DE19709965C2 - Kompostierungssvorrichtung zum biologischen Abbau organischer Stoffe und ihre Verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kompostierungsvorrichtung zum biologischen Abbau organischer Stoffe in einem geschlossenen Behälter mit Gasumwälzung und ihre Verwendung. Der biologische Abbau kann aerob und/oder anaerob durchgeführt werden. Vorzugsweise handelt es sich um einen Ab­ bau leicht abbaubarer organischer Stoffe bzw. Substanzen. Mit der Vorrichtung können Bioabfälle sowie Abfälle, die organische Stoffe bzw. Sub­ stanzen enthalten, abgebaut bzw. kompostiert werden.

Die Bioabfallkompostierung ist aus ihrer Anfangsphase herausgetreten. Die Fülle der zwischenzeitlich vorliegenden Betriebserfahrungen zeigt eindeutige Verfahren­ strends vor dem Hintergrund der Geruchs- und Keimreduzierung sowie Produktquali­ tätssteuerung. Sie bildet gleichzeitig die Grundlage zum Einstieg in die biologische Restabfallbehandlung. Nachfolgend werden die wesentlichen Verfahrenskriterien herausgestellt, die eine zeitgemäße Anlagenprojektierung hinsichtlich der Rotte­ technik zu erfüllen hat.

Der Verfahrensablauf sollte nach einem ersten Kriterium gewährleisten, daß wäh­ rend der Intensivrotte - ohne Bewegung der Abfälle (wegen ansonsten entstehender Keim- und Geruchsemissionen) - die biologisch leicht abbaubaren Abfallbestandteile abgebaut werden und daß zum Ende der Intensivrotte durch Trocknung infolge Kühlung die Restfeuchte herabgesetzt wird, wobei die biologische Reaktion - zumin­ dest vorübergehend - zum Stillstand gebracht wird, wenn die leicht abbaubare orga­ nische Substanz abgebaut ist. Hierdurch wird das Zwischen- oder Endprodukt hand­ habbar und klassierbar, ohne daß hierbei eine starke Geruchsemission entsteht. Dies ist in der DE 36 37 393 A1 beschrieben.

Nach einem zweiten Kriterium soll gewährleistet sein, daß die Abluftmengen auf ein Minimum reduziert werden, indem durch separaten Umluftbetrieb eines Fermenters das von der Umluft - infolge biologischer Reaktion - aufgenommene Wasser durch Kondensation abgeschieden wird. Hierbei wird die Feuchtigkeit des Rottegutes durch den Zustand der Umluft und die Umluftmenge gesteuert. Weiterhin kann zur Be­ schleunigung des Rotteprozesses und zur weiteren Reduzierung der Abluftmengen reiner Sauerstoff zudosiert und Kohlendioxid abgeschieden werden. Dies ist in der DE 43 34 435 A1 beschrieben.

Gemäß einem dritten Kriterium soll es möglich sein, daß nach einem erfolgten In­ tensivrottevorgang das Kompostgut aus dem Rottebehälter entnommen, nachzer­ kleinert und befeuchtet und anschließend wieder kompostiert wird, wobei sich dieser Vorgang mehrfach wiederholen kann, bis die leicht abbaubare organische Substanz abgebaut ist, der Restwassergehalt ca. 30% beträgt und der diesem Zustand ent­ sprechende Rottegrad erreicht ist. Dies ist in der DE-OS 43 07 430 A1 beschrieben.

Nach einem vierten Kriterium soll gewährleistet sein, daß eine Hygienisierung des Rottegutes erst erfolgt, wenn die Hauptabbauphase zu Ende geht. Hierbei wird vor­ ausgesetzt, daß der Temperaturanstieg im Rottegut kontrolliert - im Umluftbetrieb mit Frischluftzufuhr - zuerst bis ca. 50°C erfolgt und danach erst auf über 60°C gestei­ gert wird, um während einer Zeit von mindestens 3 Tagen konstant zu sein, bis die Auskühlung des Rottegutes eingeleitet wird. Dies ist in der DE-OS 40 21 865 A1 und in der DE 40 21 868 A1 beschrieben.

