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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verarbeitetes organisches
Produkt, das durch die Verarbeitung eines Rohmaterials, das faserige
organische Substanzen beispielsweise aus organischen Abfällen, wie
beispielsweise landwirtschaftlichen Rückständen, Lebensmittelrückständen und
von Betrieben abgegebenen industriellen organischen Abfällen, enthält, durch
eine physikalisch-chemische Reaktion und eine biologische oder eine
biochemische Reaktion erhalten wird, sowie auch auf ein Verfahren
und eine Vorrichtung, um es zu erzeugen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Obwohl
landwirtschaftliche Rückstände, Lebensmittelrückstände und
von Betrieben abgegebene industrielle organische Abfälle bis
jetzt beispielsweise durch Verbrennung, Ablagerung, Wegwerfen ins
Meer usw. entsorgt, wurden, verursachen sie Umweltverschmutzung
und sind unerwünscht.
Diese organischen Abfälle
enthalten verschiedene Komponenten, wie beispielsweise eine Stickstoffquelle, Kohlenwasserstoffe,
Mineralien und faserige organische Substanzen. Um diese Komponenten
als ein verarbeitetes organisches Produkt in Form von Lebensmittelprodukt-Bestandteilen,
medizinischen Bestandteilen, Futterrohmaterialien, industriellen
Rohmaterialien oder Bodenverbesserungsmittel-Rohmaterialien zurückzugewinnen,
ist es notwendig, sie in ein entsprechendes Produkt mit physikalischen
Eigenschaften und einer chemischen Zusammensetzung umzuwandeln,
die für
jeden spezifischen Zweck angepasst sind, während schädliche virulente Bakterien,
wie beispielsweise pathogene Escherichia coli, Salmonella, Cryptosporidium
usw. entfernt werden. Um die Komponenten, wie beispielsweise eine
Stickstoffquelle, Kohlenwasserstoffe, Mineralien und faserige organische
Substanzen in ein Rohprodukt umzuwandeln, das für die Verwendung bei Lebensmitteln oder
Futter mit einem gut ausgeglichenen Gehalt an Nährstoffen geeignet ist, kann
es angepasst sein, auf eine biologische oder biochemische Reaktion
mit einem nützlichen
Mikroorganismus zurückzugreifen, wobei
jedoch die Entfernung schädlicher
Mikroben schwierig ist, wenn man sich lediglich auf die antagonistische
Wechselwirkung zwischen Mikroorganismen stützt.
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Für die Entfernung
schädlicher
Mikroorganismen ist die Verwendung gewöhnlicher Techniken, wie beispielsweise
die Verwendung von Bakteriziden, Pasteurisierung usw. für die Eliminierung
der Verunreinigung durch Mikroorganismen innerhalb der organischen
Abfälle
unzureichend, da diese Techniken nur mit Schwierigkeiten zum Zersetzen von
festen Stoffen, wie beispielsweise faserigen Substanzen, wirksam
sind. Eine Hitzesterilisierung mittels Autoklav oder durch trockene
Wärmesterilisierung
kann häufig
zur thermischen Zersetzung nützlicher
Komponenten, wie beispielsweise Vitaminen etc., führen.
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Die
unlöslichen
Komponenten, wie beispielsweise faserige Substanzen, die in organischen
Abfällen
enthalten sind, können
als Nährstoffe
verwendet werden, die die dritte Funktionalität aufweisen. Die zurückgewonnenen
Nährstoffe
zeigen eine schlechtere Geschmacksleistung, da die organischen Abfälle häufig einer
Lignifizierung unterzogen wurden, so dass ein Produkt aus Ballaststoff,
das physikalisch-chemische Eigenschaften aufweist, die für Lebensmittelmaterialien
oder Futter geeignet sind, mittels gewöhnlicher Techniken aus organischen
Abfällen
schwierig zu erhalten ist.
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Der
aus unlöslichen
Substanzen mit hohem Molekulargewicht, wie beispielsweise aromatischen hochpolymeren
Materialien und faserigen Hochpolymeren, die nach der Extrahierung
nützlicher
Komponenten aus den organischen Abfällen durch gewöhnliche
Behandlungspraxis zurückgelassen
wurden, zusammengesetzte Endrückstand
ist im Allgemeinen in Form einer dichten Masse aus Pulver oder Kügelchen
und weist daher unbefriedigende Fähigkeiten auf, der Luft ausgesetzt
zu werden und Wasser zurückzuhalten,
so dass Bodenmikroben kaum darin wachsen und proliferieren können. Aus
diesem Grund wird ein derartiger Endrückstand kaum als Bodenverbesserungsmittel
oder dergleichen benutzt und wurde bis jetzt einer chemischen Behandlung durch
Natriumsulfid unterzogen oder zur Verbrennung gebracht.
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Es
wird als ideal angesehen, einen unbeschädigten fremden Boden, der reich
an organischen Komponenten und an lebenden gesunden Bodenmikroben
ist, in ein Land zum Verbessern der landwirtschaftlichen Produktivität oder zum
Wiederherstellen des Lands, wie beispielsweise geflutetes landwirtschaftliches
Land mit verlorener Bodenkrume, ein Wüste werdendes Land, ein durch
Salzschäden
beschädigtes
Land oder ein verdorbenes Land hinzuzumischen. Tatsächlich wird
jedoch die Zurückgewinnung
von Agrarland in den meisten Fällen
dadurch verwirklicht, dass Sand und Ton enthaltene Gebirgsböden auf
das Land gebracht werden, da es schwierig ist, Böden besserer Qualität, die reich
an Humus sind, wie sie in breitblättrigem Wald gefunden werden,
in großen
Mengen zu erhalten. Eine derartige Landrückgewinnung mit Gebirgsböden kann
häufig
kompaktierte dichte Bodenblöcke
durch Festtreten, durch kultivierende Fahrzeuge usw. bilden, um wasserundurchlässige Zonen
aufzubauen, da derartige Gebirgsböden ein spärliches Gehalt organischer Materie
aufweisen und für
das Wachstum von Bodenmikroben mit niedrigerer Luftdurchlässigkeit
und Wasserrückhaltefähigkeit
nicht angepasst sind, was zu schlechteren Aspekten bei der Keimungsrate
und beim Wurzelwachstum zusammen mit einer Vereinfachung des Boden-Ökosystems führt, wodurch ein verringerter
Widerstand gegen schädliche
Mikroorganismen begleitet von schlechter landwirtschaftlicher Produktivität herbeigeführt wird.
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Bei
wiederholter Kultivierung einer identischen Frucht über mehrere
Jahre wird das Land unter einer Proliferation von schädlichen
Organismen, wie beispielsweise Nematoden, phytopathogenen Bakterien,
Viren und Insekten, leiden. Um Schaden durch diese schädlichen
Organismen zu verhindern, kann die Verwendung von landwirtschaftlichen
Chemikalien und Fruchtwechsel wirksam sein. Es gibt jedoch eine
Nachfrage nach Früchten
ohne Verwendung einer landwirtschaftlichen Chemikalie oder mit verringerter
Verwendung einer Chemikalie gegen den Hintergrund eines wachsenden öffentlichen
Interesses zur Verhinderung von Schäden aus landwirtschaftlichen
Chemikalien, so dass die Verwendung derartiger Chemikalien vermieden
werden sollte. Kohl, weißer
Raps, Brokkoli und dergleichen, die Hauptgemüsefrüchte bilden, gehören zu der
gleichen Cruciferae-Gruppe und schließen Fruchtwechsel aus. In der
Vergangenheit wurden Stängel,
Blätter, Wurzeln
usw. derartiger Früchte
durch Verbrennung entsorgt, um die Verbreitung von Pflanzenkrankheiten
zu verhindern. Vom Standpunkt der Umweltverschmutzung ist die Verbrennung
jedoch problematisch, so dass eine innovative Technik zum Eliminieren
von schädlichen
Organismen erwartet wird.
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Zum
Verbessern von Böden,
die arm an organischer Substanz sind, wurde die Aufbringung von organischem
Kompost auf den Boden praktiziert, wobei jedoch die Erstellung von
Kompost von einer Schwierigkeit beim Stabilisieren seiner Zusammensetzung
begleitet wird und häufig
unter dem Überschuss
von Wasserstoff und Phosphat leiden kann. Wenn die Fermentation
des Komposts nicht ausreichend ist, wird die Proliferation schädlicher
Organismen, wie beispielsweise pathogenen koliförmigen Bazillen, Salmollena,
pathogenen Parasiten usw. vorherrschend sein, die gelegentlich eine
Ursache nachteiliger menschlicher Erkrankungen aufgrund von Lebensmittelvergiftung
und dergleichen mittels Früchte
liefern können.
