Verfahren zur Zersetzung von organischen Substanzen. Die Erfindung betrifft ein bakteriolo gisches Verfahren zur Zersetzung von festen oder halbfesten organischen Substanzen durch einen Fermentationsprozess, um ein stark oxydiertes und praktisch dehydriertes Produkt zu erhalten. Dieses Verfahren darf nicht mit Verfahren verwechselt werden., die der Reinigung von Abwässern dienen, wo das gewünschte Endprodukt eine --tätige Flüs sigkeit darstellt.
Der Abbau von organischen Substanzen durch bakterielle Fermentation ist selbst verständlich ein Naturvorgang. Unter der Voraussetzung, dass die äussern Bedingungen und der Zustand der Masse für die Einwir kung der Bakterien günstig sind, wird ein sehr stark umgebautes und brauchbares Pro dukt entstehen. Da dieser Prozess in der Na tur sehr viel, Zeit bis, zu seiner Vollendung benötigt,
werden erfindungsgemäss die Bedin gungen innerhalb der Masse künstlich beein- flusst, um die Wirksamkeit der Bakterien zu erhöhen und den Prozess so zu verkürzen. Damit grössere Mengen von Abfall, wie z. B. S:tädtmbfall, diesem Verfahren: unter zogen werden können, muss die Behandlungs zeit auf ein Minimum reduziert werden.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein neues und verbessertes Verfahren der oben erwähnten Art, welches eine rasche und wirt schaftliche Behandlung grosser Mengen fester und halbfester organischer Substanzen er möglicht und diese Masse in einer relativ kur zen Zeit in. ein oxydiertes, praktisch dehy- driertes. und brauchbares Produkt umsetzt.
Erfindungsigemässi besteht der bakte- rielle Vorgang aus zwei Phasen, zuerst aus einer anaeroben und, dann einer aeroben, und setzt die Erreichung einer möglichst hohen Temperatur innerhalb der Masse während der Behandlung durch die Einführung von ther- mophilen Bakterien in derselben während beider Phasen woraus,
wodurch die patho= genen Bakterien zerstört werden.
Allgemein gesagt ist daher der Gegen- stand der vorliegenden. Erfigdunj# -ein zwei- phasiges bakterielles Verfahren zur Fermen tation von festen oder halbfesten Substanzen, wobei die organisehen Substanzen mit anaeroben und aeroben Bakterien durchsetzt werden, die dann in zwei Phasen auf sie ein wirken.
Die Masse wird so behandelt., dass ein unerwünscht hoher Säuregrad vermieden wird durch eine Einstellung der @'Vasser- stoffionenkonzentrat.ion der Masse auf pii 7.t1 bis 8,0. Das Material wird mit beiden Bakterienarten entweder zusammen oder ge trennt geimpft, bevor oder sobald das Mate rial in eine Kammer für die anaerobe Phase gebracht worden ist, indem es zum Beispiel mit einer bakterienhaltigen Flüssigkeit über sprüht wird. Die Masse wird der Einwirkung beider Phasen unmittelbar nacheinander unterzogen.
In der ersten anaeroben Phase wird die Kammer gegen den freien Zutritt von Luft geschlossen und die hasse solange der Wirkung der anaeroben Bakterien aus gesetzt, bis sie eine Temperatur erreicht hat, die so tveit möglich der optimalen Wirkungs temperatur der zweiten aeroben Pliase ent spricht, z. B. 50 bis 80 C, wodurch die thermophilen aeroben Bakterien aktiviert werden. Die Erreiehung . dieser erhöhten Temperatur kann vorzugsweise künstlich unterstützt werden, indem zum Beispiel das Innere der Kammer warm und feucht gehal ten wird.
In der z-,veiten Phase wird die Masse der Wirkung der aeroben, thermo- philen Bakterien ausgesetzt, indem sie gut gelüftet wird. So kann beispielsweise vor gewärmte und vorzugsweise ozonhaltige Luft unter einem Druck von 1 bis 5 Atmosphären zugeführt werden. Diese zweite Phase stellt die endgültige Fermentationsphase dar und wird solange fortgesetzt, bis die Temperatur das notwendigste Optimum für die thermo- philen Bakterien erreicht hat, z. B. 85 C.
