DE2418704B2 - Verfahren zum kompostieren von abfall - Google Patents
Verfahren zum kompostieren von abfallInfo
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Description
55
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kompostieren von hierzu geeignetem Abfall, wobei der Abfall in
einem Reaktionsraum mit einem Sauerstoff enthaltenden Kontaktgas in Stoffaustausch gebracht, im Zuge des
Stoffaustausches Sauerstoff verbraucht, das an Sauerstoff verarmte Kontaktgas aus dem Reaktionsraum
abgezogen, mit Sauerstoff angereichert und wieder in den Reaktionsraum eingeführt wird.
Es ist bereits ein Verfahren zur Kompostierung von Klärschlamm bekanntgeworden, bei dem der z. B. in
biologischen Abwasserreinigungsanlagen anfallende Klärschlamm einer weiteren biologischen Behandlung
unter Zuführung von Luft unterzogen wird. Dieser Klärschlamm, eine im wesentlichen organische Substanz,
wird unter Mithilfe von im Schlamm enthaltendenen Mikroorganismen, wie Pilzen. Mikroben und
Bakterien, und Sauerstoff, den die Mikroorganismen zum Atmen benötigen, in ein unschädliches, erdiges und
wasserbindendes Produkt, nämlich Kompost, zersetzt Da sich der Stoffaustausch letztlich als Oxydation, also
ais exothermer Verbrennungsprozeß darstellt, erfolgt die Umwandlung bei relativ hohen Temperaturen, die in
der Regel zwischen 60 und 8O0C liegen, wobei alle schädlichen Keime abgetötet werden. Der erhaltene
Kompost ist somit in der Regel hygienisch einwandfrei.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß aufgrund der stattfindenden Oxydationsprozesse der Sauerstoffgehalt
der zugeführten Luft, im folgenden auch Kontaktgas genannt, sehr schnell stark abnimmt Wird das
Kontaktgas einem sogenannten Bioreaktor, in dem die Umwandlung des Klärschlamms in Kompost erfolgt,
von unten nach oben zugeführt, so sinkt die Sauerstoffkonzentration des Kontaktgases bereits kurz oberhalb
der Zufuhrstelle auf einen Bruchteil der ursprünglichen Konzentration ab, während die Konzentration an
Stoffwechselprodukten, insbesondere an CO2, im Kontaktgas stark ansteigt. Dies hat zur Folge, daß im
oberen Bereich des Reaktors die Oxydationsprozesse sehr stark zurückgehen, wodurch es sich unter anderem
e.gibt, daß die hohen, zur Abtötung schädlicher Keime erforderlichen Temperaturen nicht erreicht werden.
Diese Nachteile können bei diesem Verfahren nur durch eine entsprechend längere Verweilzeit des Klärschlamms
im Reaktor beseitigt werden, was sich jedoch wiederum sehr nachteilhaft auf die Wirtschaftlichkeit
des Verfahrens auswirkt.
Ein verbessertes Sauerstoffangebot in allen Schichten des Bioreaktors wird bei einem aus der DT-PS 8 05 044
bekannten Verfahren zur Herstellung von organischen Düngemitteln durch Zersetzung von feuchten organischen
Stoffen dadurch erreicht, daß kontinuierlich von unten her Luft unter Druck durch die in einem
Bioreaktor gesammelte Masse getrieben und die verbrauchte Luft sowie in der Masse erzeugte Gase
kontinuierlich in horizontalen, mit geeigneten Vertikalabständen übereinander liegenden Ebenen abgezogen
werden. Dabei soll zu Beginn der Zersetzung das Ventil der untersten Abzugjebene zunächst offen
gehalten und erst dann geschlossen werden, wenn die im unteren Bereich vorhandene Masse weitgehend umgesetzt
ist und kaum noch Sauerstoff verbraucht. Gleichzeitig wird das Ventil der nächsthöheren
Abzugsebene so lange offengehalten, bis die Masse der zweiten Ebene umgesetzt ist. Wie leicht einzusehen ist,
ergibt sich jedoch durch dieses stufenweise Durchströmen der Massen mit Luft auch bei diesem Verfahren
eine relativ lange Verweilzeit der umzusetzenden Massen in dem Bioreaktor.