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Bei
einer Praxis zum Erstellen eines organischen Düngers kann ein Kompost erstellt
werden, indem Exkremente von Vieh einer spontanen Fermentation unterworfen
werden, wobei es jedoch schwierig ist, die Maturation und die Zusammensetzung
zu steuern, und wenn die Maturation unzureichend ist, wird der Kompost
nach der Aufbringung auf dem Feld faul werden, um dadurch für die jungen
Sämlinge schädliches
Ammoniak und Wasserstoffsulfid mit gleichzeitigem Zusammenbrechen
des mikrobiotischen Gleichgewichts in dem Boden zu erzeugen, wobei
Angst vor einer gelegentlichen Verschmutzung des Bodens durch pathogene
Mikroben und andere hervorgerufen wird. Das so genannte Kompostverfahren,
bei dem Lebensmittelrückstände usw.
der Wirkung eines nützlichen
Mikroorganismus, wie beispielsweise Aktinomyceten, Stickstoffgewinnungsbakterium, Schimmelfungus
oder so weiter unterworfen wurden, ist einfach und zweckmäßig, wobei
es jedoch ebenfalls unter der Schwierigkeit bei der Steuerung der
Maturation und der Zusammensetzung mit begleitender Angst vor einer
Proliferation von pathogenen Bakterien, wie bei der oben erwähnten Komposterstellungstechnik,
leiden kann.
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Um
organische Substanzen einer biologischen oder biochemischen Reaktion
mittels eines Mikroorganismus, eines Enzyms oder so weiter zu unterziehen,
wurde ein Bioreaktor vorgeschlagen (
EP-A-0730025 &
JP-A-08-228762 ),
bei dem eine Mehrzahl von Schrauben, die jeweils mit einem Schraubengewinde
versehen sind, das mit der gleichen Steigung miteinander jedoch
in einer Helokoide umgekehrten Ganges zueinander angeordnet ist,
nebeneinander in dem Reaktor angeordnet sind und jeweils in einer
Drehrichtung umgekehrt zu derjenigen der benachbarten Schraube gedreht
werden, um den Inhalt des Reaktors zwischen die gegenüberliegenden
Schraubengewinden zu ziehen, um ihn dadurch nach oben und nach unten
zu zwingen, wodurch der Reaktorinhalt einer Wirkung eines axialen
Reißens, Zerkleinerns
und Rührens
unterworfen wird. Durch diesen Reaktor können jedoch faserige Gewebe
den Wirkungen des axialen Reißens
und Zerkleinerns nicht ausreichend unterworfen werden und können manchmal
unzerkleinert zurückbleiben,
was auf den Aufbau der Schrauben zurückgeführt werden kann, bei dem sie
jeweils ein Schraubengewinde der gleichen Steigung aufweisen und
gedreht werden, um den Reaktorinhalt in die gleiche Richtung zu
führen.
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Die
GB-A-0583654 beschreibt
eine Mischmaschine mit drei Schrauben, deren Achsen in der gleichen
vertikalen Ebene angeordnet sind. Die Steigung der zentralen Schraube
ist linksgängig,
während
diejenige der linken und rechten Schrauben rechtsgängig ist.
Es wird berichtet, dass die Vorrichtung Stoffe wirksam mischt, um
einen Stoff in der Masse eines anderen gründlich zu verteilen. Die Art des
Stoffes, der gemischt wird, wird nicht offenbart.
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Bei
der
US-A-2947524 wird eine andere Mischvorrichtung
mit drei Schrauben beschrieben, die jeweils um eine im Wesentlichen
horizontale Achse angeordnet sind. Benachbarte Schrauben können eine
entgegengesetzte Steigung und/oder einstellbare Drehzahlen aufweisen.
Die Vorrichtung wird zum Mischen von solchen Stoffen, wie beispielsweise Waschmittel,
oder zum Beschichten von Feststoffteilchen mit Flüssigkeit
verwendet.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verarbeitetes
organisches Produkt und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen
eines derartigen verarbeiteten organischen Produkt bereitzustellen,
bei dem in dem rohen organischen Stoff enthaltenes faseriges Gewebe
locker gemacht und aufgeteilt und einer Reißwirkung unterzogen werden
kann, um es dadurch in kurze Fragmente zu schneiden und es außerdem einer
biologischen oder biochemischen Teildigestion zu unterziehen, so dass
Rohmaterialien, die längere
faserige organische Substanzen enthalten, wie beispielsweise Pflanzenkörper, direkt
der Verarbeitung dienen und einer physikalisch-chemischen Reaktion
und einer biologischen oder biochemischen Reaktion unterzogen werden
können,
wodurch es möglich
gemacht wird, ein verarbeitetes organisches Produkt zu erzeugen,
das organische Substanzen mit einem höherwertigen Nährstoffgleichgewicht
unter Ausschluss von schädlichen
Mikroorganismen enthält
und das eine bessere Wasserrückhaltungsleistung
und eine bessere Gasdurchlässigkeit
besitzt.
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf einem verarbeiteten Produkt eines
organischen Materials und auf einem Verfahren und einer Vorrichtung
zum Erzeugen des Produkts, wie es nachstehend angegeben ist.
- (1) Ein Verfahren zum Erzeugen eines verarbeiteten
organischen Produkts, mit Liefern eines Rohmaterials (26),
das eine faserige organische Substanz enthält, an einen Reaktor (1),
der darin mit einer Mehrzahl von Hauptschrauben (6, 7)
ausgestattet ist, die nebeneinander angeordnet sind, wobei jede
der Hauptschrauben ein Schraubengewinde mit einem Umfangsrand (6a, 7a)
aufweist, der dem Umfangsrand einer benachbarten Hauptschraube gegenübersteht,
und die Hauptschrauben das faserige Material mit einer unterschiedlichen
Geschwindigkeit zueinander treiben; und Bewirken einer biologischen
oder biochemischen Reaktion in dem Reaktor, während die faserige organische
Substanz einem Trennen und Zerkleinern durch die Hauptschrauben
unterzogen wird, wobei das axiale Trennen und Zerkleinern der faserigen
Substanz und die Durchmischung des zu verarbeitenden Materials durch
die ausgewählte
Konfiguration und die Steigung der Schraubengewinde und/oder die
Umdrehungsraten der Hauptschrauben gesteuert wird, und wobei eine
Mehrzahl von zusammenarbeitenden Schrauben (8, 9),
die in dem Reaktor vorgesehen sind, das faserige Material in eine
Richtung entgegengesetzt der Richtung treibt, in die die Hauptschrauben
veranlassen, dass das faserige Material getrieben wird, wobei die
zusammenarbeitenden Schrauben dem Lieferende der Hauptschrauben
naheliegend sind, um eine Entnahme des verarbeiteten Produkts aus
dem Reaktor in einem komprimierten Zustand zu ermöglichen.
- (2) Ein Verfahren gemäß (1), bei
dem benachbarte Hauptschrauben das faserige Material in entgegengesetzte
Richtungen treiben, wobei jedoch die Gesamtrichtung der Bewegung
des faserigen Materials zu den zusammenarbeitenden Schrauben hin
ist.
- (3) Ein Verfahren gemäß (1) oder
(2), bei dem mindestens eine Hilfsschraube (51) den Hauptschrauben
naheliegend angeordnet ist und das faserige Material in eine Richtung
entgegengesetzt zu derjenigen treibt, die von den Hauptschrauben
verursacht wird.
- (4) Ein Verfahren gemäß einem
der obigen (1) bis (3), bei dem die Reaktion eine anaerobe oder
aerobe Reaktion ist.
- (5) Eine Vorrichtung zum Erzeugen eines verarbeitenden organischen
Produkts, mit einem Reaktor (1) zum Bewirken einer biologischen
oder biochemischen Reaktion, einem Rohmaterialversorgungsöffnung (22)
zum Liefern eines Rohmaterials, das eine faserige organische Substanz
enthält,
an den Reaktor, einer Mehrzahl von Hauptschrauben (6, 7),
die in dem Reaktor nebeneinander angeordnet sind, wobei jede der
Hauptschrauben einen Umfangsrand (6a, 7a) aufweist,
der dem Umfangsrand einer benachbarten Hauptschraube gegenübersteht,
wobei die Hauptschrauben das faserige Material mit einer unterschiedlichen
Geschwindigkeit zueinander treiben; und einem Ausgangsöffnung für ein verarbeitetes Produkt
(31), das an dem Reaktor angeordnet ist, um die Entnahme
des verarbeiteten Produkts an einer dem Lieferende der Hauptschrauben
naheliegenden Stelle zu ermöglichen, wobei
die Hauptschrauben ausgestaltet sind, um die faserige Substanz mit
einer unterschiedlichen Geschwindigkeit zueinander zu treiben, indem
die Konfiguration des Hauptschraubengewindes, ihre Steigung und/oder
die Rate der Schraubenumdrehung ausgewählt werden, um zueinander unterschiedlich zu
sein, und wobei die Vorrichtung ferner eine Mehrzahl von zusammenarbeitenden
Schrauben (8, 9) aufweist, die angeordnet sind,
um das faserige Material in eine Richtung entgegengesetzt zu der
Richtung zu treiben, in die die Hauptschrauben das faserige Material
treiben, wobei die zusammenarbeitenden Schrauben dem Lieferende der
Hauptschrauben naheliegend angeordnet sind.
