DE2253477B2 - Verfahren und vorrichtung zum nasskompostieren eines organischen schlammes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Naßkompostieren eines organischen Schlammes unter Vermischung mit einem sauerstoffhaltigen Gas.

Es ist bekannt, daß sich flüssige, organische Klärschlämme oder tierischer Kot und Jauche bei intensiver Belüftung unter Entwicklung von Eigenwärme naß, d. h. in flüssigem Zustand, kompostieren lassen. Solange es sich um Schlämme handelt, die höchstens 5% bis 6% Feststoffe enthalten, scheint sich zum intensiven Eintrag des Sauerstoffes ein hochtourig laufender Rohrflügel (Schweizer Patent Nr. 497913) zu eignen. Der Einsatz dieses Flügels ist auf verhältnismäßig dünne Schlämme beschränkt, weil die Umwälzung der Behälterinhalte bei dickflüssigen Schlämmen nicht mehr gewährleistet ist. Der Flügel zerreißt wegen der hohen Tourenzahl die Feststoffe sehr stark,

«) so daß im überstehenden Filtrat 30% bis 40% der ursprünglichen Feststoffe verbleiben. Wenn ein direkter Austrag des Naßkompostierten auf das Feld möglich ist, spielt dies, abgesehen von den Transportkosten für wasserreichere Schlämme keine Rolle.

J5 Überall dort, wo eine weitere Verarbeitung oder Massenreduktion gewünscht wird, ist die Behandlung des überstehenden Filtrats ein Problem, das nur sehr kostspielig gelöst werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Verfahren bzw. mit einer Vorrichtung der gattungsgemäßen Art ein Milieu zu schaffen, in dem sich die Bakterien optimal vermehren und dabei den Abbauprozeß optimal gestalten.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe dadurch, daß der j Schlamm in einem gasdichten Mischbehälter mit dem sauerstoffhaltigen Gas unter Druck vermischt, das Gas mehrmals in den Schlamm eingetragen und die Schlammtemperatur du/ch Wärmezufuhr oder Kühlung unterhalb 75° C gehalten wird.

>o In bekannten Anlagen können z. B. frische mech.-biologische Klärschlämme können mit 5% bis 8% Feststoffgehalt behandelt werden; nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sind Schwankungen zwischen 5% und 25% möglich. Daher können auch in

^r)5 Wasser zerkleinerter Haushaltskehricht oder organische Industrieabfälle naß kompostiert und das Endprodukt volumenmäßig auf V₃ reduziert werden.

Es wird davon ausgegangen, daß die Löslichkeit von Sauerstoff im Wasser bei den gewünschten Tempera-

bo türen um ca. 60° C unter 50% fällt gegenüber der Löslichkeit bei Normaltemperatur von 15° C, daß sie aber durch Steigerung des absoluten Druckes prozentual zur Drucksteigerung wieder zunimmt. Da bei Schlämmen mit hohem Feststoffgehalt das mechani-

b5 sehe Verteilen des Sauerstoffes in feinen Blasen mit großer Oberfläche nur schwer möglich und mit wesentlichen Nachteilen verbunden ist, wird bei vorliegendem Verfahren die Sauerstofflöslichkeit bei grob-

blasiger Belüftung durch Druck gesteigert. Bei Ersatz der Luft durch reinen Sauerstoff kann der Sauerstoffeintrag bei gleichen Drücken und Behälterinhalten theoretisch um das Fünffache gesteigert werden.

Der nötige Sauerstoffeintrag ist abhängig von der abbaubaren Kohlenstoffkonzentration, welche z. B. zwischen eingedicktem und nicht eingedicktem Klärschlamm bereits im Verhältnis 1:5 variieren kann. Weiter kann der Kohlenstoffanteil in bezug auf den Feststoffgehalt bei tierischen Abfällen doppelt so hoch sein wie bei häuslichem Frischschlamm, so daß daraus bereits, ohne SpezialSchlämme einzuschließen, (z. B. gemahlener Kehricht) von der Schlammseite her, bei Verwendung von Luft, Druckvariationen von 1-10 nötig werden. Wenn die Wirkung einer größeren Sauerstoffkonzentration bis zu reinem Sauerstoff mit eingerechnet wird, können die Drücke für dieses Verfahren theoretisch im Verhältnis 1:50 variieren.

