DE19903423A1

DE19903423A1 - Verfahren und Anordnung zum Zersetzen und Entsorgen von Bioabfällen

Info

Publication number: DE19903423A1
Application number: DE1999103423
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Daime
Original assignee: Donau Trading & Consulting Gmb
Current assignee: Donau Trading & Consulting Gmb
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 2000-08-10

Abstract

Das Zersetzen und Entsorgen von Bioabfällen, insbesondere organischen Küchenabfällen, mit hoher Geschwindigkeit wird in der Weise durchgeführt, daß einen Nährboden bildende, mehrporige und wasserhaltende Chips aus zerkleinertem Holz in einen Zersetzungsbehälter eingefüllt werden, Mikroorganismen, die aus unterschiedlichen Stämmen mit aeroben und anaeroben Bakterien und aus unterschiedlichen Enzymen bestehen, dem Nährboden beigegeben werden, giftfreie Bioabfälle in den Behälter eingebracht und auf den Nährboden aufgefüllt werden, und die Chips zusammen mit Mikroorganismen enthaltenden Mitteln erhitzt, mit Wasser und mit Sauerstoff versetzt und gerührt sowie vermischt und zerkleinert werden, um einen optimalen Nährboden für die Mikroorganismen und deren Vermehrung zu erzielen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Zersetzen und Entsorgen von Bioabfällen mit hoher Geschwindigkeit. Der Begriff "Zersetzen" bedeutet dabei einen Vorgang, bei dem die Bioabfälle optisch zerkleinert und mit einem Nährboden für die Mikroorganismen gut vermischt werden. Hierzu werden die Bioabfälle zer schnitten, gemahlen und verrührt.

Unter Bioabfällen werden ungenießbare Lebensmittelreste verstanden, die derzeit de poniert, verbrannt, eingefroren oder in anderer, herkömmlicher Weise entsorgt wer den. Derartige Bioabfälle bestehen meist aus Zellulose und sind schwierig zu zerset zen. Die großen Mengen an Bioabfällen, die in Städten anfallen, und zwar sowohl in privaten Haushalten wie in Restaurants, Gemeinschaftsküchen usw., stellen eine enorme Belastung für die Umwelt dar, und selbst ein Aussortieren von Stoffen zum Kompostieren ist nicht geeignet, das Problem zu lösen, da derart große Mengen an Kompost nicht benötigt werden, abgesehen davon, daß die Bioabfälle ohnehin für eine Kompostierung nicht geeignet sind, und daß der Transport dieser Abfälle zu deponie ren sowie die Einrichtung immer neuer Deponien keine Lösung für dieses Problem sein kann, und die hierfür anfallenden Kosten der Entsorgung untragbar werden. Der ent scheidende Faktor sind jedoch nicht die Kosten, sondern die zunehmende Belastung der Umwelt.

Aufgabe der Erfindung ist es, Mittel und Wege zu finden, um dieses Umweltver schmutzungsproblem zu lösen und Bioabfälle sicher und hygienisch mit einem Mini mum an Rückständen zu 100% zu zersetzen und zu entsorgen und für diesen Zerset zungsvorgang die Bioabfälle mit dem Nährboden für die Mikroorganismen entspre chend auf physikalischem und physikalisch chemischem Wege zu behandeln.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen a-d des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Da Bioabfälle als ungenießbare Lebensmittelreste meist aus Zellulose bestehen, die schwierig zu zersetzen ist, und damit auf dem Nährboden liegen bleibt, ist es notwen dig, Mikroorganismen für den Zersetzungsvorgang zu verwenden, die auch Zellulose zersetzen, also solche Bakterienstämme, die Zellulase, Hemizellulase und Chentinase besitzen. Für die Bioabfälle werden verschiedene Zersetzungsenzyme freigesetzt, die die Zersetzung der organischen Stoffe fördern und die in der Lage sind, die schwierig abbaubare Zellulose und Zellhülle der Mikroorganismen abzubauen.

Die Zersetzung der Bioabfälle mit hoher Geschwindigkeit setzt voraus, daß einerseits die Bioabfälle maschinell zerkleinert, d. h. zerschnitten, gemahlen und verrührt wer den, und daß andererseits Mikroorganismen entwickelt werden, die BIO GIGA POW DER (eingetragenes Warenzeichen der DONAU TRADING & CONSULTING GmbH) enthalten, welche in einen Nährboden mit harten und scharfen Schnittflächen einge bracht werden, der z. B. aus Laubbaum-Chips oder dgl. besteht. Die Mikroorganismen bestehen aus einem Gemisch von unterschiedlichen Bakterien, nämlich aeroben, zug luftbedürftigen anaeroben und anaeroben Bakterien. Unter "aerob" wird ein Le bensprozeß verstanden, der in Gegenwart von molekularem Sauerstoff abläuft, unter "anaerob" ein Prozeß, der nur bei Abwesenheit von molekularem Sauerstoff verläuft. Um optimale Bedingungen zu schaffen und den Wassergehalt zu regulieren, wird der Nährboden im Prozeßbehälter regelmäßig gerührt. Dabei werden aerobe Bakterien aktiviert und das Wasser wird verdampft. Wird der Nährboden nicht gerührt, werden anaerobe Bakterien aktiviert und die Verdampfung wird verringert. Die zugluftbedürfti gen anaeroben Bakterien sind in beiden Fällen aktiv.

Die physikalische Zersetzung von Bioabfällen erfolgt durch Zerkleinern des Nährbo dens mit Hilfe eines Mahlvorganges unter Verwendung eines Rührwerkes durch ein heitliches Vermischen mit dem Nährboden, indem die Bioabfälle mit Hilfe des Nähr bodens und des Rührflügels zerkleinert sowie einem Mahlvorgang unterzogen werden. Diese physikalische Zersetzung geht Hand in Hand mit einer biochemischen Zerset zung, wobei eine Teilzersetzung durch Verflüssigung (die Abbauprodukte sind Saccha rose, organische Säure und Alkohol) und über eine totale Übersetzung durch Minerali sierung und Vergasung (hier sind die Abbauprodukte Wasser, Kohlendioxyd und Am moniak) erfolgt.