Bei einem anderen, in der DT-AS 15 92 729 beschriebenen Verfahren zur Entseuchung und Reifung
von Kompostrohgut soll eine genugende Versorgung sämtlicher Materialschichten eines Bioreaktors mit
Sauerstoff durch Durchsaugen bzw. Einblasen von Luft von unten her in durch Pausen unterbrochenen Stoßen
erzielt werden. Die Pausen werden so bemessen, daß die Temperatur in allen Schichten des Kompostrohgutes
gleich ist und der Sauerstoffgehalt in der im oberen Bereich des Bioreaktors abgezogenen Abluft nicht unter
10 Vol-% abfällt Zur Durchführung dieses Verfahrens ist es notwendig, jeden Luftstoß in einer solchen Stärke
auszuführen, daß in allen Schichten zunächst ein
Überangebot an Sauerstoff vorliegt. Dies hat aber zwangsläufig nicht nur einen hohen Energieverbrauch,
sondern auch eine relativ hohe Wärmeabfuhr aus dem Bioreaktor zur Folge, da bei einer großen Luftzufuhrmenge
auch eine entsprechende Abgasmenge abgezogen werden muß. Ohne zusätzliche Maßnahmen sinkt
die Temperatur in dem Bioreaktor dadurch so weit ab daß der Rottevorgang zumindest verzögert oder nur ein
ungleichmäßiger Reifegrad erreicht wird.
Die gleichen Nachteile hat ein Verfahren zur Kompostierung von in Behältern gelagerten \bfallstoffen,
das der DT-OS 15 92 800 zu entnehmen ist Durch diskontinuierliches Zuführen von Wasser und durch
jeweils anschließende Verringerung des Wassergehaltes mittels Luft, eines Luftsauerstoff-Gemisches oder eines
freien Sauerstoff aufweisenden Gases wird dabei die Temperatur des Abfallstoffes zwischen einem für die
Bakterien mesophilen und einem thermophilen Bereich gesteuert. Auch bei diesem Verfahren wird also jeweils
das gesamte, dem Reaktor zugeführte Kontaktgas nach Durchströmen des Reaktors abgezogen und durch
neues ersetzt, wodurch die relativ hohe Wärmeabfuhr aus dem Reaktor zustande kommt.
Das Problem des Wärmeverlustes wird bei einem aus der DT-PS 9 46 547 bekannten Verfahren zur Kornnostierung
organischer Düngermassen in einem Bioreaktor dadurch umgangen, daß die sich im oberen Bereich
des Reaktors sammelnde, heiße Abluft zum unteren Bereich des Bioreaktors zurückgeführt wird. Gleichzeitig
kann Außenluft in diese Rückführung eingesaugt werden. Um darüber hinaus auch eine ausreichende
Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen in allen Schichten des Bioreaktors sicherzustellen, wird bei
diesem Verfahren die Düngermasse am unteren Ende des Bioreaktors laufend abgezogen und mittels Fördervorrichtungen
am oberen Ende des Bioreaktors wieder eingefüllt. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt zum
einen in dem hohen apparativen Aufwand für den Transport der Düngermassen und zum anderen in dem
hohen Energieaufwand, der zur Umwälzung des Kontaktgases notwendig ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches und doch einfaches Verfahren der
eingangs genannten Art zu entwickeln, mit dem in allen Höhen des Bioreaktors ein ausreichendes Sauerstoffangebot
für die Mikroorganismen zur Verfügung gestellt und mit dem eine den optimalen Lebensbedingungen
der Mikroorganismen entsprechende Temperatur in dem Bioreaktor gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das an Sauerstoff verarmte Kontaktgas an den
Stellen einer starken Sauerstoffverarmung aus dem Reaktionsraum abgezogen, mit Sauerstoff angereichert
und daraufhin unmittelbar oberhalb der Abzugsstelle wieder in den Reaktionsraum eingeführt wird.
