EP3969431A1

EP3969431A1 - Verfahren zum stabilisieren und trocknen eines substrats insbesondere biogener reststoffe mit einem flüssigkeitsanteil und ein bioreaktor zur durchführung des verfahrens

Info

Publication number: EP3969431A1
Application number: EP20727598.3A
Authority: EP
Inventors: Udo Comes; Karl Markgraf; Robert Mieske
Original assignee: Mutec Markgraf GmbH
Current assignee: Koller Maschinen und Anlagenbau GmbH
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2020-05-15
Publication date: 2022-03-23
Also published as: WO2020229680A1; DE102019112793A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stabilisieren und Trocknen eines Substrats, insbesondere biogener Reststoffe, mit einem Flüssigkeitsanteil mit folgenden Schritten: Einfüllen des Substrats in einen Bioreaktor, vollständiges Durchmischen des Substrats, Verdunsten der Flüssigkeit aus dem Substrat, Zuführen von Umgebungsluft in den Bioreaktor, Nachfüllen von frischem Substrat in den Bioreaktor in einer Menge, mit der zumindest das Volumen der verdunsteten Flüssigkeit ausgeglichen wird, und Wiederholen der Schritte, solange bis eine ausreichende Menge getrocknetes Substrat erhalten und aus dem Bioreaktor herausgeführt wird, wobei das frische Substrat intervallweise nachgefüllt und das im Bioreaktor enthaltene Substrat innerhalb dieses Intervalls mindestens einmal vollständig durchmischt wird. Außerdem wird ein Bioreaktor zur Verwendung in diesem Verfahren beschrieben.

Description

Verfahren zum Stabilisieren und Trocknen eines Substrats, insbesondere biogener Reststoffe, mit einem Flüssigkeitsanteil und ein Bioreaktor zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stabilisieren und Trocknen eines Substrats, insbesondere biogener Reststoffe, und einen Bioreaktor als Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens.

Als biogene Reststoffe können organische Abfälle und Abwässer, land- und forst wirtschaftliche Nebenprodukte und Produktionsreste verwendet werden, die dem Bioreaktor zugeführt werden und aus dem über eine Ableitung Kompost abführbar ist. Zusätzlich können noch prozessbedingte Hilfsstoffe zugeschlagen werden, um zielgerichtet pH-Werte oder Kohlenstoff-Stickstoff-Nährstoffverhältnisse einzustel len. Die Eingangsstoffe sind somit ein Gemisch aus verschiedenen Ausgangsmate rialien. Sie bestehen aus einem organischen Anteil, einem mineralischen Anteil und Wasser. Geeignete Eingangsstoffe sind u. a. Klärschlamm (Primärschlamm, Sekun därschlamm, Faulschlamm), Gülle, Gärreste, Industrieschlamm, Teich- oder Fluss schlamm, Grün- und Gartenabfall.

Bei dem Verfahren handelt es sich um die Kompostierung, ein bekannter biologi scher Prozess des Nährstoffkreislaufs, bei dem leicht verwertbares organisches Ma terial (organischer Anteil des Substrats) von heterotrophen Bodenlebewesen (hauptsächlich Mikroorganismen) unter Einfluss von Luftsauerstoff ab- und umge baut wird.

In der Kompostierung läuft der Rotteprozess grundsätzlich in zwei Phasen ab: In tensivrotte und Nachrotte. Die Intensivrotte lässt sich weiter in eine Vorrotte und eine Hauptrotte unterteilen.

Durch den biologischen Stoffwechsel der im Kompost befindlichen Lebewesen er folgt der oxidative Ab- und Umbau von organischen Substanzen, wodurch u. a. Koh lenstoffdioxid, wasserlösliche Mineralstoffe und Wasser freigesetzt werden. Wäh- rend des Stoffwechselprozesses wird ein Teil des Kohlenstoffabbaus zum Zellauf bau (Reproduktion) herangezogen. Der Rest entfällt auf den Energiestoffwechsel, der Wärme freisetzt und zu einer Selbsterhitzung des Komposts führt (exothermer Prozess). Dies führt zur Verdunstung und somit zur Austragung von Wasser über die mit Wasserdampf gesättigte Abluft und damit zur sukzessiven Trocknung des Rottegemisches.

Durch den Abbau an Organik findet zudem ein Stabilisierungsvorgang statt. Bei der Stabilisierung werden in der Regel höhermolekulare, energiereiche, instabile In haltsstoffe in niedermolekulare, energiearme, stabilere Formen überführt. Dadurch werden unerwünschte mikrobiologische Umsetzungen weitestgehend verhindert (z. B. Faulprozesse in anaeroben Milieus). Kritische Inhaltsstoffe werden durch stoffli che Veränderung in eine Form überführt, die weder durch Bildung von Geruchsstof fen noch durch andere Einwirkungen auf die Umwelt hygienische oder ästhetische Missstände hervorruft.

