DE3883324T2 - Verfahren und anlage zum kompostieren. - Google Patents

Description

• Dieser Patentanspruch betrifft eine Methode für das Kompostieren von fibrösen, organischen Materialien, bzw. Stroh, das feingeschnitten oder zerrissen, und mit einer wäßrigen Auflösung oder Aufschlämmung benetzt wird, welche wachstumfördernde Nährstoffen enthalten, wie z. B. der Fall bei flüssigem, animalischem Dünger ist. Sie werden danach deponiert, wo atmosphärische Luft zugeführt wird. Eine Einrichtung, womit diese Methode ausgeführt werden kann, wird beschrieben.
• In früherer Zeit war in der Landwirtschaft gewöhnlicherweise Pflanzen- und Tieraufzucht vermischt. Seit Jahrtausenden wurden Stroh und Dünger zum sogenannten Kompost umgeformt, d. h. Stroh und Dünger wurden in abgedeckten oder offenen Düngerhaufen gesammelt. Durch die Einlassung von mehr oder weniger Luft würde über einige Monate diese gesammelte Menge von Abfällen in hohem oder niedrigem Grad kompostiert, und der fertige Kompost konnte dann entfernt und als Dünger verwendet werden.
• Die sich entwickelnde Spezialisierung der modernen Landwirtschaft führt die Aufteilung in verschiedene Arten von Landwirtschaft mit sich, wie reiner Pflanzenanbau, Höfe mit großen Schweinebeständen, und Höfe mit vielem Großvieh.
• In dem reinen Pflanzenanbau entstehen große Überschüsse an Planz-Materialien wie Stroh, die oft als Abfall angesehen wird. Folglich wird solches Stroh im Freien abgebrannt, weil dies am billigsten ist. Das Abbrennen von Stroh führt erstens verschiedene Umweltsprobleme mit sich, und zweitens wird das Stroh nicht ein Teil des Naturzyklusses bei natürlichem Abbau. Es ist zu befürchten, daß der Mangel an biologischem Abbau im Boden auf die Dauer schädlich für den Boden werden wird.
• In Gebieten mit großer Tierzucht gibt es eine Erzeugung von Tiermist. Solche Mistproduktion wird oft so groß, daß es unerwünschbar ist, sie über den Boden auszubringen, weil damit Verunreinigung vom Grundwasser die Folge werden kann. Es wäre dann wünschenswert, überflüssigen Dünger zu verkaufen oder zu Gebieten mit kleinerer oder keiner Tierzucht abzugeben. Damit wird der Dünger besser ausgenutzt, weil die Düngerauslegung für verschiedene Arten von Pflanzensucht vorteilhaft ist. Leider ist aber solche Überführung in wirtschaftlicher Weise oft nicht möglich.
• Weil sich immer mehr Länder um die anwachsenden Mengen von organischen Abfällen kümmern, hat man sich für das Kompostieren als eine Methode für die Behandlung von organischen Abfällen interessiert. Es wäre sinnfällig dieselbe Methode zu verwenden, wie es die Bauern in früheren Zeiten getan haben, d. h. Stroh und Dünger zu kompostieren.
• Beim Kompostieren ergibt sich jedoch das Risiko der Ausbreitung von ansteckenden Bakterien und Parasiten.
• Diese sind charakteristisch, weil sie bei niedrigen Temperaturen bis zum 40º Celcius gedeihen. Andere Bakterien in den Abfällen, obwohl im ruhenden Zustand, gedeihen bei erheblich höheren Temperaturen, und sind deshalb als thermophile Bakterien bekannt. Laut technischer Literatur werden patogene Bakterien durch eine erhöhte Temperatur reduziert oder ganz destruiert, und sowohl Parasiten mit ihren Eiern als auch Unkrautsamen werden inaktiviert oder getötet, wenn diese einer ausreichend hohen Temperatur und einem geeigneten pH-Wert ausgesetzt werden.
• Gegenstand der Erfindung ist die Zusicherung der optimalen Wachstumsbedingungen für die thermophilen Bakterien. Dies wird mit der Methode erreicht, indem das Fibermaterial mit einer Menge von Flüssigkeit benetzt wird, die ca. 4 mal das Gewicht des Fibermaterials hat.
