DE2721349B2 - Verfahren zur Kompostierung von Klärschlamm oder anderen organischen Abfallstoffen in einem aeroben Durchlaufbetrieb - Google Patents

Verfahren zur Kompostierung von Klärschlamm oder anderen organischen Abfallstoffen in einem aeroben Durchlaufbetrieb

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Description

Die Erfindi-.g betrifft den in den Ansprüchen gekennzeichneten Gegenstand.
Die Beseitigung bzw. die Verwertung von organischen Abfallstoffen, insbesondere dec bei sämtlichen Klärverfahren anfallenden ProduKtes »Klärschlamm« ist in den letzten Jahren immer problematischer geworden.
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 städ'ischen Regionen hat man schon seit einiger Zeit den anfallenden Klärschlamm maschinell vorentwässert, um den hohen Anteil des Ballaststoffes Wasser zu reduzieren und so Transportkosten zu sparen.
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. Das Aufbringen von entwässertem Schlamm auf gesonderten Deponien ergab Schwierigkeiten wegen der schlechten Verdichtungsfähigkeit und de/ unangenehmen Struktur.
Man sucht deshalb nach neuen Beseitigungs- bzw. Verwertungsmöglichkeiten.
In der DE-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 Stoßen zugeführt wird. Die Pausen sind so bemessen, daß die Temperatur in allen Schichten des Kompostes gleich ist und der Sauerstoffgehalt in der Abluft nicht unter 10 Volumenprozent absinkt. Durch jeden Luftsauerstoffstoß wird der Füllung zunächst ein Oberangebot 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 Kompostgutes 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 angepaPt, die am
ίο Ende des Verrottungsprozesses etwa 60 Minuten betragen. Nach erfolgter, in allen Schichten des Kompostgutes gleichmäßig vorgehender Reifung wird der Behälter geleert und kann dann neu beschickt werden.
ii Ein solches Verfahren arbeitet also diskontinuierlich und erfordert umfangreiche Maßnahmen zur Steuerung des Rotteprozesses.
Es ist femer aus der DE-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 Emleerungseinrichtung versehen, wobei die untere Entleerungseinrichtung als Drehteller ausgebildet ist Im Inneren des Turmes befinden sich mit Austrittsöffnungen versehene Luftverteilerrohre, die an eine Oberdruckleitung 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 anderen Bereichen, 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.
Eine ähnliche Einrichtung ist aus der DE-OS 19 i 5 946 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 a.lle Bereiche des eingebrachten Mülls gleichmäßig belüftet werden sollen.
Allen diesen Einrichtungen ist gemeinsam, daß dafür Sorge getragen ist, daß jeder Bereich einer in den Belüftungsreaktor eingebrachten Füllung ausreichend Sauerstoff enthält, 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 Kompostrohgutos nur sehr unvollständig eintrat und keine ausreichende Hygienisierung erzielt werden konnte. Derartige Verfahren konnten sich daher in der Praxis nicht einführen.
Aus der DE-AS 19 29 767 ist eine Vorrichtung zur oxidativen und mechanischen Behandlung von Kompostrohgut, das gegebenenfalls mit teilweise entwässertem Klärschlamm vermischt sein kann, bekannt, bei der der Boden de;; in der Vorrichtung verwendeten Behälters als Stuchelwalzenrost ausgebildet ist, wobei das Kompostrohgut durch die Stachelwalze abgezogen wird. Das abgezogene Gut fällt in einen Windkasten und wird schließlich durch eine mechanisch betätigte, sich
trichterförmig verjüngende Luftschleuse ausgetragen.
