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Verfahren zur Kompostierung von mit Kohlenstoffträgern
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vermischtem Klärschlamm oder anderen organischen Abfallstoffen in
einem aeroben Durchlaufbetrieb.
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Die Beseitigung bzw. Verwertung von organischen Abfallstoffen, insbesondere
des bei sämtlichen Klärverfahren anfallenden Produktes "Klärschlamm" ist in den
letzten Jahren immer problematischer geworden.
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Die klassische Kompostierung von organischen Abfallstoffen erfolgte
auf Mieten im Freiland. Bezüglich Klärschlamm wurde vor allem in landwirtschaftlich
strukturierten Gebieten das Aufbringen von Flüssigschlamm empfohlen. Bei größeren
Anlagen in städtischen Regionen hat man schon seit einiger Zeit den anfallenden
Klärschlamm maschinell vorentwässert, um den hohen Anteil des Balaststoffes Wasser
zu reduzieren und sc Transportkosten zu sparen.
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Diese Beseitigungsart konnte auf die Dauer nicht als brauchbare Lösung
angesehen werden, weil die in organischen Abfallstoffen, insbesondere im Klärschlamm,
in reichem Maße enthaltenen Krankheitskeime zu hygienischen Bedenken Anlaß gaben
und der Unkrautsamen im Schlamm unangenehme Nebenwirkungen erzielte.
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Das Aufbringen von entwässertem Schlamm auf geordneten Deponien ergab
Schwierigkeiten wegen der schlechten Verdichtungsfähigkeit und der unangenehmen
Struktur.
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Man suchte deshalb nach neuen Beseitigungs- bzw. Verwertungsmöglichkeiten.
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In der DT-AS 15 92 729 wird beispielsweise ein Verfahren beschrieben,
bei dem dem in einem Behälter befindlichen Rottegut die Luft durch Durchsaugen oder
Einblasen von unten in durch Pausen unterbrochenen Stößen zugeführt wird. Die Pausen
sind so bemessen, daß die Temperatur in allen Schichten des Kompost gutes gleich
ist und der Sauerstoffgehalt in der Abluft nicht unter 10 Volumenprozent absinkt.
Durch jeden Luftsauerstoffstoß
wird der Füllung zunächst ein Überangebot
an Sauerstoff angeboten, das von den Mikroorganismen der Abfälle nicht sofort veratmet
werden kann. Nach etwa einer Minute wird dann sämtliche verbrauchte Luft in allen
Schichten des Kompost gutes durch Frischluft ersetzt. Hierbei steigt der Sauerstoffverbrauch
anfangs schnell auf ein Maximum an und fällt im Laufe von mehreren Tagen langsam
ab. Dem veränderten Sauerstoffverbrauch werden auch die Längen der Pausen angepaßt,
die am Ende des Verrottungsprozesses etwa 60 Minuten betragen. Nach erfolgter, in
allen Schichten des Kompost gutes gleichmäßig vorgehender Reifung wird der Behälter
geleert und kann dann neu beschickt werden.
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Ein solches Verfahren arbeitet also diskontinuierlich und erfordert
umfangreiche Maßnahmen zur Steuerung des Rotteprozesses.
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Aus der DT-AS 19 29 767 ist eine Vorrichtung zur oxidativen und mechanischen
Behandlung von Kompostrohgut, das gegebenenfalAek#tteilweise entwässertem Klärschlamm
vermischt sein kann,/bei der erz Boden des in vorstehend genanntem Verfahren verwendeten
Behälters als Stachelwalzenrost ausgebildet ist, wobei das Kompostrohgut durch die
Stachelwalze kontinuierlich abgezogen wird. Das abgezogene Gut fällt in einen Windkasten
und wird schließlich durch eine mechanisch betätigte, sich trichterförmig verjüngende
Luftschleuse ausgetragen.
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Abgesehen davon, daß durch Stachelwalzen erfahrungsgemäß nur Schlitze
in das Kompostmaterial gerissen werden und trichterförmige öffnungen beim Durchsatz
von Kompost nach relativ kurzer Betriebszeit verstopfen, soll mit Hilfe dieses Verfahrens
das Kompostrohgut lediglich soweit stabilisiert werden, daß keine Fäulnis bei der
anschließenden Lagerung des Kompostgutes auftreten kann. Demgemäß ist dort eine
Verweildauer
von etwa 24 bis 48 Stunden angegeben und über die Luftzufuhr
lediglich ausgesagt, daß in den Luftraum unterhalb des Stachelwalzenrostes die Luftleitung
eines Gebläses mündet, über das dieser Raum sowohl unter Uber- als auch unter Unterdruck
gehalten, die Luft also im Gegen- und/oder im Gleichstrom kontinuierlich oder intermittierend
zu dem Kompostrohgut geführt werden kann, um alle Bereiche der Füllung gleichmäßig
gut mit Sauerstoff zu versorgen.