• Damit wird ohne Zuführung von Heizung von externen Quellen her eine solche Temperatur gesichert, die ausreichend hoch für einen hohen Grad von Zerstörung von ansteckenden Stoffen und Parasiten ist, ohne solche Bakterien, die das Kompostieren verstärken und durchführen, zu vernichten; damit regelt sich dieser Prozeß selbsttätig.
• DE-A-28 09 344 scheint oberflächlich gesehen zu zeigen, daß ein darin geschriebener Kompostierungsreaktor für die Lösung dieses selben Problems von gleichen Kriterien beabsichtigt ist. Es wird aber gesehen, sowohl von der Beschreibung als auch von Abb. 1 vom selben Dokument, daß großes Gewicht auf sehr komplizierte und gegenseitig verbundene, selbsttätige Regelsysteme komplett mit Meßorganen gelegt ist. Ein selbsttätiger Regler 38 mißt mindestens Kohlendioxid- Konzentration, Feuchtigkeit und Temperatur, mit welchen Messungen ein Luftbefeuchter 15, wodurch Luft eingezogen und Wasser zugeführt ist, geregelt werden soll. Zur selben Zeit, unabhängig aber davon, mißt ein anderer Regler die Entlüftungstemperatur und regelt den Entlüfter 21. Wasser von dem Wasserseparator 24 ist bis zum obengenannten Luftbefeuchter 15 zurückgeführt.
• Solche Aktivitäten, die sich in einem Volumen vom organischen Material ausspielen, wenn es kompostiert wird, weisen große Verspätungen und Zeitkonstanten aus, und oft dauert Änderungsverläufe von Temperatur oder Kohlendioxid-Abgebung stundenlang. Es folgt, daß die Regelparameter für die selbsttätigen Regler an solche Werten eingestellt werden soll, daß es in der Praxis extreme Schwierigkeiten gibt.
• DE-A-20 53 610 beschreibt in ähnlicher Weise einen Kompostierungs-Reaktor, der zufolge des Textes mehrere, selbsttätige Regler verwendet, die nicht in den zugehörigen Abbildungen gezeigt sind.
• Diese Reglersysteme messen und regeln die Kompostierungszustände wie Temperatur, Kohlendioxid-Konzentration, Feuchtigkeit und Standhöhe vom Material im Reaktor. Die Aufspritzung von Wasser, Auflösungen von Ammoniumsulphat oder anderen nitrogentragenden Substanzen nebst Luftmenge und Absaugung sind mit diesen Systemen geregelt.
• Daß eine Temperatur von 65º Celcius niemals überschritten werden darf, wird in diesem Dokument für den Kompostierungsvorgang bedeutungsvoll und entscheidend erklärt.
• Betreffend die verschiedenen empfohlenen selbsttätigen Regler gelten gleiche Vorbehalte wie oben erwähnt.
• DE-A-27 09 715 beschreibt einen Kompostierungsreaktor, wo als Temperaturreglungsmethode die Übersprühung vom Kompost mit CaO
• - Calciumoxiod - angewendet wird. Es wird aber auch genannt, daß die Menge von CaO vom Wissen der Feuchtigkeit im Kompost- Material abhängt, wofür die Feuchtigkeit scheinbar immer gemessen werden muß.
• Daß die Sprühung mit CaO für die Erhöhung der Reaktionstemperatur gebraucht wird, bedeutet, daß auch die Temperatur kontinuierlich gemessen werden muß.
• Unter anderen Umständen wird Wasser durch Spritzdüsen zugeführt. Es ist aber nicht beschrieben, wie diese Wasserzuführung geregelt wird.
• Weil keine Regelsysteme besonders genannt werden, muß angenommen werden, daß entweder der Prozeß manuell geregelt, oder ein kompliziertes, selbsttätiges Regelsystem an dem Reaktor angeschlossen ist.
• In beiden Fällen sind die Vorbehaltungen gegen dieses Dokument gleich den früheren. In der folgenden Beschreibung wird im Kontrast hierzu die Erfindung eines ganz automatischen, sich selbsttätig geregelten Kompostierungs-Prozesses beschrieben.
