DE19521474B4

DE19521474B4 - Verfahren zur Temperaturregelung einer Kompostieranlage und Kompostieranlage hierzu

Info

Publication number: DE19521474B4
Application number: DE1995121474
Authority: DE
Inventors: Ralph Kugler; René Leisner
Original assignee: Lurgi GmbH
Current assignee: Air Liquide Global E&C Solutions Germany GmbH
Priority date: 1994-07-06
Filing date: 1995-06-13
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2015-06-14
Also published as: CH686573A5; DE19521474A1

Abstract

Verfahren zur Temperaturregelung einer Kompostieranlage mit mindestens einer geschlossenen Rottehalle, in der Rottegut mietenartig aufgeschichtet ist und entsprechend seinem Alter umgeschichtet wird, wobei das Rottegut einer Saug-/Druckbelüftung mit geregelter Luftmengenzufuhr ausgesetzt wird und Luftströme im Umluftbetrieb geführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Rottegutes erfasst wird und mit ansteigender Temperatur im Rottegut die Umluftmenge bis zum Erreichen eines gegebenen Maximums erhöht wird und erst bei weiterem Temperaturanstieg des Rottegutes oder Unterschreiten eines minimalen O₂-Gehaltes in der Umluft zusätzlich Frischluft zugeführt wird, wobei die Abluftmenge und Emissionen minimiert sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturregelung für eine Kompostieranlage, insbesondere eine automatisiert betriebene Kompostieranlage mit einer geschlossenen Rottehalle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Kompostieranlage hierzu.

Es ist grundsätzlich bekannt, vor allem grosse Mengen an Rottegut in Rottehallen in Mieten aufzuschichten und diese Mieten zur Förderung der aeroben Kompostierung zu be- bzw. zu entlüften, um die biochemischen Abläufe zu optimieren. Zu gewährleisten ist eine Zufuhr von Sauerstoff und die Abführung von Reaktionsprodukten und überschüssigem Wasser, wobei insbesondere während der biologisch intensiven Rottephase der Gehalt an Reaktionsgasen und Wasserdampf in der Abluft sehr hoch ist. Die Be- bzw. Entlüftung erfolgt durch eine Saug- und/oder Druckbelüftung. Führt die Saugbelüftung während der intensiven Rottephase zur Verschmutzung der Lüftungseinrichtungen, ergibt eine Druckbelüftung eine sehr feuchte und aggressive Hallenatmosphäre.

Bei einem Verfahren zum Belüften einer geschlossenen Rotte-halle gemäss DE 4022328 C1 wird mit einer Druckbelüftung gearbeitet, bis ein Maximalwert der Feuchte überschritten wird. Ist dieser Punkt erreicht, wird auf eine Saugbelüftung umgeschaltet, bis wiederum ein minimaler Luftfeuchtewert erreicht ist und danach erneut auf Druckbelüftung umgeschaltet. Es wird vorgewärmte Frischluft zugeführt.

Bei einem weiteren Verfahren ( DE 4215847 A1 ) wird eine Miete ebenfalls abwechselnd saug- oder druckbelüftet, wobei zur Bestimmung des zwangsweisen Luftumsatzes die Feuchte der äusseren Umgebungsluft ermittelt wird.

Da jeweils die gesamte Rottehalle in gleicher Weise be- bzw. entlüftet wird, sind die technischen und energetischen Aufwendungen entsprechend hoch. Die als Ausweg bekannte räumliche Trennung von Intensivrotte und Nachrotte bedingt durch das Umsetzen des Rohkompostes aus einer Rottebox in eine Nachrottehalle ein aufwendiges Produkthandling.

