DE4324639C2 - Verfahren zur Stabilisierung von Kompost - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung von Kom­ post nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft ferner die Verwendung einer Schneckenpresse oder einer Kolbenpresse oder einer Zentrifuge zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der Abfallkompostierung werden Abfälle, die organische Stof­ fe enthalten, mikrobiell abgebaut. Dabei werden in bestimmten Zeiten bestimmte Mengen unterschiedlicher organischer Substanzen von mikrobiellen Spezialisten abgebaut. Die verfahrenstechnische Zielsetzung der Abfallkompostierung (Verrottung) besteht darin, daß der Abbau der organischen Bestandteile in aerobem Milieu stattfindet, also in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre.

Es ist bekannt, daß die zur Kompostierung kommenden Abfälle Zellstrukturen aufweisen, die im allgemeinen zu mehr als 50% aus Wasser mit löslichen Zellinhalten oder Zellinhaltsstoffen bestehen, während die Reste durch feste Zellwandbestandteile (Zellulose und Lignin bei pflanzlichen Abfällen) gebildet wer­ den. Nährstoffreiche, vollständig zu CO₂ und Wasser oxidierbare Zellinhaltsstoffe sind das bevorzugte Substrat für Bakterien; sie sind gut und schnell abbaubar. Zellwandbestandteile (Zellu­ lose und Lignin bei pflanzlichen Abfällen) hingegen sind höher­ molekular und fest. Sie werden vorzugsweise durch Hyphen bilden­ de Pilze in erheblich längeren Zeiträumen abgebaut. Der niedrige Wirkungsgrad des Stoffwechsels ist die Ursache dafür, daß nur ein Bruchteil von etwa 10% der in den organischen Abfällen ge­ speicherten Energie gespeichert und als Zellmasse der sich selbstreproduzierenden Mikroben festgelegt wird. Der Rest wird als CO₂, Wasser und Wärme abgeschieden.

Bisher bestand die Schwierigkeit bei der Verfahrensführung wäh­ rend der Kompostierung darin, daß der Übergang von der Intensiv­ rotte zur Nachrotte einen sehr langen Zeitraum (Nachrottedauer: 4 bis 6 Wochen) in Anspruch nahm, da die neu gebildete Bakterien­ masse selbst auch eine entsprechende Menge Zellflüssigkeit (etwa 90%) enthält, die bis zur vollständigen Stabilisierung des Kom­ postendproduktes mikrobiell abgebaut werden muß. Diese Tatsache, bedingt durch die langsame Anpassung der Mikroorganismen an die für sie zur Neige gehenden Substratnahrungsquellen führte zu einem entsprechend großem Flächenbedarf für Kompostierungsanla­ gen und zu aufwendigen Klimatisierungsmaßnahmen in den Lagermie­ ten (Belüftung, Wenden, Geruchsbeseitigung usw.).

Hinzu kommt, daß aufgrund der Forderung zur "Hygienisierung" der Kompostsubstrate zwecks Verhinderung schädlicher, insbesondere seuchebedenklicher Keimentwicklung alle Vegetativformen der Mikroorganismen abzutöten waren. Die Schwierigkeit besteht ins­ besondere darin, festzulegen, zu welchem Zeitpunkt die zur Hy­ gienisierung erforderliche Abtötung der Mikroorgansimen erfolgen soll, da abgetötete Mikroorganismen nicht mehr zum weiteren Ab­ bau der zu kompostierenden organischen Substanz beitragen kön­ nen. Wenn "zu früh" hygienisiert wird, werden auch Mikroorganis­ men getötet, die eigentlich für den weiteren Abbau des organi­ schen Materials noch benötigt werden. Wenn "zu spät" hygieni­ siert wird, kann unter Umständen eine hinreichende Hygienisie­ rung nicht erreicht werden.

In dieser Hinsicht sind bereits Lösungsvorschläge gemacht wor­ den. In der DE-OS 23 31 622, der DE-OS 25 15 334 und der DE-OS 27 05 720 ist ein kontinuierlich arbeitendes Rottesilo für Frischschlamm beschrieben. Die DE-OS 36 37 393 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abfallkompostierung. Durch diese Vorschläge sind Verfahren und Vorrichtungen geschaffen worden, die ohne eine sogenannte "Nachrotte" ein hygienisiertes, fertiges Kompostprodukt (Frischkompost bzw. Reifkompost) liefern sollten. Es wurde allerdings damals nicht zwischen niedermoleku­ laren, bakteriell gut abbaubaren und höhermolekularen, vorzugs­ weise pilzlich abbaubaren organischen Abfallbestandteilen unter­ schieden.

