DE4021867C2 - Verfahren zur Kompostierung von Abfällen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompostierung von Ab­ fällen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Die das Rotte­ gut bildenden Abfälle werden in einen Behälter eingebracht und unter Luftzuführung mikrobiell abgebaut.

Aus der DE-PS 36 37 393 ist ein Verfahren zur Kompostierung von Abfällen bekannt, bei dem das Rottegut in einen geschlossenen Behälter eingebracht wird und unter Luftzuführung mikrobiell ab­ gebaut wird.

Die DE-PS 38 00 201 offenbart ein Verfahren zur Kompostierung von Abfällen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei dem aus der DE-PS 38 00 201 bekannten Verfahren werden organische Abfäl­ le in einem geschlossenen Behälter unter Zuführung von Belüf­ tungsluft in den Behälter und unter Absaugung von Abluft aus dem Behälter kompostiert. Dabei wird mit einer modulierten Regelung gearbeitet, die - beginnend bei einem vorgegebenen minimalen Luftdurchsatz - den Luftdurchsatz so lange - in gewissen Schalt­ intervallen - steigert, bis der maximale CO₂-Gehalt erreicht ist. Als Sollwert wird der CO₂- bzw. O₂-Meßwert, nämlich der Meß­ wert des CO₂-Gehalts bzw. des O₂-Gehalts, aus dem biologischen Prozeß verwendet. Die Regelung erfolgt modulierend in Anlehnung an den tatsächlichen CO₂- bzw. O₂-Istwert. Hierdurch soll sichergestellt werden, daß nur die für den biologischen Prozeß benötigte Luft eingeblasen wird.

Aus der DE-AS 22 53 009 ist ein Verfahren zum Kompostieren von organischen Abfällen bekannt, wobei die Abfälle einen Belüftungs­ reaktor von oben nach unten kontinuierlich durchlaufen und Luft von der Sohle des Belüftungsreaktors her den Abfällen kontinuier­ lich entgegengeführt wird. Zur Steuerung des Rotteprozesses wird die mit reinem Sauerstoff angereicherte Luft in einer solchen Menge den Abfällen entgegengeführt, daß sich die Zone höchster Temperatur im oberen Drittel und die Zone niedrigster Temperatur an der Sohle, die Zone niedrigsten Sauerstoffgehaltes in der obersten Schicht und die Zone höchsten Sauerstoffgehaltes an der Sohle des Belüftungsreaktors befindet. Zur Steuerung des Rotte­ prozesses können Luftgemischproben aus verschiedenen, vorzugs­ weise drei Zonen des vom Belüftungsreaktor umschlossenen Mate­ rialhaufwerkes entnommen und der O₂-Gehalt oder der CO₂-Gehalt dieser Proben festgestellt werden. Nach der Höhe des festgestell­ ten O₂-Gehaltes oder CO₂-Gehaltes richtet sich dann die Belüf­ tung. Die erwähnten Messungen dienen der Überwachung des Rotte­ prozesses und der Steuerung, also der Erhöhung oder Drosselung, der Luftzufuhr.

Die DE-AS 25 41 070 offenbart ein Verfahren zum kontinuierlichen Kompostieren von organischen Abfällen, die als Haufwerk einen Belüftungsreaktor von oben nach unten durchlaufen, während die gesamte Luft das Haufwerk von der Sohle des Belüftungsreaktors her über den gesamten Querschnitt des Haufwerks fein verteilt im Gegenstrom durchströmt. Die Luft wird in ihrer Menge in Abhängig­ keit des CO₂-Gehaltes der veratmeten Luft mittels eines regelba­ ren Druckgebläses automatisch gesteuert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs angege­ benen Art vorzuschlagen, bei dem in möglichst kurzer Zeit mög­ lichst viele Abfälle abgebaut werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des einzigen Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Die bei der Kompostierung erzeugte CO₂-Menge pro Zeiteinheit ist dabei das Produkt des CO₂-Gehalts mit der Luftmenge pro Zeitein­ heit. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es für eine möglichst schnelle und intensive Durchführung des Kompostierungs­ verfahrens nicht auf die durch den Reaktor geführte Luftmenge pro Zeiteinheit oder den CO₂-Gehalt ankommt, sondern auf die bei der Kompostierung erzeugte CO₂-Menge pro Zeit als dem Produkt von CO₂-Gehalt und Luftmenge pro Zeit. Die bei der Kompostierung erzeugte CO₂-Menge pro Zeiteinheit soll also maximiert werden. Ziel des Verfahrens ist es, eine möglichst große CO₂-Menge pro Zeit zu erzeugen, da dann der Rottevorgang am schnellsten und intensivsten durchgeführt wird. Im Vordergrund steht demnach die bei der Kompostierung erzeugte CO₂-Menge pro Zeiteinheit, die maximiert werden soll. Dementsprechend beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß der gewünschte schnellstmögliche und intensivste, maximale Abbau der Abfälle dann erreicht wird, wenn auch eine maximale CO₂-Menge pro Zeiteinheit erzeugt wird. Eine schnellstmögliche Kompostierung der Abfälle korrespondiert mit einer maximalen erzeugten CO₂-Menge pro Zeiteinheit.