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Es ist ferner aus der DT-PS 13 01 828 bekannt, mit Klärschlamm vermischten
Müll in einem Kompostierturm in einem Durchgang zu kompostieren. Hierzu ist der
Kompostierturm mit einer oberen Zuführungs- und einer unteren Entleerungseinrichtung
versehen, wobei die untere Entleerungseinrichtung als Drehteller ausgebildet ist.
Im Inneren des Turmes befinden sich mit Austrittsöffnungen versehene Luftverteilerrohre,
die an eine Uberdruckleitung angeschlossen sind. Auf diese Weise wird allen Bereichen
des eingetragenen Mülls gleich viel Luft zugeführt. Obzwar in Spalte 3, Zeilen 45
bis 49 vorgeschlagen ist, die Anordnung so zu treffen, daß bestimmten Bereichen
der Füllung eine größere Luftmenge zugeführt wird als in anderen Bi erreichen, ist
es jedoch Ziel der Luftzuführung, eine gleichmäßige Durchlüftung der Füllung in
allen Bereichen zu gewährleisten, wobei etwa 2 m3 Luft pro Tag dem eingetragenen
Müll zugeführt wird. Die Füllung durchläuft den Turm langsam von oben nach unten
in einem Zeitraum von etwa 5 Tagen.
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Eine ähnliche Einrichtung ist aus der DT-OS 19 15 946 bekannt geworden,
bei der ebenfalls der in einem Kompostierturm von oben eingeführte Müll am unteren
Ende ausgetragen wird und in die Füllung hineinragende Rohrleitungen für die Einfüllung
von Luft vorgesehen sind, durch die alle Bereiche des eingebrachten Mülls gleichmäßig
belüftet werden sollen.
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Allen diesen Einrichtungen ist gemeinsam, daß dafür Sorge getragen
ist, daß jeder Bereich einer in den BlUftungsreaktor eingebrachten Füllung ausreichend
Sauerstoff erhält, um auf diese Weise den natürlichen Kompostiervorgang in der Natur,
wo das zu verrottende Gut in dünner Schicht auf der Erdoberfläche aufliegt und vom
Luftsauerstoff ständig belüftet ist, zu bilden und um eine möglichst rasche Kompostierung
zu gewährleisten. Die auf diese Weise erzielten Ergebnisse haben aber bisher nicht
befriedigt, da die gewünschte Verrottung des in den Belüftungsreaktor eingebrachten
Kompostrohgutes nur sehr unvollständig eintrat und keine ausreichende Hygienisierung
erzielt werden konnte. Derartige Verfahren könnten sich daher in der Praxis nicht
einführen.
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In der DT-AS 22 53 009 wird ein Verfahren zum Kompostieren von organischen
Abfällen beschrieben, wobei die Abfälle einen Belüftungsreaktor von oben nach unten
kontinuierlich durchlaufen und Luft von der Sohle des Belüftungsreaktors her den
Abfällen kontinuierlich entgegengefuhrt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß
zur Steuerung des Rotteprozesses von mit Torf, Sägemehl, Stroh oder Rückgut vermischtem
Klärschlamm die mit reinem Sauerstoff angereicherte Luft in einer solchen Menge
den Abfällen entgegengeführt wird, daß sich die Zone höchster Temperatur im oberen
Drittel und die Zone niedrigster Temperatur an der Sohle, die Zone niedrigsten Sauerstoffgehaltes
in der obersten Schicht und die Zone höchsten Sauerstoffgehaltes an der Sohle des
Belüftungsreaktors befindet.
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Vorzugsweise werden in diesem Verfahren zur Steuerung des Rotteprozesses
Luftgemischproben aus verschiedenen, vorzugsweise drei Zonen des vom Belüftungsreaktor
umschlossenen Materialhaufwerkes entnommen und der °2- oder CO9-Gehalt dieser Proben
festgestellt.
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Nach der Höhe des festgestellten °2- oder CO2-Gehaltes richtete sich
dann die Belüftung.
