DE3023012A1

DE3023012A1 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von heizwaerme unter ausnutzung der mikrobiellen zersetzung von oragnischen substanzen

Info

Publication number: DE3023012A1
Application number: DE19803023012
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: STOTZ KLAUS DIETER; STOTZ LUTZ PETER
Current assignee: STOTZ KLAUS DIETER; STOTZ LUTZ PETER
Priority date: 1980-06-20
Filing date: 1980-06-20
Publication date: 1982-01-21
Also published as: DE3023012C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Heizwärme unter
Ausnutzung der mikrobiellen Zersetzung von organischen Sllbstanzen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Heizwärme unter Ausnutzung der mikrobiellen Zersetzung von organischen Substanzen, wobei die Substanzen in Reaktionsräumen durch Beeinflussung der Paktoren Feuchtigkeit, Sauerstoff und Temperatur aktiviert werden und die Heizenergie übertragen wird.
Die sinnvolle Verwertung von organischen Abfällen :st für die Erhaltung des natürlichen Stoffkreislaufes besoiiders wünschenswert. Die zunehmende Spezialisierung der landwirtschaftlichen Betriebe hat nicht nur in Deutschland, sondern weltweit die anfallenden Ernterückstände zu einem immer größer werdenden Problem werden lassen. Da meist die landwirtschaftlichen Betriebe einseitig auf Ackerbau oder Viehzucht ausgerichtet sind, können die in den Betrieben anfallenden Ernterückstände im eigenen Betrieb nicht mehr sinnvoll verwertet werden. Bei den organischen Abfällen sind hier insbesondere Getreide- oder Mais stroh, Traubentrester, Reisspelzen und in den tropischen Gebieten zum Beispiel Kakao- und Kaffeeschalen zu nennen. Diese hier ohne eine Wertung aufgezählten Substanzen werden heute häufig einfach verbrannt, ohne daß dort die Abwärme gewonnen wird.
Es ist bekannt, daß bei der mikrobiellen Lebenstätigkeit von Eleinstlebewesen während der Umsetzung von verwertbarer organischer Substanz Überschußwärme entstehen kann, wenn genügend Nährstoff und Sauerstoff in dem organischen Material vorhanden sind. Besonders wertvoll ist dabei, daß nur ein Teil der organischen Substanz, nämlich die leichter zersetzlichen Stoffe abgebaut werden und somit der größte Teil der organischen Masse erhalten bleibt. Ebenfalls wird durch die Lebenstätigkeit der Mikroorganismen in nennenswerten Mengen wertvolles Körperprotein gebildet, das bei einer späteren Rückführung der organischen Substanz in den Naturkreislauf zu einer Steigerung der Bodenfruchtbarkeit führt. Die Erhaltung des Großteils der organischen Substanz macht die Gewinnung der Abwärme bei Rottevorgängen nicht nur im Sinne der Erhaltung des natürlichen Stoffkreislaufes interessant, sondern bietet darEberhinaus noch den wirtschaftlichen Aspekt, daß diese abgerotteten Materialien als Alternativprodukte zu bisher bekannten Bodenverbessjrungsmitteln, wie z. B. Torfprodukten noch mit einem wirtschaftlichen Gewinn vermarktet werden können.
Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist es nachteilig, daß die Abwärme solcher Rottereaktionen nicht sinnvoll genutzt werden kann, weil ein geeigneter Verbraucher nicht in die Nähe des Wårmeerzeugungsortes gebracht werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, das bzw. die eine wirtschaftlich sinnvolle Ausnutzung der Abwärme von Rotteprozessen ermöglicht und hierbei die Wärme ohne große teitungsverluste zu einem Bedarfsort, d. h. einem Verbraucher, abgeleitet werden kann.
Diese Aufgabe wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß eine solche Menge an organischen Substanzen verwendet wird, daß eine optimale Stoffwechseltätigkeit der Bakterien gewährleistet ist, auch wenn der Spitzenbedarf an Warme entzogen wird, während bei geringerem oder fehlendem Warmeentzug sich die Substanzen in mehr oder weniger inaktivem Zustand befinden.
Ein vorteilhafter Verfahrensschritt besteht darin, daß die organischen Substanzen nach dem Ablauf der exothermen Abbaureaktionen durch neue eventuell schon in Rotte befindliche Substanzen ersetzt werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die aufbereiteten organischen Substanzen in geschlossene Behälter abgefüllt zur Belieferung mit Heizwärme von bestehenden Heizungsanlagen verwendet werden.
