DE19753217A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verrottung von organischem Abfall - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verrottung von organischem Abfall nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.

Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, Komposthaufen, welche sich im wesentlichen aus organischem Abfall, wie Grünschnitt und Biomüll zusammensetzen, mit Luft zu beschicken um eine gleichmäßige Kompostierung über das gesamte Volumen des gegenüber der Umgebung offenen Komposthaufens zu gewährleisten. Dies geschieht, indem die Umgebungsluft mittels einem Gebläse über eine Leitung oder Rinne in den Komposthaufen eingebracht wird. Der Gasaustritt der Leitung befindet sich dabei vorzugsweise in der Mitte des Komposthaufens oder - je nach Größe des Komposthaufens - an mehreren Austrittsstellen, die sich von der Leitung abzweigen und gleichmäßig über das zu versorgende Volumen verteilt sind. Bei diesem Verfahren ist die Rottezeit verhältnismäßig lang, so daß bei Anfall von großen Mengen an zu verrottendem Material Kapazitätengpässe entstehen. Geruchsemissionen können nur mit erheblichem technischem Aufwand unterbunden werden.

Aus der DE 41 07 340 C2 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein geschlossener Kompostierbehälter für organischen Abfall mit Sauerstoff versorgt wird. Hierbei wird das zur Kompostierung eingesetzte Gas, dem der Sauerstoff zugeführt wird, im Kreislauf geführt. Entstandenes Kohlendioxid wird dabei in einer zwischengeschalteten Stufe abgetrennt. Das Verfahren der DE 41 07 340 C2 ist nur in geschlossenen Behältern durchzuführen und erfordert einen großen technischen Aufwand.

In der DE 196 07 305 C1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verrottung von organischem Abfall in einem gegenüber der Umgebung wenigstens teilweise offenen Komposthaufen offenbart, bei dem zur Belüftung in den Komposthaufen ein sauerstoffhaltiges Gas eingeleitet wird und bei dem das sauerstoffhaltige Gas eine höhere Konzentration an Sauerstoff als Luft und eine maximale Konzentration an Sauerstoff von 30%, insbesondere eine Konzentration an Sauerstoff von 25 bis 30%, aufweist. Die Rottezeit wird mit Hilfe dieses Verfahrens verkürzt und es entsteht ein stabiles Endlagerungsprodukt. Gleichzeitig wird ein für die Verrottung relativ gleichmäßiges Temperaturprofil in dem zu verrottenden Abfall erzeugt.

Der Verrottungsprozeß von organischen Abfällen ist durch verschiedene Phasen gekennzeichnet, die bestimmt sind durch das Angebot abbaubarer organischer Verbindungen. Ausgehend von mesophilen Milieubedingungen erfolgt aufgrund der mikrobiellen Aktivität ein Temperaturanstieg. Dieser Anstieg erfolgt umso schneller, je besser die Versorgung mit Sauerstoff gewährleistet ist und je weniger Energie durch die Belüftung ausgetragen wird. Die Energie wird dabei dem Rottegut durch Verdunstung von Wasser entzogen (Andreas Oberholz, Kompost, Taschenbuch der Entsorgungswirtschaft, BDE-Verlag, 1995). Unter dem Begriff "mesophile Milieubedingungen" ist hier der Temperaturbereich von ca. 25°C bis ca. 45°C zu verstehen. Eine effektive Umsetzung der Stoffe und eine optimale Hygienisierung findet nur unter thermophilen Milieubedingungen statt (Dirk Zachäus, Biologische Abfallbehandlung, EF Verlag für Energie- und Umwelttechnik, 1995). Der Begriff "thermophile Milieubedingungen" bedeutet hier der Temperaturbereich von ca. 55°C bis ca. 80°C. Unter dem Begriff "Hygienisierung" ist hier die sichere Abtötung pathogener Keime, daß bedeutet Entseuchung durch Selbststerilisierung des Komposts zu verstehen.

Auch bei den zuvor genannten Verfahren ist die Einstellung sowie das Halten einer bestimmten Temperatur nicht in jedem Fall gewährleistet, so daß unter bestimmten Bedingungen ein optimaler Kompostierungsprozeß nicht erreicht werden dann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen der Kompostierungsprozeß in gegenüber der Umgebung nicht abgeschlossenen Kompostierungshaufen optimiert werden kann und eine effektive Umsetzung der Stoffe und optimale Hygienisierung erreicht werden kann.

Ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 ist die Aufgabe gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen. Die Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung nach Patentanspruch 5 gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung ist es nunmehr möglich, den Kompostierungsprozeß optimal zu führen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren und Vorrichtung wird in vorteilhafter Weise eine Etablierung von sehr stabilen thermophilen, mikrobiellen Populationen über die gesamte Prozeßdauer erreicht. Die Temperaturabsenkung im Laufe des Prozesses wird verhindert, wodurch der Kompostierungsprozeß entschieden verkürzt wird oder, bei gleichem Zeiteinsatz, ein Kompostierungsprodukt sehr viel höherer Güte erzielt wird. Durch eine adäquate Sauerstoffversorgung des Kompostierungsgutes bei geringem Gaswechselraten wird die Geruchsbelastung minimiert und durch die Extension des thermophilen Temperaturbereiches wird eine sichere Hygienisierung erreicht. Ferner kann durch den geringen Wasseraustrag eine Befeuchtung während der Intensivrotte unterbleiben. Dabei wird durch die mit Sauerstoff angereicherte Luft gewährleistet, daß die thermophile Phase sehr viel schneller als durch Begasung mit Luft allein erreicht wird. Unter diesen Bedingungen ist eine Reduktion der Gaswechselraten möglich und bewirkt einen reduzierten Austrag von Wasser.

Bei überschießender Temperatur, daß bedeutet bei Temperaturen größer ca. 75°C bis ca. 80°C, wird durch erhöhte Gaswechselraten unter Reduktion der Sauerstoffkonzentration Energie abgeführt und ein ungestörter thermophiler Prozeß gewährleistet. Im Fall sinkender Temperaturen werden die Gaswechselraten zurückgeführt und sukzessiv der Sauerstoffgehalt erhöht, so daß ein konstantes thermophiles Temperaturniveau im Kompostierungsgut erreicht wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Patentansprüchen 2, 3 und 4 angegeben. In den Patentansprüchen 6, 7 und 8 sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben.

Beispiel

Ein Gebläse, welches Umgebungsluft ansaugt, ist an eine Leitung angeschlossen, in welche reines Sauerstoffgas aus einem Sauerstoffvorratsbehälter eingespeist wird. Als Sauerstoffquelle kann auch eine Anlage zur Erzeugung von Sauerstoff aus Luft zum Einsatz kommen. Hierfür kommen beispielsweise Membrantrennanlagen oder Druckwechsel-Absorptionsanlagen in Betracht. Die Leitung wird in das Innere eines Komposthaufens geführt, in das die mit Sauerstoff angereicherte Luft eingetragen wird. Durch zwei Meßsonden, die im Komposthaufen positioniert sind, wird die aktuelle Temperatur sowie der aktuelle Sauerstoffgehalt im Komposthaufen gemessen und die Einspeisung an Sauerstoff in die eingeleitete Luft durch eine Steuerung reguliert. Es ist bei einem größeren Komposthaufen möglich, die Leitung in verzweigter Form einzuführen oder mehrere Leitungen gleichzeitig zu verlegen, so daß ein möglichst gleichmäßiger Eintrag von mit Sauerstoff angereicherter Luft ermöglicht wird. Grundsätzlich kann jede beliebige Sauerstoffkonzentration in dem in den Komposthaufen eingetragenen Volumenstrom eingestellt werden. Aber schon eine Konzentration von Sauerstoff in dem Gasgemisch von 25% führt zu einer Verdopplung der Rottegeschwindigkeit im Vergleich zu einem konventionellen Komposthaufen, obwohl bei dieser Zusammensetzung nur 4% mehr Sauerstoff in dem Gas sind als in reiner Luft. Aus sicherheitstechnischen Gründen beträgt die maximale Sauerstoffkonzentration 30%. Eine Regelung der Sauerstoffzufuhr durch Messung der Sauerstoffkonzentration im Innenraum des Komposthaufens orientiert sich daher vorzugsweise an einem solchen Konzentrationsbereich.

Für einen Komposthaufen bestehend aus Bioabfällen, gemischt mit Strukturmaterial oder beispielsweise Grünschnitt, ergibt die Messung der Temperatur während des Kompostierungsprozesses folgenden Temperaturverlauf: In einer ersten Phase (Phase I), welche 1 bis 2 Tage andauert, steigt die Temperatur auf ca. 70°C an; in einer anschließenden, 3 bis 20 Tage andauernden zweiten Phase (Phase II) beträgt die Temperatur ca. 65°C bis 85°C; in einer abschließenden dritten Phase (Phase III) verringert sich die Temperatur wieder.

Die Temperatur wird durch eine konventionelle Temperaturmessung, zum Beispiel mit Hilfe von PT 100 Thermoelementen, ermittelt. Die Menge des eingeführten Sauerstoffs in den Komposthaufen wird beispielsweise über eine amperometrische Clark-Zelle gemessen. Dabei wird bei Unterschreiten einer Temperatur von ca. 60°C im Komposthaufen die Konzentration an Sauerstoff in dem sauerstoffhaltigen Gas auf ca. 27 Vol.-% eingestellt und bei Überschreiten der Temperatur von ca. 80°C im Komposthaufen die Konzentration an Sauerstoff in dem sauerstoffhaltigen Gas auf ca. 21 Vol.-% eingestellt.

