DE3100549A1

DE3100549A1 - Verfahren zur kompostierung von organischem abfall

Info

Publication number: DE3100549A1
Application number: DE19813100549
Authority: DE
Inventors: Shoji Gunma Hashimoto; Hitoshi Ito; Waichiro Maebashi Gunma Kawakami; Masaaki Takasaki Gunma Takehisa; Hiroshi Watababe; Hirmasa Fujioka Gunma Watanabe
Original assignee: Japan Atomic Energy Research Institute
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1980-01-14
Filing date: 1981-01-12
Publication date: 1981-12-10
Also published as: FR2473503A1; DE3100549C2; JPS5830274B2; JPS56109886A; FR2473503B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompostierung von organischem Abfall.

Organische Abfall Stoffe, wie Schlamm aus der Abwasseroder Abfallwasserbehandlung, tierische Abfälle und städtische Abfälle werden gewöhnlich als Füllstoff bei der Geländeverfüllung durch unmittelbares Abladen oder nach Verbrennung beseitigt. Diese Methoden haben die ihnen eigenen Mängel, so daß hier eine Änderung angestrebt wird: Die erste Methode erfordert eine heute schwierig zu beschaffende große Abladefläche, und ein bei der anaeroben Gärung abgegebener unangenehmer Geruch verursacht eine Luftverunreinigung. Die anderen Methoden verbrauchen viel Energie.

Ein neues anderes Verfahren, das die Aufmerksamkeit der Forschung beansprucht, ist der Einsatz organischer Abfallstoffe als Bodenverbesserungsmittel oder Düngemittel aur baumbestandenen oder landwirtschaftlich genutzten Flächen. Bei dieser Methode muß man aber darauf achten, daß die behandelte Fläche nicht durch pathogene Bakterien, Parasiteneier oder Pflanzensamen verunreinigt wird und daß durch schnelle Vergärung des Abfalls in dem Boden nicht die Ernte geschädigt wird. Um zu diesem Zweck den organischen Abfall unschädlich zu machen und ihn in eine unschädliche und bei der Aufbringung auf den Boden leicht zu handhabende Form umzuwandeln, wurde eine Technik entwickelt, bei der für einen Zeitraum von 1 oder 2 Wochen eine aerobe Gärung durchgeführt wird. Während dieser Zeit werden die leicht abbaubaren Substanzen

in dem Abfall durch Zersetzung in eine beständige Form überführt, während pathogene Bakterien, Parasiteneier und Pflanzensamen durch die Gärungswärme inaktiviert werden. Es wurde jedoch berichtet, daß die Gärungswärme nicht notwendigerweise ausreicht, um pathogene Bakterien und Parasiten abzutöten oder Parasiteneier und Pflanzensamen zu inaktivieren. Wenn in Zukunft die Technik der Kompostierung von organischen Abfallstoffen durch künstliche Vergärung vielerorts eingeführt und eine große Menge von Abfallstoffen auf baumbestandene oder landwirtschaftlich genutzte Flächen aufgebracht wird, muß gewährleistet sein, daß der Boden nicht durch pathogene Bakterien, Parasiteneier oder Pflanzensamen verunreinigt wird.

Es ist bekannt, daß ionisierende Strahlung zur Abtötung von pathogenen Bakterien und Parasiten oder zur Inaktivierung von Parasiteneiern und Pflanzensamen sehr wirksam ist. Ausgehend vor. dieser Wirkung der ionisiprpncen Strahlunq wurden verschiedene Untersuchungen über ein wirksames Verfahren zur Kompostierung organischer Abfallstoffe durchgeführt. Es wurde gefunden, daß in einer kurzen Zeitdauer eine saubere und unschädliche Kompostform gebildet werden kann, wenn man den Abfall der ionisierenden Strahlung aussetzt und den so behandelten Abfall mit einer Mikroorganismen enthaltenden Substanz vergärt.

Die organischen Abfall stoffe, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kompostiert werden, sind Abfälle, die eine große Menge organischer Materie enthalten. Typische Beispiele dieser

130050/043*

Stoffe sind Schlamm, der bei der Behandlung von Abwasser, menschlichem Abfall oder industriellem Abwasser anfällt, tierische Abfälle, wie GefVügelmist, Kuhdung, Schweinedung, Stallmist, sowie städtischer Abfall, wie Müll oder Altpapier. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch Gemische dieser Abfall stoffe kompostiert werden.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren benutzte ionisierende Strahlung sind Gamma-Strahlen, Beta-Strahlen, Alpha-Strahlen, Röntgen-Strahlen, Elektronenstrahlen oder Mischungen davon.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete, Mikroorganismen enthaltende Substanz ist ein Gärungsprodukt des organischen Abfalls, eine im Handel für die Vergärung erhältliche, Mikroorganismen enthaltende Substanz oder ein Produkt, das man durch Vergärung unter Benutzunq einer solchen Substanz erhält.

Der organische Abfall wird einer Dosis der ionisieren-

4 7

den Strahlung von etwa 10 bis 10 rad ausgesetzt, die in Abhängigkeit von der Art des Abfalls variieren kann. Die Wirkung der Strahlung wird durch die Dosisrate wenig beeinflußt.

Da der Schlamm im allgemeinen einen hohen Wassergehalt hat, wird dieser bei der aeroben Schlammvergärung vorzugsweise durch Zugabe von Mitteln zur Veränderung des Wassergehaltes auf einen Wert zwischen 40 und 60 % eingestellt. Solche Mittel sind

130060/0*3·

Stroh, Häcksel, Sägemehl, städtischer Abfall mit geringem Wassergehalt oder ein Vergärungsprodukt. Diese Mittel zur Herabsetzung des Wassergehaltes können vor oder nach der ionisierenden Bestrahlung dem organischen Abfall zugesetzt werden. Wenn jedoch das Mittel zur Modifizierung des Wassergehaltes für die Gärung schädliche Bakterien enthält oder wenn die Gefahr besteht, daß pathogene Bakterien in dem Vergärungsprodukt verbleiben, wird natürlich die Bestrahlung nach Zugabe des Mittels zur Modifizierung des Wassergehaltes bevorzugt. Zur Abtötung der Bakterien ist die Bestrahlung in Gegenwart von Sauerstoff wirksamer als die in Abwesenheit von Sauerstoff. Um daher die erforderliche Gesamtdosis zu verringern, wird das organische Abfallmaterial, welches das Mittel zur Modifizierung des Wassergehaltes enthält, vorzugsweise unter Belüftung der ionisierenden Strahlung ausgesetzt.

Der bestrahlte organische Abfall vergärt nicht von selbst; zur Vergärung muß als Vergärungsinitiator eine Mikroorganismen enthaltende Substanz zugesetzt werden. Als solcher Initiator kann ein handelsübliches Gärungsmittel oder ein Vergärungsprodukt eingesetzt werden. Der Vergärungsinitiator wird im allgemeinen in einer Menge von 1 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-% des Abfalls eingesetzt. Der Einsatz von mehr als 50 Gew.-% Initiator ist nicht ratsam, weil dann ein Gärbehälter von zu großer Kapazität erforderlich ist. Bei Verwendung von weniger als 10 Gew.-% Initiator ergibt sich eine verringerte Gärgeschwindigkeit.

130060/048*

Die Vergärung der bestrahlten organischen Abfallstoffe beginnt, sobald sie mit der Mikroorganismen enthaltenden Substanz gemischt und belüftet werden, und die Temperatur der Abfall stoffe steigt infolge der Vergärungswärme an. Der Temperaturanstieg verändert die Verteilung der Mikroorganismen in dem Abfall, und eine Temperatur über 50 oder 60⁰C hat eine langsame Vergärung zur Folge. Bei der herkömmlichen Vergä'rungsmethode wird die Temperatur über 70⁰C gehalten, wodurch unter Beeinträchtigung der Gärgeschwindigkeit die Bildung eines reinen Gärproduktes sichergestellt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der organische Abfall jedoch durch die Bestrahlung mit ionisierenden Strahlen in eine unschädliche hygienische Form überführt worden, so daß man einen für die Gärung geeigneten Temperaturbereich, z.B. zwischen 40 und 60⁰C auswählen kann. Nach der Erfindung verläuft demzufolge die Vergärung schnell. Sie endet gewöhnlich in einem Zeitraum von 1 hi«; 3 Tagen, der mit der Art des organischen Abfalls und der zugesetzter! Menge des Gärungsinitiators variiert. Natürlich kann eine längere Gärdauer gewählt werden, wenn es die zu behandelnde baumbestandene bzw. landwirtschaftlich genutzte Fläche gestattet.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Gärtemperatur zwischen 40 und 60⁰C gehalten werden, so daß der zur Gärung eingesetzte, kompostierende Mikroorganismus seine Anfangsaktivität behält und durch Rückführung dieses Mikroorganismus eine wirksame Vergärung erreicht wird.