Durch eine technische Prozessführung ist die Möglichkeit zur deutlichen Verkürzung der Prozesszeit für die erste Phase, der Intensivrotte, gegeben, weil die Prozesspa rameter (Temperatur, Wasser- und Sauerstoffgehalt) durch die technischen Füh rungsglieder (Belüftung, Befeuchtung, Umsetzung) gezielt beeinflusst werden kön nen, um damit optimale Milieubedingungen für die Mikroorganismen während des Rotteprozesses zu schaffen und zu erhalten. In der ersten Phase kommen deshalb häufig technische Verfahren zum Einsatz.

Die Nachrotte bewirkt hauptsächlich Umbauprozesse durch Pilze und Bakterien zu Flumus, was sich nur gering beeinflussen lässt, sodass hier zumeist weniger auf wendige Verfahren verwendet werden können.

Die technischen Kompostierungsverfahren zur gezielten Steuerung der Intensiv rotte können in statische bzw. quasi-statische Rottesysteme und dynamische Rot tesysteme unterteilt werden.

Bei den statischen und quasi-statischen Rottesystemen sind Mieten die älteste Form der Kompostierung, die als Dreiecks-, Trapez- oder Tafelmieten gestaltet wer den. Statische Mieten werden nicht umgesetzt. Quasi-statische Mieten werden von Zeit zu Zeit mit fahrbaren Umsetzgeräten bewirtschaftet. Werden sie quasi-kontinu ierlich umgesetzt, spricht man von Wandermieten. Bei Tunnelmieten wird das Rot tegut zwischen zwei Wänden mit einer Breite von 2 bis 4 m geschüttet. Auf einer Länge von 25 bis 50 m erfolgt eine Durchmischung mit einem schienenfahrbaren Umsetzgerät. Die Tunnel werden von unten belüftet. Rotteboxen sind ortsfeste, druckbelüftete, geschlossene Behälter mit 50 bis 60 m3 Volumen. Mobile Rottecon tainer haben ein kleineres Volumen von rund 20 m3.

Als dynamisches Rottesystem wird ein Rotteturm im Gegenstrom prinzip belüftet. Das Rottegut durchläuft den Behälter von oben nach unten und wird mit Förder schnecken ausgetragen. Ein anderes dynamisches System ist die Rottetrommel, bei der ein horizontales, leicht geneigtes Drehrohr mit Druckluft belüftet wird. Das Rottegut wird ständig bewegt und durch das Rohr getrieben.

Besonders in der Intensivrotte unterliegt das Rottegemisch, unabhängig vom ge wählten Kompostierungsverfahren, einer dynamischen Veränderung der Zusam mensetzung, was die Struktur/Morphologie des Rottegemisches beeinflusst und schnell anaerobe Zonen entstehen lässt. Daher wird das Rottegut zum einen unter Beachtung des zu erzielenden Rottegrades während des Prozesses bewässert und mit Sauerstoff versorgt. Zum anderen wird das Rottegut meist partiell und in Inter vallen durchmischt.

Nachteilig bei allen bekannten Systemen ist die Effizienz der Homogenisierung und der Zuführung von Sauerstoff für kompakte Bioreaktor-Anlagen zur Kompostierung des Substrats, insbesondere biogener Reststoffe. Die Effizienz bezieht sich auf die Qualität der Durchmischung und Sauerstoffzuführung zur Vermeidung von anaero ben Zonen, die Fäulnisprozesse ermöglichen. Neben der Entstehung von klima schädlichem Methangas führt dies zudem zu einer Hemmung und damit Verzöge rung der aeroben Prozesse der Kompostierung.

Das Problem ist die unzureichende Durchmischung des gesamten Rottegemisches in kurzen Zeitintervallen bei gleichzeitiger Auflösung von Rottekugeln oder - klum pen, die sich entweder durch den Rotteprozess selbst (Verdichtung des Rottegemi sches in Rottecontainern) oder durch die Durchmischungstechnik (Kugelbildungen in Rottetrommeln) ergeben.

Eine komplette Durchmischung mit dem Ziel einer Homogenisierung des gesamten Rottegutes nach einem Neu-Eintrag von Input-Stoffen kann daher nur unzureichend umgesetzt werden.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, zur Kompostierung von biogenen Reststoffen ein Verfahren zur Stabilisierung und Trocknung anzuge ben, das einfach angewendet werden kann, eine möglichst homogene Zusammen setzung des Rottegemisches gewährleistet und mit dem eine gute Kompostierung ermöglicht wird. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vor richtung zu schaffen, mit der das Verfahren durchgeführt werden kann.