Es sind weiterhin mehrere Verfahren und Einrichtungen zur Kompostierung von Rottegut in geschlossenen Behältern (Rotteboxen) ohne Umschichtung des Rottegutes bekannt. So beschreibt die DE 4021868 C3 ein Verfahren mit Umluftbetrieb, bei dem in Abhängigkeit vom CO₂-Gehalt der Abluft und der Anfangstemperatur des Rottegutes während der Anfahrphase eine Frischluft-Umluft-Umschaltung erfolgt. Von Frisch- auf Umluftbetrieb wird geschalten, wenn die Anfangstemperatur nicht in einem Zeitraum von fünf Stunden ansteigt. Der Umluftbetrieb wird beendet, wenn der CO₂-Gehalt der Abluft einen Grenzwert von 3 % überschreitet. Gemäss DE 4021867 C3 wird die pro Zeiteinheit zugeführte Luftmenge geregelt, wobei die Regelung der Luftzufuhr an einer Maximierung der pro Zeiteinheit erzeugten CO₂-Menge (oder alternativ O₂-Verbrauch, erzeugte Wärmemenge oder Gewichtsabnahme des Rottegutes) orientiert ist.

Nach einer weiteren Verfahrensführung in Rotteboxen ( DE 4021865 C2 ) wird mit dem Umluftbetrieb zur Hygenisierung des Rottegutes nach der Phase der höchsten biologischen Aktivität begonnen.

Die zuletzt genannten Lösungen sind durch begrenzte Leistung und vergleichsweise hohe Emissionswerte, insbesondere beim notwendigen Austrag des Rohkompostes aus den Rotteboxen gekennzeichnet.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Temperaturregelung einer Kompostieranlage zu entwickeln, mit dem zugleich die Luftversorgung des Rottegutes in einer Rottehalle geregelt werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt anhand der Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1. Das Ziel besteht hierbei in einer Verkürzung der Rottezeit, in Verbindung mit einer Optimierung der Flächenausnutzung sowie einer Verringerung der Abluftmengen und Emissionen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht weiterhin in der Schaffung einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 6.

Die jeweiligen Unteransprüche zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Der Erfindung liegt die überraschend gewonnene Erkenntnis zugrunde, dass die Entsorgung des während des Rotteprozesses erzeugten CO₂ nicht das bisher angenommene Problem darstellt. Es kommt nicht so sehr darauf an, die CO₂-Erzeugung oder Wärmeentwicklung während der intensiven Rottephase zu maximieren. Durch die Erfassung der Temperatur im Kompost kann regelnd auf eine Maximierung des Abbaus des Rottegutes eingewirkt werden. Die Komposttemperatur ist u. a. ein Abbild der biologischen Aktivität des Komposts.

Im Normalfall ist eine Regelung der Temperatur des Rottegutes vollkommen ausreichend, um im Umluftbetrieb eine optimale Sauerstoffversorgung des Rottegutes unter vorzugsweiser Trennung von Intensiv- und Nachrotte zu erhalten. Nur wenn der Sauerstoffgehalt der Umluft nicht ausreicht oder die Temperatur des Rottegutes in der Intensivzone zu hoch wird, wird zusätzlich zur Umluft noch Frischluft zugeführt.

Durch Einstellung der Belüftungsmenge kann die Temperatur des Komposts entlang eines optimalen Verlaufs bis zu einer Solltemperatur geführt und auf diesem Wert gehalten werden. Der Sollwert der Regelung ist einerseits die Temperaturdrift bis hin zur optimalen Komposttemperatur und andererseits in diesem Bereich direkt die Komposttemperatur, die es mittels einer entsprechend feinen Regelung zu halten gilt.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel an Hand einer Zeichnung näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt ein Fliessbild einer Kompostieranlage, insbesondere der Rottehalle. Das zu Tafelmieten aufgeschichtete Rottegut ist entsprechend seines Alters in den Feldbereichen 1-6 aufgeschichtet, wobei im Feldbereich 1 der Eintrag des frischen Rottegutes erfolgt.

Die Anzahl der Feldbereiche kann je nach erforderlicher Kompostqualität flexibel gestaltet werden. Für Frischkompost können z. B. drei Feldbereiche ausreichend sein.

Die Umschichtung des Rottegutes in die Feldbereiche 2-6 erfolgt mittels einer, nich näher dargestellten Umschichtmaschine 7 nach EP 250617 B1 und EP 393378 B1 .

Die Feldbereiche 2-4 (Intensivzone) sind druckbelüftet, die Feldbereiche 5-6 der (Nachrottezone) saugbelüftet, wobei diese Belüftungsart auf die Materialzusammensetzung des Rottegutes abgestimmt ist. Im konkreten Fall besteht das Rottegut überwiegend aus Bio- und Grünabfällen mit hohem Wassergehalt, was während der Intensivrotte eine Druckbelüftung erfordert.

Die Feldbereiche 2-4 (Intensivzone) sind durch schwenkbare Vorhänge 8 von den übrigen Feldbereichen so getrennt, dass die feuchtheisse und schadstoffhaltige Luft nicht ungehindert austreten kann.

Den Feldbereichen 1-6 sind jeweils separate Ventilatoren 9 zugeordnet, wobei die Ventilatoren 9 für die Feldbereiche 2-4 besonders leistungsfähig sind. In den Feldbereichen 1 und 5-6 ist der Luftbedarf geringer. Mittels einer Kreislaufführung 12 der Abluft ist ein Umluftbetrieb gegeben. Eine Entlüftung 11 und eine Frischluftzuführung 10 sind vorgesehen.

Im Dachbereich der Rottehalle sind Sensoren 13, vorzugsweise in Form von Infrarotsensoren zur berührungslosen Temperatur messung des Rottegutes angeordnet und mittels nicht dargestellter Leitungen mit ebenfalls nicht explizit dargestellten Messwertspeichern, Prozessrechnern und Reglern verbunden.

In Wärmetauschern 15 wird die Abluft gekühlt und entwässert und zurückgeführt (nicht dargestellt) oder über Biofilter 16 entsorgt.

Das Rottegut wird nach Eintrag im Feldbereich 1 und nachfolgende Umsetzung mittels Umsetzmaschine 7 mit, mit steigender Rotteguttemperatur zunehmenden Luftmengen druckbelüftet und entwässert. Die Abluft wird im Umluftbetrieb zurückgeführt.

Die Temperatur des Rottegutes wird mittels der Sensoren 13 erfasst und als Istwert mit einem Sollwert verglichen und gespeichert (Rotteverlauf nachvollziehbar, Hygienisierungsnachweis). Durch diesen Sollwert-Istwert-Vergleich wird der Luftbedarf geregelt und mit steigender Temperatur die Umluftmenge pro Zeiteinheit erhöht.

Die Istwerte der Messtellen werden in Abständen abgefragt und es können mehrere Istwerte als Mittelwerte pro Zeiteinheit gespeichert werden.

Übersteigt die Rotteguttemperatur die Abfuhrkapazität des Umluftstromes wird über die Zuführung 10 zusätzliche Frischluft zugeführt. Die Umluftmenge beträgt jedoch ein Mehrfaches der Frischluftmenge. Im Gegensatz hierzu lehrt der bekannte Stand der Technik ( DE 4021868 C3 ), den Rottestart mit einem Frischluftbetrieb zu beginnen, d. h. auch, mit hohen Frischluftmengen zu arbeiten.

Ebenso ist es nicht erforderlich, die zuzuführende Luftmenge zwecks Maximierung der CO₂-Erzeugung oder Wärmeproduktion zu regeln (vgl. DE 4021867 C3 ), sondern einfach nach der Isttemperatur des Rottegutes. Zudem zeigte sich in umfangreichen Untersuchungen, dass das CO₂ nur eine relativ untergeordnete Rolle als Messwert spielen kann. Vielmehr wird die Temperatur des Kompostes durch die zugeführte Luftmenge und deren Zusammensetzung geregelt, d. h. der Wärmeaustrag wird mittels der zugeführten Luft geregelt und somit auch die Temperatur im Rottegut. Es besteht ein Zusammenhang zwischen Strömungsgeschwindigkeit und Wärmeentzug. Im Gegensatz zu bisherigen Lehren nach dem Stand der Technik steht nicht die Maximierung von Kohlendioxidmengen u. dgl. im Vordergrund, sondern die Kühlung und eine bessere Ausnutzung der vorhandenen Umluft. Dadurch wird eine Minimierung der Abluft (damit zugleich nur geringer Frischluftbedarf) und ebenso eine Minimierung der Emissionen erreicht, bezogen auf geschlossene Rottehallen hoher Leistungen.

Die biologische Seite wird nur indirekt beeinflusst, die Mikroorganismen können nur auf ihre Umgebungsbedingungen reagieren.

Infolge der Abtrennung der Feldbereiche 2-4 von den übrigen Feldbereichen 1 und 5-6 sind infolge der beschriebenen Verfahrensführung Abluft und Emissionen gering.

Eine Hygienisierung des Rottegutes wird in der Intensivzone in max. 2-3 Tagen bei Temperaturen von 50 °C bis 60 °C er- reicht. Dieser Zeitraum kann durch höhere Temperaturen verkürzt werden.

Im Abstand von vorzugsweise jeweils einer Woche wird das Rottegut in den nachfolgenden Feldbereich umgesetzt. Bei höherer Leistung oder höherem Wasserhaushalt kann eine Umsetzung auch nach jeweils 3-4 Tagen erfolgen.

Infolge der intensiven Belüftung in der Intensivzone erfolgt ein hoher Wasseraustrag aus dem Rottegut, der beim Umsetzen und Homogenisieren des Rottegutes mittels der Umsetzmaschine 7 wieder zu seinem optimalen Wert ausgeglichen wird. Mittels Saugbelüftung in den Feldbereichen 5-6 erfolgt eine weitergehende Entwässerung und eine Verbesserung des Rottegrades.

Über die Wärmetauscher 14, 15 wird, vorrangig bei niedrigen Umgebungstemperaturen die Frischluft, die über die Zuführung 10 zugeführt wird, vorgewärmt. Das im Wärmetauscher 15 anfallende Kondensat wird in üblicher Weise als Brauchwasser in der Kompostieranlage verwendet.

1-6: Feldbereich
7: Umschichtmaschine
8: Klappe
9: Ventilator
10: Zuführung
11: Entlüftung
12: Kreislaufführung
13: Infrarotsensor
14: Wärmetauscher
15: Wärmetauscher
16: Biofilter

Claims

Verfahren zur Temperaturregelung einer Kompostieranlage mit mindestens einer geschlossenen Rottehalle, in der Rottegut mietenartig aufgeschichtet ist und entsprechend seinem Alter umgeschichtet wird, wobei das Rottegut einer Saug-/Druckbelüftung mit geregelter Luftmengenzufuhr ausgesetzt wird und Luftströme im Umluftbetrieb geführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Rottegutes erfasst wird und mit ansteigender Temperatur im Rottegut die Umluftmenge bis zum Erreichen eines gegebenen Maximums erhöht wird und erst bei weiterem Temperaturanstieg des Rottegutes oder Unterschreiten eines minimalen O₂-Gehaltes in der Umluft zusätzlich Frischluft zugeführt wird, wobei die Abluftmenge und Emissionen minimiert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturregelung während der intensiven Rottephase erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Rottegutes berührungslos erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Werte der Temperatur des Rottegutes mit einem Sollwert verglichen und gespeichert werden und die Temperatur in Richtung des Sollwertes geregelt wird.
Kompostieranlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 in einer geschlossenen Rottehalle mit Einrichtungen zur Umluftführung, Frischluftzufuhr und Abluftabfuhr in Verbindung mit einer für Druck-/Saugbelüftung ausgelegten Ventilation sowie einem entsprechenden Hallenboden in Form einer Gasverteilerplatte zur Aufnahme des Rottegutes in Mietenform, einer Einrichtung zur Umsetzung oder Umschichtung des Rottegutes, Wärmetauschern und Biofiltern, dadurch gekennzeichnet, dass die Rottehalle in Feldbereiche (1-6) unterteilt ist, wobei über den Feldbereichen (2-4), der Intensivzone des Rotteprozesses, Sensoren (13) zur Temperaturerfassung des Rottegutes angeordnet sind, die mit einer Einrichtung zur Erfassung und Speicherung von Temperaturmesswerten und einem Regler verbunden sind.
Kompostieranlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldbereiche (2-4) von den übrigen Feldbereichen durch Vorhänge (8), Klappen oder Rollladen räumlich getrennt sind.
Kompostieranlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (13) berührungslos arbeitende Infrarotsensoren sind.
Kompostieranlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (13) im Dachbereich der Rottehalle angeordnet sind.