Aus der DE 41 07 340 A1 ist ein Verfahren zur Kompostierung von Abfällen be­ kannt, bei dem das Rottegut in einen geschlossenen Behälter eingebracht wird und unter Zuführung von Sauerstoff mikrobiell abgebaut wird. Dabei wird dem Rottegut ein Gemisch aus reinem Sauerstoff und Abluft zugeführt. Aus der aus dem Rottegut austretenden Abluft wird das darin befindliche CO₂ und Wasser abgeschieden.

Aus der Literaturstelle ABC Naturwissenschaft und Technik Bd. 1, S. 660, Edition Leipzig, 1980, 13. Aufl., ist es bekannt, daß Kühlfallen dazu geeignet sind, Gase und Dämpfe aus Gasströmen zu entfernen.

Die Literaturstelle S. Ripperger: Mikrofiltration mit Membranen, VCH Weinheim 1992, S. 207-209, S. 229-231, offenbart, daß in der Biotechnologie Membranen zur Luft- bzw. Gasfiltration eingesetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kompostierungsvorrichtung zum biologischen Abbau organischer Stoffe vorzuschlagen, mit der die Geruchsbelastung vermindert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Vorrichtung umfaßt einen geschlossenen Behälter mit einer Einrichtung zur Gasumwälzung, durch die der Gasstrom im Kreislauf geführt wird, eine Umluftlei­ tung und eine Bypass-Leitung zum Abzweigen eines Teilstroms aus dem im Kreis­ lauf geführten Gasstrom, in der mehrere Kühlfallen kaskadenförmig hintereinander­ geschaltet sind. Hinter den Kühlfallen sind Abzweigleitungen vorgesehen, die von der Bypass-Leitung abzweigen und zur Umluftleitung führen. Die erfindungsgemä­ ße Vorrichtung kann in der Weise betrieben werden, daß aus dem im Kreislauf ge­ führten Gasstrom durch kaskadenförmig hintereinander geschaltete Kühlfallen mit unterschiedlichen Kühltemperaturen mikrobielle Stoffwechselprodukte und/oder Mi­ kroben abgeschieden und aus dem Kreislauf entfernt werden. Hierdurch ist es mög­ lich, die Geruchs- und Keimproblematik bei der Kompostierung zu lösen, und zwar dadurch, daß durch kryogene Kühlkaskaden eine fraktionierte Membranausschleu­ sung, Kondensation und/oder Sublimation der mit unterschiedlichen Dampfdrucken freigesetzten biologischen Stoffwechselprodukte und/oder der durch das Kühl- und Spülgas gestrippten organischen Säuren und Estern erfolgt. Diese können dann nicht mehr unkontrolliert in die Atmosphäre gelangen. Der derzeit noch übliche Biofil­ ter kann entfallen.

Da durch die Abscheidung der Stoffwechselprodukte Wasserdampf und Kohlendi­ oxid Raum geschaffen wird für den zum aeroben Stoffwechsel in der Atmungskette erforderlichen gasförmigen Sauerstoff, entsteht bei der Kompostierung keine Abluft mehr. Das Spülgasvolumen bleibt konstant, es ändern sich lediglich die Partialdruc­ ke durch gezielte Veränderung der Spülgaszusammensetzung.

Da durch die Bewegung des Spül- und Kühlgases Mikroorganismen mitgerissen werden, kommt es bei der bisherigen Kompostierung zu unkontrollierter Keimver­ schleppung. Durch die erfindungsgemäße Abscheidung der Dämpfe können auch die Keime aus dem Gasstrom kontrolliert entfernt werden.

Gemäß der Erfindung wird aus dem im Kreislauf geführten Gasstrom bzw. Haupt­ gasstrom über einen Bypass ein Teilstrom abgezweigt und über mehrere Kühlfallen geführt, die kaskadenförmig hintereinandergeschaltet sind. Hinter den Kühlfallen sind Abzweigleitungen vorgesehen, die von der Bypass-Leitung abzweigen und zur Umluftleitung führen.