A.US Gründen der Behälterdimensionierung wird der Druck bei Verwendung von Luft im Normalfalle auf ca. 6 atm beschränkt bleiben. Bei Verwendung von reinem Sauerstoff ist dagegen die drucklose Behandlung von bestimmten Schlämmen möglich. In diesem Falle wird von Druck nur gesprochen, weil es sich um ein gasdichtes System handelt, innerhalb dem das Gas durch Überdruck von einem Mischbehälter zum andern und in die Vor- oder Nachkompostierung geleitet wird.

Es ist bekannt, daß bei der Kompostierung eine biologische Selbsterwärmung auf 70° bis 75° möglich ist. Das an der Kompostierung beteiligte Leben verträgt keine höheren Temperaturen und wird deshalb auf dieser maximalen Temperatur fixiert. Wenn sie erreicht ist, wird nur noch so viel Kohlenstoff abgebaut, wie entsprechende Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann, denn für das Aufwärmen des Schlammes wird keine neue Wärme mehr benötigt. Das Erreichen der Höchsttemperatur zeigt deshalb nicht zwingend die Maximalleistung pro m³-Behälterinhalt an, sondern nur, daß die Wärmeproduktion die Abstrahlungsverluste deckt. Durch Kühlung des Behälters kann diese Wärmesperre durchbrochen und eine intensivere Kompostierung eingeleitet werden. Diesem Zusammenhang und der Steuerungsmöglichkeit einer Kompostierungsanlage überhaupt wurde bis heute zu wenig Beachtung geschenkt.

Es wird daher erstmals vorgesehen, den Prozeß durch Abfuhr von Überschußwärme zu steuern. Nur so kann die Maximalleistung erzwungen werden.

Da die Pasteurisierung bei einer Temperatur von 55° bis 60° C gewährleistet ist, wird der Prozeß mit Vorteil auf dieser unter der Maximaltemperatur von 75° C liegenden Temperaturstufe gehalten. Es bleibt daher ein von der Natur gegebener Steuerungsbereich, innerhalb dem auch bei steuerungsbedingter, schwankender Temperatur Pasteurisierung sichergestellt ist.

Die Überschußwärme kann durch Kühlung der Behälterwände abgeleitet werden, indem die Kühlluftoder Kühlwassermenge durch Temperatur gesteuerte Ventile reguliert werden kann.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung und Beschreibung, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein gasdichtes Drehtrommelsystem,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine drehbare Luftverteilungsanlage in einem stehenden Behälter, FiR. 3 eine einfache feststehende Luftverteilungsanlage analog Fig. 2,

Fig. 4 den Querschnitt durch die Drehtrommeln nach Schnittlinie IV-IV der Fig. 1 und

Fig. 5 einen Ausschnitt der äußersten Drehtromj mel nach Fig. 4.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine gasdichte Drehtrommel 1, die auf Rollenlagern 2 in Pfeilrichtung (Fig. 4) gedreht wird. Fig. 4 zeigt den Querschnitt gemäß Linie IV-IV durch diese Drehtrommel

ι» der Fig. 1. Die Drehtrommel 1 kann einen einzigen Zylinder aufweisen. Mit Vorteil werden aber ein oder mehrere Zylinder konzentrisch ineinandergebaut, wie diesFig. 1 zeigt, wo in der Drehtrommel 1 eine zweite Drehtrommel 4 angeordnet ist. Damit wird erreicht, daß der Schlamm in den Drehtrommeln einen langen Weg zurückzulegen hat. Ferner können im ganzen Raum möglichst viele Schöpfbecher 3 untergebracht werden. An den Innenwänden der Drehtrommel 1 sind die Schöpfbecher 3 befestigt, die sich mit der

