetzt werden muss. Vor allem die sich ständig wiederholende Neuingangsetzung des Konversionsprozesses stellt einen großen Zeit- und Energieverlust dar.
Aus dem benannten Stand der Technik ist auch ein Bioreaktor bekannt, mit welchem ein quasi-kontinuierlicher Konversionsprozess ausgeführt werden kann. In diesem sind mehrere nebeneinander angeordnete Reaktorwannen und dementsprechend mehrere Segmentschneckenförderer angeordnet, und die zu konvertierenden Stoffe werden durch die Segmentschneckenförderer hin- und herbewegt und ständig durchmischt, wobei durch eine längerdauernde Vorwärtsbewegung die zu konvertierenden Stoffe über die Wannenränder hinweg von Wanne zu Wanne weiterbefördert und aus der letzten Wanne ausgetragen werden, während in die erste Wanne immer wieder neues zu konvertierendes Material eingetragen werden kann DE 100 29 668 A1
Dieser bekannte Reaktor kann jedoch nur mit relativ großen Durchsatzmengen optimal betrieben werden.
Aus der DE 693 14 286 T2 ist ferner eine Fermentationsvorrichtung für organische Abfälle bekannt, bei welcher ständig zu konvertierendes Material nachgefüllt werden muss, um eine große Schichthöhe des Materials aufrecht zu erhalten. Die große Schichthöhe dient zur Desodorierung der bei der Fermentierung entstehenden geruchsbeladenen Luft.
Infolge des notwendigen ständigen Nachfüllens ist auch diese Vorrichtung nur für große Materialmengen geeignet. Außerdem ist bei der ständigen Nachfüllung die Sicherheit zur Aufrechterhaltung der thermophilen Reaktionsphase zur Einhaltung der vorgegebenen Hygenisierungstemperatur nicht gegeben.
Schließlich ist aus dem US-Patent 2,880,074 eine Kompostierungsvorrichtung mit zwei parallelen, alternierend beschickbaren Kompostbereitungsvorrichtungen bekannt. In dieser Vorrichtung wird wechselweise jeweils ein Kompostierungsprozess eingeleitet und zu Ende geführt, wodurch Zeit- und Energieverluste entstehen.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur mikrobiellen aeroben Konversion von biogenen organischen Frisch- und/oder Abfallmaterialien zu schaffen, mit welchem ein kontinuierlicher Konversionsprozess ermöglicht wird, der auch mit kleineren Durchsatzmengen optimal betrieben werden kann.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung bilden die kennzeichnenden Merkmale der Unteransprüche 2 bis 7.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die 1 und 2 näher erläutert werden.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Bioreaktor;
2 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Bioreaktor.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur mikrobiellen aeroben Konversion werden zunächst über den Einfüllschacht 8 des in 1 dargestellten Reaktorraumes 2 biogene organische Frisch- und/oder Abfallmaterialien F, wie z. B. nicht mehr verkaufsfähiges Obst oder Gemüse, Küchenabälle, Abprodukte von Keltereien oder Brauereien usw. eingebracht, bis der wannenartige Reaktorbehälter 5 gefüllt ist. Zur gleichmäßigen Befüllung des Reaktorbehälters 5 dient die langsame Vorwärtsbewegung eines Segmentschneckenförderers 10, an dessen Drehwelle 11 in Schraubenlinie und im Wesentlichen gleichmäßig beabstandet sehr robuste und biegesteife radiale Förderarme 12 angeordnet sind. Diese Bewegung des eingefüllten Frisch- und/oder Abfallmateriales F, welche durch die Drehung des Schneckenförderers 10 mit seinen Förderarmen 12 bewirkt wird, ist in 2 durch die waagerechten Pfeile dargestellt. Zur schnelleren Ingangsetzung des Konversionsprozesses werden beim Einfüllen der biogenen organischen Frisch- und/oder Abfallmaterialien F mit Bakterien durchsetzte Materialien, z. B. abgesiebte Grobbestandteile aus bereits konvertierten Materialien, die einen derartigen Reaktionsprozess bereits durchlaufen haben, zugemischt.
Nachdem der Reaktorbehälter 5 bis zu einer festgelegten Obergrenze in der beschriebenen Weise befüllt wurde, was durch nicht dargestellte Füllstandssensoren erfasst und ausgewertet werden kann, wird der Einfüllschacht 8 geschlossen.