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Dieses Verfahren ermöglichte es erstmals, Klärschlamm herkömmlicher
Struktur in einem Großverfahren in weiter verwendbaren Kompost umzuwandeln. Durch
die Steuerung der Luftzufuhr wurden für alle im strukturverbesserten Klärschlamm
bereits enthaltenen unterschiedlichen Bakterien gute Lebensbedingungen geschaffen,
so daß diese spontan tätig wurden und sich außerordentlich rasch vermehrten.
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Es stellte sich jedoch heraus, daß mit zunehmender Betriebsdauer das
Material im Reaktor immer feuchter wurde.
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Der nach oben gelenkte Luftstrom war ab einem bestimmten Punkt offensichtlich
nicht mehqin der Lage, das nach unten drUckende Wasser zumindest in der Schwebe
zu halten. Als Folge davon wurde der biologische Prozess durch die zunehmende Feuchtigkeit
empfindlich gestört, ja sogar ganz unterbrochen. Infolge dieses Vorgangs aber wurde
das Rottematerial durch das Eigengewicht nach unten immer mehr zusammengepreßt und
verlor sein Porenvolumen. Die Luft konnte sich nicht mehr gleichmäßig im Material
verteilen, sondern strömte durch sich bildende Kanäle in leichterem Material unkontrolliert
ab.
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Um solche Betriebszustände zu vermeiden, zwang die Praxis dazu, dem
Schlamm mehr neuen Kohlenstoff zuzumischen, um so ein entsprechendes Porenvolumen
aufrecht erhalten zu können. Durch übermäßige Zugabe von immer mehr neuem Kohlenstoff
wird jedoch das ganze Verfahren nicht nur unwirtschaftlich, sondern durch das immer
schlechter werdende C:N-Verhåltnis der gesamte Rotteprozess verlangsamt. Die Folge
dieser Unzulänglichkeiten waren ein zunehmend vernäßtes Austragsmaterial, das unzureichend
im Reaktor verrottet war, auf der Nachrotte erheblich länger lagern
mußte,
als ursprünglich angenomnen und das durch den hohen Kohlenstoffanteil Qualitätseinbußen
erlitt. In Einzelfällen war es für den Einsatz als Bodenverbesserungsmittel sogar
unbrauchbar. Nach dem gleichen Verfahren läßt sich auch Hausmüll, vermischt mit
Klärschlamm, verrotten. Obwohl der Müll mit einem wesentlich niedrigeren Feuchtigkeitsgehalt
als bei der Schlammverrottung aufgegeben wurde, stellten sich die gleichen Symptome
ein. Durch den biologischen Prozeß freiwerdendes Wasser konnte nur unzulänglich
verdampft werden. Die Folgen: zunehmende Verwässerung im unteren Reaktorteil, dadurch
unkontrollierte Luftverteilung und eine unzulängliche Biologie. Das verrottete Material
erreichte bei weitem nicht die angestrebte Qualität.
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Durch die dargestellten Unzulänglichkeiten im Rottebetrieb bildeten
sich außerdem im Reaktor anaerobe Zonen, deren Gerüche mit dem Luftstrom in die
Atmosphäre entw ichen und in einigen Fällen sich sogar noch in 1 000 m Entfernung
unangenehm bemerkbar machten.
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In der DT-OS 25 41 070 wird ein Verfahren zum kontinuierlichen Kompostieren
von organischen Abfällen und/oder Klärschlamm, welche als sog. Haufwerk einen geschlossenen
Belüftungsreaktor von oben nach unten durchlaufen und von der für den Rottevorgang
notwendigen Luft durchströmt werden, deren Menge in Abhängigkeit von aus dem Reaktor
gewonnener Meßwerte regelbar ist, beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, daß
die gesamte, für den Rotteprozess notwendige Luft das Haufwerk von der Sohle her
über den gesamten Querschnitt des Haufwerkes feinblasig verteilt im Gegenstromverfahren
durchströmt und nach Menge und Strömungsgeschwindigkeit durch getrennt voneinander
regelbare Saug- und Druckgebläse durch Soll-Ist-Vergleich in Abhängigkeit
des
CO2- oder 02-Gehaltes der Abluft geregelt wird, daß in Abhängigkeit mindestens zweier,
vorzugsweise im oberen und unteren Drittel des Haufwerkes gewonnener Feuchtigkeits-Meßwerte,
die mit vorgegebenen Sollwerten verglichen werden, der an der Sohle des Haufwerkes
zugeführten Luft gegebenenfalls feinverteiltes Wasser zugesetzt wird, und daß die
an der Sohle des Haufwerkes zugeführte Luft auf mindestens +30 bis +500C, vorzugsweise
+400C, aufgeheizt wird.