Diese Temperatur wird entweder durch Kon trolle der Ausflussgeschwindigkeit der Gase oder der Zufuhr der geheizten Luft oder durch Kontrolle beider eingehalten, bis sich das Material genügend dehydriert und in Humus umgewandelt hat.
Wie sich aus der oben angeführten all- gemein gehaltenen Definition des. Verfahrens ergibt, wird in der ersten oder anaeroben Phase nur eine Vorwärmung der Masse er reicht bis zur der Temperatur, bei welcher in der zweiten oder aeroben Phase eine Fermen tation ausschliesslich durch die the.i-inophilen Bakterien stattfindet.
Da die L?mwandlungs- zeit des Materials bis zum Endprodukt haupt sächlich von der Einwirkung der Bakterien der zweiten Pliase abhängt. ist es wünschens wert, dass der Grad der Erwärmung in der ersten Phase sich soweit möglich der optimalen Temperatur für die Wirksamkeit der Bakterien der zweiten Phase nähert.
In der Praxis haben wir eine Temperatur his 80 in der ersten Phase und eine bis 85 in der zweiten Phase verwendet, die dann eingehalten wurde. his das Produkt den gewünschten Grad von Oxydation und Dehydration erreicht hatte.
Da jeder Wärmeverhist beim t bergan von der ersten zur zweiten Phase einen Zeit verlust bedeutet, bis die optimale Temperatur für die Wirksamkeit. der Bakterien der zwei ten Phase erreicht werden kann, sollte das Verfahren so durchgeführt -erden, da.ss kein solcher Wärmeverlust auftritt.
Dies kann da durch erreicht werden, da.ss beide Phasen un- mittelbar nacheinander ausgeführt werden, ohne da.ss das Material aus der Kammer ent fernt wird, und auch durch die vorherige Erwärmung der Luft und des eventuellen Sauerstoffes, die der Masse während der aeroben Phase zugeführt. werden.
In Fällen, wo das zu behandelnde 3Iate- rial zii wenig Alkali enthält, muss die Wasser- ctoffionenkonzent.ration kontrolliert werden, um einen zii hohen Säuregrad zu vermeiden dadurch, dal3 die Wasserstoffionenkonzentra- tion der blasse auf pH 7,0 bis 8,0 gehalten wird. Dies kann auf irgend eine bekannte Art erreicht werden, so z.
B. durch den Zusatz einer passenden Menge von Gaskalk, ba sischer Schlacke, Calciumkarbonat, Calcium= salfat oder irgendeiner andern passenden alkalischen Substanz. Die Feuchtigkeit inner halb der Kammer kann ebenfalls vorteilhaft kontrolliert werden.
Ein Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass die für das Verfahren notwendigen thermophilen Bakterien in irgend einer passenden Form oder Medium zugeführt wer den können, je nach Art,des zu behandelnden Materials und je nach der Natur des ge wünschten Produktes,. Wenn mehr feste organische Substanzen behandelt werden sollen, wie z. B.
Küchenabfälle, kann es vor teilhaft sein, die Bakterien in einem flüssigen Medium zuzuführen, wodurch eine vorherige Durchfeuchtung des Materials, die zur Akti vierung der Anaerobier notwendig ist, leicht und vorteilhaft erreicht werden.
Da der Wirkungsgrad der anaeroben Bak terien sehr stark von der Sauerstofffreiheit der Kammer und ihres Inhaltes abhängt, wird den organischen Substanzen vorteilhafter- weise ein sauerstoffverbrauchender Fungus zugesetzt, dessen Wirksamkeit nach Ver- schluss dpr Kammer und nach der mecha nischen Entfernung der Hauptmenge der Luft einsetzt.
Wir haben gefunden, dass eine oder mehrere Arten von Fungi der Klassen Myce- lium, Penicylium und Aspergillus diesem Zweck entsprechen.
Unter diesen sei Asper- gillus glaucos ascosporicus besonders genannt. Von den für diesen Zweck passenden Bakte rien mögen genannt werden B. Ammoniage- nes, B. Trauffautii, B. Urcae, B. Radicicola, B.
