DE4324639A1 - Verfahren zur Stabilisierung von Kompost - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung von Kom­ post. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kompostie­ rung von organischem Material, insbesondere von organisches Ma­ terial enthaltenden Abfällen. Schließlich betrifft die Erfindung auch noch die Verwendung einer Schneckenpresse und/oder einer Kolbenpresse sowie einer Zentrifuge zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens.

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

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

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

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

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

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

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die in den Zellen des Kompostes vorhandene Flüssigkeit freigelegt wird. Zellinhalte können bakteriell nur abgebaut werden, wenn sie - mechanisch oder durch Zelltod - freigelegt sind. Das erfindungs­ gemäße Verfahren hat den Vorteil, daß eine eindeutige Qualitäts­ bestimmung des Produktzustandes möglich ist. Eine Veränderung des Kompostes wird über einen festlegbaren Zeitraum unmöglich. Hierdurch kann beispielsweise auch ein Haltbarkeitsdatum ange­ geben werden.

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

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen be­ schrieben.

Vorzugsweise wird das aus den Zellen des Kompostes freigelegte Zellwasser entfernt. Dieses Zellwasser kann ganz oder zumindest teilweise entfernt werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird der Kompost und damit die darin enthaltenen Zellen einer Druckextraktion un­ terzogen. Durch den Druck bzw. den Druckunterschied werden die Zellen zerstört, so daß die darin vorhandene Flüssigkeit freige­ legt wird. Die Zellzerstörung kann durch Überdruck oder Unter­ druck erfolgen.

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

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

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

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

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

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Kompostierung von organischem Material, insbesondere von organisches Material enthaltenden Abfällen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein derartiges Verfahren zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das orga­ nische Material zunächst kompostiert wird und daß anschließend das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zur Stabilisie­ rung von Kompost durchgeführt wird. Die zunächst erfolgende Kom­ postierung des organischen Materials kann nach an sich bekannten Verfahren durchgeführt werden. Beispielsweise kann das organi­ sche Material bzw. die organisches Material enthaltenden Abfälle in einen geschlossenen Behälter eingebracht werden. Dort kann dieses Rottegut zwangsbelüftet werden. Dies kann so lange gesche­ hen, bis die biologisch leichter abbaubaren Bestandteile abge­ baut sind. Statt dessen kann die Kompostierung aber auch in ei­ nem offenen Behälter erfolgen. Wenn die Kompostierung in einem geschlossenen Behälter erfolgt, kann die anschließende erfin­ dungsgemäße Stabilisierung im selben Behälter stattfinden. Der Kompost muß also vor der Stabilisierung nicht entfernt bzw. umge­ schichtet werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den weiteren Unteransprü­ chen beschrieben.

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

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird das orga­ nische Material vor der Kompostierung zerkleinert. Es wird also eine sogenannte Vorzerkleinerung durchgeführt. Anstelle einer Zerkleinerung kann auch ein sonstiger mechanischer Aufschluß stattfinden.

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

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

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

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

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend erläutert.

Beispiel 1

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

Beispiel 2

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

Claims (14)

1. Verfahren zur Stabilisierung von Kompost, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Zellen des Kompostes vorhandene Flüssigkeit freigelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die freigelegte Flüssigkeit entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompost einer Druckextraktion unterzogen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Zellen des Kompostes vorhan­ dene Flüssigkeit durch einen Druckwechsel, vorzugsweise durch einen plötzlichen Druckwechsel, freigelegt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erforderliche Druck bzw. Druckunter­ schied durch mechanische Preßkraft erzeugt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erforderliche Druck bzw. Druckunter­ schied durch die Entspannung von expandiertem Gas erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erforderliche Druck bzw. Druckunter­ schied durch einen Unterdruck erzeugt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die freigelegte Flüssigkeit durch Ver­ dunstung entfernt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die freigelegte Flüssigkeit durch Zen­ trifugierung entfernt wird.

10. Verfahren zur Kompostierung von organischem Material, ins­ besondere von organisches Material enthaltenden Abfällen, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Material zunächst kompostiert wird und daß anschließend das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Material so lange kompostiert wird, bis die bio­ logisch leichter abbaubaren Bestandteile abgebaut sind.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Material vor der Kompostierung zerklei­ nert wird.

13. Verwendung einer Schneckenpresse und/oder einer Kolbenpres­ se zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12.

14. Verwendung einer Zentrifuge zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12.