Zur Problemlösung zeichnet sich ein Verfahren zum Stabilisieren und Trocknen ei nes Substrats, insbesondere biogener Reststoffe, durch folgende Schritte aus: a) Einfüllen des Substrats in einen Bioreaktor,

b) vollständiges Durchmischen des Substrats,

c) Verdunsten der Flüssigkeit aus dem Substrat,

d) Zuführen von Umgebungsluft in den Bioreaktor und gegebenenfalls Abführen von Abluft aus dem Bioreaktor,

e) Nachfüllen von frischem Substrat in den Bioreaktor in einer Menge, mit der das Volumen der verdunsteten Flüssigkeit und gegebenenfalls der abgebau ten Feststoffe ausgeglichen wird, und

f) Wiederholen der Schritte b) bis e), solange bis eine ausreichende Menge getrocknetes Substrat (Kompost) erhalten und aus dem Bioreaktor heraus geführt wird, wobei das frische Substrat intervallweise nachgefüllt und das im Bioreaktor enthal tene Substrat (Rottegemisch) innerhalb dieses Intervalls, nach Zuführung des fri schen Substrats, mindestens einmal vollständig durchmischt wird. Mit diesem Verfahren wird kontinuierlich ein Kompost geschaffen, der aus dem Bi oreaktor abgeführt werden kann. Das Volumen der verdunsteten Flüssigkeit und der abgebauten Feststoffe wird intervallweise durch Zuführung eines neuen Substrats ersetzt. Die Luftzufuhr kann zu jedem Zeitpunkt der Durchführung erfolgen. Die Aus wahl des frischen Substrats orientiert sich an dem Ziel, dass die optimalen Milieu bedingungen (u. a. Feuchtigkeitsgehalt, Verfügbarkeit von Nährstoffen, Kohlen- stoff/Stickstoff-Nährstoffverhältnis) innerhalb der gewählten Toleranzparameter für die Mikroorganismen im Rottegemisch erhalten bleiben. Durch das Durchmischen dieses neuen Substrats mit dem bereits im Bioreaktor vorhandenen Substrat erfolgt eine nahezu vollständige Homogenisierung des im Bioreaktor vorhandenen Sub strats, das insgesamt auch als Rottegemisch bezeichnet werden kann. Wenn deut lich weniger Volumen von frischem Substrat in den Bioreaktor nachgefüllt wird als sich bereits getrocknetes Substrat im Bioreaktor befindet, unterliegt der Flüssig- keitsanteil des im Reaktor befindlichen Gesamtsubstrats (Rottegemisch) nur gerin gen Schwankungen. Sukzessiv wird dadurch immer mehr Kompost im Bioreaktor aufgebaut, bis eine so hohe Menge an getrocknetem Substrat im Bioreaktor vor handen ist, dass nicht mehr nachgefüllt werden kann und der Kompost aus dem Bioreaktor herausgeführt wird.

Vorzugsweise wird der Bioreaktor aber nicht vollständig entleert, sondern es bleibt ein Teil des Kompostes (Rottegemisches) zurück auf den dann neu zu trocknendes Substrat vorzugsweise bis zur maximalen Füllhöhe aufgefüllt wird. Sodann werden die Schritte b) bis f) erneut wiederholt und auch hier wird dann frisches Substrat intervallweise nachgefüllt und innerhalb dieses Intervalls wird mindestens einmal das Gesamtsubstrat (Rottegemisch) im Bioreaktor vollständig durchmischt.

Der Feuchtigkeitsgehalt des sich im Bioreaktor befindlichen Substrats (Rottege misch) beträgt vorzugsweise zwischen 30 und 70 %. Der Feuchtigkeitsgehalt des zugeführten Substrats kann variieren und beträgt vorzugsweise mehr als 70 %.

Das Verdunsten der Flüssigkeit erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur bis zu 70 °Celsius. Kurzzeitig können auch höhere Temperaturen durch die exothermen Prozesse der Mikroorganismen entstehen. Aufgrund der Selbstlimitation der Mikro organismen, sind Temperaturbereiche von mehr als 75 °Celsius nicht zielführend für eine Kompostierung. Zur mitlaufenden Desinfektion des Substrats durch Abbau pathogener Keime ist eine Temperaturführung von mehr als 55 °Celsius vorteilhaft.

Die Umgebungsluft wird vorzugsweise mit einer Temperatur bis zu 70 °Celsius durchgeführt. Sie kann mit Überdruck in den Bioreaktor eingeleitet werden, wobei der Überdruck aber unter 5 bar liegt. Vorzugsweise erfolgt die Luftzufuhr vor, wäh rend und nach der Durchmischung des Rottegemisches. Die spezifische Ausgestal tung der Luftzuführung hinsichtlich des Zeitpunktes, der Dauer, des Volumenstroms und der Temperatur erfolgt variabel mit dem Ziel, optimale Milieubedingungen des Kompostierungsprozesses zu erreichen und zu erhalten. Insbesondere durch Zu führung warmer Luft während des Mischprozesses, mit einer Temperatur vorzugs weise auf dem Niveau der Temperatur des Rottegemisches, kann die Auskühlung des Rottegemisches wirksam vermieden werden. Zudem kann mit warmer Zuluft der Rotteprozesse gestartet werden, solange das Rottegemisch, aufgrund kalter Eingangsstoffe, keine hinreichende Starttemperatur aufweist.