Proteus und Azotobacter Chroomococcum. Es können natürlich auch andere Bakterien, die bei den oben erwähnten erhöhten Tempe raturen wirksam sind, verwendet werden.
Die erwärmte Luft, die während der aeroben Phase der Kammer zugeführt wird, ist vorzugsweise ozonhaltig und wird der Kammer intermittierend zugeführt.
So kann zum Beispiel der Luftstrom während 4 Stun- den, andauern. und dann während 4 Stun- den abgestellt sein. Vorteilhafterweise wird mehr Luft zugeführt, als die Bakterien ge brauchen und die Temperatur der ozonhalti gen Luft immer 1 bis 2 C unter der der Fermentationsmasse gehalten.
In dem Masse, wie die Fermentationstemperatur ansteigt, wird auch fortschreitend die Temperatur der ozonhaltigen. Luft erhöht. Es können Thermo staten verwendet werden, um die Temperatur innerhalb der erlaubten Grenze zu halten. Auf diese Weise kann der Prozess bei opti maler Gesühwindiggkkeit verlaufen, unabhängig von den jeweiligen klimatischen Verhältnis sen.
Dies bedeutet einen sehr grossen Vorteil in Fällen, wo der Prozess bei klimatischen Verhältnissen durchgeführt werden russ, bei denen die Feuchtigkeit extreme Grade er reicht.
Es kann irgend ein beliebiges Verfahren verwendet werden, um die Luft der Masse zuzuführen, und um sie vor ihrem Eintritt in die Kammer zu erwärmen. (Vorzugsweise aber wird die Luft nach der Kompression er wärmt, wenn ein Kompressor gebraucht wird und vorzugsweise durch ungenützte Wärme der Betriebseinrichtung. Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad des Kompressors auf einem Maximum erhalten.
Um die Oxydation in der Masse zu steigern und um einen vorhandenen unan genehmen Geruch zu beseitigen, kann aus einer ozonproduzierenden Apparatur ein Ozonstrom dem Luftstrom beigefügt werden.
Bei der Anwendung von erhitzter ozon haltiger Luft wird die Bakterienwirkung nicht gehemmt, so dass nicht nur eine sehr starke Oxydation erreicht wird. sondern auch eine stärkere Bindung des Stickstoffes, was einen sehr wichtigen Faktor darstellt. Der Druck der komprimierten Luft kann je nach Verhältnissen 1 bis 5 Atmosphären betragen.
Wenn das Verfahren auf sehr grosse Men gen von organischen Substanzen angewendet wird, z. B. auf Stadt, und Hausabfälle, wird es nötig sein, dasselbe in einer Mehrzahl von Räumen oder Kammern durchzuführen, wel che nacheinander mit den herbeigeschafften Abfällen gefüllt werden. Die Masse wird in jeder folgenden Kammer in der Weise infi ziert, dass man derselben einen Teil der sich in der vorhergehenden Kammer zersetzenden Masse zufügt, die während nicht weniger als 24 Stunden bei 75 C gehalten wurde.
Im folgenden soll die Methode beschrieben werden, nach welcher das Verfahren ange- Wendet wird, wenn es sich rain den Gesamtab fall und die Abwasser einer Gemeinde hau Belt. wobei die Gesami-heit dieser Abfälle nicht nur abgeräumt. sondern durch deren Zersetzung in Oxydation und Delivdration ein wertvolles Düngermaterial gewonnen werden oll.
Der Stadt- und Hausabfall, der Pflan zen, Tierahfälle. Asche, Schlacken. Flaschen, Knochen und metallische Gegenstände entha.l- fen mag, wird gesammelt und dann gesiebt, vorzugsweise durch mindestens zwei Siebe, deren erstes eine Korngrösse von ca. 1 7,, 7o11 und das zweite von 3!,, 7o11 haben kann. Die ses Sieben kann aber auch na,eli der Fermen tation stattfinden.
Durch das Sieben wird der grössere Teil des brennbaren Materials, wie Schlacken und Kohlen, aus dem Abfall ent fernt. so da.ss hauptsächlich die organischen Substanzen und Pflanzenabfälle, Papier, Lumpen und tierische Abfülle zurückbleiben.
