DE2730532A1

DE2730532A1 - Verfahren zum aeroben, thermophilen abbau in fluessiger phase von mikrobiell abbaubarer substanz

Info

Publication number: DE2730532A1
Application number: DE19772730532
Authority: DE
Inventors: Carl-Goeran Herbert Carlsson
Original assignee: PLM AB
Current assignee: Rexam AB
Priority date: 1976-07-07
Filing date: 1977-07-06
Publication date: 1978-01-12
Also published as: SE7607763L; ES460502A1; DK305777A; US4132638A; GB1583190A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum aeroben, thermophilen Abbau in flüssiger Phase (Nassverrottung) von mikrobiell abbaubarer Substanz.

Es ist bereits bekannt, Feststoffe durch sog. Trockenverrottung zu kompostieren und mehr oder weniger uneingedicktes Abwasser zu stabilisieren. Die bekannten Verfahren sind infolge der Reaktionsträgheit im allgemeinen zeitraubend und werden meistens satzweise ausgeführt. Hiervon unterscheidet sich die vorliegende Erfindung u.a. dadurch, dass sie sich nicht auf die Trockenverrottung, sondern auf die Nassverrottung bezieht, sowie dadurch
dass sie ein kontinuierliches Verfahren mit hohem Reaktionsgrad umfasst. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass sie zum Unterschied vom einfachen Abbau von sog. Hausmüll und
Latrinenabfall in kleinem Ausmass stattdessen in erster Linie
die Verarbeitung und den Abbau von in städtischen Kläranlagen,
verschiedenen Industrien, vor allem der ZellstoffIndustrie
(Zellstoff, Board usw.) und den Lebensmittel- und Gärungsindustrien, anfallendem Abfall und Schlamm betrifft. Infolge der grossen Abfallmengen, um die es sich hier handelt, werden an die Ausbildung des Abbauprozesses ganz andere und viel strengere Anforderungen als an die Abbaubehandlung von Hausmüll gestellt. Eine systematische und wirtschaftlich gerechtfertigte Durchführung des Verfahrens verlangt jedoch, dass grosse Abfallmengen in kurzer Zeit und mit einfachen Ausrüstungen verarbeitet werden können. Hierzu wird ein kontinuierliches Verfahren benötigt. Ein solches
schnelles, kontinuierliches und wirksames, aerobes Nassverrottungsverfahren zur Verarbetiung und zum Abbau grosser Abfallmengen,
insbesondere von den obengenannten Quellen, hat jedoch bis jetzt gefehlt. Dieser Mangel wird durch die vorliegende Erfindung beseitigt, die somit einen grossen technischen Fortschritt bedeutet. Beispielsweise ist es erfindungsgemäss möglich, die anaeroben
Faulbehälter städtischer Kläranlagen zu ersetzen, welche oft in unbefriedigender Weise funktionieren und einen unangenehmen Geruch erzeugen können. Ein weiterer Vorteil der Erfindung im Vergleich mit dem anaeroben Faulkammerverfahren ist, dass das aerobe Verfahren gemäss der Erfindung eine beträchtliche Wärme entwickelt, die dem behandelten Material eine Temperatur von bis zu 80⁰C ver-

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leiht, wodurch pathogene und parasitäre Organismen sowie Unkrautsamen rasch abgetötet werden. Da ausserdem die Mischverhältnisse beim erfindungsmässigen Verfahren intensiv sind, erhält man eine schnelle und starke antibiotische Wirkung und ebenso einen raschen und starken Wärmetransport in der Bulkphase, wobei die Temperaturverhältnisse homogen und stabil werden, d.h. es kommen keine unbehandelten Zonen vor. Ausserdem wird beim erfindungsmässigen Verfahren Ueberschusswärme erzeugt, die zum Vorwärmen des zu behandelnden Abfalls oder für andere Zwecke, wie zur Erzeugung von Heisswasser, ausgenutzt werden kann.

Um den erforderlichen Reaktionsgrad und die nötige Schnelligkeit des erfindungsmässigen Verfahrens zu erzielen, müssen gewisse kritische Bedingungen in bezug auf die Teilchengrösse, den Trockengehalt und das pH des behandelten Materials erfüllt sein. Ausserdem kann man den Prozess durch Zugabe von gewissen Enzymen oder durch Rücknahme von aktiver, thermophiler Substanz beschleunigen, die den Abbauprozess und/oder die Entwässerung des behandelten Materials begünstigt.

