DE4021868A1 - Verfahren zur kompostierung von abfaellen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompostierung von Abfäl­ len, bei dem das Rottegut in einen Behälter eingebracht wird und unter Luftzuführung mikrobiell abgebaut wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Ein Verfahren der Eingangs angegebenen Art ist aus der DE-PS 36 37 393 bekannt. Bei diesem Verfahren ist das "Anfahren" des Ver­ fahrens verbesserungsfähig.

Ein sicheres Anfahren, also In-Gang-Bringen des Verfahrens, ist nicht immer ohne weiteres möglich. Unter normalen Bedingungen, insbesondere im Sommer, steigt die Temperatur im Rottegut nach der Befüllung des Reaktors von selbst an, der Reaktor kann also problemlos von selbst angefahren werden. Insbesondere bei tiefen Temperaturen ist dies jedoch nicht stets ohne weiteres möglich. Es kann vorkommen, daß die in den Reaktor eingebrachten Abfälle nicht von selbst auf Temperatur kommen, daß also die ansonsten eintretende und für die Kompostierung auch erforderliche Tem­ peratursteigerung im Rottegut nicht von selbst erzeugt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art vorzuschlagen, durch das die Kompostierung wäh­ rend der Anfahrphase schnell und zuverlässig in Gang gebracht werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Aufgabe, die Anfahrphase schnell und zuverlässig in Gang bringen zu kön­ nen, wird dadurch gelöst, daß während der Anfahrphase die aus dem Rottegut austretende Abluft dem Rottegut erneut zugeführt wird. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Das Verfahren kann in einem geschlossenen Behälter durchgeführt werden. Das Rottegut muß nicht umgeschichtet wer­ den. Die Abluftrückführung kann mehrmals und/oder kontinuierlich durchgeführt werden.

Gemäß der Erfindung kann insbesondere in kalten Wintermonaten durch Umluftbetrieb während der Anfahrphase die mikrobiologische Aktivität schneller in Gang gebracht werden. Die aus dem Rotte­ gut austretende, wasserdampfhaltige, heiße Abluft wird während der Anfahrphase dem Rottegut erneut zugeführt. Die Übertragung der in der Abluft in geringem Maße enthaltenen biologischen Wasserdampfbildungsenthalpie infolge Rückkondensation auf die Abfallpartikel ermöglicht ein sicheres Anfahren der Kompostie­ rungsreaktion. Es wird auf die DE-PS 36 37 393 verwiesen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist ein schneller Übergang von der Phase 1 (Anlaufphase) in die Phase 2 (exponentielle Phase) der in der DE-PS 36 37 393 in der Fig. 1 dargestellten "Wachs­ tumskurve" möglich.

Vorzugsweise wird die Temperatur des Rottegutes gemessen. Wenn im Rottegut nach einer bestimmten Zeit von beispielsweise 1 bis 5 Stunden noch keine Temperatursteigerung aufgetreten ist, wird auf Umluft geschaltet. Statt dessen oder zusätzlich ist es auch möglich, die Abluft eines anderen Reaktors, der bereits in Betrieb ist, zuzuführen. Diese Abluft eines anderen Reaktors ist ebenfalls mit CO₂ und Wasserdampf beladen, was sich für den An­ fahrvorgang günstig auswirkt.

Während der Umluftphase steigt der CO₂-Gehalt, beispielsweise gemessen in Volumen-Prozent, an. Der CO₂-Gehalt darf einen be­ stimmten Grenzwert nicht überschreiten, da andernfalls anaerobe Bedingungen eintreten würden. Die Umluftphase wird dann beendet, wenn der CO₂-Gehalt einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Es wird dann Frischluft zugeführt. Es ist auch möglich, den Um­ luftbetrieb in der Weise zu reduzieren, daß nur noch ein Teil der Umluft zugeführt wird und gleichzeitig Frischluft zugemischt wird.