Die Schlacken und Kohle, welche. durch das Sieben getrennt werden, können verheizt und ihre Wärme zur Erhitzung der ozon haltigen Luft für die Fermentationskammer verwertet werden, ferner als Antriebskraft für den Kompressor oder irgendeinen andern Teil der Anlage. Die Aschenabfälle dieser Heizung sind von feiner und weicher Form und sind wertvoll durch ihren Gehalt an Mineralien und a-ls Basis für die aktive Ent wicklung des Bakterienfermentes,
mit denn das 1Taterial in der Fermentationskammer 1-reschickt wird.
Um die Bildung einer Acidität zii verhin dern und einen pH-Wert von 7 einzuhalten, fügt man irgend ein Alkali hinzu, wie z. B. Gaskalk, basische Schlacken oder Kalzium- karbonat in Mengen von i-bis 5'% oder je nach der festgestellten Aeidität der Masse oder je nach derjenigen, die sieh während des Prozesses bildet.
Kalziumsulfat kann auch hinzugefügtwerden. um die Ammoniak- dämpfe 711 absorbieren und um die Ent wicklung von lästigen Gerüchen zu verhin dern oder diese auf ein Minimum herabzu setzen.
Die organischen Substanzen, die ausser den oben erwähnten Bestandteilen noch Knochen, Hufe, Hörner, Federn, wollene Lumpen, Schuhe und auch Flaschen und me tallische Gegenstände enthalten können, wer den in die Fermentationsräume gebracht.
Folgende Ausführungsform soll darstel len, wie die Masse mit Bakterien infiziert wird, ohne dass dies als eine Einschränkung in der Anwendung des Prozesses aufgefasst werden darf.
Man entnimmt irgend einer Kläranlage frischen _A.bv"asserselilarrim. Wir verdünnen diesen mit Wasser vom fünffacben Gewicht des Schlammes und einer Temperatur von 37 C oder höher, mischen es mit irgendeinem bekannten anaeroben Nährmittel, das wäh rend 18 Stunden der Entwicklung in einem septischen Behälter überlassen wird.<B>Um</B> eine reine Kultur zu erhalten, wird das folgende Vorgehen vorgeschlagen:
Das Bakterium Spiroehaetl Cytoplraga wird von frisehein Abwasser oder von tierischen oder menschli chen Exkrementen isoliert und auf irgend einem bekannten Nährboden gezüchtet. Die Kultur wird dann in eine wässerige Auf- schwemmung gebracht. welche die orga nischen Substanzen. auf welche die Bakterien schliesslich einwirken sollen, in fein verteilter Form enthält, so dass sie sich daran ge wöhnen.
Man bereitet eine Kultur von Bakterien vor, die nach irgendeiner bekannten oder geeigneten Methode ans Ilumuserde gewon nen worden ist, wie z. B. von einem gut gereiften Gartenbeet. die einen hohen. Humus und Pottaschegehalt hat. Dann bestimmt man deren Fliissigkeitsgehalt. der ungefähr 451 betragen sollte. Die Temperahir der Masse wird dann allmählich durch künstliche Wärme zusammen mit der Ba.lkterienvärme auf ca.<B>80'</B> C erhöht.
Die Masse wird zwei mal täglich gewendet und die Bakterien entwicklung soweit getrieben. bis die Feuch t igkeit der Masse auf 171'-, bis \?0 % reduziert worden ist.
In der Praxis wird beispielsv-eise fol gendes Vorgehen bei der bakteriellen Infek tion angewandt: 100 Tonnen Stadt- und Hausabfälle wer den gründlich mit 100 bis 200 Pfund der obigen thermophilen aeroben Kultur ver mischt. Während die so gemischte Masse in die Kammer gefüllt wird, wird anaerobe Kul tur in Form eines feinen Nebels eingespritzt.