Die Zersetzung der Bioabfälle durch Mikroorganismen erfolgt durch die Vermehrung und Entwicklung der Mikroorganismen, wozu die Grundelemente Temperatur, Wasser und Nahrung entscheidend sind, ferner der pH-Wert und die Luft bzw. der Sauerstoff entscheidenden Beitrag leisten. Da Bio-Abfälle hauptsächlich, nämlich zwischen 60 und 90%, aus Wasser bestehen, kann das Abfallgewicht bereits erheblich durch Trocken vorgänge, durch die der wesentliche Wasseranteil beseitigt wird, zur Verringerung des Gewichtes benutzt werden. Dies macht jedoch erforderlich, daß die festen Be standteile der Bioabfälle ausreichend zersetzt werden, weil sonst der Nährboden bei Dauerbetrieb des Prozeß-Behälters immer stärker mit organischen Reststoffen angerei chert wird. Die Zersetzung der organischen Bestandteile der Bioabfälle erfolgt im Pro zeß-Behälter, so daß die zersetzten Produkte zusammen mit dem Wasser nach außen abgeleitet werden. Dadurch, daß die zersetzten Teile nicht im Behälter bleiben, erfolgt eine praktisch 100%ige Zersetzung und Entsorgung.

Die Mikroorganismen bestehen aus verschiedenen Stämmen und Mengen von Enzy men; sie werden in ausreichenden Mengen dem Nährboden zugegeben und unterstüt zen durch den Rühr- und Stoppvorgang die Vermehrung, um die organischen Abfälle zu mineralisieren. Die Mikroorganismen sind im Falle vorliegender Erfindung in drei verschiedene Gruppen mit unterschiedlichen Vermehrungstemperaturen eingeteilt. Es werden Niedrigtemperatur-Bakterienstämme (5°C-30°C), Mitteltemperaturbakteri enstämme (30°C-50°C) und Hochtemperaturbakterienstämme (über 50°C) für deren Vermehrung verwendet. Die Hochtemperaturbakterien zersetzen die Abfälle mit hoher Geschwindigkeit. Zwar vermehren sich verschiedene Bakterien bei niedriger und mitt lerer Temperatur, die Bakterien, die Lebensmittelvergiftungen hervorrufen, sind Nied rig- bis Mitteltemperaturbakterien, so daß der Prozeß gemäß der Erfindung bei höherer Temperatur durchgeführt wird.

Die Hochtemperaturbakterien vermehren sich bei niedrigen und mittleren Temperatu ren relativ langsam. Die BIO GIGA POWDER Mikroorganismen, die im Falle vorlie gender Erfindung maßgeblich verwendet werden, bestehen aus Bakterienstämmen, die sich aus Bakterien mit diesen drei Temperaturbereichen zusammensetzen. Die Ver mehrungsenergie der Niedrig- und Mitteltemperaturbakterien hebt die Innentemperatur des Prozeßbehälters und stützt damit die zügige Vermehrung der Hochtemperaturbak terien. Der Zersetzungsvorgang der Bio-Abfälle mit BIO GIGA POWDER ermöglicht, die Innentemperatur des Prozeßbehälters über eine Dauer von mehreren Stunden über einer Temperatur von 65°C zu halten und damit den Prozeß sicher durchzuführen.

Mikroorganismen leben in Nährböden mit optimalem Wasseranteil zwischen 20% und 60%. Wird der Nährboden zu trocken, sterben die Mikroorganismen ab. Aerobionten vermehren sich bei einem Nährboden mit zu hohem Wasseranteil nicht, so daß dieser Nährboden anaerob wird. Ist der Nährboden zu lange im Betrieb, häufen sich mit der Zeit die unzersetzten organischen Stoffe und der Mineralsalzanteil, was eine Verzöge rung bei der Zersetzung der organischen Stoffe durch Mikroorganismen hervorruft, und zwar deshalb, weil die Durchlässigkeit des Bodens nachläßt und die Vermehrung der Mikroorganismen gebremst wird. Die Aktivität des Wassers im Nährboden ist somit eine grundlegende Voraussetzung für die Vermehrung der Mikroorganismen.

Der optimale Aw-Wert liegt im Normalbereich zwischen 1,0 und 0,96. BIO GIGA POWDER sind salzbeständige Bakterien beigemischt, so daß der Nährboden auch bei längerer Inanspruchnahme von Mineralsalzen weniger beeinflußt und die Vermehrung von Mikroorganismen trotz eines Aw-Wertes von 0,92 praktisch nicht beeinträchtigt wird.

Je höher die Temperatur in der Einrichtung ist, desto schneller verdampft das Wasser; dadurch wird der Nährboden mehr aerob. Wenn die Bioabfälle eine höhere Energie quelle, d. h. mehr feste Bestandteile aufweisen, verdampft das Wasser aufgrund der Zersetzungsenergie und der Nährboden leidet an Wassermangel. Verfügen die Bioab fälle über weniger Energie, verdampft das Wasser schlechter und der Nährboden ist wasserreich und anaerob.