Durch die Erfindung wird das in flüssiger Phase stattfindende Abbauverfahren völlig oder fast völlig optimiert. Die Reaktion in flüssiger Phase führt bei aeroben, thermophilen Verläufen dazu, dass der für die Reaktionsgeschwindigkeit und den Reaktionsaustausch wichtige Massentransport in der Grenzschicht der Mikroorganismen in erwünschter Weise durch Steuerung und Einregelung der zutreffenden Parameter in der Flüssigkeitsmasse, wie Temperatur, Umrührgeschwindigkeit und -intensität, Verweilzeit, Luft- und/oder Sauerstoffmenge, Gasblasengrösse, COj-Zusatz, Gesamt- und Partialdruck der Gasphase, pH-Wert, Trockensubstanzgehalt, zugängliche Kohlenstoffe und Stickstoff usw, gesteuert werden kann. Bei der Erfindung werden sämtliche dieser wichtigen Parameter optimiert.

Die vorliegende Erfindung bietet somit ein Verfahren zum aeroben, hauptsächlich thermophilen Abbau in flüssiger Phase vonmikrobiell abbaubarer Substanz, und dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Teilchengrösse der mikrobiell abbaubaren Substanz vor dem Abbau auf höchstens 50 mm reduziert wird, und dass die Substanz mit Flüssigkeit zu einem Trockengehalt

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von höchstens 15 Gew.-% vermischt wird, um eine Aufschlämmung zu schaffen, deren pH auf höchstens 12 eingeregelt wird, wonach der Aufschlämmung vorzugsweise ein den Abbau förderndes Enzym zugesetzt wird, und die Aufschlämmung auf eine Temperatur von 40-80 C vorgewärmt und dann einer kontinuierlichen, aeroben, hauptsächlich thermophilen Abbaubehandlung unter der Einwirkung von aeroben, in erster Linie thermophilen Mikroorganismen in Gegenwart von Luft während einer Zeit von höchstens 240 h unterzogen wird, wobei die Temperatur der Aufschlämmung während des hauptsächlich thermophilen Abbaus in erforderlicher Weise auf 40-80 C, vorzugsweise 55-65°C, eingeregelt wird, und dass während oder nach der Abbaubehandlung gebildeter Belebtschlamm, welcher aerobe, in erster Linie thermophile Mikroorganismen enthält, zum Impfen von unbehandelter Aufschlämmung ausgenutzt wird, und die restliche, fertigbehandelte Aufschlämmung in variierendem Ausmass entwässert und ggf. mit Nährstoffen angereichert oder anderswie aufbereitet wird, um als Bodenverbesserungsmittel zu dienen.

Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsmässige Verfahren ist im folgenden unter Angabe der verschiedenen Teilstufen näher beschrieben.

Je nach dem besonderen Ausgangsmaterial, das bei der vorliegenden Erfindung benutzt wird, d.h. eingedicktem oder nicht eingedicktem Abwasser, Schlamm von städtischen Kläranlagen, der Zellstoff-, Lebensmittel- und Gärungsindustrien usw. oder anderem organischem, aktivem Abfall solcher Industrien, beispielsweise Kartoffelschalen, ist zuerst darauf zu achten, dass das Material auch hinreichend feinverteilt ist. Um einen hohen Reaktionsgrad beim Abbau und eine hinreichende Entwässerung des Produktes zu erzielen sowie dessen Handhabung zu erleichtern, ist es nämlich wichtig, dass die Teilchengrösse des Materials so gering wie möglich ist. Man hat für die Erfindung eine höchste Teilchengrösse von 50 mm festgesetzt, und vorzugsweise soll das Ausgangsmaterial eine Teilchengrösse von weniger als 10 mm haben, und zwar im Bereich 0,UOOl-IO mm. Je kleiner die Teilchengrösse, um so besser das Ergebnis. Die höheren Teilchengrössen von bis zu 50 mm werden nur dann benutzt, wenn die Teilchengrösse ausser-

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dem während des eigentlichen Prozesses reduziert wird, beispielsweise wenn das Durchrühren der Flüssigkeitsaufschlänunung mittels einer mahlenden Pumpe vorgenommen wird, die eine endgültige Teilchengrösse von höchstens 10 mm erzeugt. Allgemein gilt, dass die end- ' gültige Teilchengrösse der nassverrotteten, mikrobiell abgebauten Substanz so gering wie möglich und 10 mm nicht übersteigen soll.

Nachdem die Teilchengrösse der mikrobiell abbaubaren Substanz gemäss Obigem eingeregelt worden ist, wird der erforderliche Trockengehalt der Substanz durch Zusatz von Flüssigkeit eingeregelt, falls dies notwendig ist. Für die Erfindung gilt, dass die Substanz in Form einer pumpbaren Flüssigkeitsaufschlämmung vorliegen soll, was den Trockensubstanzgehalt der Aufschlämmung auf höchstens etwa 15 Gew.-%, normalerweise 1-12 Gew.-%, begrenzt.

