DE3100549C2

DE3100549C2 - Verfahren zur Herstellung eines Bodenverbesserungs- oder Düngemittels

Info

Publication number: DE3100549C2
Application number: DE3100549A
Authority: DE
Inventors: Shoji Gunma Hashimoto; Hitoshi Ito; Waichiro Maebashi Gunma Kawakami; Masaaki Takasaki Gunma Takehisa; Hiroshi Watababe; Hiromasa Fujioka Gunma Watanabe
Original assignee: Japan Atomic Energy Research Institute
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1980-01-14
Filing date: 1981-01-12
Publication date: 1985-04-04
Also published as: DE3100549A1; FR2473503A1; FR2473503B1; JPS56109886A; JPS5830274B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Kompostierung organischer Abfallstoffe beschrieben, bei dem diese ionisierenden Strahlen ausgesetzt werden und der bestrahlte Abfall mit einer Mikroorganismen enthaltenden Substanz vergoren wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bodenverbesserungs- oder Düngemittels durch Behandlung von organischen Abfallstoffen, wobei man die Abfallstoffe einer ionisierenden Bestrahlung und Vergärung aussetzt

Organische Abfallstoffe, wie Schlamm aus der Abwasser- oder Abfallwasserbehandii.ng, tierische Abfälle und städtische Abfälle werden gewöhnlich als Füllstoff bei der Geländeverfüllung durch unr. ittelbares Abladen oder nach Verbrennung beseitigt. Diese Methoden haben die ihnen eigenen Mangel, so daß hier eine Änderung angestrebt wird: Die erste Methode erfordert eine heute schwierig zu beschaffende große Abladefläche, und ein bei der anaeroben Gärung abgegebener unangenehmer Geruch verursacht eine Luftverunreinigung. Die anderen Methoden verbrauchen viel Energie.

Ein anderes Verfahren, das die Aufmerksamkeit der Forschung beansprucht, ist der Einsatz organischer Abfallstoffe als Bodenverbesserungsmittel oder Düngemittel auf baumbestandenen oder landwirtschaftlich genutzten Flächen. Bei dieser Methode muß man aber darauf achten, daß die behandelte Fläche nicht durch pathogene Bakterien, Parasiteneier oder Pflanzensamen verunreinigt wird und daß durch schnelle Vergärung des Abfalls in dem Boden nicht die Ernte geschädigt wird. Um zu diesem Zweck den organischen Abfall unschädlich zu machen und ihn in eine unschädliche und bei der Aufbringung auf den Boden leicht zu handhabende Form umzuwandeln, wurde eine Technik entwikkelt, bei der für einen Zeitraum von 1 oder 2 Wochen eine aerobe Gärung durchgeführt wird. Während dieser Zeit werden die leicht abbaubaren Substanzen in dem Abfall durch Zersetzung in eine beständige Form überführt, während pathogene Bakterien, Parasiteneier und Pflanzensamen durch die Gärungswärme inaktiviert werden. Es wurde jedoch berichtet, daß die Gärungswärme nicht notwendigerweise ausreicht, um pathogene Bakterien und Parasiten abzutöten oder Parasiteneier und Pflanzensamen zu inaktivieren. Wenn in Zukunft die Technik der Kompostierung von organischen Abfallstoffen durch künstliche Vergärung vielerorts eingeführt und eine große Menge von Abfallstoffen auf baumbestandene oder landwirtschaftlich genutzte Flächen aufgebracht wird, muß gewährleistet sein, daß der Boden nicht durch pathogene Bakterien, Parasiteneier oder Pflanzensamen verunreinigt wird.
Aus der DE-AS 11 37 451 und der DE-OS 14 17 939 sind Verfahren zur Kompostierung von organischen Abfallstoffen durch Vergärung mit einer Mikroorganismen enthaltenden Substanz unter Sauerstoffzufuhr bekannt Bei diesen Kompostierverfahren muß d^:e Gärtemperatur erheblich über 60° C hinaus ansteigen, wenn sichergestellt werden soll, daß pathogene Bakterien, Parasiteneier. Pflanzensamen usw. abgetötet bzw. inaktiviert werden. Dabei werden Spitzentemperaturen der Vergärung von etwa 77°C erreicht Trotz der hohen Temperaturen sind erhebliche Zeiträume für die Vergärung erforderlich, bei dem Verfahren der DE-AS 11 37 451 z. B. 12 Tage. Nach dem Verfahren der DE-OS 14 17 939 soll zwar die Vergärungszeit kürzer sein, jedoch ist ein erheblicher Aufwand erforderlich, um die Klimate für die Bakterienarten in den verschiedenen Vergärungsstufen einzuhalten.