• Wenn das Fibermaterial eine regenwetterartige Fallzone durchfällt, wird es bis zur optimalen Adhäsion benetzt.
• So wird eine einfache effektive Befeuchtung erreicht werden, weil das Fibermaterial eine solche Regenzone passiert.
• Endlich ist es praktisch, die in dem folgenden Patentanspruch 3 beschriebene Anlage zu verwenden, weil diese in einfacher Weise selbsttätig regelbar gemacht werden kann.
• Nachfolgend wird die Erfindung näher in Einzelheiten beschrieben, mit Referenz der Abbildung 2, die ein Schnittbild durch eine Ausführung von einer benässenden und kompostierenden Anlage laut der Erfindung darlegt.
• Forschungsergebnisse haben festgestellt, daß es beim Abbau von Kompost einen klaren Zusammenhang zwischen der Temperatur und dem Wasserinhalt gibt. Es ist erwiesen, daß Dünger mit Stroh in einem schmalen Gebiet von nur rund 5 Prozentpoint ein klares Höchstmaß von 70-72º erreicht, das heißt, wenn die Feuchtigheit vom Material zwischen 75 und 80% Wasserinhalt liegt.
• Dieser Zusammenhang ist in Abb. 1 abgebildet. Diese Daten wurden Baader, z.n. Schulz: "Wärmegewinnung bei der Festmistkompostierung" Bayr. Ministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (Hrsg.), 1982, entnommen.
• Die Kompostierungstemperatur, d. h. die Temperatur, die in einer großen Menge von kompostierungsgeeignetem Material erreicht wird, weist im Bereich von 75-80% Feuchtigkeit ein klares Höchststand von ungefähr 70º Celcius aus.
• Als Folge sollte deshalb das Ziel gesetzt werden, einen Wasserinhalt und eine Feuchtigkeit zu erreichen, die den größten möglichen Einfluß auf ansteckende Bakterien und Parasiten hat.
• Durch Versuche mit Stroh aus Gersten und anderen gewöhnlichen Getreidearten wurde festgestellt, daß die Wasseraufnahmefähigkeit von Hofdünger vom Strohinhalt und von seiner Homogenität abhängig ist. Guter, homogener, strohhaltiger Hofdünger vermag bis zu 80% Wasser zu speichern, ohne seine Struktur zu verlieren. (Vemmelund, N., und Berthelsen, L., Dänemark 1983)
• Der Feuchtigkeitsinhalt bei Adhäsion von viermal dem Gewicht des Strohs entspricht 80%, und 5,5 Mal das Gewicht von dem Stroh entspricht 85%.
• Die Verbindung zwischen einerseits die Tatsache, daß die Maximaltemperatur bei einem Wasserinhalt von 75-80% erreicht ist, und andererseits die Entdeckung, daß Stroh 4-5,5 Mal sein Gewicht von dünnem, flüssigem Dünger absorbieren und festhalten kann, ist unter Bezugnahme auf die Erfindung für die selbsttätige Festhaltung von Höchsttemperatur und minimaler Durchlaufzeit für einen kontinuierlichen Kompostierungsprozeß einer Mischung von festem oder flüssigem Dünger mit Stroh angewendet.
• Ausschlaggebend ist, daß das Stroh vor Beginn des Kompostierungsprozesses die Möglichkeit hat, die möglichsten größte Menge von Dünger zu absorbieren, vielleicht mit extra zugeführtem Wasser.
• Es ist aber wohlbekannt, daß die Netzung von bereits trockenem Pflanzenmaterial außerordentlich schwierig sein kann. Es darf nicht übersehen werden, daß trockenes Pflanzenmaterial als effektive Dachdeckung angewandt gewesen ist. Beispiele sind Palmwedel und -äste, Holzschindel, Grasstroh und dergleichen.
• Hervorgehoben werden muß die physikalische Eigenschaft, daß Wasser sich sehr oft viel schneller an einer Oberfläche anhängt
• - adsorbiert - als der Fall ist für Aufsaugung - Absorption - und noch schneller in Vergleich mit Auflösung - Solution.