Die pro Zeiteinheit erzeugte CO₂-Menge kann bestimmt werden durch Multiplikation des CO₂-Gehaltes mit der Abluftmenge pro Zeiteinheit, die ihrerseits der Zuluftmenge pro Zeiteinheit ent­ spricht. Die gerätetechnisch am wenigsten aufwendige Meßmethode ist die Methode der CO₂-Messung. Der CO₂-Gehalt kann unmittelbar gemessen werden. Er kann in der Abluft gemessen werden.

Ferner ist es möglich, die pro Zeiteinheit erzeugte CO₂-Menge nicht nur aus dem CO₂-Gehalt und der Luftmenge pro Zeiteinheit zu berechnen. Es können vielmehr noch andere Größen in die Berechnung eingehen, nämlich Druck und Temperatur sowohl der Abluft als auch der Zuluft. Es ist auch möglich, den Sauerstoff­ gehalt der zugeführten Luft anzureichern, was dann ebenfalls bei der Berechnung berücksichtigt werden muß. Wenn der CO₂-Gehalt in Volumenprozent gemessen wird, kann auch noch eine Umrechnung in Gewichtsanteile erforderlich sein. Die entsprechenden Umrech­ nungsformeln sind grundsätzlich bekannt.

Es ist auch möglich, aus der pro Zeiteinheit erzeugten Wärmemen­ ge im Reaktor auf die pro Zeiteinheit erzeugte CO₂-Menge im Reaktor zu schließen. Dementsprechend kann das erfindungsgemäße Verfahren auch in der Weise durchgeführt werden, daß die zuge­ führte Luftmenge pro Zeiteinheit derart eingestellt wird, daß eine maximale Wärmemenge pro Zeiteinheit im Rottegut erzeugt wird. Die pro Zeiteinheit erzeugte Wärmemenge kann aus einer Multiplikation der Temperatur mit der Abluftmenge pro Zeitein­ heit bzw. Zuluftmenge pro Zeiteinheit berechnet werden, wobei zusätzliche Faktoren wie beispielsweise die Wärmekapazität der Luft in die Berechnung mit eingehen. In die Berechnung geht weiterhin die Temperaturdifferenz zwischen Abluft und Zuluft ein. Die Wärmemenge pro Zeiteinheit kann demnach aus der Tem­ peratur der Abluft, der Temperatur der Zuluft und der Abluft­ menge bzw. Zuluftmenge pro Zeiteinheit ermittelt werden. Im stationären Betrieb ist die Abluftmenge pro Zeiteinheit genauso groß wie die Zuluftmenge pro Zeiteinheit.

Die Regelung des Verfahrens kann in der beschriebenen Weise auf die pro Zeiteinheit erzeugte Wärmemenge ausgerichtet werden, also darauf, die gesamte durch den biologischen Abbau entstehen­ de Wärmemenge pro Zeiteinheit zu maximieren. Diese Wärmemenge kann durch die Enthalpiedifferenz zwischen der Abluft und der Zuluft bestimmt werden. Es ist auch möglich, nur auf die im Wasserdampf steckende Energie bzw. Enthalpie abzustellen.

Es ist auch möglich, aus dem im Reaktor pro Zeiteinheit ver­ brauchten Sauerstoff auf die im Reaktor erzeugte CO₂-Menge pro Zeiteinheit zu schließen. Dementsprechend ist es möglich, die zugeführte Luftmenge pro Zeiteinheit derart einzustellen, daß ein maximaler Sauerstoffverbrauch im Rottegut pro Zeiteinheit erzeugt wird. Der Sauerstoffgehalt in der Abluft kann durch eine Sonde direkt gemessen werden. Der Sauerstoffgehalt in der Zuluft kann ebenfalls gemessen werden, oder aber, da Umgebungsluft ver­ wendet wird, als bekannt vorausgesetzt werden. Die pro Zeitein­ heit verbrauchte Sauerstoffmenge wird bestimmt aus einer Multi­ plikation des Sauerstoffgehalts (bzw. der Differenz des Sauer­ stoffgehalts der Abluft mit dem Sauerstoffgehalt der Zuluft) und der Luftmenge pro Zeiteinheit. Ein zusätzlicher Vorteil der Sauerstoffmessung liegt darin, daß anhand der Messung des Sauer­ stoffgehaltes in der Abluft gewährleistet werden kann, daß der Sauerstoffgehalt der Abluft nicht unter denjenigen Grenzwert absinkt, bei dem die aerobe Reaktion in eine anaerobe Reaktion umschlägt. Dieser Sauerstoffgehalt liegt bei 10 bis 17%. Unter 10% liegt Toxizität für alle Organismen vor. Der Grenzwert für den kritischen Sauerstoffgehalt hängt vom CO₂-Gehalt ab, der im Verlauf des Verfahrens ansteigt. Es hat sich gezeigt, daß der Sauerstoffgehalt in der Abluft nicht unter 17% sinken sollte. Dieser Sauerstoffgehalt hat sich als optimal herausgestellt. Möglich sind aber auch niedrigere Sauerstoffgehalte bis herab zu 10%.