Während der Einstellung des Trockensubstanzgehalts oder danach wird der pH-Wert der Aufschlämmung eingeregelt, um in bezug auf den mikrobiellen Abbau optimal zu sein. Höhere pH-Werte als etwa 12 sind dabei ungeeignet, und der pH-Wert soll vorzugsweise im Bereich 3,5-10 liegen.

Zur Optimierung des Abbauprozesses ist es ein weiteres Merkmal der Erfindung, dass der die mikrobiell abbaubare Substanz enthaltenden Flüssigkeitsaufschlänunung dann vorzugsweise Enzyme zugesetzt werden. Der mikrobielle Abbau grösserer und komplexer Moleküle und Verbindungen erfolgt nämlich meistens dadurch, dass von den Mikroorganismen abgesonderte Enzyme die Moleküle und Verbindungen in Fragmente spalten, die von den Mikroorganismuszellen aufgenommen und umgesetzt werden können, wobei der aerobe, thermophile Abbau von organischem Material hauptsächlich Kohlendioxyd und Wasser als Endprodukt liefert. Durch Zusatz von verschiedenen spezifischen Enzymen, allein oder in Kombination miteinander, wird das Spalten der Moleküle und Verbindungen vor und während der Reaktionsphase beschleunigt, in der die abbauenden Organismen selbst solche Enzyme erzeugen. Das Spalten erfolgt dabei in überraschend schneller und vollständiger Weise im Vergleich mit einer Reaktion ohne besonderen Enzymzusatz, da vorgespaltene Substanz zur Aufnahme in den Mikro-

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Organismuszellen zugänglich ist. Als Zusatzenzyme kommen Amylasen, Lipasen und Proteinasen in Frage. Wie oben angedeutet, werden die Enzyme vor oder während der eigentlichen Abbaureaktion zugesetzt, wobei es ratsam ist, die Enzyme angesichts ihrer geringen Haltbarkeit und kurzen Aktivitätszeit zu Beginn der Abbaureaktion zuzusetzen. Der Enzymzusatz erfolgt in einer Menge von 0,01-10 Gew.-%, berechnet auf die Menge trockner, organischer Substanz der Aufschlämmung.

Beim beschleunigten enzymatischen Spalten gemäss der vorliegenden Erfindung von organischem Abfall, welcher oft netzbildende Molekülaggregate vom Polysaccharidtyp enthält, wird ausserdem das im Schlammaggregat eingeschlossene Wasser wesentlich leichter befreit als bei einem spontanen Verlauf ohne besonderen Enzymzusatz, weshalb beim beschleunigten Spalten in weit kürzerer Zeit ein erstaunlich hoher Entwässungsgrad erhalten wird. Vor allem ist di<. ·■'■; beim Zusatz von Amylasen der Fall, wobei man Entwässerungsgeschwindigkeiten erzielen kann, die bis zu mehreren hundert Malen höher sind als nach einem entsprechenden, spontanen Abbauverlauf.

Im Zusammenahng mit dem besonderen Zusatz von Enzymen kann eine weitere Optimierung des erfindungsgemässen Verfahrens durch besonderen Zusatz von spezifischen mesophilen und/oder thermophilen Impfkulturen in einer Menge von bis zu 5 Gew.-% erreicht werden. Verschiedene dieser Kulturen sind in Form von gefriergetrockneten Bakterienmassen erhältlich. Beim Abbau von beispielsweise Latrinenschlamm kann man hierbei einen um 50% schnelleren Abbauverlauf im Vergleich mit dem spontanen Abbau unter Ausnutzung der im Schlamm natürlich enthaltenen Organismen erzielen. Es sei jedoch bemerkt, dass ein besonderer Zusatz von Impfkulturen vorzugsweise nur in der Ausgangsstufe des Abbauprozesses erfolgt, d.h. wenn der Prozess eingeleitet wird, da - nachdem eine geeignete Bakterienkultur durch den eigentlichen Prozess erhalten worden ist - das Impfen in einfacher Weise durch Rückfluss (welcher seinerseits optimiert werden kann) von Schlamm von der aktiven Stufe zum Einlauf erfolgen kann. Ein besonderer Zusatz von Impfkultur erfolgt dann in gewissen Zeitabständen, um geänderte mikrobielle Eigenschaften durch u.a. Mutation der

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aktiven Stämme zu verhindern.

Die Zusätze verschiedener Enzyme und Impfkulturen können miteinander kombiniert werden und geben erfindungsmässig eine überlagerte und weit höhere Abbauwirkung als die Zugabe von Enzym oder Impfkultur allein. Ein gleichzeitiger Zusatz von Proteinase und Impfkultur ist jedoch zu vermeiden.