Die Umluftphase kann dann beendet werden, wenn der CO₂-Gehalt einen vorgegebenen Grenzwert von beispielsweise 3% überschrei­ tet. Versuche haben ergeben, daß ein CO₂-Gehalt von weniger als 3% stets zu zufriedenstellenden Ergebnissen führt. Auch ein Grenzwert von 4% oder 5% oder mehr kann noch zulässig sein. Der CO₂-Gehalt kann direkt gemessen werden. Es ist aber auch möglich, den O₂-Gehalt in der Abluft zu messen. Wenn der O₂-Gehalt unter einen bestimmten Grenzwert von beispielsweise 18% oder auch weniger fällt, wird der Umluftbetrieb beendet und wieder auf Frischluftbetrieb geschaltet. Anschließend wird wieder mit Frischluft gefahren, bis ein unterer Grenzwert des CO₂-Gehaltes erreicht ist bzw. ein entsprechender oberer Grenzwert des O₂-Gehaltes. Der CO₂-Grenzwert, bei dem der Frischluftbetrieb beendet wird und wieder auf Umluftbetrieb ge­ schaltet wird, könnte theoretisch derjenige der Frischluft sein. Da jedoch bereits im anfahrenden Reaktor eine gewisse Menge CO₂ erzeugt wird, muß dieser Grenzwert in der Praxis etwas höher sein. Hinzu kommt, daß der CO₂-Gehalt der Frischluft nur etwa 0,03% beträgt, was meßtechnisch sehr schwierig zu erfassen ist. In der Praxis muß also ein Kompromiß gefunden werden. Ist der Grenzwert für den CO₂-Gehalt, bei dem von Frischluft wieder auf Umluft geschaltet wird, zu niedrig, dauert die Frischluftphase zu lange und es besteht die Gefahr, daß die gewünschte Tempera­ tursteigerung nicht eintritt bzw. daß die bereits durch die vor­ herige Umluftphase erzeugte Temperatursteigerung wieder vollstän­ dig zunichte gemacht wird. Ist der Grenzwert für den CO₂-Gehalt, bei dem von Frischluft wieder auf Umluft geschaltet wird, zu hoch, ist die Frischluftphase zu kurz, und die anschließende Um­ luftphase ist ebenfalls sehr kurz.

Anstelle des CO₂-Gehalts oder des O₂-Gehalts kann auch der Wasserdampfgehalt in der Abluft als Grenzwert während der Anfahr­ phase verwendet werden, um festzustellen, wann von Umluft wieder auf Frischluft und umgekehrt geschaltet werden muß.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Anfahrphase be­ endet, also nicht mehr auf Umluft geschaltet, wenn während der Frischluftphase die Temperatur ansteigt. Das Verfahren ist dann erfolgreich durchgeführt worden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens besteht aus einem geschlossenen oder schließbaren Behälter, in den die Abfälle eingebracht werden können, einem Gebläse zur Frischluftzuführung und einer zuschaltbaren Umluftführung. Die Bodenfläche des Behälters ist vorzugsweise luftdurchlässig.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen beschrieben. In der Zeich­ nung zeigt:

Fig. 1 den Verlauf der Temperatur über der Zeit in einem Rottebehälter und

Fig. 2 ein i-x-Diagramm.

Das Abfallrottegemisch wird auf einer luftdurchlässigen Fläche eines geschlossenen Rottebehälters so aufgeschichtet, daß ein luftdurchlässiges Gefüge der zu kompostierenden Abfallteile ent­ steht. Nach dem Verschluß der Einfüllöffnung des Rottebehälters bzw. dessen Einfüllöffnungen wird der Verfahrensablauf gestar­ tet. Der zum aeroben Abbau erforderliche Sauerstoff kann durch Frischluftzufuhr oder durch Zuführung reinen Sauerstoffes erfol­ gen. Den Lufttransport besorgen ein oder mehrere Gebläse, deren Motoren über Solarstrom oder über den üblichen Netzanschluß bzw. beides angetrieben werden. Die zu kompostierenden Abfallteile sind das Substrat, auf dem die Mikroorganismen leben. Es besteht aus biologisch leichter und biologisch schwerer abbaubaren Kohlendioxid-Wasserstoff-Verbindungen. Die Zuführung von Sauer­ stoff erlaubt den aeroben Organismen (Bakterien und Pilzen), die vorgenannten Verbindungen aufzulösen und daraus nicht nur die zur eigenen Existenz erforderliche Energie zu gewinnen, sondern auch infolge einer in kleinen Schritten verlaufenden sogenannten "biochemischen Knallgasreaktion" (O+H₂=OH+H+ Freie Ener­ gie) eine daraus resultierende Wärmeenergiemenge freizusetzen. Die so in sehr kurzer Zeit freigesetzte große Energiemenge (57 Kcal/mol) abzüglich der für den Eigenaufbau der Mikroorganismen­ zellen benötigten Energiemenge (4,8 Kcal/mol) führt zu einem Wärmestau und damit zur Dampfbildung im Mikroklima. Da die Wärme erst mit einer gewissen Zeitverzögerung abgeführt werden kann, bildet sich an den Oberflächen der den Mikroklimaraum begrenzen­ den kälteren Oberflächen durch Taupunktunterschreitung Konden­ sat, dessen Temperatur in dem Maße steigt, in dem sich der Körper unter der Oberfläche erwärmt.