- (6) Vorrichtung gemäß (5), bei
der der Reaktor in einer geneigten oder in einer horizontalen Position
angeordnet ist, wobei die Mehrzahl der Hauptschrauben entlang der
unteren Wand des Reaktors angeordnet ist.
- (7) Vorrichtung gemäß (5) oder
(6), bei der benachbarte Hauptschrauben spiralförmige Schraubengewinde aufweisen
und in einer umgekehrten Drehrichtung zueinander gedreht werden.
- (8) Vorrichtung gemäß einem
der obigen (5) bis (7), die ferner mindestens eine Hilfsschraube
(51) umfasst, die den Hauptschrauben naheliegend angeordnet
ist und die das Material in eine Richtung entgegengesetzt zu derjenigen
treibt, die von den Hauptschrauben verursacht wird.
- (9) Vorrichtung gemäß einem
der obigen (5) bis (8), bei der der Reaktor ferner Mittel (4)
zum Tragen von Mikroorganismen umfasst.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine Ausführungsform
der Vorrichtung zum Erzeugen des verarbeiteten organischen Produkts
gemäß der vorliegenden
Erfindung in einer vertikalen Schnittansicht.
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2 ist der Schnitt entlang
der Linie A-A von 1.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform der
Vorrichtung zum Erzeugen des verarbeiteten organischen Produkts
gemäß der vorliegenden
Erfindung in einer vertikalen Schnittansicht.
-
4 ist der Schnitt entlang
der Linie B-B von 3.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform der
Vorrichtung zum Erzeugen des verarbeiteten organischen Produkts
gemäß der vorliegenden
Erfindung in einer vertikalen Schnittansicht.
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6 ist der Schnitt entlang
der Linie C-C von 5.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird das Rohmaterial für
die Reaktion unter denen ausgewählt,
die eine faserige organische Substanz, insbesondere eine bioabbaubare
faserige organische Substanz enthalten. Als die faserige organische
Substanz können
organische faserige Materialien, beispielsweise faserige Materialien
mit hohem Molekulargewicht, wie beispielsweise Zellulose und dergleichen,
und aromatische hochpolymere Substanzen, wie beispielsweise Lignin
und dergleichen, aufgezählt
werden. Für
die Quelle dieser organischen Substanzen können beispielhaft Pflanzengewebe,
wie beispielsweise Stängel,
Blätter,
Zweige, Wurzeln, Hülsen
und Schalen; Lebensmittelrückstände, wie beispielsweise
Lebensmittelreste und Reste von Mahlzeiten; und organische industrielle
Abfälle,
wie beispielsweise Holzspäne,
Rübenpulpe,
verbrauchte Essstäbchen
aus Holz, und verbrauchte Papierprodukte angeführt werden. Sie können als
solche oder nachdem sie in eine geeignete Größe geschnitten wurden, benutzt
werden. Diejenigen, die mit pathogenen oder virulenten Mikroben
oder mit schädlichen Insekten
verunreinigt sind, können
als solche ohne Vorbehandlung verarbeitet werden. Neben diesen, eine
faserige organische Substanz enthaltenen Rohmaterialien, können organische
Materialien, die keine faserige Substanz enthalten, und anorganische Materialien
ebenfalls als das Rohmaterial für
die Reaktion verwendet werden.
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Der
Reaktor zum Durchführen
der Bioreaktion für
das Rohmaterial kann von einer beliebigen Art sein, solange wie
er ermöglicht,
eine Reaktionskammer intern zu installieren, wobei einer bevorzugt
wird, bei der die Reaktionskammer als ein in einer geneigten oder
horizontalen Lage angeordneter Zylinder aufgebaut ist. Der Reaktor
wird mit einer Rohmaterialzufuhröffnung,
einer Ausgangsöffnung
für ein
verarbeitetes Produkt und einer Gasentladeöffnung, Abflussöffnungen
usw. versehen. Die Rohmaterialzufuhröffnung und die Gasentladeöffnung sind
an oberen Abschnitten des Reaktors angeordnet, und die Auslassöffnung für das verarbeitete
Produkt ist angeordnet, um mit dem Lieferbereich von den Hauptschrauben
zu kommunizieren, während
die Abflussöffnungen
an unteren Abschnitten des Reaktors angeordnet sind. Bei allen diesen
Belade- und Entladelementen werden Mittel zur Übertragung und Steuerung, wie
beispielsweise eine Fördereinrichtung,
eine Pumpe, Ventile, Verschlüssen
usw. adaptiv in Übereinstimmung
mit jeder zu transferierenden spezifischen Substanz aufgenommen.
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Es
ist günstig,
den Reaktor über
dessen innere Wandfläche
mit (einer) strukturellen Installationen) einer Substanz auszurüsten, die
leere Stellen zum Tragen von Mikroorganismen aufweist(en). Für die Substanz
mit leeren Stellen kann die Verwendung eines porösen Körpers, wie beispielsweise Keramik, günstig sein,
während
verbundene Textilmaterialien und aufgestapelte Netze ebenfalls nützlich sein
können.
Deren Hohlraum- oder Porengröße kann
2 bis 10 mm betragen, wobei kommunizierende Poren bevorzugt sind.
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Der
Reaktor kann günstigerweise
mit einem Rührmittel
und einem Heizmittel zum Ermöglichen der
biologischen oder biochemischen Reaktion ausgestattet sein, wobei
eine Solarbatterie und das in dem Reaktor erzeugte Gas für die Energiequelle
verwendet werden kann. Das in dem Reaktor erzeugte Gas wird über die
Gasentladeöffnung
entfernt und kann durch Verbrennung zum Heizen und zur Gasleistungserzeugung
benutzt werden, nachdem es einer Entfernung vergaster Komponenten,
wie beispielsweise riechende Komponenten, und Schwefelwasserstoff
etc. in einer Gasreinigungseinheit und der Wiederherstellung von
nicht brennbarem Kohlenstoffdioxid als ein verflüssigtes Produkt oder als Trockeneis
unterworfen wurde, um sich mit den Hochenergiekomponenten, wie beispielsweise
Methan und Wasserstoff anzureichern. Außerdem kann der Reaktor vorzugsweise
ebenfalls mit einer Kulturmedium-Zufuhreinheit ausgestattet sein,
um eine wirksame biologische oder biochemische Reaktion zu fördern.
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Innerhalb
des Reaktors wird eine Mehrzahl von Hauptschrauben nebeneinander
angeordnet, so dass die Umfangsränder
der Schraubengewinde von benachbarten Hauptschrauben einander gegenüberstehen,
und um jeweils tätig
zu sein, das faserige Material mit einer voneinander unterschiedlichen
Geschwindigkeit zu treiben. Obwohl das Reaktionsgemisch durch die
Hauptschrauben entweder im Wesentlichen in die gleiche Richtung
oder in umgekehrter Richtung zueinander getrieben werden kann, kann
es bevorzugt sein, in die Richtung zu der Auslassöffnung des
verarbeiteten Produkts hin getrieben zu werden. Obwohl derartige
Hauptschrauben bei jeder angepassten Position innerhalb der Reaktionskammer
angeordnet sein können,
ist es günstig,
sie entlang der unteren Innenfläche
einer schräg
oder horizontal angeordneten Reaktionskammer anzuordnen. In dem
Fall einer schiefen Anordnung wird das Reaktionsgemisch schief zu
einer oberen Stelle der Reaktionskammer getrieben, bei der die Auslassöffnung für das verarbeitete
Produkt angeordnet sein kann, um dadurch die Reaktion durchzuführen, während das
zu verarbeitende Material zusammengekratzt wird, das dazu neigt,
sich an dem Boden der Kammer zu sedimentieren, um an die faserigen
Substanzen in dem Rohmaterial eine Trennungswirkung und eine Zerkleinerungswirkung
zu übertragen,
um ein getrenntes und zerkleinertes verarbeitetes Produkt über die
Auslassöffnung
zu erhalten. Wenn die Reaktionskammer mit einer geringfügigen Neigung oder
in horizontaler Stellung angeordnet ist, kann schwerlich eine spontane
Konvektion des Reaktionsgemisches verursacht werden, und folglich
ist es günstig,
die Reaktionskammer an einem Abschnitt benachbart der Hauptschrauben,
vorzugsweise zwischen den Hauptschrauben, mit einer oder mehreren Hilfsschrauben
zu versehen, die arbeiten, um das Reaktionsgemisch von der Auslassöffnung für das verarbeitete
Produkt weg zu treiben, um eine zwangsläufige Konvektion zu verursachen.
