DE2418704C3 - Verfahren zum Kompostieren von Abfall - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kompostieren von hierzu geeignetem Abfall, wobei der Abfall in einem Reaktionsraum mit einem Sauerstoff enthalten-•den Kontaktgas in Stoff austausch 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 als 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 Sauerstoffge-

halt 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 Sauerstoff konzentration 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 ergibt, 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 Abzugsebene 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 genügende Versorgung sämtlicher Materialschichten eines Bioreaktors mit Sauerstoff durch Durchsaugen bzw. Einblasen von Luft von unten her in durch Pausen unterbrochenen Stößen 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 großer, 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 Abfallstoffen, 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 Kompostierung 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 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 emes 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 Stickstoffkonzentration 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 Reaktionstemperatur zu steuern.

Üblicherweise erfolgt die Kompostierung bei Normaldruck. Gemäß anderen Ausbildungen des Erfindungsgedankens ist es jedoch bisweilen zweckmäßig, die Reaktion bei Über- 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 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

,ο 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 I 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 Sauerstoff 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 tolerierbaren Grenzwert absinkt. Die im Reaktionsraum vorherrschende Reaktionstemperatur liegt in allen Bereicher zwischen 60 und 80°C, 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 ah vorteilhaft erwiesen, den Sauerstoff in einem Behalte] 13 im flüssigen Zustand zur Verfügung zu stellen. Be Bedarf wird ein Teil des flüssigen Sauerstoffs über di« Leitung 9 und das Ventil 10 aus dem Behälter 12 abgezogen, im Verdampfer 11 verdampft und ange wärmt und daraufhin über Leitung 12 in die Leitung i eingespeist.

An Sauerstoff verarmtes Restgas wird über di( Leitung 14 aus dem Bioreaktor 1 abgezogen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

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 Sauerstoffverärmung 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 sauerstoff reiche Produkt der Luftzerlegungsanlage als Kontaktgas in den Reaktionsraum eingeleitet wird.