Vor dem Einfüllen des Substrats in den Bioreaktor kann ein Strukturmaterial einge füllt werden, das vorzugsweise als Schüttgut vorliegt und insbesondere aus Holz hackschnitzeln oder Holzkugeln besteht. Grundsätzlich ist jedes Material als Struk turmaterial geeignet, wenn es keine Giftstoffe enthält, die anschließend als Sonder müll entsorgt werden müssen. Auch Kunststoff kommt als Strukturmaterial in Frage.

Beim Verdunsten der Flüssigkeit aus dem Substrat lagern sich auf der Oberfläche des Strukturmaterials Schichten einer stabilisierten Trockensubstanz aus dem Sub strat 4 ab. Diese Trockensubstanz sind biogene Reststoffe. Je größer die Oberflä che des Strukturmaterials ist, um so mehr Trockensubstanz lagert sich an, sodass bevorzugt kugelförmige Körper für das Schüttgut angestrebt werden. Durch einen Mischvorgang kann die stabilisierte Trockensubstanz durch Reibung von den Ober flächen des Strukturmaterials getrennt werden und in Form von Rieselstoffen aus dem Behälter ausgetragen werden. Eine Alternative zur Abtrennung der Trockensubstanz ist es, das mit den biogenen Reststoffen angereicherte Strukturmaterial insgesamt aus dem Behälter auszutra gen. Wenn das Strukturmaterial aus brennbaren Stoffen besteht, kann es nach der Austragung einer energetischen Nutzung zugeführt werden. Dies gilt vorzugsweise für die Produktion von Holzgas, bei der ein möglichst staubfreier Festkörper als Energieträger verwendet wird.

Ein Bioreaktor zur Verwendung in dem Verfahren weist folgende Merkmale auf: ein Gehäuse, mit zumindest einem Boden und einer geschlossenen Um fangswandung, einen vorzugsweise am Boden um eine vertikale Achse drehbar gelagerten Mischer, mindestens einen bezogen auf eine Höhe des Gehäuses bzw. die maximale Füllhöhe im unteren Drittel des Gehäuses angeordneten Lufteinlass, eine Austragseinrichtung.

Der Lufteinlass kann im Boden oder in der Umfangswandung angeordnet sein. Auch kann eine kumulative Anordnung im Boden und in der Umfangswandung vorgese hen sein.

In der Umfangswandung und auch im Boden können eine Mehrzahl von Lufteinläs- sen vorgesehen sein, um eine ausreichende Luftzufuhr zu gewährleisten. Vorzugs weise wird die Luft während der Drehung des Mischers zugeführt.

Um Luftkammern innerhalb des Gehäuses zu schaffen, ist es vorteilhaft, wenn die Lufteinlässe gegenüber dem Inneren des Gehäuses von einer Abdeckung abge deckt werden. Die Abdeckung ist vorzugsweise teilflächig oder perforiert ausgeführt und bietet somit eine Möglichkeit zur Belüftung der damit teilweise offen zur Luft kammer anliegenden Grenzflächen des Rottegemisches. Vorzugsweise kann das Gehäuse von einem Deckel abgedeckt werden. In diesem Fall erfolgt die Zufuhr des Substrats und die Abfuhr von Luft durch den Deckel hin durch, indem entsprechende Öffnungen vorgesehen werden. Alternativ können die Luftabführung und die Zufuhr des Substrats auch durch die seitliche Umfangswan- dung oberhalb des Rottegemisches erfolgen, indem entsprechende Öffnungen vor gesehen werden.

Unabhängig von der Ausgestaltung des Bioreaktors, mit oder ohne Deckel, kann die Zufuhr des Substrats auch alternativ in der seitlichen Umfangswandung unter halb der Oberfläche des Rottegemisches, vorzugsweise mit einer Schnecke, erfol gen. An sich ist es unerheblich, von wo bzw. an welcher Stelle das Substrat dem Bioreaktor zugeführt wird.

Der Mischer ist vorzugsweise eine Vertikalschnecke. Die Vertikalschnecke kann vorzugsweise konisch oder zylindrisch ausgebildet sein. An den Schneckenwindun gen oder Schneckenflügeln (segmentierte Schnecke) können vorzugsweise zusätz lich noch mindestens ein Messer sowie eine Schürfleiste am Schneckenanfang an gebracht werden.

Das Gehäuse kann zylindrisch oder konisch ausgebildet sein.

Vorzugsweise ist das Gehäuse thermisch isoliert, um die Temperatur im Bioreaktor während der Kompostierung konstant halten zu können.

Es kann auch eine weitere Luftzuführung oberhalb des Rottegemisches durch die Umfangswandung oder durch den Deckel des Bioreaktors erfolgen.

Die Abfuhr der Abluft aus einem geschlossenen Bioreaktor kann durch Innendruck oder durch Anlegen eines Unterdrucks erfolgen.