-'() Drehtrommel 1 drehen. Die Schöpfbecher 3 sind seitlich an quer zur Drehtrommel 1 stehenden Wänden 3 b montiert, welche ihrerseits am Drehtrommelmantel befestigt sind. Diese Wände 3 b unterteilen den Drehtrommeiraum in Einzelräume, damit ein direkter Schlammdurchfluß an der Schlammoberfläche verhindert wird. Für den Gas- und Schlammdurchlauf besitzen die Wände gegeneinander versetzte Durchgangsöffnungen 3d. Beim Eintauchen der Becher in den Schlamm mit dem Spiegel 5 füllen sie sich mit

jo sauerstoff haltigem Gas aus dem Räume 5 a, das sie beim Drehen allmählich an den Schlamm abgeben, so daß ständig Gasblasen durch den Schlamm aufsteigen. Im Sinne einer kinematischen Umkehr ist es auch möglich, die Drehtrommeln 1 und 4 festzuhalten und

υ den Einbau mit den Trennwänden und Bechern zu drehen.

In Fig. 5 sind die Schöpfbecher 3 ίηι Detail dargestellt. Es ist wesentlich, daß die Rundungen der Schöpfbecher 3 über ca. 135 ° hinausgezogen werden,

•m damit sie einen Teil der Luft über dem tiefsten Punkt der Drehtrommel 1 hinaustragen und erst beim Erreichen der Stellung 3a vollständig entleert werden. An den Außenwänden der konzentrischen Drehtrommel 4 sind Leitelemente 6a, z. B. aus Wellblech befestigt, die einen Teil der Luft auffangen und sie erst beim Aufsteigen wieder freigeben, damit der ganze Drehtrommelinhalt gasdurchströmt wird. Die Drehtrommeln 1, 4 sind bis zu ca. 80% bis 90%, d. h. bis auf die Spiegel 5 mit Schlamm gefüllt, so daß die Schöpfbecher 3 den aufgenommenen Schlamm oben entleeren und wieder, gasgefüllt, eintauchen können. Das unter Druck stehende Gas wird mehrmals in den Schlamm eingetragen, womit eine gute Sauerstoffausbeute erreicht wird.

Die Drehtrommeln 1 und 4 stehen unter einem Druck, welcher der Schlammtiefe in den anschließend erläuterten Nachkompostierungsbehältern (Fig. 2) und (Fig. 3) entspricht. Daher muß der Schlamm mit einer Dosierpumpe 6 und Sauerstoff mit einem Kom-

bo pressor 7 mit diesem Druck eingepreßt werden. Im gezeigten Beispiel tritt der Schlamm mit dem Gas bei einer Öffnung 18 aus der Zuleitung in das Innere der Drehtrommel 4 aus und wandert von der inneren Drehtrommel 4 mit dem Gas zusammen in Pfeilrichtung (Fig. 1) durch die Drehtrommel.

In diesem Beispiel erfolgt die Kühlung durch Luft, indem durch einen Ventilator 9 Kaltluft durch eine feststehende Lufthaube 10 außen über die Drehtrom-

tnel 1 gezogen wird. Diese Kühlluft kommt nicht mit Schlamm in Berührung. Sie ist daher geruchlos und kann zu Heiz- oder Trocknungszwecken verwendet werden.