Der Nährstoff für die Mikroorganismen aus den Bioabfällen setzt sich aus organischen Stoffen und Mineralsalzen (Natrium, Kalzium, Magnesium, Phosphorsäure, Chlor usw.) zusammen; letztere werden nicht abgebaut und verdampfen auch nicht, so daß sie sich auf dem Nährboden ansammeln. Hingegen sind die organischen Stoffe völlig zersetz bar und werden je nach Art und Grad ihrer Zersetzbarkeit gewählt. Leicht zu zerset zende Stoffe sind Amilase, Maltase, Kohlenhydrate, die letztlich in organische Säure, Alkohol, Energie abgebaut werden und H₂O und CO₂ ergeben, ferner Proteine, die H₂O und CO₂, NH₃ und Energie ergeben. Schwer zu ersetzende Stoffe sind Lipide, die über Glitzerin und Fettsäure H₂O, CO₂ und Energie ergeben, ferner Zellulose, die über Monosaccharide H₂O, CO₂ und Energie ergeben.

Wie weiter oben ausgeführt, werden zum Zersetzen von Zellulose Bakterienstämme eingesetzt, die Zellulase, Hemizellulase und Chintinase-Aktivität besitzen. Für die Bio abfälle werden verschiedene Zersetzungsenzyme freigesetzt, die die Zersetzung der organischen Stoffe fördern. Für die Vermehrung der Mikroorganismen ist eine ausge glichene Nahrungszufuhr wichtig, wobei das Verhältnis von Kohlenstoff und Stickstoff die Geschwindigkeit bei der Zersetzung der Bioabfälle beeinflußt. Das CN-Verhältnis beträgt im Idealfall 13-20. Enthalten die Abfälle mehr Proteine, ist dieser Wert kleiner; bei kohlenhydrat- und fetthaltigen Abfällen ist der Wert größer. Daraus ergibt sich, daß Bioabfälle, die nur aus Fleisch oder Fisch oder aber nur aus Reis und Gemüse beste hen, jeweils schwer zu zersetzen sind, während Abfälle, die aus verschiedenen Arten von Lebensmitteln bestehen, ideal für die Zersetzung sind.

Der pH-Wert des Nährbodens ist von besonderer Bedeutung für die Art der Mikroorga nismen und deren Vermehrung sowie die Zersetzung der Bioabfälle, da Bakterien auf den pH-Wert empfindlich reagieren. Die Bakterien, die sich im neutralen bis alkali schen Bereich bei einem pH-Wert von 5,5-9,5 vermehren, sind Bacillus Pseudomo nas, Flavobakterien und Kolibakterien und dgl. Sie sind meist aerob. Wird der Nährbo den sauer, sterben diese Bakterien ab. Bakterien, die sich im sauren Bereich vermeh ren, sind Milchsäurebakterien, Bifidus- und Essigsäurebakterien, d. h. organische Säure bakterien. Sie sind meist zugluftbedürftig und anaerob.

Die BIO GIGA POWDER Bakterienstämme weisen als Hauptbakterien ein Bazillus auf, das sich im PH-Bereich von 5,5 bis 9,5 vermehren kann. Dieser Bazillus kann unter diesem pH-Bereich nicht überleben. Es ist somit erforderlich, den pH-Wert des Nähr bodens von mindestens 8 einzuhalten, um die Vermehrung von BIO GIGA POWDER Mikroorganismen zu fördern. Bei der Verwendung von Laubbaum-Chips als Nährbo den, deren pH-Wert bei 4,5 bis 5 liegt, kann der pH-Wert des Nährbodens leicht sin ken.

Beim Zersetzen der Bioabfälle verändert die Luft bzw. der Sauerstoff die sich vermeh renden Bikoorganismen entscheidend. Für die Zersetzung durch aerobe Bakterien ist Sauerstoff für die Vermehrung unbedingt erforderlich. Als Bakterien kommen vorwie gend Bacillus pseudomonas, Flavobakterien, Schimmel, Filmhefe in Frage.

Eine Zersetzung durch zugluftbedürftige anaerobe Bakterien erfordert Sauerstoff zur Vermehrung; hierfür sind Bakterien in Form von Milchsäure, Hefe, Kohlebakterien er forderlich.

Bei der Zersetzung durch aerobe Bakterien ist Sauerstoff für die Vermehrung schädlich. Die hierfür verwendeten Bakterien sind Bakteroides, Clostridium, Methanbakterien.

Neben Wasser und Nährstoffen sind für die Vermehrung der Mikroorganismen auch die Temperatur des Nährbodens und Sauerstoff entscheidend, die beim Zersetzen der Bioabfälle sowohl auf die Sorte der sich vermehrenden Mikroorganismen als auch auf die Art der Zersetzung einwirken. Die durch die organischen Stoffe, durch die zugluft bedürftigen Bakterien und die anaeroben Bakterien zersetzen Stoffwechselprodukte werden durch aerobe Bakterien oxidiert und vollständig zersetzt. Ergebnis dieses Pro zesses sind CO₂, H₂O und NH₃. Die freigesetzte Energiemenge ist hierbei hoch, die Temperatur des Nährbodens steigt an, und das Wasser wird verdampft, so daß sich der Wasseranteil des Nährbodens nicht erhöht. Unter diesen Bedingungen wird keine grö ßere Menge an übel riechenden Stoffen freigesetzt; die trotzdem auftretenden Stoffe werden bei der Entlüftung durch Ausfiltern unschädlich gemacht.

Im Innenraum des Gerätes herrscht Sauerstoffmangel. Die Zersetzung der organischen Stoffe geht bei geringerem Sauerstoffbedarf oder ohne Sauerstoff vor sich. Die Bioabfäl le sind optisch abgebaut, die organischen Stoffe haben sich verflüssigt und verbleiben in dieser flüssigen Form. Der Nährboden wird vor allem wegen der organischen Säuren sauer. Zusätzlich sinkt der pH-Wert des Nährbodens und bremst die Vermehrung der Mikroorganismen.

