CH617164A5

CH617164A5 - Method of composting waste.

Info

Publication number: CH617164A5
Application number: CH438375A
Authority: CH
Inventors: Jakob Oberpriller
Original assignee: Linde Ag
Priority date: 1974-04-18
Filing date: 1975-04-07
Publication date: 1980-05-14
Also published as: FR2267995B3; DK140496C; ATA269375A; NL7504527A; AT340964B; FR2267995A1; DK161375A; DE2418704B2; BE828014A; DK140496B; DE2418704A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompostierung von hierzu geeignetem Abfall, wobei der Abfall in einem Reaktionsraum mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas in Stoffaustausch gebracht und im Zuge des Stoffaustausches ein Teil des Sauerstoffs verbraucht wird.

Es ist bereits ein Verfahren zur Kompostierung von Klärschlamm bekannt geworden, bei dem der z. B. in biologischen Abwasserreinigungsanlagen anfallende Klärschlamm einer weiteren biologischen Behandlung unter Zuführung von Luft unterzogen wird. Dieser Klärschlamm, eine im wesentlichen organische Substanz, wird unter Mithilfe von im Schlamm enthaltenen Mikroorganismen, wie Pilzen, Mikroben und Bakterien, und Sauerstoff, den die Mikroorganismen zum Atmen benötigen, in ein unschädliches, erdiges und wasserbindendes Produkt, nämlich Kompost, zersetzt. Da sich der Stoffaustausch letztlich als Oxydation, also als exomthermer Ver-brennungsprozess darstellt, erfolgt die Umwandlung bei relativ hohen Temperaturen, die in der Regel zwischen 60 und 80°C liegen, wobei alle schädlichen Keime abgetötet werden. Der erhaltene Kompost ist somit in der Regel hygienisch einwandfrei.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass aufgrund der stattfindenden Oxydationsprozesse der Sauerstoffgehalt der zugeführten Luft sehr schnell stark abnimmt. Wird dabei die Luft einem sogenannten Bioreaktor, in dem die Umwandlung des Klärschlamms in Kompost erfolgt, von unten nach oben zugeführt, so sinkt die Sauerstoffkonzentration bereits kurz oberhalb der Zufuhrstelle auf einen Bruchteil der ursprünglichen Konzentration ab, während die Konzentration an Stoffwechselprodukten, insbesondere an CO2, stark ansteigt. Dies hat zur Folge, dass im oberen Bereich des Reaktors die Oxydationsprozesse sehr stark zurückgehen, wodurch es sich unter anderem ergibt, dass die hohen, zur Abtötung schädlicher Keime erforderlichen Temperaturen nicht erreicht werden. Diese Nachteile können nur durch eine entsprechend längere Verweilzeit des Klärschlamms im Reaktor beseitigt werden, was sich jedoch wiederum sehr nachteilhaft auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens auswirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches und doch einfaches Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zumindest ein Teil des verbrauchten Sauerstoffs durch Zuführung von Sauerstoff kompensiert wird.

Durch die Erfindung gelingt es, innerhalb eines Reaktionsraumes, der z. B. der Innenraum eines Bioreaktors oder der Innenraum einer normalen Miete sein kann, für die Umwandlung, z. B. von Klärschlamm und/oder Müll in Kompost, annährnd konstante biologische Bedingungen zu erzeugen. Der Sauerstoffverbrauch durch die Mikroorganismen führt zu einer starken Abnahme der Sauerstoffkonzentration des zugeführten Gases. Dadurch, dass innerhalb des Reaktionsraumes zumindest ein Teil des Sauerstoffverbrauchs ständig durch die Zufuhr von Sauerstoff, mit Vorteil durch die Zufuhr von nahezu reinem Sauerstoff, zumindest teilweise kompensiert wird, sind aufgrund von weitgehend konstanten Sauerstoffkonzentrationen die Lebensbedingungen der Mikroorganismen in allen Bereichen des Reaktionsraumes annähernd gleich. Das hat zur Folge, dass auch in allen Bereichen des Reaktionsraumes die zur Abtötung unerwünschter Keime erforderlichen hohen Temperaturen vorliegen. Es ergibt sich somit, dass der gesamte Reaktionsraum zur Umwandlung von organischen Substanzen in Kompost herangezogen werden kann. Der Umwandlungsprozess geht daher wesentlich schneller vonstatten als bei einem Verfahren nach dem Stand der Technik, d. h. die Verweilzeit des biologisch zu behandelnden Abfalls im Reaktionsraum nimmt erheblich ab, mit der Folge, dass pro Zeiteinheit innerhalb eines gegebenen Reaktionsraumes wesentlich mehr Abfall behandelt werden kann bzw. dass bei einer zeitlich konstant anfallenden Abfallmenge der Reaktionsraum selbst erheblich verkleinert werden kann.