Als vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn die axiale Länge des Mischers bis zu einer Oberfläche des in den Behälter eingefüllten Substrats reicht. Damit wird sichergestellt, dass eine vollständige Durchmischung des Substrats schnell und ein- fach erfolgt. Je kürzer der Mischer ist, umso länger dauert das vollständige Durch mischen.

Anhand einer Zeichnung sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1 - die schematische Darstellung eines ersten Bioreaktors;

Figur 2 - die schematische Darstellung eines zweiten Bioreaktors;

Figur 3 - eine Fortbildung des Bioreaktors nach Figur 1 ;

Figur 4 - die schematische Darstellung einer Vorrichtung in der Aus gangsposition ohne eingefülltes Substrat;

Figur 5 - die Darstellung nach Figur 4 mit eingefülltem Substrat;

Figur 6 - die Ausbildung der Oberfläche des Substrats nach Ableitung wässriger Abluft;

Figur 7 - die Ausbildung der Oberfläche des Substrats nach Teil-Ablei tung von Substrat;

Figur 8 - eine weitere schematische Darstellung;

Figur 9 eine weitere schematische Darstellung.

In den Figuren sind zu den verschiedenen Ausführungsbeispielen eines Bioreaktors 0 für identische Bauteile dieselben Bezugszeichen vergeben.

Der Bioreaktor 0 ist ein aerober Thermotrockner, der in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem nach oben offenen Gehäuse 1 besteht, das konisch ausgebildet ist und aus einer geschlossenen Umfangswandung 1 .2 und einem Bo- den 1.1 besteht. Im Boden 1.1 ist um die vertikale Achse A eine vorzugsweise ko nische Schnecke 2 drehbar angetrieben gelagert. Die Schnecke 2 weist mindestens eine Windung 3 auf. Im Boden 1.1 und in der Umfangswandung 1.2 sind Zuleitungen 5, 6 für Umgebungsluft vorgesehen, die in das Innere des Bioreaktors 0 geleitet wird, was für die Sauerstoffzufuhr in das zu kompostierende Substrat 4 dient. Bezo gen auf die maximale Füllhöhe Hmax des Gehäuses 1 liegt die Zuleitung 6 im unteren Drittel der Umfangswandung 1.2. Je näher die Zuleitung 6 am Boden 1.1 liegt, umso effektiver kann der Lufteintrag in das zu kompostierende Substrat 4 gestaltet wer den. Die Umgebungsluft kann auf eine Temperatur von bis zu 70 °Celsius ange- wärmt werden. Sie kann auch mit Überdruck von unter 5 bar, bevorzugt von unter 1 bar in den Bioreaktor 0 eingeleitet werden. Mit dem Bezugszeichen 10 ist die Ober fläche des Substrats 4, also der biogenen Reststoffe nebst prozessbedingter Hilfs stoffe bezeichnet. Die Schnecke 2 ist hier verkürzt dargestellt. Vorzugsweise reicht ihre axiale Länge bis an die Oberfläche 10 des Substrats 4, um eine möglichst schnelle und rasche Durchmischung des Substrats 4 zu ermöglichen.

Der in Figur 2 dargestellte Bioreaktor 0 entspricht in seinem Aufbau dem Bioreaktor 0 nach Figur 1 , das Gehäuse 1 ist jedoch von einem Deckel 1.3 verschlossen. Das Substrat 4 wird durch eine nicht dargestellte Öffnung im Deckel 1.3 in das Innere des Gehäuses 1 eingefüllt. Die Abführleitung 7 für die Abführluft wird durch den Deckel 1.3 hindurchgeführt.

Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der untere Bereich der Um fangswandung 1.2 zum Boden 1.1 hin nochmals stärker abgeschrägt, sodass sich ein doppelt konischer Querschnitt einstellt. Die seitliche Zuführleitung 6 für die Um gebungsluft ist oberhalb des angeschrägten Bereichs vorgesehen. Im Inneren des Gehäuses 1 sind parallel zur Umfangswandung 1.2 Prallbleche 9 angeordnet, die in einem parallelen Abstand zur Umfangswandung 1.2 verlaufen, sodass sich zwi schen den Prallblechen 9 und der Umfangswandung 1.2 eine Luftkammer 11 ein- stellt. Die im Boden 1.1 vorgesehene Zuleitung 5 wird über ein Prallblech 9.1 abge deckt, das eine Luftkammer 11.1 zwischen dem Boden 1.1 und sich ausbildet und gleichzeitig auch verhindert, dass Substrat 4 in die Zuleitung 5 gelangt. Die Zulei tung 5 kann zu diesem Zweck auch abgewinkelt werden, sodass ihre Öffnung in horizontale Richtung weist. Eine Detailskizze der Anordnung des Prallblechs 9.1 und der Ausbildung der Luftkammer 1 1 .1 zeigt Figur 8, die in der linken Bildhälfte eine Seitenansicht und in der rechten Bildhälfte eine Draufsicht auf den Boden 1 .1 des Bioreaktors 0 zeigt.