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Wenn
zwei benachbarte Hauptschrauben, die mit Schraubengewinden eines
Gegen-Helokoids zueinander versehen sind, benutzt werden und in umgekehrter
Drehrichtung miteinander gedreht werden, werden die Abschnitte des
Reaktionsgemisches zwischen den Schraubengewinden dieser Schrauben
in die gleiche Richtung zueinander getrieben. Durch passendes Auswählen der
Konfigurationen und der Steigungen der Schraubengewinde und/oder der
Umdrehungsraten der Schrauben, kann die Geschwindigkeit des Treibens
des Reaktionsgemisches frei eingestellt werden, wodurch das axiale
Reißen, Zerkleinern
und Rühren
des zu verarbeitenden Materials durch einen einfachen Mechanismus
günstig
gesteuert werden kann. Für
die Hauptschrauben können
diejenigen, die in einer Form aufgebaut sind, bei der viele, jeweils
mit Rillen versehene Kegelzahnräder übereinander
gestellt sind, ebenfalls benutzt werden, nicht nur diejenigen, bei
denen ein kontinuierliches einzelnes helixförmiges Schraubengewinde (Rippe)
bereitgestellt wird. Durch Installieren eines Drehrührmittels,
das beispielsweise aus kombinierenden Stirnradgetrieben unter den
Hauptschrauben zusammengesetzt ist, kann die Reaktion verwirklicht werden,
ohne durch sedimentierten Feststoff behindert zu werden. In dem
Fall, bei dem die Schraubengewinde benachbarter Hauptschrauben den
gleichen helixförmigen
Gang aufweisen und in umgekehrter Richtung zueinander gedreht werden,
wird das Reaktionsgemisch lokal in jede Bewegungsrichtung jeder Hauptschraube
getrieben, obwohl sie als Ganzes zu der Richtung hin getrieben wird,
in die die überwiegende
Menge des Reaktionsgemisches getrieben wird. Wenn eine oder mehrere
Hilfsschrauben, die arbeiten, um das Reaktionsgemisch in die zu
der von den Hauptschrauben verursachten entgegengesetzten Richtung
zu treiben, zwischen den Hauptschrauben angeordnet sind, können alle
sedimentierenden Feststoffe in dem Reaktionsgemisch wirksam in Konvektion
gebracht werden.
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Wenn
zusammenarbeitende Schrauben, die arbeiten, um das Reaktionsgemisch
in die Richtung zu treiben, die derjenigen der Hauptschrauben entgegengesetzt
ist, benachbart dem Lieferende der Hauptschrauben angeordnet sind,
und die Auslassöffnung
des verarbeiteten Produkts an einem Abschnitt angeordnet ist, bei
dem das Reaktionsgemisch sowohl durch die Hauptschrauben als auch
die zusammenarbeitenden Schrauben hinausgeführt wird, wird es möglich gemacht,
die biologische Reaktion durchzuführen, während die in dem Reaktionsgemisch
in einer hochdichten Population enthaltenen Mikroorganismen beibehalten
werden, indem sie in die Reaktionskammer herausgebracht werden und das
Reaktionsgemisch einer zusammendrückenden Aktion durch diese
entgegengesetzten Schrauben zu unterziehen, wodurch das verarbeitete
Produkt mittels der Auslassöffnung
in Form einer komprimierten festen Masse herausgenommen werden kann.
Es wird bevorzugt, in der Auslassöffnung des verarbeiteten Produkts
einen Abschnitt für
die Entwässerung des
verarbeiteten Produkts zu installieren, wodurch das verarbeitete
Produkt in Form von entwässertem Feststoff
entfernt werden können.
Bei dem Entwässerungsabschnitt
kann eine Einheit, bei der ein Schneckenförderer und eine Schneideeinrichtung
in Kombination installiert sind, günstigerweise benutzt werden.
Wenn eine Trocknereinrichtung zum Trocknen des entwässerten
Produkts installiert ist, kann ein festes verarbeitetes organisches
Produkt in einem trockenen Zustand erhalten werden. Als Heizquelle
für die
Trocknereuinrichtung kann das von dem Reaktor erzeugte Gas benutzt
werden.
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Beim
Erzeugen des verarbeiteten Produkts der organischen Substanz durch
die oben angegebene Vorrichtung wird das die organische faserige
Substanz enthaltene Rohmaterial zu dem Reaktor mittels der Rohmaterialzufuhröffnung geliefert,
während
dahin zur gleichen Zeit, falls notwendig, ein geeignetes Kulturmedium
geliefert wird, woraufhin die biologische oder biochemische Reaktion
bewirkt wird, während
die Hauptschrauben betrieben werden und während das Reaktionsgemisch
durch das Heizmittel erwärmt
wird. Hier kann die biologische oder biochemische Reaktion entweder
einer aerobe oder anaerobe sein, wobei der Vorzug im Allgemeinen
der anaeroben Reaktion einer fakultativen oder strengen Art mit Blick
auf die Fähigkeit
gegeben wird, dadurch ein nützliches
verarbeitetes organisches Produkt durch Digestieren von faserigen
Substanzen enthaltenen organischen Stoffen zu erhalten. In der Reaktionskammer
steigt die biologische Digestion faseriger Substanzen einschließlich Zellulose
etc. aufgrund der Änderung
des Kulturaspekts von Mikroben in dem Reaktionsgemisch in einer
Hungerkultur abhängig
von der Abnahme in den ohne weiteres digestierbaren nutritiven Komponenten
in dem Reaktionsmedium an. Eine aerobe Reaktion kann dadurch günstig sein,
da die Vorrichtung in einer kleinen Größe ausgestaltet werden kann,
während
eine große
Menge von Kohlenstoffdioxidgas während
des Verbrauchs des organischen Rohmaterials entwickelt wird. Während die
bei der biologischen oder biochemischen Reaktion teilnehmenden Mikroorganismen
spontan im Anschluss an die Reaktion proliferieren können, können sie
aus anderen Reaktionssystemen oder aus dem ersten Magen und dem
unteren Digestionstrakt von Rindern oder Schafen gesammelt und an den Reaktor
zusammen mit dem Kulturmedium geliefert werden, um die Reaktion
durchzuführen.
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Bei
der biologischen oder biochemischen Reaktion in dem Reaktor wird
das Rohmaterial in dem Reaktionsliquor (Kulturmedium) getränkt, und der
Feststoff einschließlich
der organischen faserigen Substanzen wird dem Trennen und Zerkleinern zusammen
mit dem Rühren
durch die Hauptschrauben unterworfen, um das Mischen mit den lebenden Mikroorganismen
in dem Reaktionsliquor zu bewirken, um damit die Reaktion zu veranlassen.
Die Mehrzahl der benachbart miteinander angeordneten Hauptschrauben
arbeiten, um das die faserige Substanz enthaltene Reaktionsgemisch
mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten anzutreiben, wodurch diese
Schrauben tätig
sind, um das Trennen und Schneiden des Materials zu bewirken, da
ihre Schraubengewinde in einer gegenüberstehenden Beziehung zueinander
angeordnet sind. Hier ist die treibende Geschwindigkeit für jede der
Hauptschrauben unterschiedlich, wodurch die in dem Reaktionsgemisch
enthaltenen faserigen Substanzen Aktionen durch Axial- und Drehkräfte unterworfen
und mit gleichzeitiger Wirkung des axialen Trennens und Schneidens
locker gemacht werden.
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Die
dem Trennen und Schneiden unterworfenen faserigen Substanzen werden
innerhalb des Reaktionsgemisches schwebend suspendiert und einer biologischen
Digestion unterzogen. Das durch die Hauptschrauben herausgeführte verarbeitete
Produkt wird durch die Auslassöffnung
für das
verarbeitete Produkt abgeführt,
während
es dem Trennen und Schneiden durch die gegenüberstehenden Schraubengewinden
der benachbarten Hauptschrauben unterworfen wird, die sich gegensinnig
zueinander drehen. Wenn die zusammenarbeitenden Schrauben, die das
Reaktionsgemisch in der zu der von der Hauptschraube verursachten
umgekehrten Richtung hinausführen,
benachbart dem Lieferende der Hauptschrauben angeordnet sind, werden
die Abschnitte des zwischen den Schraubengewinden der Hauptschrauben
und dem zusammenarbeitenden Schrauben geführten Reaktionsgemisches aufeinander
gedrückt,
um eine zusammendrückende Wirkung
an der gedrückten
Masse herbeizuführen, um
darin enthaltenes Wasser auszustoßen, um dadurch ein Entwässern der
Masse zu erzielen, wodurch das verarbeitete Produkt in einem komprimierten
entwässerten
festen Zustand abgeführt
wird. Der Zuwachsanteil des Reaktionsliquor in dem Reaktor wird über die
Auslassöffnung
des verarbeiteten Produkts und über
(eine) Abflussöffnungen)
abgeführt, aus
dem Bakterienzellen, Zellproteine, Stoffwechselprodukte usw. beispielsweise
durch Zentrifugierung getrennt und als verarbeitete organische Produkte
für industrielle
Rohmaterialien, Lebensmittelkomponenten, Komponenten von medizinischen
Produkten, Futterrohmaterialien usw. verwendet werden.