Aus der DE-OS 28 29 537 ist ein Verfahren zur Behandlung von Abwässern und Abwässerschlämmen bekannt, wobei jedoch der Abwasserschlamm nur 3,5% organischen Stoff enthält Dieser Schlamm wird nicht aerob vergoren, sondern anaerob behandelt, d. h. ausgefault Aerob werden bei diesem Verfahren iediglich die aus den Dekanteuren kommenden vorgeklärten Wasser behandelt, die weniger als 0,03 g Trockenstoff pro Liter enthalten. Der im Zuge dieses Verfahrens einer Bestrahlung unterzogene Schlamm wird weder vor noch nach der Bestrahlung einer aeroben Vergärung unterzogen.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, die Wirtschaftlichkeit der Kompostierung durch Beschleunigung der Gärgeschwindigkeit zu verbessern und trotzdem zugleich die Abtötung pathogener Bakterien, Parasiten, Parasiteneier und dgl. sicherzustellen, so daß der erzeugte Kompost ohne Nachteile auf landwirtschaftlich genutzte Flächen aufgebracht werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß man die Abfallstoffe zuerst der ionisierenden Bestrahlung aussetzt und dann die bestrahlten Abfallstoffe unter Zusatz einer Mikroorganismen enthaltenden Substanz bei Temperaturen zwischen 40 und 60" C vergärt. Auf diese Weise kann in einer kurzen Zeitdauer eine saubere und unschädliche Kompostform gebildet werden.

Die organischen Abfallstoffe, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kompostiert werden, sind

so Abfälle, die eine große Menge organischer Materie enthalten. Typische Beispiele dieser Stoffe sind Schlamm, der bei der Behandlung von Abwasser, menschlichem Abfall oder industriellem Abwasser anfällt, tierische Abfälle, wie Geflügelmist, Kuhdung, Schweinedung, Stallmist, sowie städtischer Abfall, wie Müll oder Altpapier. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch Gemische dieser Abfallstoffe kompostiert werden.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren benutzte ionisierende Strahlung sind Gamma-Strahlen, Beta-Strahlen, Alpha-Strahlen, Röntgenstrahlen, Elektronenstrahlen oder Mischungen davon.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete. Mikroorganismen enthaltende Substanz ist ein Gärungsprodukt des organischen Abfalls, eine im Handel für die Vergärung erhältliche, Mikroorganismen enthaltende Substanz oder ein Produkt, das man durch Vergärung unter Benutzung einer solchen Substanz erhält

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Der organische Abfall wird einer Dosis der ionisierenden Strahlung von etwa 10⁴ bis 10⁷ rad ausgesetzt, die in Abhängigkeit von der Art des Abfalls variieren kann. Die Wirkung der Strahlung wird durch die Dosisrate wenig beeinHußt

Der bestrahlte organische Abfall vergärt nicht von selbst; zur Vergärung muß als Vergärungsinitiator eine Mikroorganismen enthaltende Substanz zugesetzt werden. Als solcher Initiator kann ein handelsübliches Gärungsmittel oder ein Vergärungsprodukt eingesetzt werden. Der Vergärungsinitiator wird im allgemeinen in einer Menge von 1 bis 50 Gew.-°/o, vorzugsweise 10 bis 20Gew.-% des Abfalls eingesetzt Der Einsatz von mehr als 50 Gew.-% Initiate»* ist nicht ratsam, weil dann ein Gärbehälter von zu großer Kapazität erforderlich ist Bei Verwendung von weniger als 10 Gew.-°/o Initiator ergibt sich eine verringerte Gärgeschwindigkeit.