Die Funktionsweise des Bioreaktors 0 soll anhand der Figuren 4 bis 7 erläutert wer den:

In den zunächst leeren Bioreaktor 0 (Figur 4) wird bis zur maximalen Füllhöhe Hmax zu kompostierendes Substrat 4 eingefüllt, das dann mit der Oberfläche 10 im Inne ren des Gehäuses 1 abschließt (vergleiche Figur 5). Optional kann vor dem Einfül len des Substrats 4 ein nicht näher dargestelltes Strukturmaterial eingefüllt werden, das als Schüttgut vorliegt und insbesondere aus Holzhackschnitzeln oder Holzku geln oder einem anderen geeigneten Material besteht. Nach dem Befüllen wird die vertikal angeordnete Schnecke 2 drehend in Betrieb genommen und das eingefüllte Substrat 4 in seiner Gänze durchmischt und möglichst weitgehend homogenisiert. Gleichzeitig wird über die Zuleitungen 5, 6 Umgebungsluft zugeführt, um in das Sub strat 4 Sauerstoff einzutragen. Wenn eine ausreichende Durchmischung erreicht wurde, wird die Schnecke 2 stillgesetzt und das sich im Bioreaktor 0 befindliche Substrat 4 sich selbst überlassen. Vorzugsweise erfolgt die Luftzufuhr vor, während und nach der Durchmischung des Rottegemisches. Die spezifische Ausgestaltung der Luftzuführung hinsichtlich des Zeitpunktes, der Dauer, des Volumenstroms und der Temperatur erfolgt variabel mit dem Ziel, optimale Milieubedingungen des Kom postierungsprozesses zu erhalten.

Der Feuchtigkeitsgehalt des Substrats 4 im Bioreaktor 0 (Rottegemisch) beträgt vor zugsweise zwischen 30 und 70%. Durch die bei der Kompostierung in der Rotte entstehende Wärme verdunstet die Feuchtigkeit und wird über die Ableitung 7 nach außen geführt. Gleichzeitig strömt dabei durch die Zuleitungen 5, 6 frische Umge bungsluft nach. Die Oberfläche 10 des Substrats 4 sinkt durch die Verdunstung im Gehäuse 1 weiter ab, bis sie eine von den Parametern des Substrats 4 abhängige minimale Höhe Hmin erreicht hat. Dann wird frisches Substrat 4 in das Gehäuse 1 eingefüllt. Wie viel frisches Substrat 4 eingefüllt wird, hängt auch von den Parame tern des zuzuführenden Substrats 4 im Verhältnis zu dem im Bioreaktor bereits kom postierten Substrat 4 ab. Der Feuchtigkeitsgehalt soll sich nur wenig ändern, um den Kompostierungsprozess gleichmäßig ablaufen zu lassen. Der Feuchtigkeitsge halt des Substrats 4 im Bioreaktor 0 (Rottegemisch - bestehend aus einem frischen und einem bereits kompostierten Anteil) beträgt vorzugsweise zwischen 30 und 70 %. Wenn das frische Substrat 4 eingefüllt wird oder unmittelbar nachdem es einge füllt wurde, wird die Schnecke 2 in Betrieb genommen und das gesamte sich im Bioreaktor 0 befindliche Substrat 4 vollständig durchmischt. Nach der vollständigen Durchmischung wird die Schnecke 2 stillgesetzt und das Substrat 4 wieder sich selbst überlassen, wodurch die Oberfläche 10 als Folge der Erwärmung des Sub strats durch exotherme Stoffwechselprozesse der Mikroorganismen, die einen Ab- und Umbau der Feststoffe bewirken und damit das Substrat zugleich stabilisieren, über die Zeit wieder im Gehäuse 1 absinkt. Wird eine zuvor festgelegte zweite mi nimale Flöhe Flmin erreicht, wird erneut frisches Substrat 4 eingefüllt das gesamte im Gehäuse 1 befindliche Substrat 4 mittels der Schnecke 2 durchmischt und nach vollständiger Durchmischung das Substrat 4 wieder sich selbst überlassen. Die Luft zuführung erfolgt in dem Maße, wie es die Erhaltung optimaler Milieubedingungen im Rottegemisch erfordert. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis so viel Sub strat 4 getrocknet wurde, dass die Austraghöhe Flaus erreicht wurde und es aus dem Bioreaktor 0 als Kompost ausgetragen werden muss.

Vorzugsweise bleibt aber ein Rest des bereits getrockneten Substrats 4 im Gehäuse 1 zurück, um die sich darin befindlichen Mikroorganismen für die weitere Kompos tierung zur Animpfung nutzen zu können (vgl. Figur 7).