Werden zu viele Bioabfälle in das Gerät eingebracht, bleiben die organischen Stoffe unzersetzt in Form von Monosacchariden, Aminosäuren und Fettsäuren. Der Nährbo den wird durch die Reaktion von Zucker mit Aminosäure lehmig, es wird kaum Ener gie freigesetzt. Weil die Temperatur des Nährbodens nicht ansteigt, verdampft auch das Wasser kaum, der Wasseranteil des Nährbodens steigt stark an, und es entstehen eine große Menge an Faulgasen.

Die Zersetzung der Bioabfälle läuft ideal unter anaerobischen Bedingungen ab. Die Luft- bzw. Sauerstoffzufuhr ist ausreichend, der Wasseranteil des Nährbodens beträgt 30-60%, die Temperatur ca. 45-65°C ist optimal für die Vermehrung der BIO GIGA POWDER Mikroorganismen. Der Nährboden besteht aus der Macropore zwischen den Holzchip-Partikeln und aus der Mikropore des Holzleitrohres. Die Zwischenräume zwischen den Makroporen und der Oberfläche der Mikroporen sind aerob. Die Innen räume der Mikroporen sind zugluftarm. Die Zersetzung der Bioabfälle unter aeroben Bedingungen läuft beim Stoffwechselprozeß zwischen den aeroben und den anaero ben Bakterien optimal schnell ab. Die Abbauprodukte sind Kohlendioxid, Wasser und Ammoniak mit einem pH-Wert des Nährbodens von ca. 8 ä9,5. Die freigesetzte Ener gie wird durch die vollständige Zersetzung des organischen Stoffes sehr groß und diese Energie wandelt Wasser in Dampf um, wodurch die Temperatur auf 55-65°C ansteigt.

Damit wird der Wasseranteil im Prozeßbehälter reduziert und die Bedingungen im Behälter werden trocken.

Um eine Festschreibung des pH-Wertes von mindestens 8,0 zu erreichen, wird gemäß der Erfindung ein pH-Wert-Stabilisator eingesetzt, so daß der pH-Wert nicht sinkt, wenn aufgrund der Vermehrung organische Säure entsteht. Die Eingabemenge an pH- Wert-Stabilisator ist damit ein fester Bestandteil der Abfälle, der auch als Vermehrungs fördermittel bezeichnet wird. Dieser pH-Wert-Stabilisator sammelt sich auf dem Nähr boden als Mineralsatz an, was bei zu hohem Anteil die Vermehrung der Mikroorga nismen behindert. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, einen pH-Wert-Stabilisator vorzusehen, der leicht verdunstet und sich im Prozeßbehälter nicht ansammelt, d. h. mit dem es möglich ist, eine pH-Wert-Senkung des Nährbodens zu verhindern und eine Zersetzung der Bioabfälle mit Hilfe der aeroben Bakterien der Nährbodenflora zu ermöglichen.

Für die Auswahl eines optimalen Nährbodens sind folgende Eigenschaften erwünscht:

1. eine gewisse Festigkeit zum Mahlen und Zerkleinern der Bioabfälle
2. keine die Vermehrung der Bakterien abbremsenden Stoffe und des pH-Wertes im neutralen Bereich
3. große Poren und hohe Aufnahmekapazität von Luft und Wasser,
4. geringer Verschleiß, schwere Abbaubarkeit und lange Haltbarkeit
5. einfache, sichere und umweltfreundliche Entsorgung,
6. niedrige Kosten.

Mehrporige und wasserhaltige Chips aus zerkleinertem Holz werden in den Zerset zungsbehälter eingebracht. Aus den Chips entsteht aufgrund der Erwärmung durch Be heizen; durch Zuführen von Wasser, durch Temperaturoptimierung sowie durch Zu führen von Sauerstoff und durch Rühren ein optimaler Nährboden für Mikroorganis men und deren Vermehrung. Insbesondere werden für das Material des Nährbodens verarbeitete Chips, die die Bezeichnung UGRAN haben (entharzte Chips), verwendet, da diese Chips die vorgenannten Eigenschaften weitgehend erfüllen.

Das Verfahren zum Zersetzen von Bioabfällen durch Mikroorganismen läuft wie folgt ab:
Organische, giftfreie Abfälle werden in den mit Mikroorganismen vorbereiteten Nähr boden eingebracht und unter Sauerstoffzufuhr optimal erwärmt. Aufgrund des Rühr- und Stoppvorganges vermehren sich die aeroben und anaeroben Bakterien, so daß ei ne ausreichende Menge von Enzymen für die Hochgeschwindigkeitszersetzung ent steht. Die Bakterien zersetzen die organischen Stoffe in bezug auf das Volumen in Mi neralien, Wasser und Kohlendioxid. Dabei entsteht Gärungswärme, die den Wasseran teil der organischen Stoffe und das beim Zersetzen entstehende Wasser verdampft und dadurch den Zersetzungsvorgang beschleunigt.