Um rasch eine hohe Abbaugeschwindigkeit zu erreichen, ist es ferner zweckmässig, die Flüssigkeitsaufschlämmung biologisch abbaubarer Substanz vorzuwärmen, bevor sie in den Abbaureaktor eingebracht wird. Dieses Vorwärmen erfolgt zweckdienlicherweise unter Verwendung von herkömmlichen Wärmeaustauschern und der Ausnutzung von Ueberschusswärme, die beim thermophilen Abbauprozess erzeugt wird. Die Vorwärmungstemperatur beträgt dabei 40-80⁰C, vorzugsweise 55-65°C.

Nach den oben beschriebenen, vorbereitenden Stufen ist die Flüssigkeitsaufschlämmung, die die mikrobiell abbaubare Substanz enthält, einem aeroben, in erster Linie thermophilen Abbau zu unterziehen, wobei zum Aufrechterhalten der Abbaureaktion der Aufschlämmung ein Sauerstoff enthaltendes Gas, wie Luft, zuzuführen ist. Die Aufschlämmung ist dann durchzurühren. Das Rührwerk muss imstande sein, das Aufschlämmungsvolumen im Abbaureaktor während höchstens etwa 50 h, vorzugsweise 0,2-5 h umzusetzen.

Je nach der Ausbildung des für die eigentliche Abbaureaktion benutzten Reaktors kann die Zufuhr des Sauerstoff enthaltenden Gases und das Durchrühren der Aufschlämmung in verschiedener Weise erfolgen. Die kontinuierliche Abbaureaktion beim erfindungsmässigen Verfahren gestattet die Verwendung vieler verschiedener Typen von Reaktoren, wie einzelnen und gekoppelten Tank- und Rohrreaktoren, Türmen, Kolonnen und Gefassen mit oder ohne Füllkörper und Böden, beispielsweise vom Typ Destillationskolonne, Adsorptionsturm für Gas und Flüssigkeit, und Eindampfer. Die Füllkörper können variierender Gestalt sein, wie Raschig-Ringe, Sättel u.dgl., während die Böden u.a. von Typ Glocke, Ventil und Siebblech sind. Ferner kommen Leit- und Umlenkbleche verschiedener Geometrien für die FluidumstrSme vor. Unter den Rohrreaktoren sei insbesondere der bei verschiedenen chemisch-technischen Anwendungen

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benutzte sog. Static Mixer erwähnt. Es sei betont, dass die Erfindung nicht an einen besonderen Reaktor gebunden ist, sondern solange der betreffende Reaktor ein kontinuierliches Verfahren mit einwandfreier Gaszufuhr und Durchführung der Aufschlämmung gestattet, sind die Bedingungen der Erfindung erfüllt. Da aber ein korrektes Gaseinmischen und Durchrühren für das erfindungsmässige Verfahren von grosser Bedeutung sind, wird jedoch bevorzugt, diese Vorgänge in einer gewissen Weise auszubilden, und man hat somit bei der Erfindung es für besonders vorteilhaft gehalten - nicht zuletzt aus den Gesichtspunkten des Betriebes und der Wartung - das Durchrühren der Flüssigkeitsaufschlämmung separat oder auswendig in bezug auf den eigentlichen Abbaureaktor anzuordnen, und dann zweckdienlicherweise in Form eines Gebläses oder einer Pumpe, die die Aufschlämmung durchrührt und ihr das zum Weitertransport erforderliche Antriebspotential verleiht. Wenn der Abbaureaktor aus einem einzigen oder mehreren nacheinander gekoppelten Tankreaktoren mit kontinuierlichem Durchlauf der mikrobiell abzubauenden Aufschlämmung besteht, ist somit im Anschluss an den Tankreaktor oder an jeden Tankreaktor eine Pumpe oder ein Gebläse vorgesehen, dass einen grösseren oder kleineren Teilfluss vom Reaktor empfängt und die Aufschlämmung unter Durchrühren weiterbefördert, entweder wieder zum selben Reaktor und/ oder zum folgenden Reaktortank.

Im Anschluss an die Pumpe oder das Gebläse ist vorzugsweise ein Wärmeaustauscher herkömmlichen Typs vorgesehen, um Wärme aus der gepumpten Aufschlämmung zu gewinnen und somit die Temperatur der thermophilen Abbaureaktion einregeln zu können. Wie bereits angedeutet, wird die gewonnene Wärme zum Vorwärmen der abzubauenden Flüssigkeitsaufschlämmung benutzt.