Durch die Erfindung gelingt es, innerhalb eines Reaktionsraumes, der z. B. der Innenraum eines
Bioreaktors oder der Innenraum einer normalen Miete sein kann, für die Umwandlung von z. B. Klärschlamm
und/oder Müll in Kompost annähernd konstante biologische Bedingungen zu erzeugen. Der Sauerstoffverbrauch
durch die Mikroorganismen führt, wie bereits erwähnt, zu einer starken Abnahme der Sauerstoffkonzentrationen
des Kontaktgases, in der Regel Luft, mit all ihren Folgen. Dadurch, daß an Stellen starker
Sauerstoffverarmung das an Sauerstoff verarmte Kontaktgas aus dem Reaktionsraum abgezogen, mit
Sauerstoff angereichert und daraufhin unmittelbar
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55 oberhalb der Abzugsstelle wieder in den Reaktionsraum eingeführt wird, wobei die Sauerstoffanreicherung mit
Vorteil durch die Zufuhr von nahezu reinem Sauerstoff erfolgen kann, können aber in allen Bereichen des
Reaktionsraumes eine für die Lebensbedingungen der Mikroorganismen ausreichende Sauerstoffkonzentration
aufrechterhalten und die zur Abtötung unerwünschter Keime und zur Erzielung eines gleichmäßigen
Reifegrades erforderlichen hohen Temperaturen eingehalten werden. Denn durch die erneute Zufuhr von
Sauerstoff an Stellen starker Sauerstoffverarmung wird durch das höhere Sauerstoffangebot auch die Stoffwechseltätigkeit
der Mikroorganismen, die in den im Bioreaktor weiter oben liegenden Materialschichten
enthalten sind und beim Einleiten von Kontaktgas nur von unten her mit Sauerstoff nicht ausreichend versorgt
werden können, angeregt und die Temperatur in dem Bioreaktor durch die an dieser Stelle dann verstärkt
einsetzenden Oxydationsprozesse erneut erhöht.
Es ergibt sich somit, daß der gesamte Reaktionsraum zur Umwandlung von organischen Substanzen im
Kompost herangezogen werden kann. Der Umwandlungsprozeß geht daher wesentlich schneller vonstatten
als bei einem Verfahren nach dem Stand der Technik, d. h. die Verweilzeit des biologisch zu behandelnden
Abfalls im Reaktionsraum nimmt erheblich ab, mit der Folge, daß pro Zeiteinheit innerhalb eines gegebenen
Reaktionsraumes wesentlich mehr Abfall behandelt werden kann bzw. daß bei einer zeitlich konstant
anfallenden Abfallmenge der Reaktionsraum selbst erheblich verkleinert werden kann.
Wenn der verbrauchte Sauerstoff des Kontaktgases durch Zuführung von nahezu reinem Sauerstoff ersetzt
wird, ist der durch die Eintragung des Sauerstoffs bedingte Energieaufwand am geringsten, da nur relativ
kleine Mengen an Sauerstoff benötigt werden. Würde man z. B. anstelle von reinem Sauerstoff Luft in das an
Sauerstoff verarmten Kontaktgas eintragen, so wäre aufgrund der hohen Sticksloffkonzentration der Luft
der Energieaufwand erheblich größer, da neben dem Sauerstoff auch noch der praktisch inerte Stickstoff
einzutragen wäre, d. h. zur Erreichung des gleichen Effektes müßte ungefähr eine fünffache Menge an Luft
zusätzlich eingetragen werden. Hinzu kommt, daß es im Falle der Lufteintragung durch die benötigte größere
Luftmenge und deren Kühlwirkung zu einer unerwünschten Absenkung der Reaktionstemperatur kommen
kann.
Aus dem gleichen Grund ist es in manchen Fällen günstiger, in den Bioreaktor auch von unten her anstelle
von Luft als Kontaktgas zumindest mit Sauerstoff angereicherte Luft einzuleiten. Die zugeführte Sauerstoffmenge
ist jedoch immer so zu dosieren, daß die vorliegende Sauerstoffkonzentration des Kontaktgases
gerade so bemessen ist, daß noch keine Schädigung der Mikroorganismen durch zu hohe Sauerstoffkonzentrationen
eintritt.
Da sich die für den Reaktionsablauf optimalen Temperaturen durch die sukzessive Entwicklung von
Reaktionswärme erst nach einer gewissen Zeit einstellen, ist es außerdem unter Umständen günstig, das
Kontaktgas vor dem Eintritt in den Reaktionsraum vorzuwärmen, und zwar variabel, je nach der Art des
aufzubereitenden Abfalls und der Sauerstoffkonzentration des Kontaktgases.
Andererseits ist es, gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgedankens, empfehlenswert,
den Reaktionsraum mit einer Kühlung auszustatten, die
es erlaubt, eine zu rasch und vor allem zu hoch ansteigende Reaktiionstemperatur zu steuern.