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Dieses Verfahren solltteine Verbesserung des in der DT-AS 22 53 009
beschriebenen Verfahrens darstellen. Wie jedoch die Praxis zeigte, stellt dieses
Verfahren keine Verbesserung, sondern eher eine Verschlechterung des Verrottungsverfahrens
dar.
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In diesem Verfahren wird erstens ein verschlossener Belüftungsreaktor
verwendet. Der durch den Luftstrom von unten nach oben mitgeführte Wasserdampf kondensiert
an der Abdeckung und tropft zurück in den Reaktor. Die Absaugung nach oben bringt
keine wesentliche Verbesserung dieses Zustandes. Wie sich in der Praxis zeigte,
nimmt bei abgedeckten Reaktoren die Verwässerung mit all den daraus resultierenden
negativen Folgen noch schneller zu als bei nicht abgedeckten Reaktoren.
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Die Ausbildung der mit starker Geruchsbelästigung verbundenen anaeroben
Zonen ist hier noch stärker als in dem in der DT-AS 22 53 009 beschriebenen Verfahren,
woran auch das geschlossene nach oben wegführende Saugsystem wenig ändern kann.
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Außerdem geht dieses Verfahren offensichtlich davon aus, daß eine
Gefahr der Austrocknung des Rottematerials bestünde und sieht deshalb gegebenenfalls
den Zusatz von Wasser zur zugeführten Luft vor. Wie jedoch vorstehend ausgeführt
wurde, besteht im Gegenteil die Gefahr der Vernässung, während, wie die Praxis gezeigt
hat, die Gefahr der Austrocknung des Rottematerials bei einer Verrottung im Durchlaufbetrieb
überhaupt nicht existiert.
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Aufgabe der Erfindung war es somit, in einem an sich bekannten Verfahren
zur Kompostierung von mit Kohlenstoffträgern vermischtem Klärschlamm oder anderen
organischen Abfallstoffen in einem aeroben Durchlaufbetrieb, bei dem Klärschlamm
einen Belüftungsreaktor von oben nach unten kontinuierlich durchläuft, zu verrotten,
ohne daß im Rottebetrieb Störungen durch Vernässung und ungleiche Luftverteilung
im zu verrottenden Material auftreten.
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Diese Aufgabe konnte überraschenderweise dadurch gelöst werden, daß
man nicht wie bisher den Luftstrom den Abfällen entgegenführte, sondern die Luft
mit Hilfe einer Saugvorrichtung von oben nach unten durch das im Reaktor befindliche
Material saugte.
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Dies war deshalb besonders überraschend, weil man im bisherigen Durchlaufverfahren
immer davon ausgegangen war, daß sich die zu einer einwandfreien Verrottung erforderlichen
unterschiedlichen Temperatur- und 02-Zonen nur durch eine gesteuerte Gegenstromführung
erzielen lassen würden.
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Wie sich nunmehr herausstellte, stellen sich die zur Erzielung einer
einwandfreien hygienisierten Rotte erforderlichen Zustandsverhältnisse innerhalb
der Säule des zu verrottenden Materials auch bei einer Gleichstromführung ein.
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Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Kompostierung von mit
Kohlenstoffträgern vermischtem Klärschlamm oder anderen organischen Abfallstoffen
in einem aeroben Durchlaufbetrieb, bei dem der Klärschlamm einen Belüftungsreaktor
von oben nach unten kontinuierlich durchläuft, kontinuierlich Luft durch denselben
hindurchgeführt wird, wobei der C02-Gehalt der Abluft gemessen und die Menge und
Strömungsgeschwindigkeit der für den Rotteprozess erforderlichen Luft in Abhängigkeit
vom C02-Gehalt der Abluft gesteuert wird und das verrottete Material am Boden des
Reaktors kontinuierlich entnommen wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man
die Luft mit Hilfe einer Saugvorrichtung von oben nach unten durch das im Reaktor
befindliche Material saugt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt gegenüber den bisherigen Durchlaufverfahren
nicht nur den Vorteil, daß ein gleichmäßiger Feuchtigkeitsgehalt erzielt werden
kann und somit das Material nicht mehr vernäßt und dadurch alle mit dem Vernässen
verbundenen Unzulänglichkeiten praktisch beseitigt werden, sondern es besitzt darüber
hinaus den Vorteil, daß für die Besaugung weniger Energieaufwand erforderlich ist
als beim Durchblasen.