Da die gepumpte Aufschlämmung bei der Abbaureaktion gebildeten Belebtschlamm enthält, kann - wenn der Rücklauf zum selben Reaktor erfolgt - der Aufschlämmungsfluss von der Pumpe oder dem Gebläse mit dem Zufluss zum Reaktor von neuer, unbehandelter Aufschlämmung zusammengekuppelt werden, um somit ein Impfen der Aufschlämmung mit Bakterienkultur zu bewirken.

Vorzugsweise wird das von der Pumpe oder dem Gebläse erhaltene Antriebspotential der Aufschlämmung dazu ausgenutzt,

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um ein wirksames Einmischen von Zusatzstoffen, wie Luft, in die FlUssigkeitsmasse zu bewirken, indem die Aufschlämmung, bevor sie in den Reaktor eingebracht wird, durch einen Injektor gelei tet wird. Ausser Zusatzströmmungen von Gas, wie Luft, kann in einen solchen Injektor auch Flüssigkeit, beispielsweise Enzymlösung oder eine eine Stickstoffquelle enthaltende Flüssigkeit, eingemischt werden. Die Stickstoffquelle wird eingemischt, um das C/N-Verhältnis auf zwischen 1:1 und 100:1 einzuregeln, wo durch man beim Abbau den besten Bakterienzuwuchs erzielt. Die Verwendung eines Injektors beim erfindunasmässigen Verfahren bietet auch ein überlegenes Einmischen infolge der besonderen Mischverhältnisse "mixing shock" and "froth flow", die im Kom pressions- bzw. Expansionsteil des Injektors herrschen. Besonders Luft oder anderes Gas wird dabei äusserst schnell und wirksam beigemischt, wobei sich das Gas fast sofort in der Flüssigkeit auflöst.

Damit die aerobe Abbaureaktion genügend schnell verläuft, müssen bis zu 25 1 Luft pro 1 Aufschlämmung und sek, vorzugs weise 0,05-10 1 Luft pro 1 Aufschlämmung und min, zugesetzt werden.

Wenn die Pumpe oder das Gebläse nur zum Durchrühren und zum Einbringen von Gas benutzt wird und nicht den kontinuier lichen Transport in bzw. aus dem Abbaureaktor oder den Abbaureak toren besorgt, braucht die Pumpe oder das Gebläse nicht kontinuierlich betrieben zu werden, sondern es genügt ein intermittierender Betrieb und ist oft auch vorteilhaft. In Abhängigkeit von dem Massentransport im System sowie dem Aspirations- und Respirationsvermögen der Mikroorganismen können die Intermittenzpausen dabei derart eingeregelt werden, dass das Verhältnis Pausenperiode:Betriebsperiode von 0,01:1 bis 25:1 beträgt. Dies bedeutet eine beträchtliche Verminderung der Betriebskosten, die grösstenteils auf die Antriebsmaschinen fallen.

Obgleich also das Durchrühren der FlUssigkeitsmasse mit Hilfe einer Pumpe oder eines Gebläses in Kombination mit einem Injektor zum Gaseinmischen erfindungsmässig besonders bevorzugt wird, ist es auch möglich, wenn auch weniger bevorzugt, ein internes Durchrühren im Abbaureaktor mittels eines herkomm-

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lichen Rührwerks in Kombination mit einem Lufteinmischen mittels Düsen oder durch Niederschlag von kreisender Flüssigkeitsströmung auf der freien Flüssigkeitsoberfläche im Reaktor zu gebrauchen. Diese Verfahren zum Gaseinmischen sind jedoch weniger wirksam als das Gaseinmischen mittels eines Injektors.

Der obengenannte Rücklauf der Aufschlämmung vom Abbaureaktor ist ein besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung und ermöglicht nicht nur ein einfaches und bequemes Impfen der einlaufenden, unbehandelten Flüssigkeitsaufschlämmung, sondern auch eine wirksame Einregelung der Wasserhaltung und physikalischen Struktur des behandelten Produkts. Die Wasserhaltung oder das Entwässerungsvermögen ist schon früher im Zusammenhand mit der Enzymzugabe besprochen worden, und es genügt hier zu sagen, dass auch die Rücknahme oder der Wiederumlauf der Aufschlämmung diese Eigenschaft beeinflusst, wobei ein gesteigerter Wiederumlauf ein höheres Entwässerungsvermögen bietet. Auch die physikalische Struktur des Endprodukts wird durch den Wiederumlauf beeinflusst, vor allem falls der Wiederumlauf mit einer Pumpe des zerkleinernden Typs zustandegebracht wird, beispielsweise einer Kanalradpumpe, die das Material zu geringer Teilchengrösse zerkleinert, was das Ausstreuen des fertigen Produkts erleichtert. Die Zerkleinerung der Teilchen begünstigt auch den Abbauprozess, da die geringe Teilchengrösse den Umsetzgrad und die Geschwindigkeit der Abbaureaktion stabilisiert und optimiert.