Nach der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man die organischen Abfallstoffe unter Belüftung der ionisierenden Strahlung aus. Zur Abtötung der Bakterien ist die Bestrahlung in Gegenwart von Sauerstoff wirksamer ?,'s die in Abwesenheit von Sauerstoff. Um daher die erforderliche Gesamtdosis zu verringern, wird das organische Abfallmaterial, welches ein Mittel zur Modifizierung des Wassergehalts enthält vorzugsweise unter Belüftung der ionisierenden Strahlung ausgesetzt

Vorzugsweise stellt man den Feuchtigkeitsgehalt der organischen Abfallstoffe vor der Vergärung durch Zugabe eines Mittels zur Herabsetzung des Wassergehalts auf einen Wert zwischen 40 und 60% ein. Solche Mittel sind Stroh, Häcksel, Sägemehl, städtischer Abfall mit geringem Wassergehalt oder ein Vergärungsprodukt Diese Mittel zur Herabsetzung des Wassergehalts können vor oder nach der ionisierenden Bestrahlung dem organischen Abfall zugesetzt werden. Wenn jedoch das Mittel zur Modifizierung des Wassergehalts für die Gärung schädliche Bakterien enthält oder wenn die Gefahr besteht, daß pathogene Bakterien in dem Vergärungsprodukt verbleiben, wird natürlich die Bestrahlung nach Zugabe des Mittels zur Modifizierung des Wassergehalts bevorzugt.

Die Vergärung der bestrahlten organischen Abfallstoffe beginnt sobald sie mit der Mikroorganismen enthaltenden Substanz gemischt und belüftet werden, und die Temperatur der Abfallstoffe steig; infolge der Vergärungswärme an. Der Temperaturanstieg verändert die Verteilung der Mikroorganismen in dem Abfall, und eine Temperatur über 50 oder 60⁰C hat eine langsame Vergärung zur Folge. Bei der herkömmlichen Vergärungsmethode wird die Temperatur über 70° C gehalten, wodurch unier Beeinträchtigung der Gärgeschwindigkeit die Bildung eines reinen Gärproduktes sichergestellt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der organische Abfall jedoch durch die Bestrahlung mit ionisierenden Strahlen in eine unschädliche hygienische Form überführt worden, so daß man einen für die Gärung geeigneten Temperaturbereich, z. B. zwischen 40 und 6O⁰C auswählen kann. Nach der Erfindung verläuft demzufolge die Vergärung schnell. Sie endet gewöhnlich in einem Zeitraum von 1 bis 3 Tagen, der mit der Art des organischen Abfalls und der zugesetzten Menge des Gärungsinitiators variiert. Natürlich kann eine längere Gärdauer gewählt werden, wenn es die zu behandelnde baumbestandene bz>v- landwirtschaftlich genutzte Fläche gestattet.

Nach dem erfindungs^i.Tnäßen Verfahren kann die Gärtemperatur zwischen 40 und 60°C gehalten werden, so daß der zur Gärung eingesetzte, kompostierende Mikroorganismus seine Anfangsaktivität behält und durch Rückführung dieses Mikroorganismus eine wirksame Vergärung erreicht wird.

Für die aerobe Vergärung ist die Sauerstoffzufuhr zwingend erforderlich. Wenn jedoch Luft als Sauerstoffquelle dient können Mikroorganismen aus der Luft den in Gärung befindlichen Abfall verunreinigen. Eine solche Verunreinigung kann verhindert werden, indem

ίο man mit Luft arbeitet die ein Reinigungsfilter passiert hat

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung des Apparats zur Schlammbestrahlung mit Gamma-Strahlen aus "Co;

F i g. 2 eine schematische Darstellung des Apparats zur Schlammbestrahlung mit Elektronenstrahlen und
Fig.3 eine schematische Darstellung des Apparats zur Schlamntvergärung.

F i g. 1 zeigt wie Schlamm mit Gaiürna-Strahlen aus ⁶⁰Co bestrahlt wird, wobei ein Bestrahluugsbehälter t mit einem schneckenartigen Rührer 2, ein Motor 3 und eine Pumpe 4 für die Luftzufuhr vorgesehen sind. In der Figur bezeichnet die Bezugszahl 5 eine ⁶⁰Co-QUeIIe. Der Schlamm, mit dem der Behälter 1 beschickt ist wird unter Rührung und Luftzufuhr mit Gamma-Strahlen bestrahlt

F i g. 2 zeigt, wie der Schlamm mit Elektronenstrahlen bestrahlt wird. Dabei bedeutet die Bezugszahl 6 eine Aufgabevorrichtung, die den Schlamm mit einer gegebenen Geschwindigkeit einer Schlammpresse 7 zuführt. Der auf eine gegebene Dicke gepreßte Schlamm wird auf einem Bestrahlungsförderer 8 transportiert, dabei mit Elektronenstrahlen von einem Beschleuniger 9 bestrahlt Der bestrahlte Schlamm wird an einen Behälter 10 abgegeben.

F i g. 3 ist eine schematische Darstellung der Anlage, die zur Gärung des bestrahlten Schlamms dient. Dabei bezeichnet die Bezugszahl 11 einen Gärbehälter, 12 einen P.ührer, 13 einen Motor, 14 eine Pumpe für die Luftzufuhr, 15 eine Temperaturüberwachungseinrichtung und 16 einen Gasanalysator. Ein Gemisch aus bestrahltem Schlamm und Gärinitiator wird den» Gärbehalter zugeführt und darin unter Rührung und Luftzufuhr vergoren. Der Fortschritt der Vergärung kann durch die Änderung der Temperatur oder der C02- oder NH3-Konzentration verfolgt werden.
Die Erfindung wird nunmehr im einzelnen durch die folgenden Beispiele beschrieben, die nur zur Erläuterung dienen, jedoch nicht den Umfang der Erfindung begrenzen. Die oben beschriebenen Apparate der F i g. 1 bis 3 wurden in den folgenden Beispielen 1 bis 4 benutzt.

Beispiel 1

Ein Gemisch aus 1 kg Schlamm aus der Abwasserbehandlung (Wassergehalt = 80%, Gesamt-Coliform = 1,4 · 10⁸ Zellen/g, Gesamtzahl der vorhandenen Mikroorganismuszellen = 5,4 ■ 10⁸ Zellen/g) wurde in dem Apparat der F i g. 1 mit Gamma-Strahleti aus ⁶⁰Co bei einer Dosisrate von 5 · 10⁵ rad/h bestrahlt, so daß sich eine Gesamtdosis von 1 Mrad ergab. Die Anzahl des Gesamt-Coliforn. ·η dem so behandelten Schlamm lag unterhalb der Nachweisgrenze; die Gesamtzahl der anwesenden Mikroorganismen war kleiner als 10³ Zellen/g. Ein Gemisch des Schlamms mit 100 g eines han-

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delsüblichen Mikroorganismus (erhiiltlieh von Nippon Thomas Kenkyusho unter dem Handelsnamcn »Thomas Kin«) wurde in einem Apparat der Fig. 3 vergoren, während 0,2 l/mii/i Luft zugeführt wurden. Etwa 5 Stunden später nahm die Temperatur in dem Gärbehälter von Zimmertemperatur (22°C) auf 50⁰C zu. Bei Durchführung der anschließenden Gärung bei einer kontrollierten Temperatur von 50⁰C war die Gärung in 40 Stunden beendet. Das Vergärungsprodukt war braun und roch nicht mehr nach Schlamm oder Ammoniak, sondern nach einem Kompost. Die Zahl der Gesamt-Coliform in dem Produkt war kleiner als die Bestimmungsgrenze.

Coliform in dem Produkt war kleiner als die Bestimmungsgrenze.

Beispiel 2

Die Arbeitsweise des Beispiels I wurde wiederholt, wobei die Gärtemperatur jedoch nicht überwacht wurde. In etwa 15 Stunden stieg die Temperatur von Zimmertemperatur (22°C) auf 65°C. Danach nahmen die Temperatur und der COyGehalt allmählich ab. und die Vergärung war in 60 Stunden beendet. Die Eigenschaften des Gäirproduktes waren die gleichen wie in Beispiel 1.

Beispiel 3

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Schlamm aus der Abwasserbehandlung (in Form eines entwässerten Kuchens mit einem Wassergehalt von 80%) wurde dem in F i g. 2 dargestellten Apparat züge- jo führt. Darin wurde der Schlamm zu einer 1 cm dicken Platte gepreßt und durch einen Cockroft-Walton-Beschleuniger (3 MeV) mit 0,5 Mrad Elektronenstrahlen bestrahl!. Der Schlamm enthielt anfangs 7,3 · 10' Zellen/g Gesamt-Coliform, und die Gesamtzahl der anwesenden Zellen betrug 1,4 · 10* Zellen/g. Nach der Bestrahlung mit Elektronenstrahlen war die Zahl des Gesamt-Coüform unter die Bestimmungsgrenze abgefallen, und die Gesamtzahl der noch anwesenden Bakterien war kleiner als 5 · 10³ Zellen/g. Ein Gemisch aus 1 kg des behandelten Schlamms und 500 g des in Beispiel 1 erhaltenen Gärproduktes diente zur Beschikkung des Apparats der F i g. 3. Das Gemisch wurde in dem Apparat bei einer Luftzuführungsgeschwindigkeit von 0.2 l/min vergoren. Nach 7 Stunden stieg die Temperauir auf 72°C an. Danach nahmen die Temperatur und die CO2-Konzentration allmählich ab, bis die Gärung in 50 Stunden beendet war. Die Beschreibung des Vergärungsproduktes war die gleiche wie in Beispiel 1.

Beispiel 4

Der Apparat der F i g. I wurde mit einem Gemisch aus 500 g Geflügelmist und einer gleichen Menge Müll beschickt Das Gemisch wurde darin mit Gamma-Strahlen aus ⁶⁰Co bei einer Dosisrate von 5 ■ 10⁵ rad/h bis zu einer Gesamtdosis von 1 Mrad bestrahlt. Nach der Bestrahlung waren alle Coli-Bakterien abgetötet, und die Gesamtzahl der anwesenden Bakterien war kleiner als i 0³·' Zel!en/g. Ein Gemisch aus dem so behandelten organisehen Abfallstoff und 1 kg des in Beispiel 1 erhaltenen Gärproduktes wurde in dem in F i g. 3 gezeigten Apparaü vergoren, während 0,21 Luft je Minute zugeführt wurde. Die Temperatur nahm in etwa 5 Stunden auf 50i³C zu. Durch anschließende Vergärung bei einer kontrallierten Temperatur von 50° C ergab sich ein Ende der Gärung in 38 Stunden. Das Vergärungsprodukt war braun und roch nach Kompost Die Anzahl an Gesamt-Hicr/u 2 Blatt Zeichnungen

Claims

31 OO 549 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Bodenverbesserungs- oder Düngemittels durcb Behandlung von organischen Abfallstoffen, wobei man die Abfallstoffe einer ionisierenden Bestrahlung und Vergärung aussetzt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abfallstoffe zuerst der ionisierenden Bestrahlung aussetzt und dann die bestrahlten Abfallstoffe unter Zusatz einer Mikroorganismen enthaltenden Substanz bei Temperaturen zwischen 40 und 60°C vergärt

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet daß man die organischen Abfallstoffe unter Belüftung der ionisierenden Strahlung aussetzt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Z dadurch gekennzeichnet, daß man den Feuchtigkeitsgehalt der organischen Abfallstoffe vor der Vergärung durch Zugabe eines Mittels zur Herabsetzung des Wassergehalts auf ejnen Wert zwischen 40 und 60% einstellt