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Ferner kann die nach unten abgesaugte Abluft durch Erdfilter geleitet
werden, wodurch keine Geruchsbelästigungen mehr auftreten. Und schließlich kann
die abgesaugte Abluft zur Gebäudebeheizung verwendet werden.
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Der in der Abwasserbehandlungsanlage anfallende flüssige Klärschlamm
wird maschinell in Zentrifugen oder Pressen auf mindestens 20 % Feststoffgehalt
vorentwässert.
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Der Schlamm wird dann in diesem entwässerten Zustand in einer Mischanlage
mit einem Kohlenstoffträgermaterial (Sägemehl, gehäckseltes Stroh, Torf, etc.) homogenisiert.
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In der Einarbeitungsphase überwiegt der Anteil dieses Kohlenstoffmaterials,
um das C:N-Verhältnis, das für eine einwandfreie Verrottung in einem bestimmten
Verhältnis (30) stehen soll, für einen guten Start einzustellen. Der Schlamm an
sich ist stark stickstoffhaltig und kann alleine ohne Zusatz eines organischen Kohlenstoff;aterials
nicht zur Verrottung gebracht werden.
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Wenn der Betrieb eingelaufen ist, wird nur noch in geringem Umfang
neues Kohlenstoffmaterial (etwa 10 %) zugegeben, weil Rückgut, also dem Bio-Reaktor
entnommenes Material, mit zugesetzt wird. Dieses Rückgutmaterial ist ebenfalls noch
stark kohlenstoffhaltig und wirkt außerdem noch als Strukturverbesserer und Impfmaterial.
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Das oben aufgegebene zu verrottende Material durchwandert innerhalb
etwa 14 bis 20 Tagen den Reaktor nach unten.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
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Aus drei verschiedenen Vorratsbehältern,wird Schlamm (1), Rückgut
(2) und neuer Kohlenstoff (3) in einem Mischaggregat (4) gemischt, in eine Steilförderanlage
(5) entleert und in den Reaktor (6) oben aufgegeben. Ein Egalisator (7) verteilt
das aufgegebene Material gleichmäßig auf der Reaktorfläche.
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Der Reaktor ist immer voll. Bevor gefüllt werden kann, wird auf der
Reaktorsohle durch eine umlaufende Fräse (8) soviel Material ausgetragen, wie oben
aufgegeben wird. Das ausgetragene Material fällt entweder auf ein Förderband (9)
und wird als Rückgut in den Vorratsbehält.er (2) oder als Überschuß mit dem Förderband
(10) auf die Nachrottefläche (11) gefördert. Das dem Reaktor aufgegebene Material
wandert durch den Reaktor von oben nach unten. Durch ein Gebläse (12) wird auf der
Reaktorsohle über ein Rohrsystem (13),das in einer Kiesschicht eingebettet liegt,
Luft durch das Material gesaugt, die entweder in die biologische Stufe (14) des
Klärwerkes oder in einen Endfilter (15) eingeblasen wird.
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Gleichzeitig mit der Abwärtsbewegung der Luft (16) wird freiwerdendes
Prozesswasser von oben nach unten gezogen, das auf der Reaktorsohle über Entwässerungsrinnen
und automatisch arbeitenden Entwässerungstöpfen (17) unterhalb der Materialzone
ablaufen kann.
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Die Wärme der abgesaugten Luft kann optimal zur Gebäudeheizung (18)
verwandt werden. In der Abluft wird der C02-Gehalt (19) gemessen, registriert und
dadurch das Belüftungsaggregat (12) automatisch gesteuert.
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In verschiedenen Höhen sind Temperaturfühler (20) eingebaut, deren
Meßwerte kontinuierlich auf eine Schreibeinrichtung (21) übertragen werden.
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Um eine garantiert aerobe Verrottung zu erreichen, wird die Entlüftung
so ausgesteuert, daß der C02-Gehalt in der Abluft max. 6 % - mindestens 2 % - beträgt.
Die Temperaturen im Reaktor steigen von oben bis ins untere 2. Drittel von der Außentemperatur
bis auf max. 75 0C und fallen dann im letzten Drittel auf etwa 500C ab.
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Das aus dem Reaktor ausgetragene Material ist frei von pathogenen
Keimen und Unkrautsamen und stellt einen ausgezeichneten Kompost dar.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren läßt sich mit gleichem Erfolg
auch auf andere organische Abfallstoffe anwenden, die gegebenenfalls mit Klärschlamm
vermischt sein können.