Die bereits beschriebenen Parameter Teilchengrösse, Trockengehalt, pH, Enzymzusatz, Vorwärmen, Gaszufuhr und Durchrühren bedeuten eine weitgehende Optimierung des Prozesses. Zur vollständigen Optimierung müssen jedoch ausserdem die Temperatur und die Verweilzeit der mikrobiell abbaubaren Substanz während der eigentlichen Abbaureaktion eingeregelt werden. Gemäss der Erfindung wird dabei die Temperatur auf 40-80⁰C, vorzugsweise 55-65°C eingeregelt, und wie schon erwähnt erfolgt diese Temperatureinregelung mit Hilfe von auswendigen Wärmeaustauschern, die vorzugsweise im Anschluss an die Umwälz- und Durchmischpumpe oder das -gebläse angeordnet sind. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Reaktionsgefäss mit einem Kühlmantel zu versehen, der die erzeugte Ueberschusswärme aufnimmt. Die Verweil-

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zeit ist von den übrigen Prozessparametern abhängig, aber in seiner Gesamtheit ist das erfindungsmässige Verfahren äusserst schnell durchführbar, und ein vollständiger Abbau wird üblicherweise in weniger als 240 h erreicht. Normalerweise wird die Abbaubehandlung während 2,4-120 h ausgeführt, wobei die kürzeren Behandlungszeiten bei einer vollständigen Optimierung sämtlicher Prozessparameter gelten und wenn kein vollständiger Abbau erforderlich ist.

Nach beendigter Abbaubehandlung wird die Aufschlämmung aus dem Abbaureaktor ausgetragen und entwässert. Die Entwässerung kann beispielsweise durch Filtrieren, Sedimentieren, Fällen/Flokken u.dgl. ausgeführt werden, aber ein für die vorliegende Erfindung besonders bevorzugtes Entwässerungsverfahrens ist die sog. Mikroflotation, bei der durch Einblasen von gelöstem Gas enthaltender Druckflüssigkeit äusserst winzige Mikrogasblasen in der Aufschlämmung erzeugt werden. Wenn die Druckflüssigkeit in die Aufschlämmung eingebracht wird, sinkt der Druck der Druckflüssigkeit, und das gelöste Gas wird in Form vieler winziger Blasen freigemacht, die hochsteigen und die Teilchen in der Aufschlämmung mitreissen. Eine nähere Beschreibung dieser Mikroflotation gibt z.B. die SW-PA 7414758-8.

Nachdem die Aufschlämmung im erforderlichen Ausmass entwässert worden ist, kann das erhaltene Kompostprodukt durch Zugabe von N, P und/oder K, Mikrostoffen und gelöschtem Kalk mit Nährstoffen angereichert werden. Das somit angereicherte Material kann dann in die erwünschte Form gebracht werden, beispielsweise durch Pelletisierung. Dank seines Inhalts an wertvollen Substanzen, wie organisch gebundenem Stickstoff, Humusgehalt usw., eignet sich das erfindungsmässig erhaltene Endprodukt ausserordentlich gut als Dünge- und Bodenverbesserungsmittel, wobei es sich überraschenderweise gezeigt wird, dass das erfindungsmässig erhaltene Düngemittel antibiotische Eigenschaften gegenüber Pflanzenkrankheiten besitzt, beispielsweise wenn es als Düngemittel für Tomaten benutzt wird. Ferner sei bemerkt, dass das erfindungsmässige Verfahren die Herstellung einer grossen Anzahl verschiedener Qualitäten von Dünge- und Bodenverbesserungsmitteln in derselben Anlage durch Änderung der Zugabe von

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N₁ P, K und Mikrostoffen ermöglicht, ferner durch Änderung der Kalkzugabe, wodurch der pH-Wert des Produktes geändert wird, sowie durch Änderung des Wiederumlaufs der Aufschlämmung, wodurch die Wasserhaltung und physikalische Struktur des Produkts geändert wird, usw. Es leuchtet somit ein, dass das erfindungsmässige Verfahren in äusserst flexibler Weise gesteuert werden kann, um das erwünschte Endprodukt zu erzeugen.