• Die Ursache dieser Verhältnisse liegt in der Stabilität der toten, trockenen Pflanzzellen und Membranen.
• Nach verschiedenen Schneideverfahren können getrocknete Pflanzenteile wie Stroh fein geteilt werden, womit dem Material eine große Oberfläche gegeben wird. Dies ist eine der wichtigsten Voraussetzungen für die größt mögliche Anhängung von Molekülen von wäßrigen Auflösungen oder Suspensionen, welche Anhängung von der polaren Natur des Wassermoleküls hergeleitet ist.
• Wenn die wasserbasierte Flüssigkeit wie flüssiger, animalischer Dünger oder eine Aufschlemmung davon über das passende feingeteilte Strohmaterial in seinem freien Fall gesprüht wird, wobei es an eine flüssige Oberfläche niederregnet, kann es von dieser flüssigen Oberfläche mit geeigneten, technischen Mitteln wie z. B. einen Conveyer aufgesammelt, und bis zur Kompostierungsanlage überführt werden.
• Bei dem geeigneten Aufbau von Sprühdüsen, passenden Mengen von faltendem Strohmaterial und Zirkulation der Flüssigkeit ist die Benetzung über eine passende Zone ausgebreitet. So ist eine erwünschte, homogene Ausbreitung von dem fallenden Material erreicht. Damit wird das Material homogen und für Kompostierung geeignet.
• Eine weitere Voraussetzung ist, daß das Material so angebracht wird, daß es passend belüftet werden kann.
• Falls diese Voraussetzung erfüllt ist, bleibt die Feuchtigkeit des Materials am obengenannten Höchstmaß, und in Konsequenz dazu wird die Kompostierung bei Höchstgeschwindigkeit und bei einer Temperatur von 70-72º C stattfinden.
• Eine Anlage, die nach dieser Methode funktioniert, braucht deshalb nur in der Lage sein, diese beide Voraussetzungen zu erfüllen, um automatisch in einem solchen Zustand zu sein, daß patogene Bakterien und Parasiten mit Sicherheit zerstört oder getötet werden, so daß fertiges, kompostiertes Material, das den Prozeß verläßt, nur solche organische Stoffen beinhaltet, die harmlos und vorteilhaft für die Landwirtschaft ist.
• Die notwendige Einstellung oder Steuerung von einer völlig automatischen Anlage nach diesem Zweck kann deshalb grundsätzlich reduziert werden bis lediglich festzusetzen, daß das Material für die beiden ausschlaggebenden Prozesse ausgesetzt wird.
• Eine automatische, selbsttätige Steuerung von der Temperatur ist deshalb nicht nötig, weil diese von der biologischen Aktivität allein bestimmt wird.
• In einer technischen Anlage, nach diesen beiden Kriterien konstruiert, ist es dann möglich, Messungen und Steuerungen in hohem Grade zu begrenzen, weil die Funktionstemperatur innerhalb eines vorausbestimmten, engen Gebietes liegen wird.
• Es folgt, daß bei dieser Methode eine solche Anlage prinzipiell mit nur einer einfachen Sequenz- oder Zeitfolgekontroll-Einrichtung selbsttätig steuerungsfähig ist, sofern der interne Materialtransport zugesichert ist.
• Diese Methode führt zu einer Vereinfachung und verbessert die Zuverlässigkeit der Funktion, die weiterhin die Bau- und Betriebskosten von den technischen Anlagen für die Kompostierung von Müll und Hofdünger erheblich reduziert.
• Das Beispiel von der Ausfürung einer Anlage laut Abb. 2 wird nun näher detailliert erklärt.
• Das feingeteilte Stroh 1 ist in z. B. einem Silo aufbewahrt, wovon es durch Öffnungen 4 geliefert werden kann und durch eine Sprühkammer fällt, weil flüssiger Dünger 6 durch Düsen eingesprüht ist.
• Damit wird der Stroh völlig benetzt und wird bei den Düngertröpfchen 6 in das Reservoir 2 niedergeregnet. Überflüssiger, fließender Dünger 6 wird unter einem Rost 8 gesammelt und weiter in gewöhnlich bekannter Weise rezirkuliert.