In den Ansprüchen 2-7 sind vorteilhafte Verwendungsmöglichkeiten der erfin­ dungsgemäßen Kompostierungsvorrichtung beschrieben.

Die Kühltemperaturen bzw. Tiefkühltemperaturen liegen vorzugsweise unter 0°C.

Vorzugsweise findet in den Kühlfallen bzw. Kühlzonen eine gasförmige Abscheidung über Membranen statt. Das Verfahren ist also vorzugsweise dadurch gekennzeich­ net, daß die Kühlfallen bzw. Kühlzonen eine gasförmige Abscheidung über Membra­ nen zulassen.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn stattdessen oder zusätzlich in den jeweiligen Kühlfallen bzw. Kühlzonen eine Flüssigabscheidung stattfindet. Das Verfahren ist also vor­ zugsweise dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Kühlfallen bzw. Kühlzonen eine Flüssigabscheidung ermöglichen.

Stattdessen oder zusätzlich findet in den Kühlfallen bzw. Kühlzonen vorzugsweise eine Abscheidung in fester Phase statt. Die Erfindung ist also vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfallen bzw. Kühlzonen eine Abscheidung in fester Pha­ se ermöglichen.

Vorteilhaft ist es, wenn nach Ausschleusung einer kryogen abgetrennten Gaskom­ ponente Sauerstoff in den im Kreislauf geführten Gasstrom eingeführt wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird der Sauerstoff in Wasser ange­ reichert in den Gasstrom eingeführt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Anlagenschema mit zwei kaskadenförmig hintereinander ge­ schalteten Kühlfallen und

Fig. 2 ein Anlagenschema mit drei kaskadenförmig hintereinander ge­ schalteten Membranfiltern.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung besteht aus einem geschlossenen Behälter ("Rottebox") 1, der einen im Abstand über dem Behälterboden 2 angeordne­ ten Lochboden 3 aufweist, auf dem die zu kompostierenden organischen Stoffe 4 als Schüttung bzw. Haufwerk aufliegen. Über eine Zuluftleitung 5, die durch ein Ventil 6 aufsteuerbar ist, wird zunächst dem unter dem Lochboden 3 befindlichen Raum und dann über die Löcher in dem Lochboden 3 dem Rottegut 4 Frischluft zugeführt. In der Abluftleitung 7 befindet sich ein Gebläse 8, durch das die über dem Rottegut 4 befindliche Abluft abgezogen wird.

Die Abluft kann durch eine Umluftleitung 9, die durch ein Ventil 10 aufsteuerbar ist, im Kreislauf geführt, also umgewälzt werden. Die Umluftleitung 9 mündet in die Zu­ luftleitung 5. Ferner zweigt von der Abluftleitung 7 hinter dem Gebläse 8 eine Bypassleitung 11 ab, die durch ein Ventil 12 aufsteuerbar ist. Durch die Ventile 10, 12 können die Mengen und das Verhältnis der Gasströme in der Umluftleitung 9 und der Bypassleitung 11 eingestellt und gesteuert werden.

In der Bypassleitung 11 sind zwei Kühlfallen 13, 14 kaskadenförmig hintereinander geschaltet. Die Kühlfallen 13, 14 weisen unterschiedliche Kühltemperaturen bzw. Tiefkühltemperaturen auf. In der ersten Kühlfalle 13 wird Wasser abgeschieden, in der zweiten Kühlfalle 14 wird CO₂ abgeschieden. Zwischen den Kühlfallen 13 und 14 ist in der Bypassleitung 11 ein weiteres Gebläse 15 vorhanden. Ferner ist eine Abzweigleitung 16 mit einem weiteren Ventil 17 vorgesehen, die von der Bypassleitung 11 hinter der ersten Kühlfalle 13 und vor dem weiteren Geblä­ se 15 abzweigt und zur Umluftleitung 9 führt.

