DE4021868C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Kompostierung von Rottegut - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Kompostierung von RottegutInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompostierung von Rottegut
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung
zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
Aus der DE-PS 36 37 393 ist ein Verfahren zur Kompostierung von
Rottegut bekannt, bei dem das Rottegut in einen geschlossenen
Behälter eingebracht wird und unter Luftzuführung mikrobiell abgebaut
wird.
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 Temperatursteigerung
im Rottegut nicht von selbst erzeugt wird.
Ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
DE-PS 32 04 471 bekannt.
Die DE-OS 38 30 177 offenbart ein Kompostierungsverfahren für
organische, in Mieten gelagerte Abfallstoffe, bei dem die aus
einer Miete abgesaugte Luft den restlichen Mieten unter Druck
zugeführt wird. Das Verfahrensziel besteht in einer Temperaturregelung
und Homogenisierung in einer Kompostierungstrommel.
Gleichzeitig soll die Abluft durch Kondensation entfeuchtet werden.
Aus der DE-OS 36 07 920 ist ein Verfahren zum Kompostieren von
organischen Abfällen in zwei aufeinanderfolgenden Verfahrensstufen
bekannt, von denen die erste anaerob und die zweite aerob
arbeitet. Das Ziel dieses Verfahrens besteht in einer Wärmeübertragung
durch Materialmischung und in einer externen Wärmenutzung.
Weiterhin soll der Sauerstoffverbrauch ausgeglichen
werden.
Die DE-OS 34 20 732 offenbart ein Kompostierungsverfahren, bei
dem die überschüssige Wärmemenge einer Heißverrottungs- und
Wärmegewinnungsanlage auf einfache Weise dadurch abgeführt werden
kann, daß die Umwälzluft über Leitungen einer Wärmetauschanlage
zugeführt wird, in der ihr die überschüssige Wärme entzogen
und anderer Verwendung zugeführt wird. Hierdurch soll eine Energieeinsparung
erreicht werden sowie eine Frischluftvorerwärmung
zur Abbaubeschleunigung.
Aus der DE-OS 29 44 519 ist ein Kompostierungsverfahren bekannt,
bei dem eine Geruchsminimierung und eine Rottebeschleunigung
durch Wasserzugabe erreicht werden sollen.
Die DE-OS 28 10 911 offenbart ein Verfahren zum Behandeln von
kompostierfähigen Stoffen, bei dem die von der Miete abgegebenen
Gase wenigstens teilweise in diese zur Belüftung zurückgeführt
werden.
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. Während der
Anfahrphase wird nur dann von dem Frischluftbetrieb auf den Umluftbetrieb
geschaltet, wenn die Anfangstemperatur im Rottegut
innerhalb eines Zeitraumes von fünf Stunden noch nicht angestiegen
ist. Der Umluftbetrieb wird dann beendet und wieder auf
den Frischluftbetrieb umgeschaltet, wenn der CO₂-Gehalt in der
Abluft einen Grenzwert von 3% überschreitet.
Das Rottegut muß nicht umgeschichtet werden. 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 Kompostierungsreaktion.
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
"Wachstumskurve" 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 wird dann beendet, wenn der CO₂-Gehalt einen vorgegebenen
Grenzwert von beispielsweise 3% überschreitet. 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 (4)
1. Verfahren zur Kompostierung von Rottegut, bei dem das Rotte
gut in einen geschlossenen Behälter eingebracht, unter
Frischluftzuführung mikrobiell abgebaut und gegebenenfalls
die aus dem Rottegut austretende Abluft dem Rottegut erneut
zugeführt wird (Umluftbetrieb),
dadurch gekennzeichnet,
daß während der Anfahrphase nur dann von dem Frischluftbetrieb
auf den Umluftbetrieb geschaltet wird, wenn die
Anfangstemperatur im Rottegut innerhalb eines Zeitraums von
5 Stunden noch nicht angestiegen ist, daß der Umluftbetrieb
dann beendet wird und wieder auf den Frischluftbetrieb umgeschaltet
wird, wenn der CO₂-Gehalt in der Abluft einen
Grenzwert von 3% überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Rottegut nicht umgeschichtet wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus
einem geschlossenen Behälter, in den das Rottegut eingebracht wird,
einem Gebläse zur Frischluftzuführung
und einer zuschaltbaren Umluftführung.
einem geschlossenen Behälter, in den das Rottegut eingebracht wird,
einem Gebläse zur Frischluftzuführung
und einer zuschaltbaren Umluftführung.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Bodenfläche des Behälters luftdurchlässig ist.
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