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Die
Biota in dem Reaktor kann sich in Übereinstimmung mit jedem spezifischen
Parameter, wie beispielsweise geliefertem Rohmaterial, Kulturmedium
und Reaktionszustand, verändern,
während
die Biota im Allgemeinen mit der Vorherrschaft von Protozoonen,
Zellulose-zersetzenden Bakterien, Methanbakterien, Eubakterien,
Hefen, Pilzen usw. festgelegt werden kann. Das organische Rohmaterial wird
durch diese Mikroben einer Biolyse unterworfen, wodurch pathogene
Mikroben und schädliche
Insekten, die in dem organischen Rohmaterial enthalten sind, von
diesen Mikroben digestiert und harmlos gemacht werden.
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Das
aus einer derartigen biologischen Reaktion resultierende verarbeitete
Produkt ist eine feste Masse, die organische Materialien niedrigen
Molekulargewichts enthält,
die durch die Zersetzung von Zuckern, Lipiden, Proteinen usw. gebildet
werden, die in den organischen Substanzen in dem Rohmaterial, Bakterienzellen
und Stoffwechselprodukten sowie auch in den Zersetzungsprodukten
der locker gemachten und zerkleinerten faserigen Substanzen, wie
beispielsweise Lignin und Zellulose, enthalten sind. Das verarbeitete
organische Produkt enthält
somit organische Substanzen, deren Nährmittelgleichgewicht zur Ernährung von
Menschen, Tieren und Bodenmikroben zusammen mit einem Gehalt von Hydrolysaten
aus Polysacchariden, wie beispielsweise Zellulose etc., überdurchschnittlich
ist und weist bessere wasserrückhaltende
und luftdurchlassende Charakteristika auf.
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Das
verarbeitete organische Produkt kann somit als industrielle Rohmaterialien,
Lebensmittelkomponenten, Komponenten von medizinischen Produkten
und Futterrohmaterialien dienen, und außerdem zum Verbessern von Böden bei
beispielsweise einem überschwemmten
Agrarland mit verlorenem Ackerboden, einem Wüste werdenden Land, einem durch
Salzschäden
beschädigtes
Land und anderen verwendet werden.
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Das
von dem Reaktor abgeführte
behandelte Produkt kann als solches, nachdem es entwässert, sterilisiert
und durch Trocknen in getrocknete Form gebracht wurde, für derartige
verarbeitete organische Produkte verwendet werden. Die eine große Menge von
faserigen Substanzen, wie beispielsweise Lignin und Zellulose, enthaltenen
verarbeiteten organischen Produkte können weiter, falls notwendig,
behandelt werden, indem darin Regenwürmer oder Bodenmikroben, wie
beispielsweise Wurzelzonenbakterien, gezüchtet werden, oder Düngemittel
oder Kulturboden dazu gemischt werden, um ein besseres Gleichgewicht
des Boden-Biota zu erzielen, um verarbeitete organische Produkte
zu erstellen, die zur Bodenverbesserung angepasst sind.
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Wie
es oben beschrieben ist, liefert die vorliegende Erfindung einen
Reaktor, der mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Hauptschrauben
ausgestattet ist, so dass sich die Umfangsränder der Schraubengewinde benachbarter Schrauben
einander gegenüberstehen
und jeweils tätig
sind, das Reaktionsgemisch mit einer voneinander unterschiedlichen
Geschwindigkeit zu treiben, zu dem ein eine faserige organische
Substanz enthaltenes Rohmaterial geliefert und einer biologischen oder
biochemischen Reaktion unter den Aktionen der Schrauben unterworfen
wird, um die Gewebe der faserigen organischen Substanz zu zerdrücken, so dass
es möglich
gemacht wird, ein lange faserige Substanzen enthaltenes Rohmaterial,
wie beispielsweise Körper
von Pflanzen, an den Reaktor als solches ohne irgendeinen vorläufigen Verarbeitungsvorgang
zu liefern und darin ein Lockermachen, axiales Trennen und Schneiden
der faserigen Substanzen in kurze Fragmente zu bewirken, um dadurch
das Rohmaterial wirksamen physikalisch-chemischen und biologischen
oder biochemischen Reaktionen zu unterwerfen, wodurch schädliche Mikroben
entfernt werden, und verarbeitete organische Produkte, die organische
Substanzen enthalten, die in der Ernährungsbilanz höherwertig
sind, um beispielsweise als industrielle Rohmaterialien, Lebensmittelkomponenten, Komponenten
für medizinische
Produkte, Futterrohmaterialien und Rohmaterialien für Boden
verbessernde Mittel zu dienen und die große Fähigkeiten zum Zurückhalten
von Wasser und zum Durchlassen von Gasen aufweisen, erzeugt werden.
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BESTE AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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Nachstehend
werden Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen beschrieben.
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Bei
der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform
umfasst der Reaktor 1 einen zylinderförmigen Reaktorkörper 1a,
der mit einer Neigung um einen Neigungswinkel von 30° bis 60° angeordnet
ist, der intern eine Reaktionskammer 2 aufweist, um darin
eine biologische Reaktion unter anaeroben Zustand zu bewirken, und
mit einem Deckel 1b versehen ist, der durch ein Befestigungsmittel 1c befestigt ist.
Die Reaktionskammer 2 ist intern über den das Reaktionsgemisch 3 kontaktierten
Bereich, durch eine aus einer Keramik hergestellten porösen Auskleidung 4 ausgekleidet.
Die poröse
Auskleidung 4 umfasst kommunizierende Poren von Größen in dem Bereich
von 2 bis 10 mm. Eine aus einem elektrischen Heizdraht gebildete
Heizeinrichtung 5 ist an dem äußeren Umfang des Reaktorkörpers 1a angeordnet.
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In
dem Reaktor 1 sind zwei Hauptschrauben 6 und 7 parallel
entlang der geneigten unteren Wand 1d auf eine solche Art
und Weise angeordnet, dass jede Schraube an ihrem unteren Teil in
dem Reaktionsgemisch 3 getränkt wird. Diese Hauptschrauben 6 und 7 sind
jeweils mit einem helixförmigen
Schraubengewinde 6a oder 7a eines gegen-helixförmigen Ganges
zueinander auf eine solche Art und Weise ausgebildet, dass die Umfangsränder der
Schraubengewinde 6 und 7 einander gegenüberstehen.
Die helixförmige
Steigung der Schraube 7a wird zweimal so groß wie diejenige
der Schraube 6a eingestellt.
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An
einem dem Lieferende der Hauptschrauben benachbarten Abschnitt,
d. h. an der oberen Seite der Schraubenwelle 13 oder 14 jeder
Hauptschraube 6 oder 7, wird eine zusammenarbeitende Schraube 8 oder 9 bereitgestellt,
deren Schraubengewinde 8a oder 9a einen helixförmigen Gang
in umgekehrter Richtung zu derjenigen der entsprechende Hauptschraube
aufweist. Jede Welle 13 oder 14 der Hauptschraube 6 oder 7 ist
an ihrem unteren Ende mit einem Getrieberad 11 oder 12 versehen,
das Zähne 11a oder 12a aufweist,
die parallel zu der Welle 13 bzw. 14 geschnitten
sind. Diese zusammenarbeitenden Schrauben sind an den Wellen 13 bzw. 14 angeordnet,
um in Opposition zueinander zu stehen. Das untere Ende jeder Welle 13 oder 14 wird
auf einem Lager 15 oder 16 getragen. Das obere
Teil jeder der Wellen 13 und 14 ragt über dem
Deckel 1b heraus, wobei sie durch ein Lager 17 oder 18 läuft und
mit einem Getrieberad 19 oder 20 versehen ist.
Das obere Ende der Schraubenwelle 13 ist mit einem Elektromotor 21 verbunden.
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Die
Hauptschrauben 6 und 7 und die zusammenarbeitenden
Schrauben 8 und 9 werden jeweils drehbar gehalten
und nebeneinander in einer solchen Beziehung angeordnet, dass jede
Schraube 6 oder 8 in Opposition zu jeder Gegenschraube 7 oder 9 an
einem Abstand dazwischen steht, und die Hauptschraube 6 oder 7 an
einem bestimmten Abstand von der zusammenarbeitenden Schraube 8 oder 9 gehalten
wird. Obwohl die Getrieberäder 11 und 12 bei
dieser Ausführungsform
ausgestaltet sind, um in ihren Durchmessern, Anzahl von Zähnen und den
Positionen unterschiedlich zu sein, können sie ausgestaltet sein,
um in dem Durchmesser, der Anzahl von Zähnen oder Position gleich zu
sein, d. h. in der gleichen Ebene angeordnet zu sein, um als ein Mittel
zum Rühren
und Zerdrücken
zu dienen. Das Getrieberad 19 ist mit dem Getrieberad 20 mit
einem Getriebeverhältnis
von 2 : 3 in Eingriff, um in umgekehrter Richtung zueinander mit
einem Umdrehungsverhältnis
von 3 : 2 durch den Elektromotor 21 gedreht zu werden.