Üblicherweise erfolgt die Kompostierung bei Normaldruck. Gemäß anderen Ausbildungen des Erfindungsgedankens
ist es jedoch bisweilen zweckmäßig, die Reaktion bei Ober- oder Unterdruck ablaufen zu
lassen. Überdruck erlaubt einen schnelleren Gasdurchsatz und einen gesteigerten Stoffaustausch, während
Unterdruck bei Bakterien empfehlenswert ist, die gegen höhere Sauerstoff-Partialdrücke empfindlich sind, so
daß auch in diesen Fällen mit relativ hohen Sauerstoffkonzentrationen, also wenig Ballastgas, gefahren
werden kann, ohne die Bakterien zu schädigen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es zweckmäßig, nach Abzug des Kontaktgases aus dem ,5
Reaktionsraum vor dessen Sauerstoffanreicherung durch Zumischung von Sauerstoff, z. B. von nahezu
reinem Sauerstoff, im Kontaktgas vorhandene Stoffwechselprodukte, insbesondere das CO2, zumindest
teilweise abzutrennen. Dies hat den Vorteil, daß ohne
jegliche Sauerstoffverluste in dem Reaktionsraum ständig eine von den Mikroorganismen noch tolerierte
Überschußmenge an Sauerstoff aufrechterhalten werden kann, wodurch mit Sicherheit maximale Lebensbedingungen
der Mikroorganismen im Reaktionsraum gewährleistet sind.
Um die Sauerstoffversorgung der Kompostierungsanlage auf einfache Weise sicherzustellen, kann der zur
Anreicherung des Kontaktgases verwendete Sauerstoff vorteilhafterweise in flüssigem Zustand gespeichert,
verdampft und daraufhin dem Kontaktgas zugeführt werden. Der benötigte Sauerstoff kann dabei in einem
entfernt gelegenen Sauerstoffwerk erzeugt und über geeignete Transportvorrichtungen zu dem Ort des
Sauerstoffverbrauchs, also der Kompostgewinnungsanlage, transportiert werden. Bei Bedarf an größeren
Stoffmengen erfolgt der Transport des Sauerstoffs oder
des Gasgemisches mit Vorteil nicht im gasförmigen, sondern im flüssigen Zustand.
Insbesondere bei größeren Kompostgewinnungsanlagen mit einem relativ hohen Sauerstoffbedarf kann der
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche Sauerstoff mit Vorteil auch unmittelbar in
der Nähe der Anlage erzeugt werden, z. B. durch Zerlegung von Luft in einer Luftzerlegungsanlage, die
auf adsorptiver oder auch kryogener Basis arbeitet. In diesem Falle können die zur Reinigung der zu
zerlegenden Luft erforderlichen Vorrichtungen der Luftzerlegungsanlage gleichzeitig zur Abtrennung von
Stoffwechselprodukten aus dem Kontaktgas vor dessen erneuter Anreicherung mit nahezu reinem Sauerstoff
herangezogen werden.
Andererseits kann auch, falls als Kontaktgas von vornherein ein Gasgemisch verwendet wird, das mehr
Sauerstoff als Luft enthält, das aus dem Reaktionsraum
abgezogene und an Sauerstoff verarmte Kontaktgas zusammen mit Luft in eine Luftzerlegungsanlage
eingespeist werden, wobei dann das in der Luftzerlegungsanlage anfallende sauerstoffreiche Produkt als
Kontaktgas in den Reaktionsraum eingeleitet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich mit Vorteil zur Kompostierung von Müll und/oder Klärschlamm.
Es kann jedoch mit gleichem Erfolg auch zur Kompostierung anderer organischer Substanzen, wie
z. B. von Holzabfällen, herangezogen werden.
Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind dem in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel
zu entnehmen.