Wenn die Abnahme der Sauerstoffkonzentration des zugeführten Gases im Reaktionsraum durch die Zufuhr von nahezu s

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reinem Sauerstoff kompensiert wird, ist der zusätzlich durch die Eintragung des Sauerstoffs bedingte Energieaufwand am geringsten, da nur relativ kleine Mengen an Sauerstoff benötigt werden. Würde man z. B. anstelle von reinem Sauerstoff zusätzlich Luft in den Reaktionsraum eintragen, so wäre aufgrund der hohen Stickstoffkonzentration der Luft der Energieaufwand erheblich grösser, da neben dem Sauerstoff auch noch der praktisch inerte Stickstoff einzutragen wäre, d. h. zur Erreichung des gleichen Effekts müsste ungefähr eine fünffache Menge an Luft zusätzlich eingetragen werden. Hinzu kommt, dass im Falle zusätzlicher Lufteintragung über den Stickstoff Wärme aus dem Reaktionsraum herausgeführt würde, was mit einer unerwünschten Absenkung der Reaktionstemperatur verbunden wäre.

Es hat sich in manchen Fällen auch günstig erwiesen, den nahezu reinen Sauerstoff dem dem Reaktionsraum zugeführten Gas schon zu Beginn des Stoffaustausches, noch bevor das Gas in den Reaktionsraum eingeführt wird, zuzumischen. In diesem Falle wird die zugeführte Sauerstoffmenge so dosiert, dass die am Anfang vorliegende Sauerstoffkonzentration des zugeführten Gases gerade so bemessen ist, dass noch keine Schädigung der Mikroorganismen durch zu hohe Sauerstoffkonzentrationen eintritt.

Nach einem weiteren Merkmal kann jedoch auch schon von vornherein als dem Reaktionsraum zuzuführendes Gas ein Gasgemisch, das mehr Sauerstoff als Luft enthält, herangezogen werden.

Da sich die für den Reaktionsablauf optimalen Temperaturen durch die sukzessive Entwicklung von Reaktionswärme erst nach einer gewissen Zeit einstellen, hat es sich als zweckmässig erwiesen, das dem Reaktionsraum zugeführte Gas vor dem Eintritt in den Reaktionsraum vorzuwärmen, und zwar variabel, je nach der Art des aufzubereitenden Abfalls und der Sauerstoffkonzentration des Gases.

Andererseits ist, in einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgedankens, empfehlenswert, den Reaktionsraum mit einer Kühlung auszustatten, die es erlaubt, eine zu rasch und vor allem zu hoch ansteigenden Reaktionstemperatur zu steuern.

Üblicherweise erfolgt die Kompostierung bei Normaldruck. Gemäss anderen Ausbildungen des Erfindungsgedankens ist es bisweilen zweckmässig, die Reaktion bei Über- oder Unterdruck ablaufen zu lassen. Überdruck erlaubt einen schnelleren Gasdurchsatz und einen gesteigerten Stoffaustausch, während Unterdruck bei Bakterien empfehlenswert ist, die gegen höhere Sauerstoff-Partialdrücke empfindlich sind, so dass auch in diesen Fällen mit relativ hohen Sauerstoffkonzentrationen, also wenig Ballastgas, gefahren werden kann, ohne die Bakterien zu schädigen.

Für den Fall, dass das den Reaktionsraum verlassende, an Sauerstoff verarmte Gas, das ursprünglich verhältnismässig stark mit Sauerstoff angereichert worden war, immer noch eine relativ hohe Sauerstoffkonzentration aufweist, ist es nach einem weiteren Merkmal der Erfndung zweckmässig, dieses Gas nach erfolgter erneuter Sauerstoffanreicherung durch Zumischung von Sauerstoff, z. B. von nahezu reinem Sauerstoff, erneut in den Reaktionsraum einzuführen. Im abgezogenen Gas vorhandene Stoffwechselprodukte, insbesondere das CO2, können hierbei zumindest teilweise vor der erneuten Sauerstoffanreicherung abgetrennt werden. Diese Kreislaufführung des Gases hat den Vorteil, dass ohne jegliche Sauerstoffverluste dem Reaktionsraum ständig eine von den Mikroorganismen noch tolerierte Überschussmenge an Sauerstoff zugeführt werden kann, wodurch mit Sicherheit maximale Lebensbedingungen der Mikroorganismen im Reaktionsraum gewährleistet sind.