Nach dem Einwerfen der Bioabfälle in den Zersetzungsbehälter wird Luft Luft in der Größenordnung von 10 bis 15 l/min. zugeführt, und die Temperatur im Behälter durch Beheizung, z. B. Elektroheizung, und mit Hilfe der Gärungswärme sowie durch Warm luftzuführung (45-70°C) aufrechterhalten. Unter diesen Bedingungen wird schwer zersetzbare Zellulose mit heißem Wasserdampf aufgeweicht und in ihre Bestandteile zerlegt. Damit entsteht eine größere Kontaktfläche für die Enzyme, so daß der Abbau verbessert wird. Steigt die Temperatur über 80°C an, verändert sich das Protein als Bestandteil des Enzyms und der Zersetzungsvorgang läuft nicht mehr ab, so daß die organischen Abfälle durch Enzyme nicht zersetzt, sondern karbonisiert werden. Bei einem Temperaturwert im Bereich von ca. 50-60°C können sich die Mikroorganis men BIO GIGA POWDER am besten vermehren. Um das Vorhandensein einer ausrei chenden Anzahl von Stämmen und einer entsprechenden Menge von Enzymen im Zersetzungsbehälter aufrecht zu erhalten, sind optimale Bedingungen für die aeroben und anaeroben Mikroorganismen erforderlich. Es ist deshalb entscheidend, daß am Anfang des Zersetzungsvorganges nach dem Einbringen der organischen Stoffe Sauer stoff nur in geringem Umfang zugeführt wird, um die Vermehrung der anaeroben Bak terien zu beschleunigen. Dabei bleibt die Gärungswärme im Behälter erhalten und die Mittel- und Hochtemperatur-Bakterien werden aktiviert. Sobald die Temperatur des Nährbodens einen Wert zwischen 50 und 55°C erreicht hat, wird die Bodenheizung ausgeschaltet. Die Mikroorganismen BIO GIGA POWDER beginnen, sich aktiv zu vermehren; durch die freigesetzte Wärme wird die Nährbodentemperatur angehoben. In diesem Stadium ist die Luftzufuhr vorsichtig zu handhaben, damit die Bodentempe ratur nicht wegen zu hoher Luftzufuhr absinkt. Die Luftzufuhr wird so geregelt, daß sich die Bodentemperatur pro Stunde um ca. 5°C aufgrund der Gärungswärme des organischen Stoffes erhöht (30 bis 50 l/Min.). Im mittleren Stadium der Zersetzung liegt die Behältertemperatur hoch, Sauerstoff wird in großer Menge zugeführt, damit aerobe Bakterien aktiv arbeiten können. In diesem Stadium, in dem die Temperatur des Nähr bodens zwischen 55 und 67°C liegt, können durch die Luftzufuhr die Vermehrung der Bakterien und die Zersetzung der Bioabfälle beeinträchtigt werden. Dabei wird ein Maximum an Luft zugeführt, damit die Zersetzung gefördert und das Wasser abgeleitet werden kann (500 bis 1500 l/min.). Im Endstadium der Zersetzung werden die organi schen Abfälle vollständig abgebaut und die Aktivität der Mikroorganismen wird ruhig gestellt. Mit abnehmenden Bioabfällen wird der Energiegewinn geringer. Die Tempera tur des Nährbodens geht langsam auf Werte zwischen 60 und 50°C zurück. Dieser Rückgang der Temperatur läuft langsam ab, weil auch schwer zersetzbare Stoffe abge baut werden. Die Luftzufuhr wird deshalb von 50 l/min. bis auf 30-50 l/min. redu ziert. Praktische Versuche mit einer Zersetzungsmaschine für Bioabfälle haben folgen des ergeben:
Zwei Stunden nach Einwurf der Bioabfälle in den Zersetzungsbehälter hat sich die Temperatur des Nährbodens von 40° auf 50°C erhöht. Es werden zwei weitere Stun den erforderlich, um durch die Gärungswärme eine Temperatur von 50-55°C zu er reichen. Zuletzt hat die Spitzentemperatur den Wert von 67°C erreicht. Danach ist der Zersetzungsvorgang optimal abgelaufen. Die erforderliche Luftzufuhr wird durch Fest stellen der Temperatur des Nährbodens gesteuert und erreicht. Durch eine spezielle Art der Umrührung wird der Nährboden besser durchlüftet. Wird der Nährboden zu viel verrührt, führt dies zur Absenkung seiner Bodentemperatur und zu einem vorzeiti gen Verschleiß. Wird der Nährboden jedoch nicht ausreichend umgerührt, wird ihm zu wenig Luft zugeführt und die Wärmenutzleistung der Bodenheizung fällt gering aus. Dies hat den Nachteil, daß nach dem Einwurf der Bioabfälle der Zeitabstand zwischen der Anfangstemperatur und dem Erreichen der Solltemperatur sehr groß wird. Einer Phase mit 5 Minute dauerndem Rührvorgang folgt eine Pausenphase von 5 Minuten.

Für die Vermehrung der Mikroorganismen ist eine ausgeglichene Nahrungszufuhr wichtig. Von besonderer Bedeutung ist das Verhältnis zwischen Kohlenstoff und Stick stoff, das die Zersetzungsgeschwindigkeit der Bioabfälle beeinflußt. Das ideale Ver hältnis zwischen Kohlenstoff und Stickstoff beträgt 13-20. Enthalten die Abfälle mehr Proteine, ist dieser Wert niedrig, sind die Abfälle kohlehydrat- und fetthaltig, ist dieser Wert hoch. Bioabfälle, die ausschließlich aus Fleisch oder Fisch bzw. aus Reis und/oder Gemüse bestehen, sind schwierig zu zersetzen. Hingegen sind solche Abfäl le, die aus verschiedenen Gattungen von Lebensmitteln bestehen, für die Zersetzung ideal. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Verringerung des Gewichtes der Bioabfälle von maßgeblicher Bedeutung, da der wesentliche Anteil an Bioabfällen aus Wasser besteht (60-90%). Die Bioabfälle werden somit nach dem Zermahlen und Zerkleinern getrocknet, so daß nach dieser Trockenmethode das Gewicht und das Vo lumen dieser Bioabfälle reduziert werden kann. Die organischen Bestandteile der Bio abfälle werden im Zersetzungsbehälter völlig zersetzt und zusammen mit Wasser nach außen abgeleitet. Die zersetzten Teile bleiben somit nicht im Behälter.

Ein optisch erkennbarer Abbau der Bioabfälle im Zersetzungsbehälter erfolgt durch physikalische Zersetzung, nämlich durch Zerkleinern mittels Rührflügel unter Mithilfe des Nährbodens, Zerkleinerung durch einen Mahlvorgang, einheitliche Vermischung mit dem Nährboden.