Wurde ein Strukturmaterial eingefüllt, verteilen sich an dessen Oberfläche die bio genen Reststoffe (Substrat) in Form eines dünnen wässrigen Biofilms und bieten den Bakterien ein optimales Milieu für ihren Stoffwechsel. Der dünne Wasserfilm eignet sich optimal zur Trocknung durch einen warmen Luftstrom. Das Strukturma terial bildet ausreichend Luftporen und Luftkanäle, was die Luftführung durch das Rottegemisch unterstützt.

Die Zugabe des frischen Substrats 4 erfolgt intervallweise. Ebenso intervallweise erfolgt die Durchmischung des im gesamten Bioreaktors 0 enthaltenen Substrats 4. Die Durchmischung muss mindestens einmal innerhalb eines Intervalls von der Be- endigung des Nachfüllens bis zum Beginn einer erneuten Nachbefüllung durchge führt werden, wobei vorzugsweise die vollständige Durchmischung nach Abschluss der Zuführung frischen Substrats 4 erfolgt. Während der Durchmischung wird Um gebungsluft zugeführt. Der Prozess der Nachbefüllung kann sich in mehrere Teil prozesse der Befüllung unterteilen, was in zeitlich kurzen Intervallen nacheinander erfolgen kann. Eine weitere Alternative ist die parallele Beschickung, wenn bei spielsweise mehrere Zuführungsleitungen für frisches Substrat verwendet werden.

Durch die intervallweise Beschickung und Verdunstung des Wassers können - wenn Strukturmaterial eingefüllt wurde - sukzessive Feststoffe der biogenen Rest stoffe an den Oberflächen des Strukturmaterials angereichert werden. Die intervall weise Zuführung von frischem biogenem Material (Substrat) führt regelmäßig Was ser in das Rottegemisch ein, was den wässrigen Biofilm an der Oberfläche des Strukturmaterials regelmäßig erneuert. Dieser wässrige Biofilm wirkt wie eine Gleit schicht, die einen Abrieb der sich bildenden Feststoffschichten verhindert.

Wenn die Anreicherung mit Feststoffen im Reaktor einen maximalen Füllstand Flaus erreicht hat, kann eine verlängerte Trocknungsphase ohne weitere Zuführung von neuem Substrat 4 erfolgen. Damit trocknen die Oberflächen des Strukturmaterials aus. Durch einen anschließenden Mischvorgang werden die Feststoffschichten durch Reibung von den Oberflächen des Strukturmaterials in Form von Rieselstof fen getrennt und können anschließend über die Austragvorrichtung 8 abgezogen werden.

Der Austrag des getrockneten Substrats 4 kann auf beliebige Weise erfolgen. Flierzu können beispielsweise als Austragsvorrichtung 8 ein Schneckenförderer o- der eine Pumpe vorgesehen sein, der/die aus dem unteren Bereich des Gehäuses 1 seitlich herausfördert. Auch kann im Boden 1 .1 oder in der Umfangswandung 1 .2 eine Öffnung vorgesehen sein, über die getrocknetes Substrat 4 in einer gewünsch ten Menge herausrieseln oder abgesaugt werden kann. Wenn über der Öffnung ein perforiertes Lochblech als Sieb vorgesehen ist, lässt sich die maximale Größe der aus dem Behälter ausgetragenen Partikel festlegen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn vor dem Einfüllen des Substrats ein Strukturmaterial in Form von Holzhackschnitzeln oder Holzkugeln eingegeben wird, an deren Oberfläche sich beim Trocknen Schichten einer stabilisierten Trockensubstanz aus dem Substrat 4 anlagern können. Wenn die Lochgröße des Siebes kleiner ist als die Größe des Strukturmaterials wird dieses sicher im Bioreaktor 0 zurückgehalten.

Bevorzugt erfolgt der Austrag der Rieselstoffe über eine Absaugeinrichtung mit nachfolgendem Zyklon zur Feststofftrennung aus der abgesaugten Luft.

Durch das intervallweise Durchmischen und der Eintragung von Luft in das Substrat 4 wird eine homogene Gestaltung der Milieuparameter (Temperatur, Wassergehalt, Sauerstoffgehalt, pH-Wert) des Rottegemisches erzielt. Die Ausbildung von Gradi enten im Substrat 4 (Rottegemisch) wird vermieden. Aufgrund der hohen Tempera turen erfolgt die Ableitung von wässriger Abluft 7. Infolge der seitlich angeordneten Prallbleche 9 bildet sich eine künstliche Luftkammer 1 1 aus. Die Prallbleche 9 sind im Inneren des Gehäuses 1 vorzugsweise diametral angeordnet, um zu vermeiden, dass beim Durchmischen des Substrats 4 Unwuchten in den Bioreaktor 0 eingeleitet werden. Durch die Zufuhr von Luft von unten und von der Seite wird Sauerstoff an alle Grenzflächen zugeführt, sodass die Entstehung anaerober Zonen innerhalb der Rotte vermieden wird.

