DE2425333A1 - Verfahren und vorrichtung zur natuerlichen biochemischen zersetzung von toilettenabfaellen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur natuerlichen biochemischen zersetzung von toilettenabfaellen

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Description

A3 SUKDSVALLS SPEGIALPEODbXT-ER, SUNDSWALL/SCHWEDEN.
Verfahren und Vorrichtung zur natürlichen biochemischen Zersetzung von Toilettenabfällen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zersetzung oder Komp ο stierung von Toilettenabf allen auf natürliche biochemische Weise. Die Erfindung ist insbesonden für Toiletten geeignet, jedoch ist klar, daß die Prinzipien des Verfahrens und die Vorrichtung auch in großen Kompostanlagen für Toilettenabfälle und pflanzliche organische Substanzen angewandt werden kann.
Das klassische Verfahren, die Toilettenabfälle zu behandeln, besteht darin, diese Kot, Urin, Papier u.dgl. enthaltenden Abfälle in der Natur ausgeschüttet oder ausgesprüht werden, ohne daß eine biochemische Zersetzung erfolgt ist. Dies ist unhygienisch und die nicht zersetzten Toilettenabfälle enthalten große Mengen von Stickstoffen und Bakterien, die umgewandelt oder zersetzt werden müssen, bevor die Toilettenabfälle in der Natur verwendet werden können.
Vor einiger Zeit wurde eine Vorrichtung beschrieben, in welcher die Toilettenabfälle in einem großen -Behälter gesammelt werden, wobei sie zwischen Schichten von beliebigen
* daß
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organischen Substanzen gesammelt werden. Das geschichtete Material wird dann solange stehengelassen, bis die Toilettenabfälle weitgehend völlig zersetzt sind und zur Anreicherung oder Düngung der Erde geeignete Eigenschaften haben. Diese vor kurzem vorgeschlagene Vorrichtung erzielt sehr gute Resultate, jedoch ist das Verfahren und die Vorrichtung in gewisser Hinsicht auch nachteilig.
Der Toilettenabfall besteht aus einem Gemisch von Kot oder Fäkalien und Urin, das große Mengen von Stickstoff enthält. Um den Toilettenabfall durch Bakterien zu zersetzen, muß Sorge dafür getragen sein, daß in den Abfällen ein geeignetes Verhältnis von Kohlenstoff und Stickstoff gegeben ist, und zur biochemischen Zersetzung des Toilettenabfalls müssen Kohlenstoffsubstrate zugefügt werden,, was dadurch erfolgen kann, daß pflanzliche organische Substanzen beigefügt werden. Der Urin enthält eine wesentlich höhere Menge von Stickstoff als der Kot und außerdem bildet der Urin einen erheblich, größeren Teil des Toilettenabfalls als der Kot. In einigen Fällen hat er einen Anteil von 80 - 9o$. Daher enthält Toilettenabfall eine bemerkenswert große Menge von Stickstoff und zur biochemischen Zersetzung dieses Stickstoffs ist eine große Zugabe organischer pflanzlicher Substanzen erforderlich. Eine Anlage zur Zersetzung oder Kompostierung von Urin muß daher große Abmessungen haben und infolge der hohen Zugabe organischer pflanzlicher Substanzen erfolgt die Zersetzung nur sehr langsam.
Es ist außerdem bekannt, daß die geeigneteste Temperatur zur Zersetzung von Urin bei + 40C liegt, während bei Kot die geeigneteste Temperatur bei +28 f 300C liegt. Darüber hinaus hat Urin eine gewisse sterilisierende Wirkung, - die eine hemmende Wirkung auf den Zersetzungsprozess hat.