Die Kühlfallen 13 und 14 bestehen jeweils aus einem Wärmetauscher und einem Abscheider. Das Ende der Bypassleitung 11 mündet in die Umluftleitung 9. Durch die Frischluftleitung 5 kann Frischluft und/oder reiner Sauerstoff zudosiert werden. Es ist ferner möglich, den Sauerstoff in Wasser angereichert in den Gasstrom einzuführen.

Die Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, in der gleiche Teile mit glei­ chen Bezugszeichen versehen sind, so daß sie nicht erneut beschrieben werden müssen. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind bei der Variante nach Fig. 2 anstelle der beiden kaskadenförmig hintereinander geschalteten Kühlfal­ len 13, 14 drei kaskadenförmig hintereinander geschaltete Membranfilter 13', 14', 18 vorgesehen. Im ersten Membranfilter 13' wird Wasser abgeschieden, im zweiten Membramfilter 14' CO₂ und im dritten Membranfilter 18 N₂. Zwischen dem ersten und zweiten Membranfilter ist eine erste durch ein Ventil 17 aufsteuerbare Abzweiglei­ tung 16 vorgesehen, die zur Umluftleitung 9 führt. Zwischen dem zweiten und dritten Membranfilter ist eine zweite Abzweigleitung 16' vorgesehen, die ebenfalls zu der Umluftleitung 9 führt und die durch ein weiteres Ventil 17' aufsteuerbar ist.

Durch die Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum biologischen Abbau organischer Substanz in einem geschlossenen Behälter mit Umluftbetrieb und kryogenem Gasaustausch geschaffen. Aus dem Umluftsystem eines geschlossenen Behälters 1, der auch als "Rottebox" bezeichnet werden kann, oder aus dem Umluft­ system eines größeren geschlossenen Fermentationsraumes wird eine Teilstrom­ menge über ein Bypasssystem geleitet. Hierbei wird die Gasmenge verdichtet und mehrstufig abgekühlt. So können entweder durch Membrantechnik oder durch Tau­ punktunterschreitung Wasser abgeschieden und in den nachfolgenden Kühlstufen entsprechend der jeweiligen Dampfdruckkurve einer Gaskomponente durch Druck­ regelung und/oder Temperaturregelung die Gaskomponente in flüssiger und/oder fester Form abgeschieden und aus dem Kreislauf ausgeschleust werden. Danach wird Sauerstoff in reiner Form, in Mischung mit einem anderen Gas (z. B. Stickstoff) oder in Wasser gelöst in derjenigen Menge zugeführt, wie sie prozeßbedingt - ange­ paßt an die jeweilig dominierende Mikrobenart und Substratverfügbarkeit - benötigt wird.

Claims (7)

1. Kompostierungsvorrichtung zum biologischen Abbau organischer Stoffe
mit einem geschlossenen Behälter (1) mit einer Einrichtung (5, 7, 8) zur Ga­ sumwälzung (5, 7, 8), durch die der Gasstrom im Kreislauf geführt wird,
mit einer Umluftleitung (9),
mit einer Bypass-Leitung (11) zum Abzweigen eines Teilstroms aus dem im Kreislauf geführten Gasstrom, in der mehrere Kühlfallen (13, 14; 13', 14', 18) kaskadenförmig hintereinandergeschaltet sind,
wobei hinter den Kühlfallen (13; 13', 14') Abzweigleitungen (16, 16') vorgese­ hen sind, die von der Bypass-Leitung (11) abzweigen und zur Umluftleitung (9) führen.

2. Verwendung einer Kompostierungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 zur Durchführung eines Verfahrens, bei dem die Kühltemperaturen der Kühlfallen (13, 14; 13', 14', 18) unter 0°C liegen.

3. Verwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kühlfal­ len eine gasförmige Abscheidung über Membranen stattfindet.

4. Verwendung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kühlfallen eine Flüssigabscheidung stattfindet.

5. Verwendung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kühlfallen eine Abscheidung in fester Phase stattfindet.

6. Verwendung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ausschleusung einer kryogen abgetrennten Gaskomponente Sau­ erstoff in den im Kreislauf geführten Gasstrom eingeführt wird.

7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff in Wasser angereichert in den Gasstrom eingeführt wird.