Ein Verfahren zur Stabilisierung von Kompost nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 ist aus der DE 38 30 289 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren werden die organischen Stoffe nach der Kompo­ stierung in einem Vakuum getrocknet. Dabei werden die Zell­ flüssigkeiten lebender Organismen im Vakuum verdunstet und die Lebensfähigkeit stark eingeschränkt.

Aus der DE 40 21 865 A1 ist ein Verfahren zur Kompostierung von Abfällen bekannt, bei dem nach Abbau der biologisch leichter zer­ setzbaren Bestandteile der Abfälle die aus dem Rottegut austre­ tende Abluft dem Rottegut zu dessen Hygienisierung erneut zuge­ führt wird. Nach Durchführung der Abluftrückführung (Hygienisie­ rung) kann die im Rottegut vorhandene Feuchtigkeit durch Frisch­ luftzuführung entfernt werden. Ferner kann der nach Durchführung des Verfahrens entstandene Kompost verdichtet werden. Dies kann unter Druck geschehen. Die Verdichtung dient allerdings nicht der Zerstörung von Zellstrukturen, sondern lediglich zur Ver­ hinderung des Eindringens von Feuchtigkeit in den Kompost. Durch die Verdichtung wird das Eindringen von Feuchtigkeit aus der Um­ gebungsluft und/oder aus Wasser verhindert. Dies erhöht die Lagerfähigkeit des Kompostes. Nach dem vorbekannten Verfahren ist es möglich, daß der Kompost mit einer feuchtigkeitsabweisen­ den Umhüllung versehen wird. Auch hierdurch wird die Lagerfähig­ keit des Endprodukts verbessert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Stabilisierung von Kompost vorzuschlagen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnen­ den Teils des Anspruchs 1 gelöst. Auf die Zellen des Kompostes wird ein Überdruck oder Unterdruck ausgeübt, bei dem die Zellen des Kompostes zerstört werden. Die in dem Kompost enthaltenen Zellen werden einer Druckextraktion unterzogen. Durch den Druck bzw. den Druckunterschied werden die Zellen zerstört, so daß die darin vorhandene Flüssigkeit freigelegt wird. Die Zellzerstörung kann durch Überdruck oder Unterdruck erfolgen.

Die in den Zellen des Kompostes vorhandene Flüssigkeit kann durch einen Druckwechsel, vorzugsweise durch einen plötzlichen Druckwechsel, freigelegt werden. Durch den plötzlichen Druckwech­ sel wird die Zellflüssigkeit schlagartig freigelegt. Sie kann ganz oder teilweise freigelegt werden. Der zu stabilisierende Kompost, der im allgemeinen aus einem zumindest teilweise fermen­ tierten Gemisch mit den darauf gewachsenen Mikroorganismen be­ steht, wird einem Druckextraktionssystem bzw. Hochdruckextrak­ tionssystem zugeführt, in dem die Zellflüssigkeit durch plötz­ liche Druckwechsel aus den Zellen herausextrahiert wird, wobei die Zellwände zerstört werden. Die Zerstörung der Zellwände von Bakterien und Pilzen bringt den gewünschten Hygienisierungs­ effekt mit sich. Das freigesetzte Wasser entweicht als Wasser­ dampf.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß eine ein­ deutige Qualitätsbestimmung des Produktzustandes möglich ist. Eine Veränderung des Kompostes wird über einen festlegbaren Zeitraum unmöglich. Hierdurch kann beispielsweise auch ein Haltbarkeitsdatum angegeben werden.

Der zu stabilisierende Kompost kann je nach Bedarf ganz oder teilweise verrottet sein. Die in den Zellen des Kompostes vor­ handene Flüssigkeit, also die Zellflüssigkeit, wird zumindest teilweise freigelegt bzw. extrahiert. Das aus den Zellen des Kompostes freigelegte Zellwasser wird ganz oder zumindest teil­ weise entfernt.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen be­ schrieben.