Die Grundlage der vorliegenden Erfindung ist der Gedanke, die Zersetzung von Urin in einem Urinkompost und die Zersetzung des Kots in einem Kotkompost durchzuführen, wobei
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der Urin- und der Kotkompost wenigstens während des größten Teils des Kompostierungsprozesses vollständig unabhängig voneinander gehalten werden. Es wurde gezeigt, daß Urin in gewissem Ausmaß zu einer Eigenzersetzung fähig ist, wenn er für eine gewisse Zeit gelagert wird, und die Anwendung dieser Eigenzersetzung ermöglicht eine erhebliche Verminderung der Zugabe von Kohlenstoff-Substratmaterial. Da weiterhin der Kot von Urin frei ist, ist nur eine relativ geringe Menge von Kohlenstoff-Substratmaterial zur Zersetzung des Kots erforderlich. Durch Anwendung der erfindungsgemäßen Prinzipien und der verschiedenen Optimaltemperaturen für die Kot- und Urinzersetzung ist es möglich, eine vollständigere und schnellere Zersetzung von Kot und Urin im Vergleich zur gemeinsamen biochemischen Zersetzung des Toilettenabfalls zu erreichen, und infolge der geringeren erforderlichen Menge von Kohlenstoff-Substratmaterial werden.auch die Abmessungen der Zersetzungsanlage im Vergleich mit einer Anlage zur biochemischen Zersetzung von Toilettenabfall als Ganzes erheblich verringert.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird so ausgeführt, daß Urin und Kot parallel und ohne gemischt zu sein in eine Zersetzungsanlage eingegeben und unabhängig voneinander zersetzt werden.
Das Wesen der Erfindung liegt also in der Entfernung von Sauerstoff verbrauchendem Material, von Material das bei der Ablagerung fault, ferner in der Entfernung von kolloidal gelöstem biochemischem Sauerstoff, der die sogenannten BS-Substanzen verbraucht und schließlich in der Verringerung der Anzahl von schädlichen Bakterien. Die Erfindung geht hierfür von der Beobachtung aus, daß eine Zersetzung von Urin ohne äußere Zufügung eines Stoffes durchgeführt werden kann, wenn nämlich der Urin über eine große Oberfläche verteilt wird und dort solange verbleiben kann, daß sich eine Schicht aus Nitro-Bakterien aufbaut. Die Bakterien dieser Schicht verbrauchen Stickstoff. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird der Urin daher dazu gebracht, daß er sich
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selbst auf einem inaktiven Material mit großer Oberfläche verteilt, wobei er während einer langsamen Bewegung durch das Material durch die Stickstoff verbrauchenden Bakterien zersetzt wird, wobei die Durchführung so erfolgt, daß der das inaktive Material verlassende Urin im wesentlichen zersetzt ist und nur noch ausgeschiedene Mineralsalze .u.dgl. enthält. Die ideale Temperatur zum Aufbau der Nitro-Bakterien-Schicht liegt bei 4°Cf und es muß daher versucht werden, die Temperatur rim inaktiven Material so nahe wie möglich dieser Idealtemperatur anzugleichen. Als geeignetes inaktives Material kann auf Miner al wollmatt en oder dergleichen hingewiesen werden, wobei die Kompaktheit, die Länge der Matte und die Neigung der Matte relativ zu einer horizontalen Ebene durch die zum Durchtritt des Urins durch die gesamte Matte vorgesehene Zeit bestimmt ist, d.h. die Zeit während derer die Nitro-Bakterien gebildet und zurückgebildet werden, so daß die Nitro-Bakterien in der Zwischenzeit den Stickstoff und die anderen Bestandteile des Urins zersetzen können. Um die Größe der Zersetzungsanlage zu verringern, kamsie so aufgebaut sein, daß der Urin vor dem Austritt aus der Anlage verschiedene in Zickzackform angeordnete Matten durchläuft. Um die