Es ist ferner möglich, aus der Gewichtsabnahme des Rotteguts pro Zeiteinheit auf die pro Zeiteinheit erzeugte CO₂-Menge zu schlie­ ßen. Dementsprechend kann die zugeführte Luftmenge derart einge­ stellt werden, daß eine maximale Gewichtsabnahme des Rotteguts pro Zeiteinheit erzeugt wird. Das Gewicht des Rotteguts kann durch in den Behälter eingebaute Meßgeräte direkt gemessen werden.

Es stehen also insgesamt vier verschiedene Meßmethoden zur Ver­ fügung, die auch miteinander kombiniert werden können: CO₂-Mes­ sung, Wärmemengen-Messung, O₂-Messung und Gewichtsmessung.

In der Praxis kann das Verfahren wie folgt durchgeführt werden:

Nach Beendigung der Anfahrphase und zu Beginn der Abbauphase ist der CO₂-Gehalt im Rottebehälter (Reaktor) noch nicht allzuhoch. Bei den bisher bekannten Verfahren hat man während der Abbau­ phase möglichst viel Luft durch den Rottebehälter (Reaktor) ge­ blasen, um die Mikroorganismen, die die Kompostierung bewirken, gut mit Sauerstoff zu versorgen und eine gute Durchlüftung des Reaktors zu gewährleisten. Die damit verbundene Folge eine ver­ hältnismäßig geringen CO₂-Gehalts hat man dabei in Kauf genommen bzw. sogar als wünschenswert angesehen.

Der Reaktor wird zunächst auf Betriebstemperatur hochgefahren, also auf eine Temperatur von 40° bis 50°C. Über einer Tempera­ tur von 50°C sterben schon gewisse Organismen, die die Kompo­ stierung bewirken, ab, so daß diese 50°C nicht überschritten werden sollten.

In der dann anschließenden Phase wird das Verfahren derart durch­ geführt bzw. geregelt, daß eine möglichst große CO₂-Menge pro Zeiteinheit erzeugt wird. Das Verfahren kann in einem geschlos­ senen Behälter durchgeführt werden. Das Rottegut muß nicht umge­ schichtet werden.

Die zugeführte Luftmenge pro Zeiteinheit kann derart eingestellt werden, daß der CO₂-Gehalt ansteigt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren soll die CO₂-Menge pro Zeiteinheit maximiert werden. Ein Weg, um dieses Ziel zu erreichen, kann darin bestehen, einen möglichst hohen CO₂-Gehalt zu erhalten. Hierfür wird eine vor­ übergehende Reduzierung der Luftmenge in Kauf genommen. Es hat sich nämlich gezeigt, daß durch eine nicht allzu große Reduzie­ rung der Luftmenge pro Zeiteinheit ein Anstieg des CO₂-Gehalts erhalten werden kann, der das Absinken der Luftmenge pro Zeit­ einheit überkompensiert. Das Produkt aus CO₂-Gehalt und Luftmen­ ge pro Zeiteinheit, also die CO₂-Menge pro Zeiteinheit, wächst an, wenn die Luftmenge pro Zeiteinheit reduziert wird und hier­ durch der CO₂-Gehalt überproportional ansteigt. Mit anderen Wor­ ten: Obwohl die zugeführte Luftmenge pro Zeiteinheit verkleinert wird, steigt die CO₂-Menge pro Zeiteinheit an, und zwar wegen des überproportionalen Anstieges des CO₂-Gehalts. Die zugeführte Luftmenge pro Zeiteinheit wird also verkleinert, so daß der CO₂-Gehalt in der Abluft ansteigt.