Das eingefüllte biogene organische Frisch- und/oder Abfallmaterial F, welches in der vorstehend beschriebenen Weise durch Bakterien „beimpft" ist, wird nunmehr auf einen für die Konversion geeigneten Feuchtigkeitsgrad eingestellt. Hierzu wird das Material mittels des Schneckenförderers 10 hin- und herbewegt. Eventuell überschüssige Feuchtigkeit, wie sie z. B. bei Klärschlämmen usw. vorhanden ist, kann durch die im unteren Bereich des wannenartigen Behälters 5 vorhandenen Düsenaustrittsöffnungen 15 (siehe 1) abfließen. Außerdem wird durch die Düseneintrittsöffnungen 14 vorgewärmte Frischluft eingeblasen, welche das Material 1 durchströmt und dabei Feuchtigkeit aufnimmt, und die mit Feuchtigkeit gesättigte Luft wird durch die oberhalb des Behälters 5 angeordneten Düsenleisten 6 abgesaugt.
Ist das eingetragene Frisch- und/oder Abfallmaterial F zu trocken, wie dies z. B. bei geschredderten Gartenabfällen usw. der Fall sein kann, erfolgt eine Befeuchtung des im Behälter 5 befindlichen Materials 1, indem durch die Düsenleiste 7 Flüssigkeit in Form von Wasser, wässrigen Lösungen, Dampfen usw. versprüht wird. Durch wiederholte langsame Hin- und Herbewegung des Schneckenförderers 10 wird das im Behälter 5 befindliche Material immer wieder umgewälzt, und mit Luft und Feuchtigkeit gleichmäßig durchsetzt, um den Konversionsprozess möglichst schnell in Gang zu setzen. Bei dieser Bewegung drücken die biegesteifen Förderarme 12 das Material F z. B. auch von der Unterseite des Behälters 5 an die Oberfläche, wodurch ein noch intensiverer Luftkontakt zustande kommt und der Reaktionsprozess beschleunigt wird.
Die Förderarme 12 besitzen periphere Kratzelemente 13, durch welche eventuelle Anbackungen, die vor allem bei anfänglich zu nassem Material auftreten, von der Innenwand im unteren Bereich des Behälters 5 gelöst werden.
Durch die Wärmeisolation des Reaktorraumes 2 und durch das Einblasen von vorgewärmter Luft über die Düsenöffnungen 14 bzw. die Düsenleisten 6 sowie durch Einregeln und Aufrechterhalten eines optimalen Feuchtigkeitsgrades setzt nach anfänglichem Durchlaufen einer mesophilen Reaktionsphase in den zu konvertierenden Materialien eine thermophile Reaktionsphase im Temperaturbereich zwischen 55°C und 72°C ein, die eine optimale und schnelle aerobe Konversion gewährleistet.
Die eingeblasene Luft kann z. B. über einen Wärmetauscher vorgewärmt werden, welcher die erforderliche Wärme z. B. der im Prozess entstehenden erwärmten Abluft entzieht.
Durch die Konversion tritt eine Volumenverringerung des konvertierten Materials 1 ein, und dadurch ist es möglich, sobald die thermophile Reaktionsphase im genannten Temperaturbereich eingesetzt hat, in bestimmten Zeitabständen t1, z. B. halbtägig, dem in Konversion befindlichen Material 1 in begrenzter Menge weiteres biogenes organisches Frisch- und/oder Abfallmaterial F über den Einfüllschacht 8 zuzumischen. Durch dieses regelmäßige Zumischen von weiterem biogenen organischen Frisch- und/oder Abfallmaterial F in begrenzten Mengen wird die thermophile Reaktionsphase des in Konversion befindlichen Materials 1 kontinuierlich aufrechterhalten.
Wenn nach längerem Zeitablauf im Behälter 5 die Volumenreduzierung nicht mehr ausreicht, um in den bestimmten Zeitabständen t1 neues Material F zuführen zu können, was z. B. durch die nicht dargestellten Füllstandssensoren erfasst und ausgewertet werden kann, wird die Zumischung von weiteren biogenen Frisch- und/oder Abfallmaterialien F für einen Zeitraum t2 unterbrochen. Während dieses Zeitraumes t2, z. B. innerhalb von zwei Tagen, wird die thermophile Reaktionsphase nicht beendet. Der Zeitraum t2 dient dazu, das gesamte im Behälter 5 vorhandene und in Konversion befindliche Material weitestgehend zu konvertieren und während dieser Zeit zu hygienisieren. Nach Ablauf des Zeitraumes t2 wird eine Teilmenge, die beispielsweise zwischen 1/6 und 2/3 des im Behälter 5 befindlichen, weitgehend konvertierten sowie in diesem Zeitraum hygienisierten Materials 1 beträgt, über die Entnahmeöffnung 21 ausgetragen. Nunmehr ist im Behälter 5 wieder genügend Raum, um dem im Behälter 5 befindlichen Rest des weitgehend konvertierten Materials 1, bei welchem die thermophile Reaktionsphase noch nicht beendet ist, wiederum in regelmäßigen Zeitabständen t1 und in begrenzten Mengen weitere biogene organische Frisch- und/oder Abfallmaterialien F zuzumischen und in dieser Weise die thermophile Reaktionsphase kontinuierlich fortzusetzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit durch ständige Wiederholung der zuvor beschriebenen Schritte beliebig lang in Gang gehalten werden, und eine vollständige Außer betriebnahme des Reaktors erfolgt praktisch nur noch während der vorgeschriebenen technischen Inspektionen und anlässlich von vorbeugenden Wartungsarbeiten bzw. Reparaturen.