Urinzersetzung einzuleiten kann es sich empfehlen, Stickstoff verbrauchende Bakterien zuzufügen und in einem solchen Fall kann die Mineralwollmatte oder ähnliches Material mit solchen Bakterien vor der Installation imprägniert werden. Wie erwähnt, erfolgt die Zersetzung des Kots unabhängig von der des Urins, wobei zur Zersetzung des Kots die Zugabe von Kohlenstoff-Substratmaterial erforderlich ist. Das Kohlenstoff-Substratmaterial kann beispielsweise aus gemahlener Binde von Nadel- oder Laubbäumen bestehen, jedoch kann auch pflanzliches Material o.dgl. verwendet werden, um das geeignete Verhältnis von Kohlenstoff und Stickstoff im Kotgemisch zu erhalten. Um eine schnelle und gute Zersetzung oder Kompostierung desKotgemischs zu erhalten, ist eine Temperatur von etwa 300G oder mehr
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- ρ —
erforderlich. Sie Temperatur während der Zersetzung sollte jedoch vorzugsweise nicht mehr als 45 - 7o°C betragen, da in diesem Fall die Verdampfung von Flüssigkeit sehr hoch ist, so daß die Gefahr besteht, daß das Kotgemisch austrocknet. Ein ideales Kohlenstoff-Stickstoff -Verhältnis für die Umwandlung liegt bei etwa 33 Teilen Kohlenstoff auf 1,5 Teile Stickstoff, jedoch kann das Verhältnis ohne größeren Nachteil innerhalb breiter Bereiche geändert werden. Die Umwandlung des Kots kann durch einen anaeroben oder einen aeroben Prozess erfolgen. Die anaerobe Verfahrensdurchführung führt zu sehr guten Ergebnissen, ist jedoch ein Grund für unerwünschte Gerüche, weshalb die Durchführung des Verfahrens vorzugsweise aerob erfolgt, was bedeutet, daß die Zuführung von Zusatzluft erforderlich ist. Die Zersetzung des Kots erfolgt durch Mischung des Kohlenstoff-Substratmaterials, beispielsweise gemahlene Rinde, oder durch Schichtung dieses Materials abwechselnd mit dem Kot auf einem Kotbett, wobei das Kotgemisch während der. Zersetzung in langsame Abwärtsbewegung versetzt wird. Während des gesamten Verfahrens wird eine geeignete Temperatur aufrechterhalten. Zu Beginn des Verfahrens kann es erforderlich sein, eine erhebliche Wärmemenge zuzuführen, die von der Umgebungstemperatur abhängt. Sobald der Prozess jedoch eingeleitet ist, verläuft er exotherm und die Wärmezufuhr kann verringert oder ganz unterbrochen werden.
Die Zersetzung des Kots kann in verschiedenen Stufen, beispielsweise in den nachstehend angegebenen drei Stufen erfolgen:
In Stufe 1 erfolgt eine grundlegende Zersetzung des Gemischs von Kot und Kohlenstoff-Substratmaterial, durch eine Umwandlung von Stickstoff und organischer Substanz. Die Zersetzung erfolgt bei einer Temperatur von wenigstens " 350C. Wegen der exothermen Reaktion des Verfahrens kann die , Temperatur unter gewissen Umständen bis zu 700C ansteigen.
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Grundsätzlich, hat dies keinerlei Nachteile zur Folge, jedoch, tritt dabei eine erhöhte Verdampfung auf, so daß eine größere Flüssigkeitsmenge (Wasser) zugefügt werden muß, als dies andernfalls erforderlich wäre. Eine hohe Temperatur führt zu erhöhter Bakterieneinwirkung, so daß von diesem Standpunkt aus die Anwendung hoher Temperaturen bevorzugt ist. Um eine geeignete Zersetzung zu erzielen, sollte der Feuchtigkeitsgehalt bei etwa 60 - 75$ liegen, und wenn der Feuchtigkeitsgehalt niedriger wird, muß Wasser von außen zugefügt werden.
In Stufe 2 wird die Zersetzung des Gemische des Kots und des Kohlenstoff-Substratmaterials fortgesetzt, wobei jedoch die Temperatur in dieser Stufe bei 5o - 7o°C gehalten wird. Hierbei erfolgt eine Pasteurisierung und schädliche Bakterien werden vernichtet.