Die Drehtrommeln 1, 4 können ebenfalls für die Kompostierung von dünnflüssigen Schlämmen verwendet werden. Dann werden sie mit Vorteil an den Stirnseiten 11 isoliert (Fig. 1), so daß die nötige Überschußwärme zum Steuern vorhanden ist. Der Schlammspiegel 5 wird in der inneren Drehtrommel 4 durch die Höhe einer Überlaufkante 12, in der äußeren 1 durch ein Überlaufrohr 13 festgelegt, wobei nötigenfalls das Überlaufrohr 13 radial verstellt werden kann. Die Trommeldrehzahl liegt normalerweise bei 10-15/min. Der Vorteil dieser Drehtrommeln 1, 4 liegt darin, daß kaum noch pumpbarer Schlamm unter hohen Drücken, z. B. bis zu ca. 6 atm, belüftet werden kann, und daß die in die Luftkomprimierung gesteckte Energie durch mehrmaligen Durchgang der Luft durch das Gut ausgenützt werden kann. Dank dem langen Weg, der vom Schlamm durchlaufen werden muß, wird trotz kontinuierlichem Betrieb eine sichere Pasteurisierung erreicht. Die Drehtrommel eignet sich auch dort vorzüglich, wo die Abwärme verwendet werden soll, weil bei hohen Drücken nur wenig Wärme durch Wasserverdampfung mit der Abluft ausgetragen wird; denn der Verlauf der Dampfdruckkurve hängt vom Absolutdruck ab und ihr Anstieg im /'-Jtr-Diagramm wird mit zunehmendem Absolutdruck steiler. Das Sättigungsdefizit der Luft ist daher bei gleichen Temperaturen bei höherem Druck geringer als bei tieferem. Arbeitet man mithin bei höherem Druck, so kühlt man mit gleicher Luftmenge den Schlamm weniger ab, da weniger Wasser verdunstet und mithin weniger Verdünstungswärme dem Schlamm entzogen wird.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch einen senkrecht stehenden Behälter für die Nachkompostierung, in rein schematischer Darstellung. Schlamm und Gas aus dem Mischbehälter, Fig. 1, wird gemeinsam in einen Bodentrichter 14 befördert. Das Gas sammelt sich in einer Gasglocke 15, an der eine Anzahl verschieden langer, nach unten offener Halbrohre 16 befestigt sind. Die Gasglocke 15, angetrieben durch einen Motor 15a, dreht sich langsam und verteilt die aus den mitdrehenden Halbrohren 16 austretenden Gasblasen gleichmäßig über die ganze Grundfläche. Ein eingebautes, feststehendes Kreuz 17 hebt die entstehende Drehbewegung größtenteils auf, so daß die Gase angenähert senkrecht nach oben steigen. Es geht bei diesem Aufsteigen weiter Sauerstoff in Lösung, wobei entsprechend der Gasentspannung die Löslichkeit zurückgeht. Analog geht auch, entsprechend dem Abbaugrad des Schlammes, der Sauerstoffbedarf zurück, so daß in der Naßkompostierung an jedem Ort die richtige Menge Sauerstoff zur Verfügung steht. Es findet in diesen stehenden Behältern eine ideale Ausnutzung der in die Gaskomprimierung gesteckten Energie statt. Über eine feststehende Spülleitung 18 können die Gaseintrittsöffnungen der Halbrohre 16 beim Vorbeidrehen periodisch freigespült werden.

Während in Fig. 2 eine drehbare Luftverteilungsanlage für größere Behälterdurchmesser ersichtlict ist, zeigt Fig. 3 eine einfache, feststehende Verteiler anordnung ohne maschinellen Antrieb. In dieserr Falle ist eine Gasglocke 19 fest angeordnet. In dei Gasglocke 19 sind auf gleicher Höhe Kranzöffnunger 21 angebracht, über denen lose Kugeln 20 liegen, de ren spezifisches Gewicht ca. 20% bis 30% größer isl als dasjenige des Schlammes, so daß sie durch das austretende Gas in der Art eines Fließbettes in Bewegung

in gehalten werden, wobei sie die Luft auf eine größere Fläche verteilen. Ein Gasraum 22 im letzten Behältei steht nur noch unter demjenigen Überdruck, der füi die Geruchfreimachung der Abluft nötig ist. Das Gas tritt an der Schlammoberfläche aus, während dei Schlamm über eine Überfallkante 23 in einen Sammeltank 25 fällt. Der herunterfallende Schlamm zerschlägt den sich durch die Gasentspannung bildender Schaum.

Bei niederen Anfangsdrücken kann ein Behältei nach Fig. 3 zur Entspannung genügen. Bei höherer Drücken werden zwei oder mehr derartige Behältei hintereinander geschaltet. Bei der Entspannung des Gases wächst das Gasvolumen und parallel dazu die Aufnahmefähigkeit für Wasserdampf, so daß geger das Ende automatisch eine Schlammabkühlung bedingt durch abgehende Verdünstungswärme stattfindet.