Als organische rottefähige Materialien kommen alle landwirtschaftlichen Ernterückstände und auch Müll in Frage. Bevorzugt lassen sich jedoch speziell aufbereitete organische Abfälle einsetzen, die durch Hinzufügen von Wasser, Nährstoffen und rottefördernden Substanzen quantitativ und qualitativ in ihrem Rotteverhalten zu beeinflussen sind und eine hohe Ausnutzung der Abwärme ermöglichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den wesentlichen Vorteil, daß es erstmals möglich ist, in wirtschaftlicher Form die bei der Verrottung entstehende Wärme technisch sinnvoll auszunutzen und hierbei die eingesetzten organischen Substanzen als Bodenverbesserungsmittel erhalten werden.
Eine vorteilhafte Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens besteht darin, daß ein die organischen Substanzen enthaltender Behälter vorgesehen ist, der auswechselbar bzw. transportabel ist und mit dem zu heizenden Gegenstand in unmittelbarem oder mittelbarem Kontakt steht, wobei an dem Behälter Belüftungseinrichtungen vorgesehen sind.
Vorteilhaft geht man so vor, daß der Behälter im Aufbau und den äußeren Abmessungen in etwa einem Seefrachtcontainer entspricht.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Leitungen des Behälters mit schnell trennbaren und anschließbaren Kupplungen versehen sind.
Vorteilhaft ist die Behälterwand isoliert.
Weiterhin wird vorgeschlagen, daß innerhalb der organischen Substanzen Umwälzeinrichtungen, wie Schnecken oder Kratzböden vorgesehen sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß innerhalb des Behälters Wärmetauscher vorgesehen sind, die mit den Substanzen in Bertihrung stehen.
Es wird weiterhin vorgeschlagen, daß die Prozeßluft umgewälzt und über innen- oder außenliegende Wårmetauscher leitbar ist.
Schließlich besteht eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung darin, daß die organischen Substanzen in aufbereiteter Form lose oder in luftdurchlässigen, verrottungsfesten Säcken in dem Behälter eingefüllt sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich vorteilhaft zum Abrotten und Hygienisieren organischer Substanzen verwenden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den wesentlichen Vorteil, daß das Behältnis mit dem verrottenden Material am Ort des Wårmeverbrauches an ein bestehendes Heizungssystem angeschlossen werden kann oder die wärme direkt auf den zu erwärmenden Körper übertragen wird. Man kann vor Abschluß des Rotteprozesses bereits einen aktivierten Ersatzbehälter bereitstellen, so daß die Wårmelieferung kontinuierlich fortgesetzt werden kann.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen, Figur 1 zwei nebeneinander angeordnete mit verrottbaren Substanzen gefüllte Behälter zum Beheizen von mit Erde gefüllten Pflanzschalen, Figur 2 einen Querschnitt durch einen geschlossenen Behalter in Form eines Seecontainers, Figur 3 einen Schnitt nach der Linie A-A in Figur 2, Figur 4 eine vergrößerte Darstellung mit der Anordnung eines umlaufenden Kratzbodens und Figur 5 eine vergrößerte Darstellung der Belüftungseinrichtung des Behälters nach den Figuren 2 und 3.
Wird ein Stapel optimal aufbereiteter organischer Substanz in einen geschlossenen Raum so zur aeroben Verrottung gebracht, daß Sauerstoff und Feuchtigkeit im Optimum vorhanden sind, so steigt die Temperatur im Prozeß über den Optimalwert auf eine Maximaltemperatur, bei der die Mikroben in einen inaktiven Zustand übergehen (versporen). Im Versuch ist dieser Zustand dadurch feststellbar, daß sowohl die Prozeßtemperatur, als auch der C02-Gehalt der Prozeßluft deutlich langsamer ansteigen bzw. zum Stillstand kommen.
Entnimmt man dem Prozeß keine Wärme, so kommt die Wärmeerzeugung oberhalb einer Maximaltemperatur zum Erliegen. Der Behälter stellt dann einen Wärmespeicher dar. In einem gut isolierten Reaktor bzw. Behälter bleibt die Temperatur dann längere Zeit auf der Maximaltemperatur. Sinkt die Temperatur im Rottestapel, z. B. durch Entnahme durch die Heizung, so werden die inaktiven Mikroben (Sporen) reaktiviert und erreichen nach wenigen Stunden ihr Leistungsoptimum im Bereich der Optimaltemperatur.
Die Masse des Rottestapels muß dabei so groß sein, daß bei der Maximaltemperatur die gespeicherte Energie genügt, auch den Spitzenbedarf durch die Heizungsanlage so zu befriedigen, daß die Minimaltemperatur der thermophilen Bakterien nicht unterschritten wird.