Eine biochemische Zersetzung erfolgt durch Teilzersetzen in Form einer Verflüssigung, bei der Saccarose, organische Säure und Alkohol Abbauprodukte sind, und eine totale Zersetzung durch Mineralisierung und Vergasung, wobei Wasser, Kohlendioxyd und Ammoniak abgebaut werden.

Verschiedene Bakterien vermehren sich bei niedriger (5-30°C) und mittlerer (30-50°C) Temperatur. Da es sich hierbei um Bakterien handelt, die Lebensmittelvergiftun gen verursachen, wird das erfindungsgemäße Verfahren mit BIO GIGA POWDER W durchgeführt, die aus Bakterienstämmen mit diesem dreistufigen Temperaturbedarf zusammengesetzt sind. Die Vermehrungsenergie der Niedrig- und Mitteltemperatur bakterien bringt die Innentemperatur des Prozeßbehälters hoch und unterstützt damit die zügige Vermehrung der Hochtemperatur-Bakterien. Der Zersetzungsvorgang der Bioabfälle mit BIO GIGA POWDER Mikroorganismen ermöglicht, die Innentemperatur des Zersetzungsbehälters für die Dauer von einigen Stunden über 65°C zu halten und damit den Prozeß sicher durchzuführen.

Werden die Holzchips über einen Zeitraum von mehreren Monaten bis zu einem Jahr im Zersetzungsbehälter verwendet, ist es erforderlich, sie zusammen mit dem Nährbo den vollständig auszuwechseln, wenn die Zersetzung nicht mehr optimal verläuft. Die anfallenden Restmaterialien sind ausgereifter Kompost mit hohem Anteil an Minerali en. Wenn allerdings die organischen Abfälle eine große Menge Salz enthalten, ist der Nährboden stark salzhaltig und nicht als Kompost geeignet.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine graphische Darstellung des Einflusses der Temperatur auf die Vermehrung der Mikroorganismen;

Fig. 2 eine graphische Darstellung des pH-Wertes auf die Vermehrung der BIO GIGA POWDER Mikroorganismen;

Fig. 3 eine Darstellung eines Modells des Nährbodens nach der Erfindung;

Fig. 4 eine graphische Darstellung des Einflusses der festen Bestandteile der Bioabfälle auf den Wasseranteil des Nährbodens;

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Erfindung der Temperatur des Nährbodens mit der Zeit beim Zersetzen der Bioabfälle;

Fig. 6 ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Zersetzungsanlage nach der Erfin dung;

Fig. 7 eine Frontansicht eines Rührwerkes in schematischer Darstellung, und

Fig. 8 eine Schnittansicht längs der Linie I-I in Blickrichtung von rechts.

Fig. 1 zeigt den Einfluß der Temperatur auf die Vermehrung der Mikroorganismen. Der Niedrigtemperaturbereich umfaßt den Bereich von ca. 5-30°C, der Mitteltemperatur bereich den von etwa 30-50°C und der Hochtemperaturbereich den über 50°C. Die Hochtemperatur-Bakterien zersetzen die Abfälle mit hoher Geschwindigkeit, bei nied rigen und mittleren Temperaturen vermehren sich insbesondere Bakterien, die Le bensmittelvergiftungen verursachen. Der Prozeß nach der Erfindung wird somit vor zugsweise in den Hochtemperaturbereich verlegt. Die Hochtemperatur-Bakterien ver mehren sich im Lebensraum unter niedrigen und mittleren Temperaturen relativ lang sam. BIO GIGA POWDER bestehen aus Bakterienstämmen mit dem dreistufigen Tem peraturbedarf. Die Vermehrungsenergie der Niedrig- und Mitteltemperaturbakterien hebt die Innentemperatur des Zersetzungsbehälters an und unterstützt damit die rasche Vermehrung der Hochtemperatur-Bakterien. Der Zersetzungsvorgang der Bioabfälle mit BIO GIGA POWDER ermöglicht, die Innentemperatur des Prozeßbehälters für die Dauer von einigen Stunden über 65°C zu halten und damit den Prozeß sicher durch zuführen.

Die Graphik nach Fig. 2 zeigt den Einfluß des pH-Wertes auf die Vermehrung der BIO GIGA POWDER-Bakterien in Abhängigkeit von dem Trübungsgrad und bezogen auf die Zuchtzeit. Die in BIO GIGA POWDER zum Einsatz kommende Bakterien sind ein Bacillus, der sich vorwiegend im pH-Bereich von 5,5-ca. 9,6 vermehren kann. Es ist deshalb notwendig, den pH-Wert des Nährbodens von über 8 einzuhalten, um die Vermehrung von BIO GIGA POWDER Mikroorganismen zu fördern. Der pH-Wert des Nährbodens ist von besonderem Einfluß auf die Art der Mikroorganismen und deren Vermehrung, somit entscheidend im Hinblick auf die Zersetzung der Bioabfälle. Die Bakterien, die sich im neutralen bis alkalischen Bereich bei einem pH-Wert von 5,5-9,5 vermehren, sind meist aerobe Bakterien, bei deren Vermehrung der pH-Wert des Nährbodens leicht alkalisch ist. Im sauren Bereich sterben diese Bakterien ab. Die Bak terien, die sich im sauren Bereich vermehren, sind vorwiegend organische Säurebakte rien (z. B. Milchsäurebakterien). Bei ihrer Vermehrung wird der pH-Wert des Nährbo dens niedrig. Sie sind meist zugluftbedürftig und anaerob und vermehren sich nicht im alkalischen Nährboden.