130060/043·

FUr die aerobe Vergärung ist die Sauerstoffzufuhr zwingend erforderlich. Wenn jedoch Luft als Sauerstoffquelle dient, können Mikroorganismen aus der Luft den in Gärung befindlichen Abfall verunreinigen. Eine solche Verunreinigung kann verhindert werden, indem man mit Luft arbeitet, die ein Reinigungsfilter passiert hat.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Figur 1 eine schematische Darstellung des Apparats zur Schlammbestrahlung mit Gamma-Strahlen aus Co;

Figur 2 eine schematische Darstellung des Apparats zur Schlammbestrahlung mit Elektronenstrahlen; und

Figur 3 eine schematiäuie Darstellung dc; Apparats zur Schlammvergärung.

Figur 1 zeigt, wie Schlamm mit Gamma-Strahlen aus Co bestrahlt wird, wobei ein Bestrahlungsbehälter 1 mit einem schneckenartigen Rührer 2, ein Motor 3 und eine Pumpe 4 für die Luftzufuhr vorgesehen sind. In der Figur bezeichnet die Bezugszahl 5 eine Co-Quelle. Der Schlamm, mit dem der Behälter 1 beschickt ist, wird unter Rührung und Luftzufuhr mit Gamma-Strahlen bestrahlt.

130060/043*

Figur 2 zeigt, wie der Schlamm mit Elektronenstrahlen bestrahlt wird. Dabei bedeutet die Bezugszahl 6 eine Aufgabevorrichtung, die den Schlamm mit einer gegebenen Geschwindigkeit einer Schlammpresse 7 zuführt. Der auf eine gegebene Dicke gepresste Schlamm wird auf einem Bestrahlungsförderer 8 transportiert, dabei mit Elektronenstrahlen von einem Beschleuniger 9 bestrahlt. Der bestrahlte Schlamm wird an einen Behälter 10 abgegeben.

Figur 3 ist eine schematische Darstellung der Anlage, die zur Gärung des bestrahlten Schlamms dient. Dabei bezeichnet die Bezugszahl 11 einen Gärbehälter, 12 einen Rührer, 13 einen Motor, 14 eine Pumpe für die Luftzufuhr, 15 eine Temperaturüberwachungseinrichtung und 16 einen Gasanalysator. Ein Gemisch aus bestrahltem Schlamm und Gärinitiator wird dem Gärbehälter zugeführt und darin unter Rührung und Luftzufuhr vergoren. Der Fortschritt der Vergärung kann durch die Änderung der Temperatur oder der CO₂- oder NH₃-Konzentration verfolgt werden.

Die Erfindung wird nun-mehr im einzelnen durch die folgenden Beispiele beschrieben, die nur zur Erläuterung dienen, jedoch nicht den Umfang der Erfindung begrenzen. Die oben beschriebenen Apparate der Figuren 1 bis 3 wurden in den folgenden Beispielen 1 bis 4 benutzt.

Beispiel 1

Ein Gemisch aus 1 kg Schlamm aus der Abwasserbehandlung (Wassergehalt = 80 %, Gesamt-Coliform = 1,4 χ 10⁸ Zellen/g, Gesamt-

130060/0431

zahl der vorhandenen Mikroorganismuszellen = 5,4 χ 10 Zellen/g) wurde in dem Apparat der Figur 1 mit Gamma-Strahlen aus Co bei einer Dosisrate von 5 χ 10 rad/h bestrahlt, so daß sich eine Gesamtdosis von 1 Mrad ergab. Die Anzahl des Gesamt-Coliform in dem so behandelten Schlamm lag unterhalb der Nachweisgrenze; die Gesantzahl der anwesenden Mikroorganismen war kleiner als

3
10 Zellen/g. Ein Gemisch des Schlamms mit 100 g eines handelsüblichen Mikroorganismus (erhältlich von Nippon Thomas Kenkyusho unter dem Handelsnamen "Thomas Kin") wurde in einem Apparat der Figur 3 vergoren, während 0,2 l/min Luft zugeführt wurden. Etwa 5 Stunden später nahm die Temperatur in dem Gärbehälter von Zimmertemperatur (22°C) auf 50⁰C zu. Bei Durchführung der anschließenden Gärung bei einer kontrollierten Temperatur von 50⁰C war die Gärung in 40 Stunden beendet. Das Vergärungsprodukt war braun und roch nicht mehr nach Schlamm oder Ammoniak, sondern nach einer. Kompost. Die Zahl de* Gesamt-Co^-H form in dem Produkt war kleiner als die Bestimmungsgrenze.