Das erfindungsgemässe Verfahren bietet schnelle, weitgehende und gut definierte Abbauveriäufe. Die Erfindung bietet im Verhältnis zu herkömmlichen, bekannten Verfahren eine sichere Prozesstechnik, wo eine dynamische Optimierung der Prozesse unter Beachtung bedeutsamer Veränderlichen und Parameter möglich ist, wodurch eine Suboptimierung vermieden wird. Mit der verfeinerten Technik gemäss der Erfindung können durch aeroben, in erster Linie thermophilen Abbau organische Stoffe von verschiedenen Quellen, wie Schlamm, einschliesslich Rohschlamm, Faulschlamm, chemischer Schlamm usw., Abwasser der Zellstoff- und Lebensmittelindustrien, gewisser Teile der Textilindustrie und städtischen Kläranlagen, und auch anderer verrottungsbarer, organischer Abfall, beispielsweise gewisser Grossküchenabfall, Sortierungsrückstände von diesem Abfall, von Müllkippen usw. kompostiert und stabilisiert werden.

Wie schon erwähnt, kann die Flüssigphasenverrottung gemäss der Erfindung überraschenderweise die herkömmlichen anaeroben Faulbehälter zur Schlammstabilisierung und auch alle biologischen Stufen einer Kläranlage ersetzen. Durch die Kombination mit biologischer Reduktion von Nährsalzen (Phosphor, Stickstoff u.a.) mit beispielsweise Algen, wie im sog. Nakskov-Prozess, können rein biologische Kläranlagen, die von neuer Technologie Gebrauch machen, errichtet werden.

Der beschriebene Abbauprozess gemäss der Erfindung lässt sich in äusserst einfacher Weise durch automatische Prozessüberwachung steuern. Die Einfachkeit der Ausrüstung und die Stabilität des Prozesses im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren bedeutet, dass die üeberwachung mit einzelnen oder einigen wenigen Parametern ausgeführt werden kann, beispielsweise der Temperatur, dem COj-Gehalt, der Zeit usw. Man kann den Prozess mit der Prozesszeit

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als Parameter steuern, was nur sehr einfache Progammierwerke verlangt, hauptsächlich nur verschieden geschaltete Synchronuhren.

Zur Erläuterung der Erfindung werden die folgenden, nicht begrenzenden Ausführungsbeispiele gegeben.

Beispiel 1

Ungefaulter biologischer Schlamm einer städtischen Kläranlage wurde erfindungsmässig wie folgt behandelt:

Eine Schlammsuspension des Trockengehalts 4,5% und mit Schlammteilchen hauptsächlich im Bereich 0,1-1,5 mm wurde kontinuierlich der folgenden Ausrüstung mit einem Volumenfluss von 2,0 l/min zugeführt.

Die Ausrüstung umfasste 3 re.ihengeschaltete Tänkreaktoren mit den Volumen 2, 1 bzw. 1 m . Das Durchrühren erfolgte auswendig durch Zentrifugalpumpen mit Aussaugöffnungen in den konischen Böden der kreisförmigen Tanks und mit tangetialer Einspülung in den Tankoberteilen. Die Pumpenleistungen waren so gewählt, dass die Umsetzung in den Tanks durch das Rührpumpen 10 min betrug. Der Transport der Suspension zwischen den Tanks und hinaus erfolgte durch eine Zweigleitung auf der Druckseite der Pumpen, wobei die Strömung durch herkömmliche Nadelventile eingeregelt wurde. Auf der Druckseite vor dem tangentialen Einlauf in die Reaktoren angebrachte Injektoren sorgten für das Einsaugen und wirksame Einmischen von Luft. Mit einem Gesamtvolumen von 4 m betrug die gesamte Verweilzeit 33 h. Während dieser Zeit wurde eine Temperatur von 60⁰C erreicht und aufrechterhalten, und die einlaufende Suspension wurde durch Wärmeaustausch mit dem Reaktionsgemisch vorgewärmt. Der Luftzusatz betrug 0,5 Luft pro 1 Suspension und min. Etwa 4 h vor der Einstellung auf den stationären Zustand waren sämtliche Reaktoren mit je 15 g gefriergetrockneter, thermophiler, in Wasser aufgeschlämmter Impfkultur geimpft worden. Beim Umrühren in den Reaktoren war der Betrieb intermittierend, und das Verhältnis der Pause:Betrieb-Perioden betrug 5 min:5 min.

Beim Versuch wurde BS- um 91,2% reduziert. Die Anzahl lebender Mikroorganismen im Ausfluss, gemessen mit rotem Agar bei 35°C und während 24 h war 0 Stück/ml. Auch die Anzahl lebender Parasiteier war 0 Stück/ml.

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Beispiel 2

Ähnlich wie in Beispiel 1 wurde zu 2,7% eingedickter Rohschlamm (Primärschlamm) einer Kläranlage behandelt. Der Volumenfluss während des kontinuierlichen Prozesses betrug 3,7 l/min, d.h. die gesamte Verv/eilzeit betrug 17,5 h. Dem Reaktionsgemisch wurde im ersten Reaktor Amylase in einer Konzentration von 0,2%, berechnet auf die Menge trockner organischer Substanz, zugesetzt. Eine besondere Impfkultür wurde nicht verwendet, sondern man benutzte den Wiederumlauf von aktiver organischer Substanz von einem früher erhaltenen und beschriebenen, stationären Zustand mit ungefaultem Schlamm. Im übrigen waren die Versuchsbedingungen dieselben wie in Beispiel 1.