Die Erwärmung wird auf natürliche Weise dadurch begrenzt, daß die Organismen selbst nur bestimmte Temperaturen aushalten können (erwünschte Voraussetzung zur Hygienisierung). Ohne "äußeren Einfluß" drosseln sie ihren Stoffwechsel, somit die Energiefreisetzung in das sie umgebende Mikroklima und sichern so ihre weitere Existenz (z. B. Sporenbildung).

Wenn während der Anfahrphase bei Frischluftbetrieb die Tempe­ ratur im Rottegut über eine Zeit von fünf Stunden nicht an­ steigt, wird auf Umfluftbetrieb geschaltet. Während des Um­ luftbetriebes wird der CO₂-Gehalt in der Abluft gemessen. Wenn der CO₂-Gehalt in der Abluft einen vorgegebenen Grenzwert von 3% überschreitet, wird wieder auf Frischluftbetrieb geschaltet. Während des Frischluftbetriebes werden weiterhin Temperatur und CO₂-Gehalt gemessen. Wenn die Temperatur während des Frischluft­ betriebes ansteigt, wird die Anfahrphase beendet. Wenn die Tem­ peratur während des Frischluftbetriebes nicht ansteigt, wird wieder auf Umluftbetrieb geschaltet, wenn der CO₂-Gehalt einen unteren Grenzwert von 1% unterschreitet. Anschließend werden die beschriebenen Verfahrensschritte so lange wiederholt, bis während des Frischluftbetriebes die Temperatur im Rottegemisch ansteigt. Dann ist die Anfahrphase beendet.

Durch geregelten technischen Eingriff kann ein ständiger Stoff­ und Generationswechsel so lange aufrechterhalten werden, bis das leichter verfügbare Substrat zur Neige geht (Ende der technisch geregelten Kompostierung). Bevor dieses ganz aufgezehrt ist, wird bei den ersten Anzeichen zurückgehender Stoffwechselintensi­ tät (Überschreitung der Leistungsmaxima in den Stoffwechselpro­ duktmengen) die Hygienisierungsphase eingeleitet. Hierbei werden durch Umluftführung die Stoffwechselprodukte im Umluftstrom ange­ staut. Der in das Rottgemisch zurückgeführte Wasserdampf konden­ siert nun auch an jenen Abfallpartikeln aus (insbesondere in den Randzonen des Rottegemischkörpers), die zuvor durch biologische Hydrolyse bei sofortiger Wärmeabfuhr lediglich getrocknet, aber noch nicht entkeimt wurden. Mit feuchter Hitze kann eine schnellere und wirkungsvollere Entkeimung durchgeführt werden als mit trockener Hitze. Durch Unterschreitung des Taupunktes an der Oberfläche dieser Abfallteile steigt hier durch Übertragung der Kondensationsenergie die Temperatur jetzt auch über die durch pathogene Organismen ertragbare Temperatur an. Die Organis­ men werden daher jetzt abgetötet. Die Dauer der Einwirkzeiten des heißen, feuchten Abluft-Wasserdampf-Gemisches auf die patho­ genen Organismen richtet sich grundsätzlich nach den in dem Abfallgemisch zu erwartenden pathogenen Mikroorganismen, deren Abtötungsdauer wissenschaftlich ermittelt wurde (siehe vorge­ nannter Literaturhinweis "Müll und Abfall") .

Wenn die Hygienisierung abgeschlossen ist, wird von Umluftbe­ trieb auf Frischluftbetrieb umgeschaltet und die durch Rückkon­ densation verbliebene Restfeuchte aus dem Rottegut ausgetragen. Während dieser Phase wird zunächst über einen Luft-Luft-Wärme­ tauscher ein - dem Wirkungsgrad des Wärmetauschers entsprechen­ der - Teil der langsam sinkenden Abluftwärme auf die Frischluft übertragen. Durch Hinzuschalten einer weiteren Wärmequelle, bei­ spielsweise eines parallel betriebenen Rottesilos, kann der Aus­ trocknungsprozeß beschleunigt werden. Wenn die aus dem Rottegut ausgetragene Abluft die gleiche Temperatur hat wie die zugeführ­ te Frischluft, ist der Abbau der biologisch leicht abbaubaren organischen Abfallbestandteile beendet, und der nun entstandene "Kompost" wird dem Rottesilo entnommen.

Der so durchgeführte Betrieb der Kompostierung ermöglicht weiter­ hin die Verdunstung von nährstoffreichem, extern abfallendem Ab­ wasser, beispielsweise Gülle oder Sickerwasser aus biologischen Prozessen. Dabei werden die Flüssigkeiten solange im Kreislauf durch das Rottesilo gepumpt und großflächig an den Wänden des Behälters (Reaktors) verrieselt, bis das Wasser verdunstet ist. Die Nähr- und Feststoffe bleiben dann, biologisch nicht mehr rea­ gierend, in dem Kompost zurück.