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Ein
Rohmaterialzufuhröffnung 22 und
eine Kulturmedium-Zufuhröffnung 23 sind
an der geneigten oberen Wand 1e des Reaktors 1 angeordnet.
Bei der Rohmaterialzufuhröffnung 22 ist
ein von einem Elektromotor 21a angetriebener Schneckenförderer 24 installiert,
um das die faserige organische Substanz enthaltene Rohmaterial 26 von
einem Fülltrichter 25 in
das Reaktionsgemisch 3 in der Reaktionskammer 2 zu
führen.
Bei der Kulturmedium-Zufuhröffnung 23 ist
ein Magnetventil 27 vorgesehen, das dazu dient, die Zufuhr
eines Kulturmediums 29 von dem Kulturmediumbehälter 28 zu
der Reaktionskammer 2 zu steuern.
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Eine
Ausgangsöffnung
für das
verarbeitete Produkt 31 ist an einem oberen Abschnitt der
geneigten unteren Wand 1d des Reaktors 1 vorgesehen,
um den Lieferenden der Hauptschrauben 6 und 7 und der
zusammenarbeitenden Schrauben 8 und 9 gegenüberzustehen.
An dem unteren Ende der Ausgangsöffnung
für das
verarbeitete Produkt 31 ist ein Entwässerungsmittel 35 mit
einer Schraube 32, einer Schneidevorrichtung 33 und
einer perforierten Platte 34 angeordnet. Abflussleitungen 36 und 37 sind
mit dem Reaktor 1 bzw. mit dem Entwässerungsabschnitt 35 an
einem unteren Abschnitt desselben angeordnet.
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Benachbart
zu dem Entwässerungsmittel 35 ist
eine Trocknereinrichtung 38 vorgesehen, in die ein heißer Strahl
von einem Wärmeofen 39 geblasen wird,
um das Trocknen und die Sterilisation des festen verarbeiteten Produkts 40 zu bewirken.
Ein Auslass des verarbeiteten Produkts 41 und eine Gasentladungsleitung 42 werden
bereitgestellt.
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Eine
Gasentnahmeleitung 43 ist mit dem Reaktor 1 an
seinem oberen Abschnitt verbunden, die das in der Reaktionskammer
gebildete Gas zu einem Gasspeicherbehälter 46 über einen
Gasströmungsregler 44 und
eine Gasreinigungseinheit 45 und von dort zu dem Wärmeofen 39 führt.
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Eine
Solarbatterie 47 dient zum Laden einer Speicherbatterie 49 über einen
Laderegler 48, der elektrische Ströme an die Heizeinrichtung 5,
an die Elektromotoren 21, 21a, 21b und
an das Magnetventil 27 liefert.
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Zum
Erzeugen des verarbeiteten organischen Produkts mittels der oben
angegebenen Vorrichtung wird das eine faserige organische Substanz enthaltene
Rohmaterial, das in den Fülltrichter 25 eingeführt wurde,
an die Reaktionskammer 2 des Reaktors 1 über die
Rohmaterialzufuhröffnung 22 mittels
des Schneckenförderers 24 geliefert.
Das Kulturmedium 29 wird, falls notwendig, zusammen mit
einem hinzugefügten
Mikroorganismus zu der Reaktionskammer 2 über die
Kulturmedium-Zufuhröffnung 23 durch
Betätigen
des Magnetventils 27 geliefert. Die Zufuhrvorgänge können entweder
kontinuierlich oder intermittierend durchgeführt werden. Die Erwärmung des
Reaktors 1 wird durch Betätigen der Heizeinrichtung 5 durch
die Speicherbatterie 49 bewirkt. Die biologische Reaktion
wird unter einem aeroben oder einem fakultativen oder streng anaeroben
Zustand durch Betreiben der Hauptschrauben 6 und 7 und
durch Betätigen
des Motors 21 bewirkt.
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Durch
Betätigen
des Motors 21 wird die Welle 13 gedreht, und dieses
Drehmoment wird über
die Getrieberäder 19 und 20 an
die Welle 14 übertragen, wodurch
die Wellen 13 und 14 in umgekehrter Richtung zueinander
mit einem Umdrehungsverhältnis von
3 : 2 gedreht werden. Da die Hauptschrauben 6 und 7 mit
den helixförmigen
Schraubengewinden 6a und 7a umgekehrter Gängen zueinander
ausgestattet sind, wird das Reaktionsgemisch 3 von der
Hauptschraube 6 in die durch den Pfeil 'a' gezeigte
Richtung und von der Hauptschraube 7 in die durch den Pfeil 'b' gezeigte Richtung geführt, während dadurch bewirkt
wird, dass das Reaktionsgemisch 3 bei der Rotation der
Hauptschrauben gerührt
wird. Aufgrund der Differenz in der Konfiguration, in der Umdrehungsrate
und in der Steigung des Schraubengewindes zwischen den Hauptschrauben 6 und 7 tritt
eine entsprechende Differenz in der Bewegungsgeschwindigkeit des
geführten
Reaktionsgemisches zwischen ihnen auf.
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Andererseits
führen
die zusammenarbeitenden Schrauben 8 und 9 das
Reaktionsgemisch 3 in die durch die Pfeile 'c' und 'd' angegebenen
Richtungen aufgrund ihrer helixförmigen
Schraubengewinde 8a und 9a jeweils in der Umdrehungsrichtung,
die derjenigen der entsprechenden Hauptschraube 6 oder 7 umgekehrt
ist.
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Die
Getrieberäder 11 und 12 werden
außerdem
jeweils mit Zähnen 11a oder 12a ausgestattet, die
radial hervorstehen und sich jeweils parallel zu der Welle 13 bzw. 14 erstrecken,
so dass das Reaktionsgemisch 3 gezwungen wird, in die Reaktionskammer 2 durch
die Rotationen dieser Zähne
zu fließen,
um um Schraubenwellen 13 und 14 wirbelnde Wirbel
zu bilden, um dessen Rühren
zu bewirken, während
dadurch den in dem Reaktionsgemisch enthaltenen Feststoffen, insbesondere den
faserigen organischen Substanzen, beim Laufen durch den Zwischenraum
zwischen diesen Getrieberädern 11 und 12 eine
Schleifwirkung übertragen
wird. Durch diese Aktion wird jeder auf dem Boden der Reaktionskammer 2 sedimentierende
Feststoff hochgeworfen, mit den resultierenden Wirkungen eines teilweisen
Trennens und Zerkleinerns desselben.
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Wenn
das Reaktionsgemisch durch die Rotation der Hauptschrauben 6 und 7 geführt wird,
werden die faserigen Substanzen bewegt, während sie an den Schraubengewinden 6a und 7a verwirbelt werden.
Aufgrund des Unterschieds in der Führungsgeschwindigkeit zwischen
diesen Hauptschrauben werden die faserigen Substanzen einem Trennen
unterworfen. In dem Zwischenraum zwischen den gegenüberstehenden
Schraubengewinden 6a und 7a wird an die faserigen
Substanzen eine Zerkleinerungsaktion aufgrund einer dort herbeigeführten Schleifwirkung
zusätzlich
zu dem Trennen übertragen.
Auf diese Art und Weise kann ein Lockermachen der faserigen Substanzen
mit deren gleichzeitigem Zerkleinern in kurze Fragmente verursacht
werden. Eine derartige Tendenz wird durch den Unterschied in der
Führungsgeschwindigkeit
herbeigeführt,
der entweder lediglich durch die Wirkung der unterschiedlichen Gewindesteigung
oder nur durch die unterschiedliche Umdrehungsrate verursacht werden
kann, während
diese Tendenz durch die Kombination derartiger Effekte verstärkt werden kann.
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Ein
Teil der fragmentierten Feststoffe einschließlich der durch die Hauptschrauben 6 und 7 gebildeten
faserigen Substanzen wird in dem Reaktionsgemisch 3 durch
die Durchmischungsaktion der Hauptschrauben 6 und 7 verteilt
und durch die biologische oder biochemische Reaktion digestiert.
Die von den Hauptschrauben 6 und 7 nach oben geführten faserigen
Substanzen werden dann gezwungen, sich durch die Aktion der zusammenarbeitenden Schrauben 8 und 9 zurück nach
unten zu bewegen, wie es durch die Pfeile 'c' und 'd' angegeben ist, und erneut in dem Reaktionsgemisch 3 dispergiert,
wodurch sie erneut der biologischen oder biochemischen Reaktion
unterworfen werden.