Der Versuch ergab eine 93,6%-ige Reduktion von BS₇. Die Anzahl lebender Mikroorganismen im Ausfluss, gemessen mit rotem Agar bei 35°C und während 24 h, betrug 0 Stück/ml. Auch die Anzahl lebender Parasiteier betrug 0 Stück/ml.

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Claims

Anmelder: P L M AB Djäknegatan 16, 211 35 MALMÖ, Schweden Bezeichnung: Verfahren zum aeroben, thermophilen Abbau in flüssiger Phase von mikrobiell abbaubarer Substanz Patentansprüche:

1. Verfahren zum aeroben, hauptsächlich thermophilen Abbau in flüssiger Phase von mikrobiell abbaubarer Substanz, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchengrösse der mikrobiell abbaubaren Substanz vor dem Abbau auf höchstens 50 mm reduziert wird, und dass die Substanz mit Flüssigkeit zu einem Trockengehalt von höchstens 15 Gew.-% vermischt wird, um eine Aufschlämmung zu schaffen, deren pH auf höchstens 12 eingeregelt wird, wonach der Aufschlämmung vorzugsweise ein den Abbau förderndes Enzym zugesetzt wird, und die Aufschlämmung auf eine Temperatur von 40—80 C vorgewärmt und dann einer kontinuierlichen, aeroben, hauptsächlich thermophilen Abbaubehandlung unter der Einwirkung von aeroben, in erster Linie thermophilen Mikroorganismen in Gegenwart von Luft während einer Zeit von höchstens 240 h unterzogen wird, wobei die Temperatur der Aufschlämmung während des hauptsächlich thermophilen Abbaus in erforderlicher Heise auf 40-80⁰C,vorzugsweise 55-65°C, eingeregelt wird, und dass während oder nach der Abbaubehandlung gebildeter Belebtschlamm, welcher aerobe, in erster Linie thermophile Mikroorganismen enthält, zum Impfen von unbehandelter Aufschlämmung ausgenutzt wird, und die JB/sp restliche, fertigbehandelte Aufschlämmung in variierendem Aus-

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mass entwässert und ggf. mit Nährstoffen angereichert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrobiell abbaubare Substanz aus Schlamm von Kläranlagen oder Industriebetrieben besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrobiell abbaubare Substanz aus in den Zellstoff-, Lebensmittel- und Gärungsindustrien oder in Kläranlagen anfallendem, eingedicktem Klärschlamm oder anderem organischem, biologisch aktivem Material besteht, wie Rückständen der Lebensmittelindustrie, sortiertem Grossküchenabfall, Hausmüll, u.dgl.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockengehalt auf 1-12 Gew.-% eingeregelt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchengrösse der mikrobiell abbaubaren Substanz vor oder nach dem Abbau auf 0,0001-10 mm reduziert wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das pH der Aufschlämmung auf 3,5-10 eingeregelt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufschlämmung ein den Abbau förderndes Enzym zugesetzt wird, das unter Amylasen, Lipasen und Proteinasen gewählt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschlämmung vor oder während der Abbaubehandlung durch separate Zugabe einer Mikroorganismen enthaltenden Kultur geimpft wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

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gekennzeichnet, dass während der Abbaubehandlung bis zu 25 1
Luft pro 1 Aufschlämmung und sek, vorzugsweise 0,05-10 1 pro 1 und min, in die Aufschlämmung eingebracht werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft mittels eines Injektors in die
Aufschlämmung eingeführt und darin feinverteilt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschlämmung zumindest periodenweise während der Abbaubehandlung intensiv umgerührt wird..

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass
die Aufschlämmung durch Pumpen umgerührt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
die Teilchen der Aufschlämmung während des Pumpens gleichzeitig zu reduzierter Teilchengrösse gemahlen werden.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbaubehandlung während 2,4-120 h ausgeführt wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Abbaubehandlung entstandener
Dampf kondensiert wird, und dass bei der Kondensation erzeugte Härme zum Vorwärmen der abzubauenden Aufschlämmung ausgenutzt
wird.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschlämmung durch Mikroflotationsbehandlung oder Filtrieren entwässert wird.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der fertigbehandelten und entwässerten
Aufschlämmung N, P, K, Mikrostoffe oder gelöschter Kalk zugesetzt werden.

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