In Stufe 3 erfolgt eine Nachreifung, wobei das Gemisch, aus Kohlenetoff-Substratmaterial und zersetztem Kot etwa drei Monate lang in Ruhe gelagert wird. Die Temperatur in dieser Nachreifungsstufe ist nicht kritisch und ein Abfall auf 25 ir 3o°C kann zugelassen werden.
Sowohl in Stufe 2 wie auch in Stufe 3 sollte der Feuchtigkeitsgehalt aufrechterhalten werden, und wenn das Kotprodukt zum Trocknen neigt, muß Flüssigkeit von außen zugefügt werden.
Die erforderliche Prozesswärme kann in unterschiedlicher Weise erzeugt werden, so können beispielsweise geeignete Heizschlangen am Boden der Vorrichtung vorgesehen werden, in welcher die Umsetzung stattfindet. Alternativ kann die Wärme durch Erhitzung der für die Durchführung des aeroben Prozesses erforderlichen Luft, vor deren Aufblasen auf das Kotgemisch zugeführt werden.
Die Erfindung ist nachstehend anhand einer schematischen Zeichnung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung
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zur Durchführung des erfindungs gemäß en Verfahrens näher erläutert. Diese Vorrichtung weist grundsätzlich einen Zersetzungs- oder Kompostbehälter 1 auf, der unter dem Boden 2 eines Hauses angeordnet ist, wobei er sich mit einem Ansatz durch den Boden hindurch erstreckt und mit einem Toilettensitz 4 o.dgl. versehen ist. In seinem unteren Teil ist der Behälter 1 mit einem Kot-Zersetzungsbett 5 das von der Stelle, an der Kot und Kohlenstoff-Substratmaterial zugeführt werden, abwärts geneigt in die Nähe des gegenüberliegenden Endes des Behälters verläuft, wo das Bodenniveau wieder etwas ansteigt. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind im Boden drei flache Stufen gebildet, die den oben beschriebenen drei Zersetzungsstufen entsprechen. Oberhalb des Kot-Z.ersetzungsbetts 5 ist ein Urin-Zersetzungsbett 9 vorgesehen, das aus zwei zueinander winklig verlaufenden Flächen Io und 11 besteht, wobei s_e jeweils mit einer horizontalen Ebene einen Winkel von Io 2o° einschließen und eine Matte 12 bzw. 13 aus Mineralwolle oder ein anderes ineriEsMaterial mit großer Oberfläche tragen. In Abhängigkeit von der vorgesehenen Verweilzeit des Urins in den Matten 12 und 13 aus Mineralwolle können die vorgesehenen Flächen Io und 11 in dem Sinne geändert werden, daß ihre Zahl erhöht oder verringert wird, daß der Winkel der Flächen Io und 11 zur horizontalen Ebene geändert wird, und daß die Dichtheit der Mineral wolMiat te geändert wird. Um den Urin vom Toilettensitz 4 aus zur ersten MineralwolMäatte 12 zu überführen, ist eine Sammelleitung 14 am vorderen Ende des Toilettensitzes angeordnet- Vor der Sammelleitung 14 kann eine verschwenkbare Scheibe 14 a angeordnet sein, die in zwei Stellungen, d.h. in die in der Zeichnung ausgezogene Stellung und andererseits in die in strichpunktierten Linien angegebene Stellung verschwenkbar ist. Die Scheibe 14 a kann mittels eines Handgriffs oder eines Pedals in beliebiger Weise eingestellt werden. Der durch, die Sammelleitung 14 abwärtsströmende Urin wird in
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der ersten Minecälwoll-Matte 12 absorbiert und fließt langsam durch diese Matte. Während dieser Zeit werden Stickstoff-Bakterien (Nitro-Bakterien) gebildet und wieder rückgebildet, welche den im Urin enthaltenen Stickstoff aufzehren. Nach dem Durchtritt durch die erste Mineralwoll-Matte 12 fließt der Urin abwärts auf die zweite Mineralwoll-Matte 13 und durchläuft diese Matte ebenso wie die Matte 12.