Die Figur zeigt einen Bioreaktor 1 mit einem Reaktionsraum 2 zur Kompostierung von Abfällen, die
dem Reaktor über eine obere Öffnung 3 zugeführt, langsam durch diesen hindurchbewegt und nach einer
bestimmten Verweilzeit als hygienisch einwandfreier Kompost über eine untere Öffnung 4 abgezogen
werden. Die Umwandlung des Abfalls in Kompost erfolgt mittels Mikroorganismen, denen über eine unten
an den Bioreaktor 1 angeschlossene Leitung 5 ein Sauerstoff enthaltendes Kontaktgas, beispielsweise Luft
oder mit Sauerstoff angereicherte Luft, zugeführt wird. Bereits im unteren Bereich des Reaktors wird ein
großer Teil des zugeführten Sauerstoffs verbraucht, mit der Folge, daß die Sauerstoffkonzentration des Kontaktgases
von unten nach oben sehr stark abnimmt. Schon im mittleren Bereich des Reaktors ist diese
Konzentration auf einen gerade noch tolerierbaren unteren Grenzwert abgesunken. Das an Sauerstoff
verarmte Kontaktgas wird daher aus dem mittleren Bereich des Reaktors über Leitung 6 abgezogen, durch
Zufuhr von nahezu reinem Sauerstoff über die Leitung 7 erneut mit Sauersitoff angereichert und daraufhin über
Leitung 8 kurz oberhalb der Entnahmestelle erneut in den Reaktionsraum 2 des Bioreaktors 1 eingeleitet. Aul
diese Weise wird verhindert, daß die Sauerstoffkonzentration des Kontaktgases in irgendeinem Bereich des
Reaktionsraumes unter einen für günstige Lebensbedingungen der Mikroorganismen gerade noch tolerierba
ren Grenzwert absinkt. Die im Reaktionsraum vorherrschende Reaktionstemperatur liegt in allen Bereicher
zwischen 60 und 8O0C, wodurch alle schädlichen Keime mit Sicherheit abgetötet werden.
Der über Leitung 7 zugeführte nahezu reine Sauerstoff kann durch ein beliebiges Versorgungssy
stern zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere be größerem Sauerstoffbedarf hat es sich jedoch al;
vorteilhaft erwiesen, den Sauerstoff in einem Behältei 13 im flüssigen Zustand zur Verfügung zu stellen. Be
Bedarf wird ein Teil des flüssigen Sauerstoffs über du Leitung 9 und das Ventil 10 aus dem Behälter Ic
abgezogen, im Verdampfer 11 verdampft und ange wärmt und daraufhin über Leitung 12 in die Leitung )
eingespeist
An Sauerstoff verarmtes Restgas wird über di< Leitung 14 aus dem Bioreaktor 1 abgezogen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Verfahren zum Kompostieren von hierzu geeignetem Abfall, wobei der Abfall in einem
Reaktionsraum mit einem Sauerstoff enthaltenden Kontaktgas in Stoffaustausch gebracht, im Zuge des
Stoffaustausches Sauerstoff verbraucht, das an Sauerstoff verarmte Kontaktgas aus dem Reaktionsraum abgezogen, mit Sauerstoff angereichert und
wieder in den Reaktionsraum eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das an
Sauerstoff verarmte Kontaktgas an der Stelle einer starken Sauerstoffverarmung aus dem Reaktionsraum abgezogen, mit Sauerstoff angereichert und
daraufhin unmittelbar oberhalb der Abzugsstelle wieder in den Reaktionsraum eingeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verbrauchte Sauerstoff des
Kontaktgases durch Zuführung von nahezu reinem Sauerstoff ersetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum gekühlt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es bei Überdruck durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es bei Unterdruck durchgeführt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Sauerstoffanreicherung
des an Sauerstoff verarmten Kontaktgases die Stoffwechselprodukte, insbesondere das CO2, zumindest
teilweise aus dem Kontaktgas abgetrennt werden.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Anreicherung des an
Sauerstoff verarmten Kontaktgases verwendete Sauerstoff im flüssigen Zustand gespeichert, verdampft
und daraufhin dem Kontaktgas zugeführt wird.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff in einer auf
adsorptiver oder kryogener Basis arbeitenden Luftzerlegungsanlage gewonnen wird und daß die
zumindest teilweise Abtrennung der Stoffwechselprodukte aus dem Kontaktgas in den Reinigungsvorrichtungen
der Luftzerlegungsanlage erfolgt.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an Sauerstoff verarmtes Kontaktgas
zusammen mit Luft in eine Luftzerlegungsanlage eingespeist wird und daß das sauerstoffreiche
Produkt der Luftzerlegungsanlage als Kontaktgas in den Reaktionsraum eingeleitet wird.
Priority Applications (7)
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---|---|---|---|
DE19742418704 DE2418704C3 (de) | 1974-04-18 | Verfahren zum Kompostieren von Abfall | |
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AT269375A AT340964B (de) | 1974-04-18 | 1975-04-09 | Verfahren zur kompostierung von hiezu geeignetem abfall |
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Applications Claiming Priority (1)
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DE19742418704 DE2418704C3 (de) | 1974-04-18 | Verfahren zum Kompostieren von Abfall |
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