Der zugeführte Volumenstrom an sauerstoffhaltigem Gas beträgt im Mittel für die einzelnen Prozeßstufen der Kompostierung bzw. die einzelnen Stufen des Temperaturverlaufs 1 m³ sauerstoffhaltiges Gas pro 1 m³ zu verrottendem Materials.

Die Meßwerte des Sauerstoffgehalts werden zur Regelung verwendet, in dem Grenzwerte für den oberen und unteren Sauerstoffgehalt in dem Komposthaufen eingestellt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung ist es nunmehr möglich, organische Abfälle in offenen Komposthaufen zu verrotten und Geruchsemissionen zu vermindern. Die Kapazität von Kompostierungsbetrieben läßt sich erhöhen, so daß zum Beispiel weniger Spitzenlastprobleme entstehen. Dementsprechend können bei Neuanlagen die für den Kompostierungsprozeß eingesetzten Vorrichtungen kleiner dimensioniert werden. Durch die Regelung wird eine für die Kompost optimale Temperatur eingestellt und das Temperaturprofil im Rottegut verläuft gleichmäßiger. Da die Versorgung des zu verrottenden Materials mit Sauerstoff immer gewährleistet ist, muß der Komposthaufen nicht gewendet werden um eine gleichmäßige Versorgung des Materials zu gewährleisten. Die biologische Aktivität wird deutlich gesteigert.

Durch die erfindungsgemäße Regelung in Abhängigkeit von der Temperatur im Komposthaufen bzw. in Abhängigkeit von der Temperatur und der Sauerstoffkonzentration konnte gegenüber Verfahren und dem Stand der Technik ohne diese Regelung eine Verkürzung der Kompostierungszeit um 25 bis 50% erzielt werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Verrottung von organischem Abfall in einem gegenüber der Umgebung wenigstens teilweise offenen Komposthaufen, bei dem zur Belüftung in den Komposthaufen ein sauerstoffhaltiges Gas eingeleitet wird mit einer höheren Konzentration an Sauerstoff als Luft und einer maximalen Konzentration an Sauerstoff von 30 Vol.-%, insbesondere eine Konzentration an Sauerstoff von 25 bis 30 Vol.-%, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in dem Komposthaufen gemessen und in Abhängigkeit vom Meßwert der Temperatur die eingeleitete Menge an Sauerstoff in den Komposthaufen reguliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Temperaturen in dem Komposthaufen von größer 75°C bis 80°C in den Komposthaufen ein sauerstoffhaltiges Gas mit einer Konzentration an Sauerstoff von 21 Vol.-% und bei Temperaturen in dem Komposthaufen von kleiner 75°C bis 80°C in den Komposthaufen ein sauerstoffhaltiges Gas mit einer Konzentration an Sauerstoff von 25 bis 30 Vol.-% eingeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffkonzentration in dem Komposthaufen gemessen und in Abhängigkeit vom Meßwert der Sauerstoffkonzentration die eingeleitete Menge an Sauerstoff in den Komposthaufen reguliert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas in einem Kreisprozeß geführt wird, in den Sauerstoff eingespeist wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Gebläse, mindestens einer an das Gebläse angeschlossenen Leitung, einer Sauerstoffquelle und Mittel zum Eintrag des Sauerstoffes in die Leitung, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorrichtung eine Meßsonde zugeordnet ist, die die Temperatur im Komposthaufen mißt und daß an die Meßsonde eine Steuerung angeschlossen ist, die die Sauerstoffzufuhr in den Komposthaufen in Abhängigkeit von der im Komposthaufen gemessenen Temperatur reguliert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorrichtung eine Meßsonde zugeordnet ist, die die Sauerstoffkonzentration im Komposthaufen mißt und daß an die Meßsonde eine Steuerung angeschlossen ist, die die Sauerstoffzufuhr in den Komposthaufen in Abhängigkeit von der im Komposthaufen gemessenen Sauerstoffkonzentration reguliert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffzufuhr in den Komposthaufen mit Hilfe von mindestens einer Rohrleitung erfolgt, die Öffnungen in einem Abstand von 10 bis 100 cm und mit einem Durchmesser von 3 bis 500 mm aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffzufuhr in den Komposthaufen mit Hilfe von mindestens zwei Rohrleitungen erfolgt, die nebeneinanderliegend in dem Komposthaufen angeordnet sind, wobei die Rohrleitungen einen Abstand zwischen den äußeren Mantelflächen jeweils zwei benachbarter Rohrleitungen von 25 bis 120 cm aufweisen und wobei der Abstand der Rohrleitungen zu den jeweils benachbarten, äußeren Begrenzungsflächen des Komposthaufens 40 bis 80 cm beträgt.