Fig. 3 zeigt schematisch das Modell eines Nährbodens. Der Nährboden besteht aus den Makroporen zwischen den Holzchip-Partikeln und den Mikroporen des Holz leitrohres. Die Zwischenräume zwischen den Makroporen und der Oberfläche der Mi kroporen sind aerob, die Innenräume der Mikroporen sind zugluftarm. Wenn der Nährboden nur in zeitlichen Abständen umgerührt wird, ist die Sauerstoffzufuhr zeit lich beschränkt. Daher wird der gesamte Nährboden regelmäßig aerob oder anaerob. Unter diesen Bedingungen verflüssigen die zugluftbedürftigen Bakterien den organi schen Stoff, den die aeroben Bakterien auf der Nährbodenoberfläche vollständig ab bauen. Die Zersetzung der Bioabfälle unter aeroben Bedingungen beim Stoffwechsel prozeß läuft zwischen den aeroben und den anaeroben Bakterien optimal schnell ab. Die Abbauprodukte sind Kohlendioxid, Wasser und Ammoniak. Dabei bleibt der pH- Wert des Nährbodens im leicht alkalischen Bereich (pH-Wert etwa 8-9,5). Die freige setzte Energie ist durch die vollständige Zersetzung des organischen Stoffes sehr hoch und diese Energie wandelt Wasser in Dampf um, so daß die Temperatur auf etwa 55-65°C ansteigt. Der Wasseranteil im Zersetzungsbehälter ist gering, so daß der Zustand im Behälter eher trocken ist.

In der Darstellung nach Fig. 4 ist der Einfluß des festen Bestandteils der Bioabfälle auf den Wasseranteil des Nährbodens schematisch dargestellt und je mehr feste Bestand teile in den Bioabfällen vorhanden sind, desto geringer ist ihr Wasseranteil. Der Ener giegewinn durch die Zersetzung wird größer. Je höher der Anteil der festen Bestandtei le an den Bioabfällen ist, umso größere Mengen an Wasser und Luft müssen für die Zersetzung zugeführt werden. Die Aggregatzustände des Wassers im Zersetzungsbe hälter sind auf die festen Bestandteile bezogen. Beträgt der Bestandteil fester Stoffe an den Bioabfällen etwa 12%, ist die Wassermenge ausgeglichen. Fällt der Wert, fällt auch der Energiegewinn geringer aus und es bleibt Wasser zurück.

Die graphische Darstellung nach Fig. 5 zeigt die Änderung der Temperatur des Nähr bodens beim Zersetzen der Bioabfälle in Abhängigkeit von der Zeit. Aus der graphi schen Darstellung ergibt sich, daß die Temperatur mit BIO GIGA POWDER Mikroor ganismen im Vergleich zu der Zersetzungstemperatur von BIO GIGA POWDER A sehr stark ansteigt und die Zersetzung nicht nur hygienisch vorteilhafter vonstatten geht, sondern auch die Beseitigungsleistung der Bioabfälle durch die hohe Zersetzungsge schwindigkeit verbessert wird. Es ist dann nur erforderlich, vor jeder Inbetriebnahme ein Mikroorganismen-Mittel einzugeben, weil nach Beendigung des Zersetzungsvor ganges nur noch wenige Bakterien im Nährboden vorhanden sind.

Eine Ausführungsform einer Anlage zum Zersetzen der Bioabfälle nach der Erfindung ist in dem Schaltbild nach Fig. 5 dargestellt. Ein Abfallbehälter 1 nimmt den Nährbo den darstellende Chips 2 sowie Abfälle 3 auf; beide werden im Behälter 1 gemischt und umgerührt. Der Behälter 1 weist einen Rohrboden 4 auf, der mit Warmluft von ca. 50-80°C durchströmt ist. Die Warmluft besteht aus Abluft 13 und vorgewärmter Frischluft 15, wobei die jeweiligen Luftanteile empirisch ermittelt und fest eingestellt werden. Ferner wird dieser Warmluft ein Teil kalter Frischluft FL beigefügt, die über eine Klappe 16 geregelt wird. Im Inneren des Behälters 1 ist ein Temperatursensor 5 vorgesehen, der die Guttemperatur mißt und anzeigt. Durch eine weitere Temperatur messung 6 wird die Temperatur im Kreislauf der Heißluft festgestellt, bevor diese an der Stelle 7 in den Behälter 1 eingeführt wird. Ein Gebläse 8 mit Ventilator dient zur Be- und Entlüftung des Mischbehälters und saugt Luft und Feuchtigkeit aus dem Behäl ter 1 ab, die über ein Filter 9 durch einen Wärmetauscher 10 (z. B. einen Kreuzstab- Wärmetauscher) geführt wird. Diese Luft wird über Elektroheizstäbe 11 erhitzt und über einen Katalysator 12 geführt, von wo die Luft als Abluft 13 in das Freie abgegeben wird. Der Katalysator 12 wird nach dem Start auf eine Temperatur von ca. 320°C be heizt. Die Beheizung erfolgt mit Hilfe der Elektrostäben 11, die in Stufen regelbar sind. Ein Teil der Abluft 13 wird als Rückluft RL in das Steuergerät 14 eingeführt, dem er wärmte Frischluft 15 zugeführt wird. Diese Zufuhr wird über eine nach Programm oder von Hand gesteuerte Klappe 16 geregelt. Kalte Frischluft FL wird dem Gerät 14 über einen Stellmotor 17 zugeführt. Aus dem Steuergerät 14 wird Warmluft (z. B. mit 60°C) über die Leitung 18 durch den Behälterboden 19 geführt, der vorzugsweise als Dop pelboden ausgeführt ist und den Nährboden mit Bioabfall innerhalb des Behälters 1 auf eine Temperatur von ca. 50-60°C aufheizt. Gemessen wird die Temperatur des Behäl terinhalts über den Meßfühler 5. Die Temperatur der Heißluft wird nach dem Verlas sen des Heizbodens 19 und vor dem Einleiten der Heißluft in den Behälter gemessen (bei 6). Um sicherzustellen, daß die Temperatur der in den Luftraum 20 über dem Bio abfall 3 im Behälter 1 eingeführten Luft den gewünschten Wert von ca. 50°C hat.