Der zur Freilegung der Zellflüssigkeit erforderliche Druck bzw. Druckunterschied kann durch eine mechanische Preßkraft erzeugt werden. Diese mechanische Preßkraft kann beispielsweise durch eine Schneckenpresse oder eine Kolbenpresse erzeugt werden. Das Hochdruckextraktionssystem wird vorzugsweise als Schneckenpresse ausgeführt, wobei der zu stabilisierende Kompost durch die För­ derschnecke über eine Matrize gepreßt wird. Die dabei entstehen­ den Reibkräfte schließen faserige Strukturen auf und erhitzen diese. Vor der Matrize entsteht durch Querschnittsverjüngung ein hoher Druck, der nach Durchtritt des Materials durch die Matri­ zenöffnung schlagartig abgebaut wird. Hierdurch platzen die Zel­ len auf und die Zellflüssigkeit liegt frei.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird der zur Freilegung der Zellflüssigkeit erforderliche Druck bzw. Druck­ unterschied durch die Entspannung von expandiertem bzw. expan­ dierendem Gas erzeugt. Der erforderliche Druckunterschied kann also durch die Entspannung von expandiertem Gas erfolgen.

Der zur Freilegung der Zellflüssigkeit erforderliche Druck bzw. Druckunterschied kann ferner durch einen Unterdruck erzeugt wer­ den. Der erforderliche Druckunterschied kann demnach im atmosphä­ rischen Unterdruckbereich (Vakuum) erzielt werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird die aus den Zellen freigelegte Flüssigkeit (Zellflüssigkeit) durch Verdun­ stung entfernt. Die aus den Zellen freigelegte Zellflüssigkeit kann auch durch Zentrifugierung entfernt werden. Wird die nähr­ stoffreiche Zellflüssigkeit abzentrifugiert, so ist hierdurch ein zusätzlicher Nutzen erzielbar, beispielsweise dadurch, daß die abzentrifugierte Zellflüssigkeit bei der Tiernahrungsmittel­ herstellung oder für sonstige Zwecke verwendet wird. Die übrig bleibenden Zellreste können als bodenverbessernde Hilfsstoffe Verwendung finden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Stabilisierung von Kompost kann mit einem Verfahren zur Kompostierung von organischem Material, insbesondere von organisches Material enthaltenden Abfällen kombiniert werden. Dabei wird das organische Material zunächst kompostiert. Anschließend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Stabilisierung von Kompost durchgeführt.

Die zunächst erfolgende Kompostierung des organischen Materials kann nach an sich bekannten Verfahren durchgeführt werden. Beispielsweise kann das organische Material bzw. die organisches Material enthaltenden Abfälle in einen geschlossenen Behälter eingebracht werden. Dort kann dieses Rottegut zwangsbelüftet werden. Dies kann so lange geschehen, bis die biologisch leichter abbaubaren Bestandteile abgebaut sind. Statt dessen kann die Kompostierung aber auch in einem offenen Behälter erfolgen. Wenn die Kompostierung in einem geschlossenen Behälter erfolgt, kann die anschließende erfindungsgemäße Stabilisierung im selben Behälter stattfinden. Der Kompost muß also vor der Stabilisierung nicht entfernt bzw. umgeschichtet werden.

Vorzugsweise wird das organische Material so lange kompostiert, bis die biologisch leichter abbaubaren Bestandteile abgebaut sind. Dieser Zeitpunkt kann dadurch festgestellt werden, daß die Erzeugung der Stoffwechselprodukte Kohlendioxid, Wasserdampf und/oder Wärme zurückgeht. Die metabolisch bedingte CO₂- und Wärmeproduktion kann gemessen werden; auf der Grundlage dieser Messung kann der Zeitpunkt, zu dem die biologisch leichter ab­ baubaren Bestandteile abgebaut sind, bestimmt werden.

Vorzugsweise wird das organische Material vor der Kompostierung zerkleinert. Es wird also eine sogenannte Vorzerkleinerung durch­ geführt. Anstelle einer Zerkleinerung kann auch ein sonstiger mechanischer Aufschluß stattfinden.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer Schneckenpres­ se und/oder einer Kolbenpresse zur Durchführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens. Schließlich betrifft die Erfindung auch noch die Verwendung einer Zentrifuge zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens.

Die vorliegende Erfindung geht davon aus, daß durch mechanischen Aufschluß der Zellen von zu kompostierenden Abfällen - nach vor­ weggegangener biologischer Umwandlung - zu dem jeweils geeigne­ ten Zeitpunkt jeder gewünschte Abbauzustand erreicht und dauer­ haft festgelegt werden kann. Dies hat den Vorteil, daß eine ein­ deutige Qualitätsbestimmung des Produktzustandes möglich ist und dadurch erhalten werden kann, daß durch Unterbindung äußerer Ein­ flüsse eine Produktveränderung über einen festlegbaren Zeitraum hinaus unmöglich wird (z. B. Angabe eines Haltbarkeitsdatums).