• Ein Conveyer 11, dessen Transportkapazität einstellbar ist, führt das Gemisch 7 zur eigentlichen Kompostierungsanlage, ein Behälter mit wärmegedämmten Seitenwänden.
• Das Gemisch 7 wird der Anlage von oben zugeführt und von sich hin und her bewegenden Harkenbalken 17, 18 ausgebreitet.
• Weiter ist ein Rost 12 in der Mitte des Behälters angebracht; damit ist eine wärmedämmende Schicht über der darunterliegenden Kompostierungskammer 23 angebracht. Diese Schicht besteht aus dem von oben zugeführten Material 19 und aus der mehr komprimierten unteren Materialschicht 21.
• Das Material 21 wird nach und nach durch den beliebig bewegbaren Rost 12 in die Kompostierungskammer 23 fallen und sich auf einem darunterliegenden Rost 15 ablagern.
• Atmosphärische Luft wird durch den Rost 15, durch das Material 24 und weiter durch ein Rohr 20, 22 mit einem geeigneten Saugebläse abgesaugt.
• Weil es, wie oben erwähnt, notwendig ist, daß das Material maximale Feuchtigkeit enthält und in der Kompostierungskammer eine angemessene Periode verbleibt, sind Steuerungsgeräte mit der Anlage verbunden, um die Geschwindigkeit vom Conveyer 11 und vielleicht auch von den beweglichen Rosten 17, 18 steuern zu können. So kann bei nur einer zeitgemäßer Steuerung von diesen Geräten ein kontinuierte Kompostierung aufrechterhalten werden. In dieser Weise wird die Steuerung vereinfacht und die kleinste Durchlaufzeit gewährleistet.

Claims (3)

1. Methode zum Kompostieren von fibrösem, organischem Material, wie Stroh, der feingeteilt wird, und mit einer wäßrigen Auflösung oder Aufschlemmung, mit Inhalt von wachstumfördernde Nährstoffen wie flüssigem, animalischem Dünger beenetzt wird, und weiter in einem Behälter mit wärmegedämmten Seitenwänden deponiert wird, wo atmosphärische Luft durchpassieren kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Fibermaterial mit einer Menge von Flüssigkeit entsprechend 4 Mal das Gewicht von Stroh benetzt wird bei der Passage durch eine Zone von Flüssigheitströpfchen, so daß der Feuchtigkeitsgrad des Materials 80% erreicht, und so daß die Temperatur auf 70-72º C festgehalten ist, allein bei der natürlichen, biologischen Aktivität deren Kleinstlebewesen.

2. Prozeß Methode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das benetzte Fibermaterial in einen Reaktor angebracht ist, der Reaktor so aufgebaut ist, daß das Material in zwei horizontalen Schichten gehalten ist, die obere Schicht so angebracht, daß keine Luft dadurch hinab von oben passieren kann, die untere Schicht ist so angebracht, daß Luft und Gase hinauf von unten bis zu einem Raum zwischen diesen beiden Schichten gesaugt werden kann, von welchem Raum Luft weiter mittels eines geeignetem Sauggebläses ausgesaugt ist.

3. Anlage oder Vorrichtung für die Durchführung des Prozeßmethodes nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es aus folgenden Hauptteilen besteht: Eine Versorgung von feingeschnittenem Fibermaterial 1, eine Sprühkammer darunter mit Sprühdüsen 5 für Flüssigkeit 6, ein darunter liegendes Reservoir 2 für das benetzte Fibermaterial 7, ein Transportgerät - Conveyer - 11 um das Fibermaterial bis zu den Kompostierungskammern 19, 23 zu bringen, welche Kammern wärmegedammende Seitenwänden haben, im oberen Teil bewegbaren Harkenbalken 17, 18 um dasselbe Material gleichmäßig über einem oberen bewegbaren Rost 12 verteilen zu können, und im unteren Teil ein unterer bewegbarer Rost 15, und ein Luftsaugerohr 20, 22 an einem geeigneten Sauggebläse verbunden.