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Durch
Durchführen
der biologischen oder biochemischen Reaktion in der oben beschriebenen Art
und Weise wird die faserige Substanz einer Teildigestion durch beispielsweise
Zellulose-zersetzende Bakterien, Protozoone und Eumyziten unterworfen,
während
andere organische Substanzen durch andere Bakterien ebenfalls zersetzt
werden usw. In dem Reaktionsgemisch werden die Mikroorganismen einschließlich Protozoone,
Bakterien und Hefen mit hohen Dichten proliferieren, wodurch schädliche Organismen,
wie beispielsweise virulente Bakterien und schädliche Insekten, aufgenommen
werden, um das Produkt unschädlich
zu machen, während
Pflanzengewebe durch herbivore Protozoone digestiert werden, wodurch
die resultierende Metaboliten der Mikroorganismen etc. als nützliche
Bestandteile akkumulieren werden, wodurch verarbeitete organische Produkte
erzeugt werden können,
die hohe Fähigkeiten
zum Zurückhalten
von Wasser und zum Durchlassen von Gasen aufweisen.
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Ein
Teil der Festkörper
in der Masse des von den Hauptschrauben 6 und 7 hoch
geführten
Reaktiongemisches wird einer Druckwirkung bei der Kollision gegen
die Masse des durch die zusammenarbeitenden Schrauben 8 und 9 hinunter
geführten
Reaktionsgemisches unterworfen, wodurch ein Entwässerungseffekt hervorgerufen
wird und das verarbeitete Produkt, das durch die Auslassöffnung des
verarbeiteten Produkts 31 herausgenommen wird, in eine komprimierte
und entwässerte
Masse gebracht werden kann. Der überschüssige Teil
des Reaktionsgemisches wird durch Überlauf ebenfalls mittels der Auslassöffnung des
verarbeiteten Produkts 31 entfernt. Die in der Produktauslassöffnung 31 in
festen und flüssigen
Formen gesammelten verarbeiteten Produkte werden dann einer Entwässerung
in dem Entwässerungsabschnitt 35 unterzogen.
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Bei
dem Entwässerungsabschnitt 35 werden Feststoffe
durch die Rotation der Schraube 32 zusammengepresst und
entwässert.
Der dadurch getrennte flüssige
Teil wird über
die Abflussleitung 37 als ein verarbeitetes flüssiges Produkt
abgeführt,
aus dem Bakterienzellen, Bakterienzellenprotein und Metaboliten
durch ein Trennungsmittel, wie beispielsweise eine Zentrifuge etc.,
als nützliche
organische verarbeitete Produkte wiedergewonnen werden. Die gepresste
und entwässerte
feste Masse von der Schraube 32 wird in eine Trocknereinrichtung 38 eingeführt, nachdem
sie durch die Schneidevorrichtung 33 unter Extrusion durch
die Poren der perforierten Platte 34 in kleine Stücke geschnitten
wird.
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Das
in der Reaktionskammer 2 erzeugte Gas, das reich an Methan,
Wasserstoffgas und Kohlenstoffdioxidgas ist, wird über die
Gasentnahmeleitung 43 unter Steuerung des Drucks durch
den Gasströmungsregler 44 in
dem Gasspeicherbehälter 46 gesammelt,
nachdem es von Verunreinigungen durch die Gasreinigungseinheit 45 befreit
wurde. Das in dem Gasspeicherbehälter 46 gespeicherte
Gas wird zu dem Wärmeofen 39 gesendet,
um es darin zu verbrennen, aus dem das resultierende heiße Verbrennungsgas
in die Trocknereinrichtung 38 eingeführt wird, um die Trocknung
und die Sterilisierung des darin akkumulierten festen verarbeiteten
Produkts 40 zu bewirken. Das von der Trocknereinrichtung über die
Gasentladeleitung 42 abgeführte verbrauchte Gas kann ebenfalls
zum Heizen des Reaktors 1 benutzt werden.
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Die
resultierende getrocknete feste Masse des verarbeiteten Produkts 40 wird über die
Produktöffnung 41 als
das feste verarbeitete organische Produkt herausgenommen, das beispielsweise
als die industriellen Rohmaterialien, Lebensmittelkomponenten, medizinische
Komponenten, Futterrohmaterialien und Rohmaterialien für Bodenaufbereitungsmittel
verwendet werden kann. In dem Fall des Verwendens des festen verarbeiteten
organischen Produkts als ein Rohmaterial für ein Bodenaufbereitungsmittel
kann es ferner verarbeitet werden, indem darin Regenwürmer oder
Bodenmikroben, wie beispielsweise Wurzelzonenbakterien, in einem
zusätzlichen
Verfahrensschritt gezüchtet
werden, um das Endprodukt zu erzeugen.
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Die
in der Reaktionskammer 2 installierte poröse Auskleidung 4 dient
zum Tragen der an der biologischen Reaktion teilnehmenden Mikroorganismen und
offenbaren eine Funktion zum Wiederauffüllen des Reaktionsgemisches
mit den Zellen von Mikroorganismen, die in den Poren und Vertiefungen
in der porösen
Auskleidung zurückbehalten
werden, um die biologische Reaktion zu unterstützen, wenn die Zellenpopulation
der Mikroorganismen in dem Reaktionsgemisch verringert wird. Sie
kann ferner zum Präservieren
der Mikroorganismen dienen, indem sie in den Poren zurückbehalten
werden, um ein mögliches Abfließen aus
dem Reaktionsgemisch zur Reparatur des Reaktors 1 oder
dergleichen vorzubereiten, um zu ermöglichen, die biologische Reaktion
durch Züchten
der darin gehaltenen Mikroorganismen wiederherzustellen.
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Durch
Installieren des zylindrischen Reaktors 1, der Hauptschrauben 6 und 7 in
einer oben beschriebenen geneigten Position aufweist, kann das Führen und
Rühren
des Reaktionsgemisches in der Reaktionskammer 2 auf eine
wirksame Art und Weise, ohne irgendeine Akkumulierung von Feststoff
in der Reaktionskammer 2 zu verursachen, zusammen mit einem
gleichzeitigen Erzielen einer einfachen Entfernung des verarbeiteten
organischen Produkts verwirklicht werden. Wenn die Einstellung der
Körnergröße des verarbeiteten
festen Produkts aufzunehmen ist, kann ein Mittel zum Bewirken der
Klassifizierung oder des Siebens, wie beispielsweise ein Sieb oder
dergleichen, an einem oberen Abschnitt der Ausgangsöffnung des
verarbeiteten Produkts angeordnet sein.
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Zum
Erwärmen
des Reaktors 1 kann das in der Reaktionskammer 2 erzeugte
Gas als die Hauptwärmequelle
benutzt werden. Die Konstruktionen der Haupt- und zusammenarbeitenden
Schrauben 6, 7, 8 und 9 können in
die anderer Ausgestaltungen als die in den Figuren gezeigten geändert werden,
wie beispielsweise in ein spiralförmiges Kegelradgetriebe mit
einem Aufbau, bei dem verschiedene spiralförmige Kegelgetrieberäder übereinander
gebracht werden, eine Puddel-Schraube und eine Schraube mit Klingen.
Weitere Mittel, wie beispielsweise die Mittel zum Zuführen des
Rohmaterials und zum Entwässern
des verarbeiteten Produkts, sowie auch Variationen in dem Aufbau
können
ebenfalls zulässig
sein.
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Durch
die Vorrichtung und das Verfahren zum Erzeugen eines verarbeiteten
organischen Produkts, die oben beschrieben sind, wird eine biologische
oder biochemische Reaktion in einem Reaktor durchgeführt, der
darin mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Hauptschrauben
versehen ist, um den Umfangsrändern
der Schraubengewinde benachbarter Hauptschrauben einander gegenüberzustehen
und um jeweils tätig
zu sein, das Reaktionsgemisch in im Wesentlichen die gleiche Richtung
mit einer voneinander unterschiedlichen Geschwindigkeit zu treiben,
indem ein eine faserige organische Substanz enthaltenes Rohmaterial
an den Reaktor geliefert und die biologische oder biochemische Reaktion
bewirkt wird, während
die faserige organische Substanz einem Trennen und Zerkleinern durch
die Hauptschrauben unterzogen wird, wodurch die in dem Rohmaterial
enthaltene faserige organische Substanz locker gemacht und einem
axialen Trennen und Zerkleinern in kurze Fragmente unterworfen werden
kann, womit ermöglicht
wird, die Vorrichtung mit Rohmaterialien, die längere faserige organische Substanzen,
wie beispielsweise Pflanzenkörper,
enthalten, direkt als solche zu beliefern, um eine physikalisch-chemische
und biologische oder biochemische Reaktion durchzuführen, während schädliche Mikroben
eliminiert werden, und um ein verarbeitetes organisches Produkt,
das ein überdurchschnittliches
Nahrungsmittelgleichgewicht aufweisende organische Stoffe enthält, zur
Verwendung beispielsweise als Rohmaterialien für industrielle Produkte, Lebensmittelkomponenten,
Rohmaterialien für
Futter und Bodenaufbereitungsmittel und das hohe Leistungen bei
der Wasserzurückhaltung
und der Gasdurchlässigkeit
aufweist, zu erzeugen.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform der
Vorrichtung zum Erzeugen eines verarbeiteten organischen Produkts
gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem vertikalen Schnitt. 4 ist eine vertikale Schnittansicht der
in 3 gezeigten Vorrichtung
entlang der Linie B-B. Bei diesen Figuren stellen die gleichen Ziffern
wie diejenigen von 1 und 2 die gleichen oder entsprechenden
Teile und Elemente dar.