Der CO₂-Gehalt darf allerdings einen bestimmten oberen Grenzwert nicht überschreiten. Wenn der CO₂-Gehalt in die Nähe dieses obe­ ren Grenzwertes gekommen ist, kann die zugeführte Luftmenge pro Zeiteinheit wieder gesteigert werden. Dabei wird versucht, den bereits angestiegenen, hohen CO₂-Gehalt aufrecht zu erhalten, um so insgesamt die pro Zeiteinheit erzeugte CO₂-Menge zu maximie­ ren. Es wird also die zugeführte Luftmenge pro Zeiteinheit gesteigert, wenn der CO₂-Gehalt in der Abluft einen oberen Grenzwert erreicht oder überschreitet. Vorzugsweise wird dabei die zugeführte Luftmenge pro Zeiteinheit derart geregelt, daß der CO₂-Gehalt möglichst nahe bei einem oberen Grenzwert liegt. Es wird also folgendes erreicht: Der CO₂-Gehalt liegt möglichst nahe bei einem oberen Grenzwert. Gleichzeitig steigt die zuge­ führte Luftmenge pro Zeiteinheit an. Hierdurch steigt dann eben­ falls - wie gewünscht - die CO₂-Menge pro Zeit an.

Ergänzend kann die zugeführte Luftmenge pro Zeiteinheit derart eingestellt werden, daß eine vorgegebene Temperatur im Rottegut von vorzugsweise 50°C nicht überschritten wird. Weiterhin kann ergänzend die zugeführte Luftmenge derart eingestellt werden, daß ein vorgegebener Sauerstoffgehalt von 17% nicht unter­ schritten wird.

Vorzugsweise wird das Verfahren beendet, wenn trotz optimaler Regelung die CO₂-Menge pro Zeiteinheit in der Abluft nicht mehr ansteigt. Danach kann die Hygienisierung durchgeführt werden, beispielsweise durch Umluftführung. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die pro Zeiteinheit erzeugte CO₂-Menge trotz optimaler Regelung des Verfahrens nicht mehr ansteigt, kann die Abbauphase als beendet betrachtet werden. Dies ist unter wirtschaftlichen Gesichtspunk­ ten sinnvoll, da der maximale CO₂-Abbau pro Zeiteinheit über­ schritten worden ist. Es wird also so lange technisch abgebaut, solange ein intensiver CO₂-Verbrauch auftritt; danach wird die technische Abbauphase beendet und gegebenenfalls mit der Hygie­ nisierungsphase begonnen. Man kann auch eine gewisse Nachlauf­ zeit von etwa einigen Stunden oder auch von einem Tag vorsehen, um der Tatsache Rechnung zu tragen, daß die Messung biologischer Prozesse nicht ganz exakt möglich ist und auch relativ träge sein kann.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Zunächst werden zu kompostierende Abfälle in einen geschlossenen Behälter eingebracht. Die Abfälle werden unter Luftzuführung mi­ krobiell abgebaut. Der Reaktor wird so geregelt, daß eine mög­ lichst große CO₂-Menge pro Zeiteinheit erzeugt wird. Gleichzei­ tig wird dafür gesorgt, daß die Temperatur im Rottegut 50°C nicht überschreitet. Weiterhin wird dafür gesorgt, daß die im Reaktor befindliche Masse nicht unter Sauerstoffmangel leidet, daß der Sauerstoffgehalt also nicht unter 17% absinkt. Der Reaktor wird in dieser Weise unter optimalen Bedingungen gefah­ ren. Die pro Zeiteinheit erzeugte CO₂-Menge als Produkt von CO₂-Gehalt und Luftmenge pro Zeiteinheit steigt an. Der Anstieg ist zunächst relativ steil und wird dann allmählich flacher. Ab einem bestimmten Zeitpunkt fällt die pro Zeiteinheit erzeugte CO₂-Menge trotz der optimalen Regelung ab. Zu diesem Zeitpunkt wird das Verfahren beendet und die Hygienisierung durch Umluft­ führung begonnen.

Claims (1)

1. Verfahren zur Kompostierung von Abfällen, bei dem die Abfälle in einem Behälter durch Zuführung einer geregelten Luftmenge pro Zeiteinheit unter CO₂-Erzeugung, O₂-Verbrauch, Wärmeentwicklung und Gewichtsabnahme mikrobiell abgebaut werden, dadurch gekennzeichnet, daß man die pro Zeiteinheit zugeführte Luftmenge zwecks Maximie­ rung der pro Zeiteinheit erzeugten CO₂-Menge oder der pro Zeit­ einheit verbrauchten O₂-Menge oder der pro Zeiteinheit entwickel­ ten Wärmemenge oder der Gewichtsabnahme pro Zeiteinheit regelt.