Am unteren Ende des Toilettensitzes 4 ist ein oder sind mehrere Ventile 15 für den Zutritt von Luft vorgesehen. Die relativ kalte Luft tritt in die Vorrichtung ein und strömt in der durch die Pfeile 16 veranschaulichten Weise abwärts, worauf sie am rückwärtigen Ende des Toilettensitzes 4 durch einen Luftauslass 17 austritt. Die Luft kann auch durch ein (in der Zeichnung nicht gezeigtes) Rohr auf das Kotgemisch gerichtet werden, wobei das offene Ende des Rohrs im Bereich des Bodens des Kot-Bettes 5 an der Stufe 8 oder vielleicht auch an der Stufe 7 angeordnet ist. Durch dieses HoKr kann Luft ins Innere des Kotgemischs eingespeist werden, wobei auf diese Weise die Zersetzung erleichtert oder beschleunigt wird. Eine geeignete Luft verteilung kann im Kot-Zersetzungsbett erhalten werden, wenn das Bett in der Nähe seines Bodens mit einem oder mehreren perforierten Rohren versehen ist, die an beiden Enden offen sind und die entlang des Bodens oder eines Teils des Bodens verlaufen, wie in der Zeichnung gezeigt ist.
Um die unterechiedlxchen Temperaturen in Stufe 6 und Stufe zu erhalten, können sie mit elektrisch beheizten Heizschlangen versehen sein, die zur Einhaltung der korrekten Temperatur durch einen Thermostat gesteuert werden. Um das Einbringen der Mine ralwoll*-Mat ten 12 und 13 oder ihren Austausch zu ermöglichen, und um die Entnahme des zersetzten Kots aus dem Zersetzungsbehälter zu ermöglichen, ist eine Tür 18 an der Vorderseite des Behälters vorgesehen.
Der umgesetzte, aus dem Urin-Zersetzungsbett 9 austretende Urin kann durch ein Rohr 19 abgeführt werden, weiches das Kot-Bett 5 durchsetzt, oder beim alternativen Ausführungs-
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Beispiel der Erfindung kann der zersetzte Urin mittels eines perforierten Rohres 2o o.dgl. über das zersetzte Kotgemisch verteilt werden, Hierdurch kann der erforderliche Feuchtigkeitsgehalt im Kotgemisch während der oben beschriebenen Machreifung aufrechterhalten werden.
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung stellt nur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, und dem Fachmann ist klar, daß im Rahmen des Erfindungsgedanken alternative Lösungen verwirklicht werden können.
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Claims (21)

Ansprüche
1. Verfahren zur gleichzeitigen Zersetzung oder Kompostierung • von Kot und Urin, dadurch gekennzeichnet, daß der Kot und der Urin parallel und unabhängig voneinander sowie bei unterschiedlichen Temperaturen in der gleichen Vorrichtung zersetzt werden.
2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zersetzung des Kots durch Mischung oder Schichtung des Kots in Lagen mit einer gewissen Menge von Kohlenstoff-Substratmaterial, wie gemahlener Rinde oder einer beliebigen pflanzlichen organischen Substanz und Aufrechterhaltung einer Temperatur von wenigstens 300C und durch langsame Abwärtsbewegung des Gemischs von Kot und Kohlenstoff-Substratmaterial entlang einer geneigten Fläche während der Zersetzung des Gemische durchgeführt wird.
3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zersetzung des Kots in drei Stufen durchgeführt wird, wobei in der ersten Stufe hauptsächlich eine Zersetzung bei einer Temperatur von wenigstens 350C, in der zweiten Stufe eine weitergeführte Zersetzung und Pasteurisierung bei einer Temperatur von 50 f 70 C und in der dritten Stufe eine Nachreifung ohne äußere Wärmezufuhr erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 f 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt des Kots oder des Kotgemischs während des gesamten Zersetzungsprozesses auf 6o f 75$ gehalten wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 f 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zersetzung des Kots unter Zufuhr von überschüssiger Luft durchgeführt wird.