Wenn di.e zweite und :die darauffalgenden Kammern mit Bakterien infiziert werden sollen, so wird eine bestimmte Menge aus der -Hasse der vorhergehenden Kammer ent nommen, nachdem sie während nicht weniger als 24 Stunden bei einer Temperatur von nicht unter 7:5 C gehalten worden ist, und das folgende kommerzielle Verfahren wird angewandt:
Zu je 100 Tonnen von Stadt- und Haus abfall wird eine Tonne Material aus der ersten Kammer zugefügt und gründlich durchmischt. Während diese Mischung in die Kammer eingefüllt wird, werden 15 Tonnen frischer verdünnter Bakterienkulturflüssig- keit eingespritzt. Wenn die festen orga nischen Substanzen zusammen mit 3 % Gas kalk und die Bakterienflüssigkeit in die Kammer eingeführt worden sind, wird die ganze Masse allmählich auf eine Temperatur von 56 bis<B>60'</B> C erhitzt, welche für das anaerobe Ferment günstig ist.
Die Erwär mung geschieht entweder durch Einströmen lassen von warmem Wasserdampf in die Kam mer, durch Heizröhren in der Wandung der Kammer oder innerhalb der Kammer selber.
Wenn die Masse auf diese Weise mit den Bakterienkulturen imprägniert worden ist, wird ein Präparat beigefügt, das einen sauer stoffverzehrenden Fungus der Klasse Myce- lium, Penicilium. oder Aspergillus enthält. Aspergillus Glaucus Ascosporicus hat sich als sehr brauchbar erwiesen.
Die erste Phase der Zersetzung des Mate rials, nämlich die anaerobe Fermentation, .setzt dann ein, wobei die Temperatur über 56 C bis zu<B>80'</B> C eingehalten wird, wenn der sauerstoffverzehrende Fungus vorhanden ist.
Die Temperatur der Masse innerhalb der Kammer steigt schnell in dem Grade, wie der Fungus wächst und den vorhandenen Sauer etoff absorbiert, wobei die Temperatur wäh- rend der Zeit zwischen 24 und 48 Stunde. auf ea. <B>60'</B> C und zwischen 3 bis 5 Tagen bis<B>80'</B> C ansteigt.
Während dieser Phase wird die Bakte- rienflüssigkeit, welche aus der Masse in ein Gesenk hinabtropft, wieder nach oben ge bracht und in Formeines sehr feinen Nebels über die Masse gespritzt. Schliesslich werden die Flüssigkeiten des Gesenkes zurück gehalten und mit frischer Bakterienflüssig keit in dem Kulturbehälter vermischt.
Wenn die anaerobe Phase beendet ist oder wenn' die Masse genügend zersetzt worden ist, wozu gewöhnlich 4 bis 7 Tage genügen, werden alle Hähne geöffnet, um der warmen ozonhaltigen, komprimierten Luft den Zugang zu gestatten und die Abgase und Dämpfe zu der Neutralisations- und Kondensations kammer entweichen zu lassen. Die Kondens flüssigkeiten können zur Verdünnung der Bakterienkulturen verwendet werden,
da sie eine gewisse Menge stickstoffhaltige Sub stanzen enthalten. Die Temperatur der ein tretenden Luft wird so hoch gehalten, dass sich die Bakterien am günstigsten entwickeln können.
Die Luft wird in einem. Druck von ca. 3 Atmosphären zugeführt. Die Abgase wer den von der Fermentationskammer in einen das Ammoniak absorbierenden Raum geführt, wo die Gasse z. B. mit Schwefelsäure ge waschen werden können, um das Ammoniak zu absorbieren oder es können auch andere absorbierende Mittel verwendet werden, um das Ammoniak oder andere Gase und Dämpfe zu entziehen.
Während den ersten Stadien der aeroben Phase kann die Feuchtigkeit der Luft, die in die Kammer eingeführt wird, so reguliert werden, dass diejenige Luftfeuch tigkeit vorhanden ist, die für das Bakterien ferment die günstigste ist. Dieser Zweck kann durch den Gebrauch irgend einer pas senden Luftverbesserungsanlage erreicht wer den.