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Während die
in den 3 und 4 gezeigte Vorrichtung einen
Aufbau aufweist, der nahezu der gleiche wie der in den 1 und 2 gezeigte ist, übertragen jede der Hauptschrauben 6 und 7 an
das Reaktionsgemisch eine Kraft, die tätig ist, das Reaktionsgemisch
in die umgekehrte Richtung zueinander zu treiben (in die durch den
Pfeil 'a' oder 'e' angegebene Richtung), da sie Schraubengewinde
des gleichen helixförmigen
Gangs aufweisen. Bei der oben angegebenen Vorrichtung wird das Reaktionsgemisch
im Wesentlichen in die durch den Pfeil 'a' angegebene
Richtung aufgrund des Unterschieds in der Umdrehungsrate und in
der helixförmigen
Steigung getrieben. Eine Hilfsschraube 51 ist zusätzlich zwischen
den beiden Hauptschrauben 6 und 7 parallel dazu
installiert, um tätig
zu sein, das Reaktionsgemisch in die zu der von den Hauptschrauben 6 umgekehrten
Richtung weiterzuleiten. Die Hilfsschraube 51 umfasst ein
helixförmiges
Schraubengewinde, das sich in der gleichen Richtung wie das der
Hauptschraube 6 dreht und in der umgekehrten Richtung zu
derjenigen der Schraubenwelle 13 durch die Getriebeverbindung
eines an dem Ende der Welle 52 der Hilfsschraube angeordneten
Getrieberades 53 unter Eingriff mit einem an der Welle 13 angeordneten
Getrieberad 54 gedreht wird. Die Wellen 13 und 14 sind
jeweils mit einem Getrieberad 55 oder 56 versehen,
das parallel zu dem Getrieberad 11 bzw. 12 angeordnet
ist, wobei eine Lücke
dazwischen gelassen wird. Eine Kohlenstoffdioxid-Verflüssigungseinheit 57 ist
mit dem Gasspeicherbehälter 46 direkt oder
nach Laufen durch einen Gasleistungsgenerator 60 verbunden
und kommuniziert mit einer Trockeneis-Erzeugungseinheit 58, um das
verflüssigte Kohlenstoffdioxid
dahin zu liefern. Die Abflüsse 36 und 37 öffnen sich
in einen Kompostbehälter 59,
in dem ein Kultivierungsboden, der lebende Organismen, wie beispielsweise
Regenwürmer,
Mikroben, Pflanzen etc. enthält,
enthalten ist.
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Bei
der oben beschriebenen Vorrichtung wird ein verarbeitetes organisches
Produkt auf eine ähnliche
Art und Weise wie bei der in den 1 und 2 gezeigten Vorrichtung erzeugt,
während
das Reaktionsgemisch nun durch die Hilfsschraube 51 in
die umgekehrte Richtung (in die gleiche, wie die durch den Pfeil 'c' angegebenen Richtung) zu derjenigen
der Hauptschraube 6 getrieben wird. Durch diese Aktion werden
die auf der unteren Fläche
der Reaktionskammer 2 sedimentierten schweren Bestandteile
in dem Reaktionsgemisch nach unten zu dem Boden der Reaktionskammer
getrieben und hier der Rühraktion
durch die sich drehenden Getrieberäder 11, 12, 55 und 56 unterworfen
und in den Funktionsbereich der Hauptschrauben hinaufgeworfen, um
der Aktion des Zerkleinerns unter Konvektion unterzogen zu werden.
Somit können
sogar vorhandene große oder
schwere Feststoffe desintegriert und zirkuliert werden. Das die
Gasreinigungseinheit 45 verlassene Gas wird direkt oder
nach dem Laufen durch den Gasleistungsgenerator 60 zu dem
Gasspeicherbehälter 46 gesendet,
bevor darin enthaltenes Kohlenstoffdioxidgas in der Kohlenstoffdioxid-Verflüssigungseinheit 57 verflüssigt wird.
Das verflüssigte Kohlenstoffdioxid
wird zum Erzeugen von Trockeneis in der Trockeneis-Erzeugungseinheit 58 verwendet. Das
resultierende Trockeneis wird beispielsweise zum Zerstören von
bakteriellen Zellen, die als eines der verarbeiteten organischen
Produkte erhalten wurden, und für
die Asepsis des festen Produktes benutzt. Ein Teil des in der Reaktionskammer
erzeugten Gases wird an den Gasleistungsgenerator 60 gesendet,
um es zum Erzeugen von elektrischer Energie zu verwenden, die in
der Speicherbatterie 49 gespeichert und als die Leistungsquelle für die Elektromotoren 21, 21a und 21b und
für andereverwendet
wird. Die von dem Leistungsgenerator verbrauchte Wärme kann
zum Erwärmen
des Reaktors 1 benutzt werden. Die von den Abflüssen 36 und 37 erhaltenen
flüssigen
verarbeiteten Produkte werden zu dem Kompostbehälter 59 geliefert,
wo sie zum Kultivieren von Bodenorganismen, wie beispielsweise Regenwürmer etc.,
Mikroorganismen, Pflanzen usw. in einem Kultivierungsboden benutzt
werden, der beispielsweise aus porösen keramischen Substanzen
etc. zusammengesetzt ist. Der proliferierte Regenwurm, die Mikroorganismen,
Pflanzen usw. werden anteilmäßig von
dem Kultivierungsboden gesammelt, indem von dem Unterschied im spezifischen
Gewicht, dem Volumen oder so weiter Gebrauch gemacht wird, und werden
zum Erstellen von Futter etc. benutzt. Ein Teil der getrennten Pflanzen
können
erneut als Rohmaterialien verwendet werden.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform der
Vorrichtung zum Erzeugen des verarbeiteten organischen Produkts
gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem vertikalen Schnitt. 6 ist eine Schnittansicht der in 5 gezeigten Vorrichtung entlang
der Linie C-C.
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Während die
in den 5 und 6 gezeigte Vorrichtung auf ähnliche
Weise wie die in den 3 und 4 gezeigte Vorrichtung aufgebaut
ist, unterscheidet sie sich davon in dem Punkt, dass der Reaktor 1 und
somit die Schrauben 6, 7, 8, 9 und 51 etc.
in einer horizontalen Stellung angeordnet sind, in dem Punkt, dass
die Hauptschraube 7 in einem helixförmigen, zu demjenigen der Hauptschraube 6 umgekehrten Gang
angeordnet ist, und in dem Punkt, dass das helixförmige Schraubengewinde 6a der
Hauptschraube mit durch eingeschnittene Vertiefungen 6b ausgebildete
Hakenteile 6c versehen ist, um ein Einfangen der faserigen
Substanzen zu ermöglichen.
Die Anordnungen von Bestandteilelementen des Reaktors 1 sind
fast die gleichen wie diejenigen bei der Vorrichtung von 3 und 4. Die Auslassöffnung des verarbeiteten Produkts 31 wird
auf einem Pegel angeordnet, der ermöglicht, den Flüssigkeitspegel
des Reaktionsgemisches 3 an einer vorbestimmten Position
zu halten, und öffnet
sich in die Reaktionskammer 2 an der Seitenwand an einer
Position zwischen den Hauptschrauben 6, 7 und
den zusammenarbeitenden Schrauben 8, 9, während dessen
andere Ende mit der Trocknereinheit 38 kommuniziert, wobei
die Entwässerungsmittel 35 nicht
gezeigt sind.
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Die
Erzeugung des verarbeiteten organischen Produkts mittels der obigen
Vorrichtung wird auf die gleiche Art und Weise wie bei der Vorrichtung von 3 und 4 ausgeführt. Gemäß dieser Ausführungsform
ist die Unterstützung
des Reaktors 1 aufgrund dessen horizontaler Anordnung einfach,
was ermöglicht,
die Vorrichtung in einer kleineren Größe auszugestalten, während eine
Reaktionsleistung beibehalten wird, die mit derjenigen der Vorrichtung
von 3 und 4 vergleichbar ist.