Das Kompostrohgut wird in dem in dieser Vorrichtung durchgeführten Verfahren in nur etwa 4 m hoher Schicht aufgeschüttet. Binnen einer Verweildauer von 24 bis 48 Stunden wird das zu behandelnde Material 5 durch biologische aerobe Vorgänge auf 700C erhitzt, d. h. die Belüftung, die sowohl im Gleichstrom als auch im Gegenstrom zum zu behandelnden Material geführt werden kann, muß vollkommen gleichmäßig erfolgen, um eine solche gleichmäßige Temperatur im gesamten Gut zu erzielen. Und schließlich erfolgt das Austragen des behandelten Gutes am Boden des Behälters durch einen StachelwalzenrosL
Durch die gleichmäßige Belüftung bzw. das gleichmäßige Sauerstoffangebot und die gleichmäßige Temperatür des relativ dünn aufgeschütteten Materials im Behälter findet nur eine begrenzte Art an Mikroorganismen günstige Lebensbedingungen, so daß nur solche Bestandteile des Kompostrohgutes verrotten können, an deren Rotteprozeß diese bestimmten Organismen beteiligt sind. Ferner führt eine Verweildauer von 24 bis 48 Stunden ohnehin nur zu einer Hygienisierung des Gutes, wie in dieser Druckschrift ausgeführt wird.
Wie ferner dort ausgeführt wird, kann das Material zwar unter Befeuchtung bis zur völligen Vererdung im Behälter weiterbehandelt werden. Wie diese Weiterbildung aussieht, wird jedoch nicht beschrieben.
Entweder erfolgt die Weiterbehandlung im kontinuierlichen Verfahren, d.h. es wird während des Rotteprozesses kontinuierlich die gleiche Menge von unten abgezogen wie von oben aufgegeben wurde, dann erfolgt dieses Abziehen mit Hilfe des beanspruchten Stachelwalzenrostes, wodurch sich Löcher und Schächte im Material des Behälters bilden und die Rotte erheblich gestört wird. Dabei spielt es auch keine Rolle, ob die Luftzuführung im Gleichstrom oder im Gegenstrom zum sich bewegenden Material erfolgt.
Oder aber, das Material ruht bis zur gewünschten Vererdung im Behälter, wobei nicht mehr von einem kontinuierlichen Verfahren die Rede sein kann und es den Begriff von Gleich- oder Gegenstromführung nicht geben kann.
Wenn man die erstgenannte Behandlungsart zugrundelegt, dann unterscheidet sich das Verfahren der DE-AS 19 29 767 vom erfindungsgemäßen Verfahren im wesentlichen dadurch, daß
a) eine gleichmäßige Luftzufuhr und keine gesteuerte Luftzufuhr erfolgt und
b) daß das Austragen des zu verrottenden Gmes mit Hilfe eines Stachelwalzenrostes erfolgt, das Kornpostrohgut dadurch zerrissen wird und die biologischen Vorgänge zerstört werden, während im ei findungsgemäßen Verfahren eine gleichmäßige, vorsichtige Entnahme, wie beispielsweise mit einer langsam umlaufenden Fräskette, erfolgt.
Legt man die zweitgenannte Behandlungsart zugrunde, dann unterscheidet sich das Verfahren der DE-AS 19 29 767 vom erfindungsgemäßen Verfahren im wesentlichen durch
a) wie vorstehend angegeben und dadurch
b) daß es nicht kontinuierlich erfolgt.
In der zur Bildung des Oberbegriffs des Anspruchs I in Betracht gezogenen DE-AS 22 53 009 wird ein Verfahren zum Kompostieren von organischen Abfällen beschrieben, wobei die Abfälle einen Belüftungsre- b5 aktor von oben nach unten kontinuierlich durchlaufen und Luft von der Sohle des Belüftungsreaktors her den Abfällen kontinuierlicl entgegengefühit 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 uer Sohle, die Zone niedrigsten Sauerstoffgehaltes in der obersten Schicht und die Zone höchsten Sauerstoffgehaltes an der Sohle des Belüftungsreaktors befindet
Vorzugsweise werden in diesem Verfahren zur Steuerung des Rotteprozesses Luftgemischproben aus verschiedenen, vorzugsweise drei Zonen des vom Belüftungsreaktor umschlossenen Materialhaufwerkes entnommen und der Or oder CO^Gehalt dieser Proben festgestellt. Nach der Höhe des festgestellten O2- oder COi-Gehaltes richtete sich dann die Belüftung.
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.
Es r-:e!lte sich jedoch heraus, daß mit zunehmender Betriebsdauer das Material im Reaktor immer feuchter wurde.
Der nach oben gelenkte Luftstrom war ab einem bestimmten Punkt offensichtlich nicht mehr in der Lage, das nach unten drückende 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 Rottemateriai durch das Eigengewicht nach anten immer mehr zusammengepreßt und verlor sein Porenvolumen. Die Luft konnte sich nicht mehr gleichmäßig im Material verteilen, sondern strömte durch sich bildende Kai.ale in leichterem Material unkontrolliert ab.
Um solche Betriebszustände zu vermeiden, zwang die Praxis dazu, dem Schlamm mehr neuen Kohlenstoff zuzumischen, um so ein entsprechendes Porenvolumen aufrechterhalten 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-Verhältnis der gesamten Rotteprozesse 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 angenommen 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 Schlammverrot'.ung aufgegeben wurde, stellten sich die gleichen Symptonie ein. Durch den biologischen Prozeß freiwerdendes Wasser konnte nur unzulänglich verdampft werden. Die Folgen: zunehmende Verwjisserung im untersten Reaktorteil, dadurch unkontrollierte Luftverteilung und eine unzulängliche Biologie. Das verrottete Material erreichte bei weitem nicht die angestrebte Qualität.
Durch die dargestellten Unzulänglichkeiten im Rottebetrieb bildeten sich außerdem im Reaktor
anaerobe Zonen, deren Gerüche mit dem Luftstrom in die Atmosphäre entweichen und in einigen Fällen sich sogar noch in 1000 m Entfernung unangenehm bemerkbar machten.
Die Erfahrung hat außerdem gelehrt, daß sich der COrGchalt im Haufwerk des Reaktors nicht ausreichend genau feststellen läßt.
Aufgabe der Erfindung war es somit, in einem an sich bekannten Verfahren zur Kompostierung von mi; Kohlenstoffträgern vermischtem Klärschlamm oder anderen organischen Abfallstoffen in einem aeroben Durchlaufbctricb. bei dem der Klärschlamm einen Belüftungsrcaktor innerhalb von 14 bis 20 Tagen von oben nach unten kontinuierlich durchläuft, kontinuierlich Luft durch denselben hindtirchgeführt wird, wobei der COrGehalt der Abluft gemessen und die Menge und Strömungsgeschwindigkeit der für die Kompostierung erforderlichen Luft in Abhängigkeit vom CO..-Gehalt der Abluft gesteuert und der Kompost am Boden 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 allcine ohne Zusatz eines organischen Kohlenstoffmaterials nicht zur Verrottung gebracht werden.
Wenn der Betrieb eingelaufen ist. wird nur noch in geringem Umfang neues Kohlenslcffmatcrial (etwa 10%) zugegeben, weil Rückgut, also dem Bio-Reaktor entnommenes Material, mit zugesetzt wird. Dieses Rückguimaterial ist ebenfalls noch stark kohlenstoffhaltig und wirkt außerdem noch als Strukturvcrbesscrcr und Impfmaterial.
Das oben aufgegebene zu verrottende Material durchwandert innerhalb etwa 14 bis 20 Tagen den Reaktor nach unten.
Line Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden
„:il I L _■ ι
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verrotten, ohne daß im Rottebetrieb Störungen durch Vcrnässung und ungleiche Luftverteilung im zu verrottenden Material auftreten.
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 die im Belüftungsreaktor befindlichen Abfallstoffe saugt und den CO,-Gehalt der abgesaugten Abluft mißt.
Dies war deshalb besonders überraschend, weil man j im bisherigen Durchlaufverfahren immer davon ausgegangen war. daß sich die zu einer einwandfreien Verrottung erforderlichen unterschiedlichen Temperatur- und Oj-Zonen nur durch eine gesteuerte Gcgenstromzuführung erzielen lassen wurden. j
Wie sich nunmehr herausstellte, stellen sich die zur F.r/ielung einer einwandfreien hygienisierten Rotte erforderlichen Zustandsverhältnisse innerhalb der Säule des zu verrottenden Materials auch bei einer Gleichstromführung ein. .,,
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 verbünde- ^ nen Unzulänglichkeiten praktisch beseitigt werden, sondern es besitzt darüber hinaus den Vorteil, daß für die Besaugung weniger Energieaufwand erforderlich ist als beim Durchblasen. Ferner kann die nach unten abgesaugte Abluft durch Erdfilter geleitet werden. v wodurch keine Geruchsbeiästigungen mehr auftreten. Außerdem kann die abgesaugte Abluft zur Gebäudebeheizung verwendet werden. Und schließlich gewährleistet die Messung des CO2-Gehaltes in der zusammengeführten, nach unten abgesaugten Abluft eine hinreichende Genauigkeit, so daß die Steuerung der Rotte infolge veränderten Lufteintrags über die gemessenen CO2-Werte besser gegeben ist
Der in der Abwasserbehandlungsanlage anfallende flüssige Klärschlamm wird maschinell in Zentrifugen oder Pressen auf mindestens 20% Feststoffgehalt vorentwässert.
Der Schlamm wird dann in diesem entwässerten Zustand in einer Mischanlage mit einem Kohlenstoffträgermaterial (Sägemehl, gehäckseltes Stroh, Torf, etc.) « homogenisiert.
!n der Einarbeitungsphase überwiegt der Anteil Aus drei verschiedenen Vorratsbehältern wird Schlamm (I), Rückgut (2) und neuer Kohlenstoff (3) in einem Misi-haggregat (4) gemischt, in eine Steilförderanlage (5) entleert und in den Reaktor (6) oben -, aufgegeben. Ein Egalisator (7) verteilt das aufgegebene Matcri.il gleichmäßig auf der Reaktorfläche. Der Reaktor ist immer voll. Bevor gefüllt werden kann, wird auf der Reaktorsohle durch eine umlaufende Fräse (8) soviel Arterial ausgetragen, wie oben aufgegeben wird, ι Das ausgetragene Material fällt entweder auf ein Förderband (9) und wird als Rückgut in den Vorratsbehälter (2) oder als Überschuß mit dem Förderband (10) auf die Nachrottefläche (II) 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.
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.
Die Wärme der abgesaugten Luft kann optimal zur Gebäudebeheizung (18) verwendet werden. In der Abluft wird der CGvGehalt (19) gemessen, registriert und dadurch das Belüftungsaggregat (12) automatisch gesteuert.
In verschiedenen Höhen sind Temperaturfühler (20) eingebaut, deren Meßwerte kontinuierlich auf eine Schreibeinrichtung (21) übertragen werden.
Um eine garantiert aerobe Verrottung zu erreichen, wird die Entlüftung so ausgesteuert, daß der CO2-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° C und fallen dann im letzten Drittel auf etwa 500C ab.
Das aus dem Reaktor ausgetragene Material ist frei von pathogenen Keimen und Unkrautsamen und stellt einen ausgezeichneten Kompost dar.
Das vorstehend beschriebene Verfahren läßt sich mit gleichem Erfolg auch auf andere organische Abfallstoffe anwenden, die gegebenenfalls mit Klärschlamm vermischt sein können.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Kompostierung von mit Kohlenstoffträgern vermischtem Klärschlamm oder anderen organischen Abfallstoffen in einem aeroben Durchlaufbeirieb, bei dem der Klärschlamm einen Belüftungsreaktor innerhalb von 14 bis 20 Tagen von oben nach unten kontinuierlich durchläuft, kontinuierlich Luft durch denselben hindurchgeführt wird, wobei der COrGehalt der Abluft gemessen und die Menge und Strömungsgeschwindigkeit der für die Kompostierung erforderlichen Luft in Abhängigkeit vom CO2-GehaIt der Abluft gesteuert und der Kompost am Boden des Reaktors kontinuierlich entnommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Luft mit Hilfe einer Saugvorrichtung von oben nach unten durch die im Belüftungsreaktor befindlichen Abfallstoffe saugt und den COrGehalt der abgesaugten Abluft mißt
2. Vertatiren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Entlüftung so aussteuert, daß der COrGehalt der Abluft maximal 6% und mindestens 2% beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Kompost mittels einer langsam umlaufenden Fräskette entnimmt.
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