Nach dem biologischen Abbau der gut abbaubaren organischen Sub­ stanz wird der Kompost einer Druckextraktion unterzogen, wobei die noch in den Zellen vorhandene Flüssigkeit durch plötzlichen Druckwechsel schlagartig freigelegt wird, so daß sie extrahier­ bar ist.

Der erforderliche Druckunterschied kann durch mechanische Preß­ kraft erzeugt werden. Der erforderliche Druckunterschied kann aber auch durch Entspannung von expandiertem Gas erfolgen. Schließlich kann der erforderliche Druckunterschied im atmosphä­ rischen Unterdruckbereich (Vakuum) erzielt werden. Die Drucker­ höhung kann durch Schneckenpressen und/oder über Kolbenpressen und/oder durch Gasexpansion erfolgen. Die Entspannung kann über querschnittsändernde Matrizen erfolgen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend erläutert.

Beispiel 1

Die zu kompostierenden Abfälle werden nach einem weitestgehenden mechanischen Aufschluß durch Vor­ zerkleinerung zunächst einer Intensivrotte unter­ zogen. Im Anschluß daran entsteht durch die Zer­ störung lebender Zellen infolge rasch wechselnder Umgebungsdrucke mit nachfolgender Verdunstung der frei werdenden Zellflüssigkeit ohne Nachrotte ein verpackbares, absackbares, dauerhaft lagerfähiges und während einer festgelegten Zeit ohne Quali­ tätsverlust zur Bodenverbesserung anwendbares, humusbildendes Endprodukt, und zwar in einer kür­ zest möglichen Zeit. Hierdurch sind erhebliche Investitionseinsparungen für Hallen und zu versie­ gelnde Flächen möglich. Es wird damit ein großer volkswirtschaftlicher und ökologischer Nutzen er­ zielt.

Beispiel 2

Die frischen Bioabfälle werden zunächst vorzer­ kleinert und in ihrer Struktur so homogenisiert, daß ein gut belüftbares und gut verrottbares Ge­ misch entsteht. Bioabfälle sind im allgemeinen sehr feucht. Der Wassergehalt liegt bei etwa 40 bis 75%. Zur späteren wirkungsvollen Durchfüh­ rung der Zellzerstörung ist es vorteilhaft, den Feuchtigkeitsgehalt durch Trocknung auf unter etwa 30% herabzusetzen. Dies geschieht auf öko­ logisch und ökonomisch sinnvollste Weise dadurch, daß die mikrobiell entstehende Wärme bei der Ver­ rottung zur Wasserverdunstung im Rottegemisch ge­ nutzt wird. Bezüglich der drastischen Herabset­ zung des Feuchtigkeitsgehaltes des Rottegutes ist zu bedenken, daß die Reduzierung des "internen Wassergehaltes" korreliert ist mit abnehmender Effizienz des mikrobiellen Abbaus. Die Verrottung erfolgt vorzugsweise in geschlossenen Aerobfermen­ tern, kann aber auch in offenen Systemen durchge­ führt werden. Nach dem Ende der Intensivrottepha­ se, wenn der gut abbaubare Substratanteil der Bio­ abfälle für Mikroorganismen zur Neige geht (fest­ stellbar durch Rückgang der Stoffwechselprodukte Kohlendioxyd, Wasserdampf und Wärme), wird das fermentierte Gemisch mit den darauf gewachsenen Mikroorganismen einem Hochdruckextraktionssystem zugeführt, in dem die Zellflüssigkeit durch plötz­ liche Druckwechsel aus den Zellen herausextra­ hiert wird, wobei die Zellwände zerstört werden (Hygienisierungseffekt) und die freigesetzte Flüs­ sigkeit anschließend durch Zentrifugierung und/ oder Verdunstung entfernt werden kann.

Claims (5)

1. Verfahren zur Stabilisierung von Kompost, bei dem durch Zellzerstörung die in den Zellen des Kompostes vorhandene Flüssigkeit freigelegt und entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Zellen des Kompostes ein Überdruck oder Unter­ druck ausgeübt wird, bei dem die Zellen des Kompostes zer­ stört werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruck durch mechanische Preßkraft erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die freigelegte Flüssigkeit durch Verdunstung entfernt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die freigelegte Flüssigkeit durch Zentrifugierung ent­ fernt wird.

5. Verwendung einer Schneckenpresse oder einer Kolbenpresse oder einer Zentrifuge zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis