DE3346476C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Feuchtigkeit aus feuchten organischen Abfallmaterialien und eine Anlage für die Durchführung dieses Verfahrens.
Es ist für die neuzeitliche Abfallbeseitigung kennzeichnend, daß vorzugsweise die Umwandlung der Abfälle in verwertbare oder wiederverwendbare Materialien angestrebt wird. Dies gilt auch für die organischen Materialien, aus denen fester städtischer Abfall besteht oder die aus verschiedenen Quellen stammen, beispielsweise für Stalldung, Abfälle der Verfahren der Nahrungsmittelindustrie und Abfälle der Gerbereiindustrie, die normalerweise für ihre Wiederverwendung als Brennstoff oder die großtechnische Herstellung von organischen Düngemitteln, Viehfutter oder Platten aus inertem Material usw. umgewandelt werden.
Aufgrund der Tatsache, daß die betreffenden organischen Materialien einerseits entweder von Natur aus oder durch Zugabe einen beträchtlichen Wasseranteil enthalten und daß andererseits für ihre großtechnische Endverwendung als Brennstoff, Düngemittel oder Futter oder für eine andere Verwendung oder auch für die Einsparung von Transportkosten beim Transport zu der Endverwendung ein niedriger Feuchtigkeitsgehalt verlangt wird, müssen sie entwässert werden. Ihre Entwässerung wird normalerweise mit Entwässerungseinrichtungen oder Industrieöfen durchgeführt, was mit einem hohen Wärmeenergieverbrauch (in Form von Brennstoff oder elektrischem Strom) und entsprechend hohen Kosten verbunden ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges Verfahren für die Entwässerung von feuchten organischen Abfallmaterialien zur Verfügung zu stellen, bei dem keine von außen zugeführte Wärmeenergie, die zu diesem Zweck erzeugt und/oder zurückgewonnen wird, angewandt wird, d. h., bei dem keine Trocknungsvorrichtung und kein Brennstoff angewandt werden, wobei das Verfahren und die dazugehörende Anlage, die ebenfalls zur Verfügung gestellt werden soll, den Anforderungen, die an eine großtechnische Betriebsweise gestellt werden, entsprechen sollen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren des Anspruchs 1 gelöst.
Die Grundlage der Erfindung beruht infolgedessen auf der Tatsache, daß überraschenderweise festgestellt wurde, daß, wenn das feuchte organische Abfallmaterial unter Bildung einer beträchtlichen bzw. geeigneten Höhe aufgehäuft und in die Lage bzw. Schicht aus dem Abfallmaterial Luft eingeblasen wird, um Sauerstoff in einer Menge zuzuführen, die für die Vermehrung der thermophilen Bakterien, die von Natur aus vorhanden sind oder vorher durch Impfen zu dem feuchten organischen Abfallmaterial zugegeben wurden, ausreicht, die Temperatur im Inneren des feuchten organischen Abfallmaterials spontan auf derartige Werte ansteigt, daß die innere Feuchtigkeit des organischen Abfallmaterials verdampfen gelassen wird, und gleichzeitig die eingeblasene Luft für die Entfernung des auf diese Weise gebildeten Dampfes durch Mitreißen sorgt und verhindert, daß der Dampf wieder auf dem Abfallmaterial kondensiert wird.
Ein anderes wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Wärmeerzeugungsprozeß und infolgedessen die Verdampfung des Wassers von selbst aufhören, wenn das organische Material, das der Behandlung unterzogen wird, einen sehr niedrigen Grad von Restfeuchtigkeit erreicht hat, wobei die Bakterienkulturen, durch die die Wärmeerzeugung eingeleitet und aufrechterhalten wurde, spontan gehemmt werden. (Die Aktivität der Bakterienkulturen könnte erneut beginnen, wenn der Feuchtigkeitsgehalt aus irgendwelchen Gründen wieder ansteigen sollte.)
Die Anlage für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren ist im Anspruch 6 angegeben. Die Ansprüche 7 bis 15 nennen Ausgestaltungen dieser Anlage.
Die wärmeerzeugung beim Wachstum und Metabolismus der anderen, thermophilen Mikroorganismen hat bis jetzt noch nie eine großtechnische, d. h. industrielle Auswertung gefunden, wie sie von der Erfindung vorgesehen ist.
Abgesehen von dem organischen Material, das aus Verfahren erhalten wird, bei denen sterile Bedingungen angewendet werden, sind diese Mikroorganismen überdies in organischem Material, insbesondere in organischem Abfall, normalerweise vorhanden.
Aus diesem Grund wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und in der erfindungsgemäßen Anlage das Impfen der feuchten organischen Masse mit aeroben, thermophilen Mikroorganismen nur durchgeführt, wenn aerobe, thermophile Mikroorganismen vollständig fehlen.
Zu den bevorzugten aeroben, thermophilen Bakterien für das erfindungsgemäße Verfahren gehören die folgenden Bakterien:
  • 1) Thermo-actinomyces vulgaris
  • 2) Thermus-aquaticus
    (Diese Bakterien sind in Bergey's Manual of Determinative Bacteriology, 8. Auflage, Baltimore, Williams and Wilkin, beschrieben.)
  • 3) Bacillus stearothermophilus
  • 4) Bacillus coagulans
  • 5) Bacillus subtilis
  • 6) Bacillus brevis
  • 7) Bacillus circulans
  • 8) Bacillus macerans
    (Diese Bakterien sind in der Monographie des US Department of Agriculture "Aerobic Spore-forming Bacteria" beschrieben.)
Die Zuführung der Luft, die das Wachstum der aeroben, thermophilen Mikroorganismen aufrechterhält und zur Dampfentfernung dient, wird in Abhängigkeit von dem Typ und dem Feuchtigkeitsgehalt des zu behandelnden organischen Abfallmaterials sowie von der Temperatur, die außerhalb der zu behandelnden Masse herrscht, reguliert und eingestellt, weil, wie offensichtlich ist, die innerhalb der organischen Abfallmasse erzeugte Wärme in um so höherem Maße dazu neigt, zum Nachteil der Verdampfung der Feuchtigkeit und infolgedessen der Entwässerung verlorenzugehen, je niedriger die Außen- oder Raumtemperatur ist.
Unter extremen Bedingungen, nämlich wenn die Außentemperatur Werte erreicht, die weit unter 0°C liegen, d. h., bei Temperaturen in der Größenordnung von beispielsweise -10°C bis -20°C, scheint ein geringfügiges Erwärmen (beispielsweise mit vorgewärmter Luft oder mit einer Wärmestrahlungsvorrichtung) der äußeren Oberfläche der organischen Masse, die der Behandlung unterzogen wird, zweckmäßig zu sein, um zu verhindern, daß der von dem Luftstrom mitgerissene Dampf auf der Oberfläche des organischen Materials kondensiert wird.
Da die betreffenden aeroben, thermophilen Mikroorganismen andererseits, wie bereits erwähnt wurde, bei zu hohen Temperaturen (von etwa 85°C oder mehr) von selbst aufhören, aktiv zu sein, ist offensichtlich, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Luft, die überall in der organischen Masse verteilt wird, bei hohen Raumtemperaturen (im Sommer oder bei heißem Klima) erhöht werden sollte.
Die beigefügte Zeichnung zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage.
Eine in der Zeichnung gezeigte Auflagefläche 1 ist durch niedrige Trennwände 3 in Bedienungsgänge 2 unterteilt.
Die Bedienungsgänge ermöglichen auf diese Weise den Zugang von schweren Erdbewegungs- bzw. Planiergeräten für die Handhabung bzw. Behandlung erheblicher Massen von feuchtem organischen Abfallmaterial, wodurch Haufen 4, die vorzugsweise eine Höhe von 2 m bis 4 m haben, gebildet werden. In den niedrigen Trennwänden 3 sowie im unteren Teil einer Begrenzungswand 5 sind Lüftungskanäle 6 für Druckluft-Zuführungsdüsen 7, die durch geeignete Abschlußklappen geschlossen werden können, vorgesehen. Die Abschlußklappen sind so geformt und geschützt, daß das organische Material, das die Haufen 4 bildet, daran gehindert wird, in die Zuführungsdüsen einzutreten oder diese auf irgendeine Weise zu verstopfen.
Es versteht sich von selbst, daß die Lüftungskanäle in verschiedener Weise, beispielsweise in Form eines Lüftungskanalnetzes, das unterhalb der Auflagefläche für die Haufen des zu behandelnden Materials oder innerhalb der Auflagefläche vorgesehen ist, gestaltet werden können.
Die Lüftungskanäle 6 sind durch (schematisch gezeigte) Ventile 12 mit einem in der Begrenzungswand 5 ausgebildeten Verteiler 8 verbunden, und der Verteiler 8 wird seinerseits durch eine Druckluftquelle 9, beispielsweise ein Gebläse oder ein Gebläseaggregat, beschickt.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird die von der Auflagefläche abgegrenzte Fläche von einem Dach 10 abgedeckt, um die Haufen 4 vor Regen zu schützen, und die Druckluft wird unter einem Überdruck von 0,2 bis 1 bar durch die Zuführungsdüsen 7 hindurch, die voneinander einen Abstand von 4 m bis 10 m haben, zugeführt (wie es durch die Pfeile 11 gezeigt wird).
Infrarotstrahlungs-Heizeinrichtungen (nicht gezeigt) des normalen Typs, die den vorstehend erwähnten Zweck haben, können gegebenenfalls an der Innenseite des Daches 10 befestigt sein.
Bei den Feldversuchen wurde festgestellt, daß die Entwässerung bis zu 80% der anfänglich in dem organischen Ausgangsmaterial vorhandenen Feuchtigkeit erreichen kann und daß die Behandlung innerhalb von 2 bis 3 Wochen beendet ist.
Der Wärmeerzeugungsprozeß hört von selbst auf, wenn die Feuchtigkeit auf den Grenzwert von 12% vermindert worden ist.
Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, daß der Hauptvorteil der Erfindung darin besteht, daß sich der Energieverbrauch auf die für das Komprimieren von Luft erforderliche Energie beschränkt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde in einer Anlage mit den folgenden Kenndaten experimentell geprüft:
  • 1) Oberfläche der Auflagefläche: 2700 m², von einem vorgefertigten Schutzdach bedeckt.
  • 2) Betonoberfläche, durch niedrige Betonwände (24 m×0,40 m×0,60 m) in 30 Bedienungsgänge (Breite etwa 3 m) unterteilt. Die niedrigen Trennwände waren in einer kammförmigen Anordnung errichtet worden, und innerhalb der niedrigen Trennwände waren Rohre ausgebildet, durch die Zuführungsdüsen (6 pro niedrige Trennwand) mit einem durchchnittlichen Abstand von 3,70 m beschickt wurden.
  • 3) Die Druckluft wurde den Rohren mit einem Überdruck von 0,3 bar zugeführt, und zwar mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 70 m³/h pro Zuführungsdüse.
Hühnermist mit einem anfänglichen Durchschnittswassergehalt von 45% wurde behandelt.
In dem Zeitraum von März bis November 1983 wurden insgesamt etwa 8000 t Hühnermist behandelt, ohne daß die Anlage maximal ausgelastet wurde.
Die Dauer jeder Entwässerungsbehandlung betrug im Durchschnitt 15 Tage, wobei die Feuchtigkeit auf 16% herabgesetzt wurde, wie es von der anschließenden Verarbeitung des Materials (Umwandlung in Pellets) gefordert wird.
Die Betriebstemperaturen, die durch die schnelle Vermehrung und Diffusion der aeroben, thermophilen Bakterienflora, die in dem Material, das der Behandlung unterzogen wurde, von Anfang an in Form von Sporen natürlich vorkam, erhalten wurden, änderten sich während der Behandlung folgendermaßen (die mittlere Raumtemperatur betrug 22°C):
Tag
Temperatur (°C)
1.
26
3. 40
5. 53
7. 65
9. 60
11. 51
12. 42
13. 35
14. 31
15. 29
Das erfindungsgemäße Verfahren ist außerordentlich wirtschaftlich.

Claims (15)

1. Verfahren zur Entfernung von Feuchtigkeit aus feuchten organischen Abfallmaterialien, dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Abfallmaterial unter Bildung einer Höhe zwischen 1 m und 10 m aufgehäuft wird und daß, wenn das Vorhandensein aerober, thermophiler Mikroorganismen in dem Abfallmaterial festgestellt worden ist, Luft in einer Menge zugeführt wird, die ausreicht, um die regulierte Vermehrung der aeroben, thermophilen Mikroorganismen aufrechtzuerhalten und den Dampf, der in der Masse aus Abfallmaterial, das der Behandlung unterzogen wird, erzeugt wird, durch Mitreißen zu entfernen, wobei die Zufuhr von Luft fortgesetzt wird, bis die Restfeuchtigkeit des behandelten Materials einen Wert von 12% erreicht hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Abfallmaterials zwischen 2 m und 4 m liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfallmaterial mit einer Kultur der thermophilen Mikroorganismen geimpft wird, sofern es keine thermophilen Bakterien enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche des Abfallmaterials bei Raumtemperatur von weniger als 0°C erwärmt wird, um zu verhindern, daß der von der Luft mitgerissene Dampf auf der äußeren Oberfläche wieder kondensiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit der eingeblasenen Luft als Funktion der innerhalb des Abfallmaterials, das der Behandlung unterzogen wird, gemessenen Temperatur reguliert wird.
6. Anlage für die Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auflageeinrichtung, auf der das zu behandelnde feuchte organische Abfallmaterial in einer Höhe von 1 bis 10 m aufhäufbar ist, und Einrichtungen für die Zufuhr von Druckluft in einer Menge, die ausreicht, um sowohl die Vermehrung thermophiler Bakterien innerhalb des Abfallmaterials einzuleiten und aufrechtzuerhalten als auch den in dem Abfallmaterial erzeugten Dampf wegzuführen.
7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Impfeinrichtungen für das Impfen des auf der Auflageeinrichtung aufgehäuften Abfallmaterials mit thermophilen Mikroorganismen vorgesehen sind.
8. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageeinrichtung durch Unterteilungseinrichtungen in Bedienungsgänge unterteilt ist.
9. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzuführungseinrichtungen für die Druckluft aus Lüftungskanälen und Ausflußdüsen, die mit den Lüftungskanälen in Verbindung stehen und einzeln geschlossen werden können, bestehen.
10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüftungskanäle in den Unterteilungseinrichtungen gebildet sind.
11. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüftungskanäle in der Auflageeinrichtung gebildet sind.
12. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gebläse oder ein Gebläseaggregat vorgesehen ist, dessen Austrittseite mit den Luftzuführungskanälen verbunden ist.
13. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Erwärmungseinrichtungen zum Erwärmen der Oberfläche des feuchten organischen Abfallmaterials vorgesehen sind.
14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmungseinrichtungen Wärmestrahlungseinrichtungen sind.
15. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageeinrichtung von einem Schutzdach bedeckt ist.
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