Die Fig. 1 zeigt die Temperaturkurven eines Rottekörperquer­ schnittes. Die Kurve 1 stellt die Temperaturabluft dar, die Kurve 2 die oben im Behälter herrschende Temperatur, die Kurve 3 die in der Wandmitte des Behälters herrschende Temperatur, die Kurve 4 die in der Mitte des Behälters herrschende Temperatur, die Kurve 5 die an der Wand des Behälters herrschende Temperatur und die Kurve 6 die am Boden des Behälters herrschende Tempera­ tur. Auf der waagerechten Achse ist die Zeit in Tagen aufgetra­ gen. Die Temperatur ist in °C dargestellt. Aus der Fig. 1 geht hervor, daß auch am kritischsten Punkt des Reaktors, nämlich am Boden (Kurve bzw. Meßstelle 6) die Temperatur von 60°C über mehrere Tage hinweg überschritten werden kann. Aus der Fig. 1, die die Hygienisierungsphase zeigt, geht also hervor, daß diese Hygienisierungsphase tatsächlich über vier Tage hinweg durchführ­ bar ist. Erforderlich sind allerdings in der Praxis in der Regel nur drei Tage, unter Umständen sogar noch weniger.

Die Oberflächentemperatur der Abfallteile folgt hierbei dem Ver­ lauf der Sättigungskennlinie des "i-x-Diagrammes" für feuchte Luft entsprechend der Darstellung der Fig. 2. Dort ist der Wärmeinhalt (Enthalpie) i in kcal pro kg trockene Luft über der absoluten Feuchtigkeit (Wassergehalt) x in Gramm pro kg trockene Luft aufgetragen. Die Lufttemperatur (Trocken-Thermometer) T ist in Grad C angegeben. Es wird von einem Barometerstand von 760 mm Hg ausgegangen. Der eingetragene Punkt A bezeichnet den Zustand der Abluft bei Austritt aus dem Rottegemisch. Der weiterhin ein­ getragene Punkt B bezeichnet den Zustand an der Oberfläche der Abfallteile nach Auftreffen der Abluft als Umluft. Im Punkt A beträgt die Temperatur 69°C. Die Enthalpie i beträgt etwa 98,5 kcal/kg, die absolute Feuchtigkeit beträgt etwa 132 g/kg.

Im Punkt B beträgt die Enthalpie i ebenfalls etwa 98,5 kcal/kg. Die absolute Feuchtigkeit beträgt dort etwa 138 g/kg, die Temperatur beträgt 58°C.

Claims (18)

1. Verfahren zur Kompostierung von Abfällen, bei dem das Rotte­ gut in einen Behälter eingebracht wird und unter Luftzufüh­ rung mikrobiell abgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, daß während der Anfahrphase die aus dem Rottegut austretende Abluft dem Rottegut erneut zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem geschlossenen Behälter durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rottegut nicht umgeschichtet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluftrückführung mehrmals und/oder kontinuierlich durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Anfahrphase die Temperatur des Rottegutes gemessen wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf Umluftbetrieb geschaltet wird, wenn die Temperatur im Rottegut nach einer bestimmten Zeit von vorzugsweise 1 bis 5 Stunden nicht angestiegen ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rottegut anstelle der aus dem Rotte­ gut austretenden Abluft oder zusätzlich zu dieser die Abluft eines anderen Reaktors zugeführt wird, der bereits in Betrieb ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des Umluftbetriebes der CO₂-Ge­ halt in der Abluft gemessen wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umluftbetrieb beendet wird, wenn der CO₂-Gehalt in der Abluft einen vorgegebenen Grenzwert über­ schreitet.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Grenzwert des CO₂-Gehalts 3% beträgt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der O₂-Gehalt in der Abluft gemessen wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umluftbetrieb beendet wird, wenn der O₂-Gehalt einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert für den O₂-Gehalt 18% beträgt.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampfgehalt in der Abluft ge­ messen wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umluftbetrieb beendet wird, wenn der Wasserdampfgehalt in der Abluft einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahrphase beendet wird, wenn wäh­ rend des Frischluftbetriebes die Temperatur im Rottegut an­ steigt.

17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus
einem geschlossenen oder schließbaren Behälter, in den die Abfälle eingebracht werden können,
einem Gebläse zur Frischluftzuführung und
einer zuschaltbaren Umluftführung.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenfläche des Behälters luftdurchlässig ist.