Gegenüber dem bekannten dynamischen Konversionsverfahren mit chargenweisem Betrieb ergeben sich beträchtliche Zeit- und Energieeinsparungen und gegenüber dem bekannten quasikontinuierlichen Konversionsverfahren, das in einem Reaktorraum mit mehreren Wannen und Segmentschneckenförderern durchgeführt wird, können auch kleinere Durchsatzmengen optimal verarbeitet werden.
Die vorstehende Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung erfolgte rein beispielhaft. Der Schutzumfang der Erfindung wird nur durch den Wortlaut der anliegenden Patentansprüche begrenzt.

Claims

Verfahren zur mikrobiellen aeroben Konversion von biogenen organischen Frisch- und/oder Abfallmaterialien (F) zu einem konvertierten organischen Produkt (1), bei welchem die zu konvertierenden biogenen organischen Frisch- und/oder Abfallmaterialien (F) in einen geschlossenen thermisch isolierten Reaktorraum (2) eingebracht, mittels mechanischer Bewegung durchmischt, von Frischluft umspült, befeuchtet oder von überschüssiger Feuchtigkeit befreit, auf einen für die Konversion geeigneten Feuchtigkeitsgrad eingestellt und gehalten und einer thermophilen Reaktionsphase mit einer Hygienisierungstemperatur zwischen 55°C und 72°C ausgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass den in den Behälter (5) eingebrachten und in der thermophilen Reaktionsphase der Konversion befindlichen Materialien (1) solange jeweils nach einem Zeitabstand (t1) eine begrenzte Menge von weiteren biogenen organischen Frisch- und/oder Abfallmaterialien (F) zugemischt wird, bis nach einem Zeitabstand (t1) der Füllstand im Behälter (5) nicht abgesunken ist, dass danach die Zumischung für einen Zeitraum (t2) unterbrochen wird, dass nach Ablauf von (t2) eine Teilmenge (M) des konvertierten organischen Produktes (1) aus dem Behälter (5) ausgetragen wird und dass im Anschluss daran mit dem Zumischen wieder begonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitabstand (t1) in Abhängigkeit vom Volumen des Reaktorraumes und dem aktuell in diesem in Konversion befindlichem Material (1) zwischen zwölf Stunden und zwei Tagen und der Zeitabstand (t2) mindestens zwei Tage beträgt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmenge (M), welche nach Ablauf des Zeitraumes (t2) ausgetragen wird, zwischen 1/6 und 2/3 des aktuell im Reaktorraum (2) befindlichen weitestgehend konvertierten organischen Produktes beträgt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgetragene Teilmenge (M) des weitgehend konvertierten organischen Produktes (1) gesiebt wird und die Grobbestandteile vorzugsweise mit dem Eintragen von weiteren biogenen organischen Frisch- und/oder Abfallmaterialien (F) in den Reaktorraum (2) rückgerührt werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des geschlossenen thermisch isolierten Reaktorraumes (2) die zu konvertierenden Materialien (1) in einem wannenartigen Behälter (5) mit etwa U-förmigen Querschnitt bewegt werden, wobei Frischluft oder Feuchtigkeit über Düsenleisten (6, 7) oberhalb des Behälters (5) zugeführt und Abluft, Abgase und -dämpfe sowie überschüssige Flüssigkeiten im unteren, etwa U-förmigen Bereich des wannenartigen Behälters über Düsenöffnungen (14, 15) abgesaugt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von Frischluft und Feuchtigkeit oder die Absaugung von Abluft, Abgasen und -dämpfen über Düsenein- und -austrittsöffnungen (14, 15) im unteren Bereich des wannenartigen Behälters (5) erfolgt, die mit der inneren Behälterwand bündig sind.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu konvertierenden Materialien mittels eines Schneckenförderers (10), an dessen Drehachse (11) in Schraubenlinie radiale Förderarme (12) mit peripheren Kratzelementen (13) angeordnet sind, bewegt werden.