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6· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 f 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Urin-Zersetzung so durchgeführt wird, daß der Urin bei relativ niedriger Temperatur durch einen porösen Filter mit großer Gesamtoberfläche langsam zum Fließen gebracht wird, wobei eine Stickstoff-Bakterien-Schicht auf der Oberfläche des porösen Filters aufgebaut wird, welche · eine biochemische Zersetzung des Urins bewirkt .
7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet; daß die Urin-Zersetzung durch langsame Durchströmung eines oder mehrerer nacheinander angeordneter Filter mit Urin durchgeführt wird, wobei die Filter jeweils auf einer geneigten Fläche gehaltert sind und die Benetzung ünä Neigung der Filter die Durchsatzgeschwindigkeit des Urins bestimmen.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Filter eine Mineralwoll-Matte verwendet.wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Urin nach Abschluß seiner Zersetzung zur Aufreehterhaltung des Feuchtigkeitsgehalts .des Kotes bzw. des Kotgemischs verwendet wird.
lo. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 f 9, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Filter zur Einleitung des Prozesses mit Stickstoff-Bakterien imprägniert werden, bevor die Urin-Zersetzung begonnen wird.
11· Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Zersetzungs-Behälter (l) aufweist, an dessen Oberseite ein Toilettensitz vorgesehen ist, und daß der Zersetzungs-Behälter (1) ein Κοΐ-Zersetzungsbett (5) und ein Urin-Zersetzungsbett (9) in Form von getrennten Einheiten enthält.
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12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kot-Zersetzungsbett (5) einen Boden hat, der an der Stelle, an welcher der Kot und das Kohlenstoff-Substratmaterial zugeführt wird, relativ steil ist, worauf die Steilheit der Neigung allmählich verringert und schließlich am gegenüberliegenden Ende des Behälters in entgegengesetzter Richtung wieder vergrößert wird, so daß der obere Teil schalenförmig ausgebildet ist.
13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kot-Zersetzungsbett (5) drei ebene Stufen (6,7,8) aufweist, die unterschiedliche Winkel gegen die horizontale Ebene haben.
14. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13» dadurch gekennzeichnet, daß das Kot-Zersetzungsbett wenigstens an dem Ende, an dem der Kot und das Kohlenstoff-Substratmaterial zugeführt wird, mit Einrichtungen zur Erzeugung oder Aufrechterhaltung einer vorbestimmten Minimaltemperatur ^ versehen ist.
15· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 f 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Urin-Zersetzungsbett (^wenigstens eine geneigte Fläche (Io) aufweist, auf der ein Filter (12) mit großer Oberfläche angeordnet ist, der vom Urin langsam durchströmt wird, wobei eine biochemische Zersetzung des Urins erfolgt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zwei oder mehr nacheinander angeordnete Filter (12; 13) aufweist, die vom Urin während dessen Zersetzung durchflossen werden.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter oder die Filter aus einer porösen Masse aus inertem Material hergestellt sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet,, daß der Filter bzw. die Filter Matten (12;13) aus Mineralwolle sind.
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19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 f 18» dadurch gekennzeichnet, daß der Filter "bzw. die Filter mit einer Kultur von Stickstoff-Bakterien geimpft sind.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 f 19, dadurch gekennzeichnet, daß der letzte Abschnitt des oder der Filter (12;13) an eine. Einrichtung (19) zur Versprühung des biochemisch zersetzten Urinsüber dem Kot-Zersetzungsbett (5) angeschlossen ist.
21. Vorrichtung nach einem der Aniprüche 11 f 2o, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (15, 16, 17) zur Zufuhr von überschüssiger Luft zum Kot-Zersetzungsbett (5) vorgesehen sind..
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