Die beschriebene Ausführung erlaubt eine weitgespannte praktische Anwendung der bekannten inter-

jo essanten Erscheinung, daß sich organische Schlämme naß kompostieren lassen. Dieser Prozeß wird sichel steuerbar und kann kontinuierlich betrieben werden Er kann erstmals auf einen großen Bereich vor Schlämmen mit verschiedenen Feststoffgehalten angewendet werden. Schlämme können vor der Kompo stierung sehr weit eingedickt werden, was folgende Vorteile bringt:

1. Das vor der Naßkompostierung abgeschiedene Filtrat enthält nur wenig gelöste Stoffe und kanr

w leicht verarbeitet werden.

2. Es sind Einsparungen bei der Lagerung und beirr Transport möglich.

3. Auch Schlämme mit wenig abbaubarem Kohlenstoff können auf die nötige Temperatur gebrach:

4:ϊ werden, weil weniger Ballastwasser mit aufgewärmt werden muß.

4. Die Behandlungsräume und damit die Abstrah lungsverluste werden kleiner und die Überschußwärme für eine Weiterverwendung größer Die Kompostierungszeiten können dank der er zwungenen maximalen Leistung auf vier bis acht Tage reduziert werden.

Aus verschiedenen Gründen zeichnet sich heute eine Tendenz zum biologischen Landbau ab, bei den der Abbau der organischen Substanz soweit als mög lieh auf der Anbaufläche durchgeführt wird. Das neu< Verfahren ermöglicht eine kurzfristige Kompostie rung mit dem Hauptzweck der Pasteurisierung, inden der Prozeß abgebrochen wird, sobald der Schlamn

w) ohne Geruchbelästigung weiterverwendet werdei kann. Es ist dies in einem Bruchteil der Zeit des gan zen Prozesses, d. h. in zwei bis drei Tagen möglich

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Naßkompostieren eines organischen Schlamms unter Vermischung mit einem sauerstoffhaltigen Gas, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm in einem gasdichten Mischbehälter mit dem sauerstoffhaltigen Gas unter Überdruck vermischt, das Gas mehrmals in den Schlamm eingetragen und die Schlammtemperatur durch Wärmezufuhr oder Kühlung unterhalb 75° C gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Nachkompostieren die bei der Kompostierung anfallenden Gase zur Ausnutzung des Restsauerstoffes und der Abwärme verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Entspannen des Drukkes das Schiammsauerstoffgemisch durch Durchleiten von unten nach oben gleichmäßig auf den Querschnitt senkrechter gasdichter Nachkompostierungs-Behältsr verteilt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als sauerstoffhaltiges Gas mit Sauerstoff angereicherte Normalluft verwendet wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, bestehend aus mindestens einem geschlossenen Mischbehälter mit Zu- und Ableitungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischbehälter gasdicht ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischbehälter als liegende Drehtrommel (1) ausgebildet ist, an deren Innenwand Schöpfbecher (3) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere mit Schöpfbechern (3) und Leitelementen (6a) ausgerüstete Drehtrommeln (1, 4) konzentrisch angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenfläche mindestens der inneren Drehtrommeln (4) parallel zur Drehachse Wellblechstege (6a) vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schöpfbecher (3) seitlich auf quer zur Drehtrommel (1) stehenden Wänden (3b), die vorzugsweise versetzte Durchgangsöffnungen (3d) besitzen, montiert und ihrerseits an der Innenwand der Drehtrommel befestigt sind, und daß die Schöpfbecher (3) eine Rundung (3c) aufweisen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, mit einem oder mehreren, gasdicht verschlossenen, senkrechten Mischbehältern, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrum des Mischbehälters ein Rührwerk (29a) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine fesie oder drehbare Gas glocke (19,15) in dem Mischbehälter angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der drehbaren Gasglocke (15) unterschiedlich lange, nach unten offene Halbrohre (16) angebracht sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Gasglocke (19,15) ein feststehender Spülwasseranschluß (18) oder

eine drehbare Spüldüse (26) vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß über der feststehenden Gasglocke (19) frei bewegliche Kugeln (20) mit einem l,2fachen spezifischen Gewicht des Schlammes liegen.