Beispiel 2

Die Arbeitsweise des Beispiels 1 wurde wiederholt, wobei die Gärtemperatur jedoch nicht überwacht wurde. In etwa 15 Stunden stieg die Temperatur von Zimmertemperatur (22°C) auf 65~C. Danach nahmen die Temperatur und der CO₂-Gehalt allmählich ab, und die Vergärung war in 60 Stunden beendet. Die Eigenschaften des Gärproduktes waren die gleichen wie in Beispiel 1.

130050/043*

Beispiel 3

Schlamm aus der Abwasserbehandlung (in Form eines entwässerten Kuchens mit einem Wassergehalt von 80 %) wurde dem in Figur 2 dargestellten Apparat zugeführt. Darin wurde der Schlamm zu einer 1 cm dicken Platte gepresst und durch einen Cockcroft-Walton-Beschleuniger(3MeV)mit 0,5 Mrad Elektronenstrahlen bestrahlt.

Der Schlamm enthielt anfangs 7,3 χ 10 Zellen/g Gesamt-Coliform,

q und die Gesamtzahl der anwesenden Zellen betrug 1,4 χ 10 Zellen/g.

Nach der Bestrahlung mit Elektronenstrahlen war die Zahl des Gesamt-Coliform unter die Bestimmungsgrenze abgefallen, und die Gesamtzahl der noch anwesenden Bakterien war kleiner als 5x10 Zellen/g. Ein Gemisch aus 1 kg des behandelten Schlamms und 500 g des in Beispiel 1 erhaltenen Gärproduktes diente zur Beschickung des Apparats der Figur 3. Das Gemisch wurde in dem Apparat bei einer Luftzuführungsgeschwindigkeit von 0,2 l/min vergoren. Nach / btunden stieg die Temperatur auf 72ⁿC an. Danach nahmen die Temperatur und die C0₂-Konzentration allmählich ab, bis die Gärung in 50 Stunden beendet war. Die Beschreibung des Vergärungsproduktes war die gleiche wie in Beispiel 1.

Beispiel 4

Der Apparat der Figur 1 wurde mit einem Gemisch aus 500 g Gefliigelmist und einer gleichen Menge Müll beschickt. Das Gemisch wurde darin mit Gamma-Strahlen aus Co bei einer Dosisrate von 5 χ 10 rad/h bis zu einer Gesamtdosis von 1 Mrad bestrahlt. Nach der Bestrahlung waren alle CoIi-Bakterien abgetötet, und

ο die Gesamtzahl der anwesenden Bakterien war kleiner als 10 Zellen/g. Ein Gemisch aus dem so behandelten organischen Abfallstoff und 1 kg des in Beispiel 1 erhaltenen Gärproduktes wurde in dem in Figur gezeigten Apparat vergoren, während 0,2 1 Luft je Minute zugeführt wurde. Die Temperatur nahm in etwa 5 Stunden auf 50⁰C zu. Durch anschließende Vergärung bei einer kontrollierten Temperatur von 50⁰C ergab sich ein Ende der Gärung in 38 Stunden. Das Vergärungsprodukt war braun und roch nach Kompost. Die Anzahl an Gesamt-Coliform in dem Produkt war kleiner als die Bestimmungsgrenze.

1300S0/0O*

Claims

PATENTANWALT Im Bröltal 78 5202 Hennef 1 Telefon (0 22 42) 54 78 Japan Atomic Energy Research Institute Tokyo, Japan Verfahren zur Kompostierung von organischem Abfall Patentansprüche

1. Verfahren zur Kompostierung von organischen Abfallstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man den organischen Abfall einer ionisierenden Bestrahlung aussetzt und den bestrahlten Abfall mit einer Mikroorganismen enthaltenden Substanz vergärt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den organischen Abfall in Gegenwart eines Mittels zur Änderung des des Wassergehaltes der ionisierenden Strahlung aussetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den organischen Abfall in Gegenwart von Luft der ionisierenden Strahlung aussetzt.

130050/0*38