Dieses vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ist gemäß Figur 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel verwirklicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwei aus einzelnen Platten zusammengesetzte Behälter 1 nebeneinander angeordnet, wobei sich im Inneren dieses Behälters 1 die organischen Substanzen 2 befinden, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Säcken 3 verpackt sind, wobei diese Säcke luftdurchlässig sind und aus nichtverrottbarem Material bestehen. Zur Gewährleistung einer Belüftung dieser Substanzen 2 befindet sich im unteren Bereich des Behälters 1 ein Siebboden 4 und unterhalb dieses Siebbodens 4 ein Luftschacht 5. Auf den Behälter 1 ist oben eine Pflanzschale 6 aufgesetzt, die mit einer Erdfüllung 7 versehen ist. In dieser Pflanzschale 6 befinden sich Belüftungsschlitze 8.
Das zersetzliche organische Material wird vorteilhaft auf eine gleichmäßige Ueilchenlänge von kleiner 10 mm zerkleinert und in die Säcke 3 eingefüllt. Durch Tauchen in eine Lösung mit rottefördernden Substanzen und Nährstoffen werden diese Säcke mit einer derartigen Konzentration an notwendigen Zusatzstoffen versehen, daß sofort nach dem Einbringen der Säcke in den Behälter 1 die exotherme Abbaureaktion einsetzt.
Die Prozeßluft wird durch die Erde 7 nach außen abgeleitet, wobei eventuell auftretende Gerüche oder schädliche Bestandteile der Prozeßluft mit Hilfe dieser Erde 7 ausgefiltert werden. Durch Aneinanderfügen mehrerer derartiger Bahälter 1 läßt sich auf vielfältige Weise eine Anpassung des Heizsystems an die verschiedensten Gegebenheiten ermöglichen.
Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2 bis 5 handelt es sich um einen transportablen Behälter, der die Abmessungen eines herkömmlichen Seefrachtcontainers aufweisen soll. Damit wird der Transport und das Auswechseln erleichtert. Dieser geschlossene Behälter 9 besitzt eine rundum verlaufende wärmeisolierte Wandung 11, wobei an einer Stirnseite eine Tür 10 zum Befüllen und Entleeren vorgesehen ist. Die organischen Substanzen 2 sind lose in den Behälter 9 eingefüllt, wobei sich in dem Behälter 9 unten ein Siebboden 9 befindet, der als Belüftungseinrichtung einen unterhalb angeordneten Belüftungsschacht 13 abdeckt. Dieser Belüftungsschacht 13 ist über ein gelochtes Zuluftrohr 14 mit Anschlußstück 15 mit schnell trennbarer Kupplung versehen.
Zur iWårmeübertragung befindet sich bei diesem Ausführungsbeispiel im Inneren des Behälters 9 ein aus einzelnen Platten zusammengesetzter Wärmetauscher 16, wobei das Medium des fårmetauschers 16 über einen Heizungsvorlauf 17 und einen Heizungsrücklauf 18 unter Verwendung von Schnellkupplungen an das Heizungssystem anschließbar ist. Die Abluft kann über einen Anschluß 19 aus dem Behälter 9 nach außen geführt werden. Die zum Anschluß der verschiedenen Leitungen notwendigen Schnellkupplungen sind mit dem Bezugszeichen 20 versehen.
Zum Umschichten der organischen Substanzen 2 befindet sich im Inneren des Behälters 9 ein über Umlenkrollen 21 geführtes Band 22, vorteilhaft ein Kettenband, an dem in bestimmten Abständen über die Breite des Behälters 9 reichende Mitnehmer 23 vorgesehen sind. Anstelle dieser Kratzböden 22, 23 können auch, beispielsweise bei einer anderen Ausgestaltwar des Behälters, Schnecken verwendet werden. Für den lransnort sind oben am Behälter 9 Transporthaken 24 vorgesehen.
Der zweckmäßigerweise nach außen hin mit einem isolierenden Kunststoffschaum vollständig gegenüber Wårmeabstrahlung isolierte Behälter 9 besitzt sämtliche Anschlußleitungen auf der Außenseite, so daß der Behälter während der Heieriode schnell von dem zu beheizenden Objekt bzw. dessen Hlizlffleislauf getrennt werden kann. Der Boden des Behälters 9 ist zweckmäßigerweise nach einer Seite geneigt, so daß eventuell auftretende Sickersäfte aufgefangen und an der Oberseite des zu verrottenden Materials wieder aufgegeben werden können.
Die Substanzen 2 werden mit Nährstoffen und rottefördernden Substanzen versehen, wobei die Befüllung des Behälters auch mit bereits in Rotte befindlichem Material erfolgen kann.
Dadurch kann die Zeitspanne bis zur Wiederverwendung des Behalters verkürzt werden, da dem Material sofort die Warme entzogen werden kann. Der Behälter läßt sich mit normalen Lastkraftwagen befördern, die durch geeignete Absetzvorrichtungen direkt an der gewünschten Stelle abgeladen werden können. Der Behälter 9 läßt sich für private und gewerblich genutzte Gebäude in Wärmeversorgungssysteme einbauen. Nach dem Abklingen der exothermen Rottereaktion wird der Behälter 9 von dem Heizungssystem abgetrennt und bei Bedarf gegen einen neuen Behälter 9 ausgetauscht. Das Transportfahrzeug, das einen neuen Behälter 9 bringt, kann dann gleich den verbrauchten Behälter wieder zur Befüllstelle mitnehmen.
Da nach dem Abklingen der exothermen Rottereaktion der Behälter immer noch eine beträchtliche Wärmemenge speichert, kann durch Absaugen der warmen Prozeßluft aus dem Behälter die restliche Warme aus dem Behälter gewonnen werden und das Material dabei gleichzeitig getrocknet werden. Das abgetrocknete Material ist dann noch als hochwertiges Bodenverbesserungsmittel verwendbar.
Der geschlossene Behälter 1, 9 kann auch zur Gewinnung von Gasen benutzt werden, da er nahezu gasdicht verschlossen werden kann. Bei der aeroben Verrottung entsteht im Überschuß Kohlendioxid. Durch Steuerung der Luftzufulir kann der Anteil des Kohlendioxidgehaltes in der Abluft erhöht werden. Diese Abluft kann dann zur Begasung verwender werden. Durch weitere Verminderung der Zuluft bzw. des Sauerstoffgehaltes im Rottebehälter kann die aerobe Verrottung so weit beeinflußt werden, daß anaerobe Verrottungsprozesse entstehen. Bei diesen Vorgängen werden dann Faulgase gebildet, die brennbare Gase, z. B. Methan, enthalten. Durch Ableiten der Abgase ist es möglich, die mit Methan angereicherten Gase einer geeigneten Verbrennungsanlage zuzuführen. Der erfindungsgemäß beschriebene Behälter kann daher sowohl zur aeroben Verrottung, als auch zur anaeroben Verrottung von organischen Abfällen eingesetzt werden.
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Claims

Patentansprüche J 1) Verfahren zum Erzeugen von Heizwärme unter Ausnutzung der mikrobiellen Zersetzung von organischen Substanzen, wobei die Substanzen in Reaktionsräumen durch Beeinflussung der Faktoren Feuchtigkeit, Sauerstoff und Temperatur aktiviert werden und die Heizenergie übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine solche Menge an organischen Substanzen verwendet wird, daß eine optimale Stoffwechseltätigkeit der Bakterien gewährleistet ist, auch wenn der Spitzenbedarf an Wärme entzogen wird, während bei geringerem oder fehlendem Wärmeentzug sich die Substanzen in mehr oder weniger inaktivem Zustand befinden.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Substanzen nach dem Ablauf der exothermen Abbaureaktionen durch neue eventuell schon in Rotte befindliche Substanzen ersetzt werden.
3) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufbereiteten organischen Substanzen in geschlossene Behälter abgefüllt zur Belieferung mit Heizwärme von bestehenden Heizungsanlagen verwendet werden.
4) Vorrichtung zum Durchführen des Verfalrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein die organischen Substanzen (2) enthaltender Behälter (1, 9) vorgesehen ist, der auswechselbar bzw. transportabel ist und mit dem zu heizenden Gegenstand (6, 16) in unmittelbarem oder mittelbarem Kontakt steht, wobei an dem Behälter (1, 9) Belfiftungseinrichtungen (5, 13) vorgesehen sind.
5) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (9) im Aufbau und den äußeren Abmessunfflen in etwa einem Seefrachtcontainer entspricht.
6) Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (15, 17, 18, 19) des Behälters (9) mit schnell trennbaren und anschließbaren Kupplungen versehen sind.
7) Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälterwand (1, 11) isoliert ist.
8) Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der organischen Substanzen (2) Umwälzeiurichtungen, wie Schnecken oder Kratzböden (22, 23) vorgesehen sind.
9) Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Behälters (9) wärmetauscher (16) vorgesehen sind, die mit den Substanzen (2) in Berührung stehen.
10) Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßluft umgewälzt und über innen- oder außenliegende Nrärmetauscher (16) leitbar ist.
11) Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Substanzen (2) in aufbereiteter Form lose oder in luftdurchlässigen, verrottungsfesten Säcken (3) in dem Behälter (1, 9) eingefüllt sind.
12) Verwendung der Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 11 zum Abrotten und Hygienisieren organischer Substanzen.