Um zu verhindern, dass Substrat in die Zuführleitung 5 rieselt und diese verstopft, kann - wie Figur 9 schematisch zeigt - ein Quersteg 12 vorgesehen sein, der sich von der Innenwandung der Zuführleitung 5 über deren Mitte hinaus erstreckt. In der Seitenansicht ist der Quersteg 12 dreieckförmig ausgebildet. Ersichtlich ist, dass der Quersteg 12 im Vergleich zum Durchmesser der Zuführleitung schmal ist, so dass ausreichend Luft in den Biobehälter 9 einströmen kann. Die Luft kann auch als Druckluftstoß zugeführt werden, um etwa in die Zuführleistung hineingerieseltes Substrat 4 auszublasen, bevor die Schnecke 2 in Betrieb genommen wird.

In den schematischen Darstellungen ist nicht gezeigt, dass das Gehäuse 1 des Bi oreaktors 0 thermisch isoliert sein kann, um die Temperatur im Inneren des Biore aktors 0 möglichst konstant halten zu können. Bezugszeichenliste

0 Bioreaktor

1 Gehäuse

1.1 Boden

1.2 Umfangswandung

1.3 Deckel

2 Mischer / Schnecke

3 Flügel

4 Substrat

5 Lufteinlass / Zuleitung / Zuführleitung

6 Lufteinlass / Zuleitung / Zuführleitung

7 Abführleitung / Abluft

8 Austrageinrichtung

9 Prallblech

9.1 Prallblech

10 Oberfläche

11 Luftkammer

11.1 Luftkammer

12 Quersteg

A Achse

Haus Austraghöhe

Hmax Füllhöhe

Hmin Füllhöhe

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Stabilisieren und Trocknen eines Substrats (4), insbesondere biogener Reststoffe, mit einem Flüssigkeitsanteil mit folgenden Schritten: a) Einfüllen des Substrats (4) in einen Bioreaktor (0),

b) vollständiges Durchmischen des Substrats (4),

c) Verdunsten der Flüssigkeit aus dem Substrat (4),

d) Zuführen von Umgebungsluft in den Bioreaktor (0),

e) Nachfüllen von frischem Substrat (4) in den Bioreaktor (0) in einer

Menge, mit der zumindest das Volumen der verdunsteten Flüssigkeit ausgeglichen wird, und

f) Wiederholen der Schritte b) bis e), solange bis eine ausreichende

Menge getrocknetes Substrat (4) erhalten und aus dem Bioreaktor (0) herausgeführt wird, wobei das frische Substrat (4) intervallweise nachgefüllt und das im Bioreaktor (0) enthaltene Substrat (4) innerhalb dieses Intervalls mindestens einmal voll ständig durchmischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verduns ten der Flüssigkeit bei einer Temperatur bis zu 70 °Celsius erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Um gebungsluft mit einer Temperatur bis zu 70 °Celsius zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungsluft mit Überdruck in den Bioreaktor (0) eingeleitet wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einfüllen des Substrats (4) in den Bioreaktor (0) ein Struk turmaterial eingefüllt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Struktur material als Schüttgut vorliegt und insbesondere aus Holzhackschnitzeln oder Holzkugeln besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich beim Verdunsten der Flüssigkeit aus dem Substrat (4) auf der Oberfläche des Strukturmaterials Schichten einer stabilisierten Trockensubstanz aus dem Substrat (4) ausbilden.

8. Bioreaktor (0) zur Verwendung in einem Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend: ein Gehäuse (1 ), mit zumindest einem Boden (1.1 ) und einer geschlos senen Umfangswandung (1.2), einen um eine vertikale Achse (A) drehbar gelagerten Mischer (2), mindestens einen bezogen auf eine maximale Füllhöhe (H) im Ge häuse (1 ) im unteren Drittel des Gehäuses (1 ) angeordneten Luftein lass (5, 6), eine Austragseinrichtung (8).

9. Bioreaktor (0) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der

Lufteinlass (5) im Boden (1.1 ) angeordnet ist.

10. Bioreaktor (0) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der

Lufteinlass (6) in der Umfangswandung (1.2) angeordnet ist.

11. Bioreaktor (0) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufteinlass (5, 6) gegenüber dem Inneren des Gehäuses (1 ) von einer Abdeckung (9, 9.1 ) abgedeckt ist.

12. Bioreaktor (0) nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1 ) von einem Deckel (1.3) abgedeckt ist.

13. Bioreaktor (0) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (2) eine Vertikalschnecke ist.

14. Bioreaktor (0) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verti kalschnecke (2) konisch ausgebildet ist.

15. Bioreaktor (0) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1 ) zylindrisch oder konisch ausgebildet ist.

16. Bioreaktor (0) nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1 ) thermisch isoliert ist.

17. Bioreaktor nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (2) am Boden (1.1 ) gelagert ist.

18. Bioreaktor nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Mischers (2) bis zu einer Oberfläche (10) des in den Be hälter (0) eingefüllten Substrats (4) reicht.