Im Behälter 1, der den Nährboden in Form von Chips und Abfällen aufnimmt, ist ein Rührwerk 21 vorgesehen, das Chips und Abfälle miteinander in rotierende Bewegung versetzt und umrührt. Dieses Rührwerk bzw. Mischwerk 21 besteht aus zwei Spiralen anordnungen 22 und 23, die auf einer gemeinsamen Welle 24 angeordnet sind, und zwar aus Außenspiralen 24 und Innenspiralen 25, die in der Weise miteinander zu sammenwirken, daß das in Umlauf gesetzte Material nach innen gezogen wird. Das Rührwerk ist so angetrieben, daß es in einer Drehrichtung "Vorwärts" und in der ent gegengesetzten Drehrichtung "Rückwärts" arbeiten kann.

Die Anlage wird mit Hilfe einer Programmsteuerung mit Mikroprozessor gesteuert, der in einen Schaltkasten eingebaut ist. Am Schaltkasten ist ein Display mit Bedientasten vorgesehen, über das Istwerte und Sollwerte angezeigt werden, ebenso der jeweils letzte Störwert. Die Programmsteuerung sieht vor, daß der Betrieb mit Laufzeiten und Pausenzeiten von jeweils 5-30 Min. abläuft und die Temperatur des Behälterbodens in unterschiedlichen Temperatur- und Zeitstufen geregelt werden kann, nämlich in der ersten Stufe auf eine Temperatur von 35-50°C, in einer zweiten Stufe auf eine Tem peratur von 50-65°C und in einer dritten Stufe auf eine Temperatur von 40-65°C, jeweils mit einer Zeitdauer von 5-10 Std. Die Katalysatortemperatur wird während des gesamten Prozesses konstant gehalten und auf einen Temperaturwert von 300-350°C gehalten.

Claims

1. Verfahren zum Zersetzen und Entsorgen von Bioabfällen, insbesondere organischen Küchenabfällen, mit hoher Geschwindigkeit, bei dem

a) einen Nährboden bildende, mehrporige und wasserhaltende Chips aus zerklei nertem Holz in einen Zersetzungsbehälter eingefüllt werden,
b) Mikroorganismen, die aus unterschiedlichen Stämmen mit aeroben und anaero ben Bakterien und aus unterschiedlichen Enzymen bestehen, dem Nährboden beigegeben werden,
c) giftfreie Bioabfälle in den Behälter eingebracht und auf den Nährboden aufgefüllt werden, und
d) die Chips mit Mikroorganismen enthaltenden Mitteln erhitzt, mit Wasser und mit Sauerstoff versetzt und gerührt sowie vermischt und zerkleinert werden, um ei nen optimalen Nährboden für die Mikroorganismen und deren Vermehrung zu erzielen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur, die Feuchtigkeit und das Luftvolumen innerhalb des Zersetzungsbehälters entsprechend der Geschwindigkeit des Zersetzungsprozesses gesteuert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Zersetzungs behälter der Bioabfall mit Hilfe eines Rührwerkes zerkleinert bzw. zermahlen wird, und die Oberfläche der Masse aus Nährboden und Bioabfällen bearbeitet bzw. auf geschlossen wird, um optimale Lebens- und Arbeitsbedingungen für die Bakterien zu erzielen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der orga nische Abfall nach dem Zerkleinern getrocknet und ihm Wasser entzogen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die am Prozeß beteiligten bzw. in die organischen Abfälle eingebrachten Bakterienstämme BIO GIGA POWDER sind, die sich aus Niedrig-, Mittel- und Hochtemperatur- Bakterien zusammensetzen, wobei die NT- und MT-Bakterien die Innentemperatur des Behälters hoch halten und zur Vermehrung der HT-Bakterien beitragen, und wobei die Innentemperatur des Behälters über einige Stunden auf einem Wert zwi schen etwa 50 und 65°C gehalten wird.

6. Einrichtung zum maschinellen Zersetzen und Entsorgen von organischen Stoffen, insbesondere Bioabfällen, mit hoher Geschwindigkeit, zur Durchführung des Ver fahrens nach einem der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet durch

a) einen Abfallbehälter mit auf der Oberseite durch Deckel und Sicherung geschlos sener Einführöffnung,
b) einen beheizten Boden des Abfallbehälters,
c) einer Temperaturmessung und -anzeige des Füllgutes im Behälter,
d) einer Vorrichtung zum Zu- und Abführen von Luft bzw. Sauerstoff und Feuchtig keit, z. B. Wasser, im Abfallbehälter,
e) eine Regelung der Temperatur der Luft, und
f) ein Rühr- bzw. Mischwerk im Behälter.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenbeheizung über einen Doppelrohrboden mit Heißluft erfolgt.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem Gebläse (8) aus dem Behälter abgesaugte Luft mit Feuchtigkeit über ein Filter (8') ei nem Wärmetauscher (9) mit Aufheizung der Abluft aus dem Behälter zugeführt wird, und daß die den Wärmetauscher verlassende Luft teilweise als Abluft (13) in das Freie abgegeben und teilweise als Rückluft in das Luftsteuergerät (14) zugeführt wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührwerk (21) im Behälter (1) mit spiralförmigen Rührarmen (22, 23, 24, 25) ausgebildet ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmigen Rührarme (22, 23, 24, 25) auf der gemeinsamen Achse (26) des Rührwerkes (21) so angeordnet sind, daß sie in axialer Richtung nach innen arbeiten.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralför migen Rührarme (22, 23, 24, 25) im Rührwerk (21) Außenspiralen (24) mit größe rem Durchmesser und Innenspiralen (25) mit kleinerem Durchmesser sind.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Außen- und Innenspiralen gegeneinander abgestützt sind.