Im. Verlauf :des Fermentationsprozesses wird die Masse immer mehr zersetzt, bis es schliesslich wünschenwert sein wird, den Pro zess zu beendigen, indem die überflüssige vor- handene Feuchtigkeit von der Masse entfernt wird. L: m die Dehydration zu unterstützen, die durch den thermophilen Vorgang verur sacht wird, werden die Temperatur.
Feuch tigkeit und der Ozongehalt der Luft, die durch die Masse strömt, so reguliert, dass eine warme trockene Atmosphäre entsteht, die das letzte Stadium der intensiven Oxyda tion und Dehydration der Masse bedingt.
L m die Bildung von Luftkanälen in der 1Tasse zu verhindern und um eine genügende Oxydation aller Teile der organischen Sub stanzen zu erreichen, können mechanische Rührwerke verwendet, werden, oder auch irgendeine andere brauchbare Methode, um die Masse während der thermophilen aeroben Phase in gewissen Intervallen zu vermischen.
Wenn der Prozess vollendet ist, kann die Kammer geöffnet und die Produkte des Fer- mentationsprozesses entfernt werden. Diese Produkte sind aseptisch und können ohne irgendwelche Vorkehrung gegen Infektion behandelt werden, da, alle pathogenen Keirne durch die während der Fermentation auf tretenden hohen Temperaturen zerstört wer den.
Die Tatsache, dass das Material aseptisch ist, ermöglicht die nicht zersetzbaren Sub stanzen, wie Flaschen und metallische Gegen stände, von Hand aus der Masse herauszulesen und sie zu entfernen. Selbstverständlich kön nen diese Gegenstände auch aus der Masse entfernt werden, bevor diese der Fermenta- tionskammer zugeführt wird, obgleich die Masse dann nicht aseptisch ist.
Andere organische Substanzen, die durch die Fermentationskammer hindurchgegangen sein können, ohne vollständig zersetzt zu werden, sind die festeren Gegenstände wie Knochen, Hufe, Hörner, wollene Gegenstände. Schuhe oder Lederstücke. Diese werden von der Hauptmasse entfernt und können durch eine Schleudermaschine geführt werden und dann entweder direkt mit dem Rest der Masse vereinigt oder auch der nächsten Ladung bei gefügt werden, die in die Fermentations- kammer kommt.
Das Material, das auf diese Weise aus der Fermentationskammer gewonnen wird, kann mit Ammoniumsulfat oder mit. andern stick- stoffhaltigen Verbindungen vermischt wer den, die aus den Abgasen der Kammer ge wonnen worden sind. Das Endprodukt ist mit oder ohne diese beigefiigl;en stickstoffhaltigen Verbindungen ein sehr gut ausgeglichener organischer Dünger, da er sämtliche wert vollen anorganiachen Düngsubstanzen zusam men mit dem aktivierten Humrrs enthält.
Vor allem ist der Gehalt an Humussäure sehr hoch, was Voraussetzung ist bei einem Düng- mittel. das Erde regenerieren soll, welche infolge von Überbeanspruchung ihre Eigen schaft verloren hat, gifte Erträge. zu liefern.
Die regulierte Temperatur und Feuchtig- leit bewirken eine ausserordentliche Aktivität der Bakterien, so dass eine ausserordentlich hohe Zahl von Bakterien während der Fer mentation vorhanden ist und daher wird auch der Stickstoffgehalt der Endprodukte ausserordentlich gesteigert. Es ist festgestellt worden. dass Erde, die rnit dem Produkt des obigen Prozesses gedüngt worden isst, eine ausserordentliche Fruchtbarkeit gezeigt hat, die sich als überlegen erwiesen hat gegenüber den besten bis jetzt bekannten natürlichen und künstlichen Düngmitteln.
Die Anwendung von Ozon ergibt einen sehr hoch oxydierten Düngstoff, was einen wichtigen Faktor zur Erhöhung der Aktivität von Microorganismen im Erdreich darstellt, so werden die Pflanzennährstoffe in einem langsamen und kontinuierlichen Strom ge bildet.
Das Produkt des oben erwähnten Pro zesses ist einzig und neu, weil es hoch oxy diert ist, infolge der profusen Bakterienent wicklung einen erhöhten Stickstoffgehalt hat und sehr reich an Humussäure ist.