Im Falle relativ grosser Reaktionsräume ist es nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorteilhaft, aus einem

Bereich des Reaktionsraumes, z. B. aus dem mittleren, an Sauerstoff verarmtes Gas abzuziehen, dieses abgezogenen Gas, gegebenenfalls nach Abtrennung der Stoffwechselprodukte, durch Zumischung von Sauerstoff, z. B. von nahezu reinem Sauerstoff, erneut mit Sauerstoff anzureichern und es daraufhin unmittelbar oberhalb der Abzugsstelle wieder in den Reaktionsraum zurückzuführen. Diese Verfahrensweise ist auch dann von Vorteil, wenn der Abfall im Reaktionsraum öl-oder fetthaltige Beimischungen enthält, welche in Verbindung mit nahezu reinem Sauerstoff sehr leicht brennbar bzw. explosibel sind.

Der zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens erforderliche Sauerstoff wird insbesondere bei grösseren Kompostgewinnungsanlagen mit einem relativ hohen Sauerstoffbedarf mit Vorteil unmittelbar in der Nähe der Anlage erzeugt, z. B. durch Zerlegung von Luft in einer Luftzerlegungsanlage, die auf adsorptiver oder auch kryogener Basis arbeitet. In diesem Falle können die zur Reinigung der zu zerlegenden Luft erforderlichen Vorrichtungen der Luftzerlegungsanlage gleichzeitig zur Abtrennung von Stoffwechselprodukten aus dem aus dem Reaktionsraum abgezogenen Gas vor dessen erneuter Anreicherung mit nahezu reinem Sauerstoff herangezogen werden.

Falls als dem Reaktionsraum zuzuführendes Gas von vornherein ein Gasgemisch verwendet wird, das mehr Sauerstoff als Luft enthält, und dieses Gasgemisch nach Passieren des Reaktionsraumes immer noch mit Sauerstoff angereichert ist, kann es zumindest teilweise auch unmittelbar der zu zerlegenden Luft zugemischt werden, wobei dann das in der Luftzerlegungsanlage anfallende sauerstoffreiche Produkt als Gas für den Reaktionsraum herangezogen wird.

Der zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens benötigte Sauerstoff kann jedoch auch in einem entfernt gelegenen Sauerstoffwerk erzeugt und über geeignete Transportvorrichtungen zu dem Ort des Sauerstoffverbrauchs, also der Kompostgewinnungsanlage, transportiert werden. Bei Bedarf an grösseren Stoffmengen erfolgt der Transport des Sauerstoffs oder des Gasgemisches mit Vorteil nicht im gasförmigen, sondern im flüssigen Zustand.

Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich mit Vorteil zur Kompostierung von Müll und/oder Klärschlamm. Es kann jedoch mit gleichem Erfolgt auch zur Kompostierung anderer organischer Substanzen, wie z. B. von Holzabfällen, herangezogen werden.

Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind den in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen zu entnehmen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens.

Figur 1 zeigt einen Bioreaktor 1 mit einem Reaktionsraum 2 zur Kompostierung von Abfällen, die dem Reaktor über die Öffnung 3 zugeführt, langsam durch diesen hindurchbewegt und nach einer bestimmten Verweilzeit als hygienisch einwandfreier Kompost über die Öffnung 4 abgezogen werden. Die Umwandlung des Abfalls in Kompost erfolgt mittels Mikroorganismen, denen über eine Leitung 5 ein Sauerstoff enthaltendes Gas, hier Luft, zugeführt wird. Bereits im unteren Bereich des Reaktors wird ein grosser Teil des zugeführten Sauerstoffs verbraucht, mit der Folge, dass die Sauerstoffkonzentration von unten nach oben sehr stark abnimmt. Schon im mittleren Bereich des Reaktors ist diese Konzentration auf einen gerade noch tolerierbaren unteren Grenzwert abgesunken. Das an Sauerstoff verarmte Gas wird daher aus dem s

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mittleren Bereich des Reaktors über Leitung 6 abgezogen,

durch Zufuhr von nahezu reinem Sauerstoff über die Leitung 7 erneut mit Sauerstoff angereichert und daraufhin über Leitung

8 kurz oberhalb der Entnahmestelle erneut in den Reaktionsraum 2 des Bioreaktors 1 eingeleitet. Auf diese Weise wird s verhindert, dass die Sauerstoffkonzentration des Gases in irgendeinem Bereich des Reaktionsraumes unter einen für günstige Lebensbedingungen der Mikroorganismen gerade noch tolerierbaren Grenzwert absinkt. Die im Reaktionsraum vorherrschende Reaktionstemperatur liegt in allen Bereichen io zwischen 60 bis 80°C, wodurch alle schädlichen Keime mit Sicherheit abgetötet werden.

Der über Leitung 7 zugeführte nahezu reine Sauerstoff kann durch ein beliebiges Versorgungssystem zur Verfügung gestellt 15 werden. Insbesondere bei grösserem Sauerstoffbedarf hat es sich jedoch als vorteilhaft erweisen, den Sauerstoff in einem Behälter 20 im flüssigen Zustand zur Verfügung zu stellen. Bei Bedarf wird ein Teil des flüssigen Sauerstoffs über die Leitung

9 und das Ventil 10 aus dem Behälter 20 abgezogen, im Ver- 20 dampfer 11 verdampft und angewärmt und daraufhin über Leitung 12 in die Leitung 7 eingespeist.

An Sauerstoff verarmtes Restgas wird über die Leitung 19 aus dem Bioreaktor 1 abgezogen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 2 dargestellt, in der die gleichen Vorrichtungsteile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 versehen sind.

In diesem Beispiel wird dem Reaktionsraum 2 des Bioreaktors 1 über Leitung 13 ein Gasgemisch zugeführt, das mehr Sauerstoff enthält als Luft. Im Reaktionsraum 2 wird zwar ein grosser Teil des zugeführten Sauerstoffs verbraucht, doch ist die Sauerstoffkonzentration des im oberen Bereich des Bioreaktors anfallenden Restgases immer noch relativ hoch. Dieses Restgas wird nun nicht wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 unmittelbar in die Atmosphäre abgezogen, sondern über Leitung 14 direkt einer Leitung 15 zugeführt, über die Luft einer Luftzerlegungsanlage 16 zuströmt. Vor Eintritt in die Luftzerlegungsanlage wird das Gemisch aus Luft und Restgas in einer Reinigungsvorrichtung 17 gereinigt. In der Luftzerlegungsanlage fällt neben einer stickstoffreichen Restfraktion, die über Leitung 18 abgezogen wird, eine sauerstoffreiche Produktfraktion am. Diese Produktfraktion wird nunmehr über die Leitung 13 direkt dem Reaktionsraum 2 des Bioreaktors 1 zugeleitet.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur Kompostierung von hierzu geeignetem Abfall, wobei der Abfall in einem Reaktionsraum mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas in Stoffaustausch gebracht und im Zuge des Stoffaustausches ein Teil des Sauerstoffs verbraucht wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des verbrauchten Sauerstoffs durch Zuführung von Sauerstoff kompensiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der verbrauchte Sauerstoff durch Zuführung von nahezu reinem Sauerstoff ersetzt wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als dem Reaktionsraum zugeführtes Gas ein Gasgemisch verwendet wird, das mehr Sauerstoff als Luft enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Reaktionsraum zugeführte Gas vorgewärmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass der Reaktionsraum gekühlt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass es bei Überdruck durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass es bei Unterdruck durchgeführt wild.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das den Reaktionsraum verlassende, an Sauerstoff verarmte Gas mit Sauerstoff angereichert und daraufhin dem Reaktionsraum wieder zugeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abfall innerhalb des Reaktionsraumes bewegt und im Gegenstrom zu dem dem Reaktionsraum zugeführten Gas gebracht wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an Sauerstoff verarmtes Gas an der Stelle einer starken Sauerstoffverarmung aus dem Reaktionsraum abgezogen, mit Sauerstoff angereichert und daraufhin unmittelbar oberhalb der Abzugsstelle erneut in den Reaktionsraum eingeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 und 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als dem Reaktionsraum zugeführtes Gas Luft verwendet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass vor der erneuten Sauerstoffanreicherung des an Sauerstoff verarmten abgezogenen Gases aus diesem die Stoffwechselprodukte, insbesondere das CO2, zumindest teilweise abgetrennt werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Anreicherung des an Sauerstoff verarmten Gases verwendete Sauerstoff im flüssigen Zustand gespeichert, verdampft und daraufhin dem Gas zugeführt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff in einer auf adsorptiver oder kryogener Basis arbeitenden Luftzerlegungsanlage gewonnen wird und dass die zumindest teilweise Abtrennung der Stoffwechselprodukte aus dem aus dem Reaktionsraum abgezogenen Gas in den Reinigungsvorrichtungen der Luftzerlegungsanlage erfolgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an Sauerstoff verarmtes Gas zusammen mit Luft in eine Luftzerlegungsanlage eingespeist wird und dass das sauerstoffreiche Produkt der Luftzerlegungsanlage als zuzuführendes Gas in den Reaktionsraum eingeleitet wird.