DE4124880C3 - Verfahren zur Kompostierung von organischen Abfällen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompostie­ rung von organischen Abfällen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei der Kompostierung erfolgt eine fermentative Hydrolyse der organischen Abfälle durch Mikroorganismen.

Ein Verfahren zur Kompostierung von organischen Abfällen ist aus der DE-PS 36 37 393 bekannt. Bei dem vorbekannten Verfahren werden organische Abfallstoffe unter Zwangsbelüftung kompostiert.

Kommunale Siedlungsabfälle haben ein breites Spek­ trum biologisch abbaubarer organischer Stoffanteile. Die einzelnen Bestandteile der Abfälle werden aller­ dings von sehr unterschiedlichen Mikroorganismen mit entsprechend unterschiedlichen Lebensbedingungen bevorzugt abgebaut. Hierbei sind aufgrund ihrer phy­ siologischen Grundfunktion Aerobier (aerobe Mikroor­ ganismen) und Anaerobier (anaerobe Mikroorganis­ men) zu unterscheiden. Zur Steuerung des jeweils gün­ stigsten Klimas, also der jeweils günstigsten Lebensbe­ dingungen für die Mikroorganismen wurden speziell ae­ rob und anaerob wirkende Fermenter (Fermentations­ behälter) als technisch beeinflußbare Lebensräume für festes und flüssiges Substrat geschaffen. Die technische Entwicklung in der Behandlung organischer Abfälle zeigt, daß Fermenter für flüssige Substrate bevorzugte Lebensräume für anaerobe Mikroorganismen sind (bei­ spielsweise Faulanlagen), während Fermenter für feste Substrate vorzugsweise Lebensräume für aerobe Mi­ kroorganismen darstellen (beispielsweise Kompostre­ aktoren).

Bei einem Fermenter für die anaerobe Fermentation wird das stoffwechselgerecht vorbereitete Substrat, also die abzubauenden organischen Abfallsubstanzen, in ei­ ner Flüssigkeit kontinuierlich zugeführt. Die Stoffwech­ selprodukte werden flüssig und gasförmig abgeführt. Die Flüssigphase setzt voraus, daß der Fermenter als kontinuierlich betriebener Bioreaktor arbeitet. Dies stellt an die technische Gestaltung des Fermenters hohe Anforderungen, da ein anaerober Prozeß unter stren­ gem Luftsauerstoffabschluß vollzogen werden muß. Darüber hinaus sind anaerobe Mikroorganismen über­ wiegend zu ganz speziellen Stoffwechselleistungen be­ fähigt, beispielsweise zum Abbau niedermolekularer or­ ganischer Verbindungen im Wasser; eine universellere Abbauleistung ist nur von aeroben Mikroorganismen zu erwarten, beispielsweise der Abbau nieder- und hoch­ molekularer organischer Verbindungen im Einflußbe­ reich der Luft an der Erdoberfläche.

Aus der DE-OS 34 20 433 ist ein Verfahren zur gleich­ zeitigen Herstellung von Biogas und Düngemitteln be­ kannt, bei dem das Ausgangsmaterial, nämlich organi­ sche Abfallstoffe, zunächst vorbehandelt, nämlich zer­ kleinert, zu einer homogenen Masse vermischt und er­ wärmt wird. Beispielsweise kann eine aus Rindergülle bestehende Biomasse zerkleinert, homogenisiert und als wäßrige Suspension in einen Behälter eingebracht wer­ den. Das derart vorbehandelte Ausgangsmaterial wird dann in drei Verfahrensschritten behandelt, die räumlich getrennt durchgeführt werden. Zunächst wird die Bio­ masse in einem Vorfermenter aerob oder anaerob zu niederen organischen Säuren, CO₂ und H₂ umgesetzt. In dem Vorfermenter herrschen Wachstumsbedingungen für mesophile Mikroorganismen. Anschließend werden die Zwischenprodukte in einem Hauptfermenter durch Anaerobier zu CH₄ und CO₂ umgewandelt. In dem Hauptfermenter herrschen Wachstumsbedingungen für thermophile Mikroorganismen. Schließlich wird die nun weitgehend abgebaute Biomasse in einem Nachfermen­ ter mittels Anaerobier bei etwa 70°C bis 135°C restlos ausgegärt, wobei das Düngemittel sowie zusätzliches Biogas entstehen. Dadurch, daß das Verfahren in drei Verfahrensschritten aufgeteilt ist, die räumlich getrennt durchgeführt werden, können unterschiedliche Fermen­ tationstemperaturen realisiert werden.

Das in der DE-OS 34 20 433 beschriebene Verfahren geht damit von der sich auf natürliche Weise auf einem Substrat einstellenden Biozönose aus, die bei Luftab­ schluß zunächst noch aerobe Mikroorganismen existie­ ren läßt. Diese stellen bei zunehmendem Sauerstoff­ mangel ihre Lebensfunktion ein und anaerobe Mikroorga­ nismen gewinnen die Oberhand. Ferner erfolgt die Durchführung der Fermentation bei der DE- OS 34 20 433 in Flüssigkeitsfermentern durch Wärme­ zufuhr von außen, wobei das Endergebnis ein ausgefaul­ ter Schlamm ist, der einen hohen Wassergehalt aufweist. Dieser Schlamm kann nur mit aufwendigen mechani­ schen Entwässerungsmethoden und nachgeschalteten Trocknungsanlagen mit Fremdwärmezufuhr in einen trockenen, lagerfähigen Zustand überführt werden.

Aus der US 4,350,588 ist ein Verfahren zur biologischen Fermentation von organischem Material bekannt, welches in einem Behälter durchgeführt wird, der in eine aerobe Kammer und in eine anaerobe Kammer unterteilt ist. Das organische Material wird der aeroben Kammer zugeführt und dort aerob fermentiert. Es wird dann durch einen Schraubenförderer der anaeroben Kammer zugeführt, in der es anaerob fermentiert wird.

Aus der DE 26 41 750 A ist ein Verfahren zur Reinigung von Abwasser mit einem hohen Grad an organischen Stoffen bekannt, bei dem das Abwasser einer ersten anaeroben Stufe, anschließend einer ersten aeroben Stufe, dann einer zweiten anaeroben Stufe und schließlich gegebenenfalls noch einer zweiten aeroben Stufe zugeführt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Kom­ postierung von organischen Abfällen der eingangs an­ gegebenen Art vorzuschlagen, mit welchem ein verbessertes Endprodukt erhalten werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

In einer ersten Phase wird ein aerober Abbau durch­ geführt. Danach wird unter Sauerstoffausschluß ein an­ aerober Abbau durchgeführt. Jede dieser beiden Phasen kann optimal eingestellt werden.

Nach dem anaeroben Abbau wird erneut ein aerober Abbau durchgeführt. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung werden die anaeroben Mikroorganismen zu Beginn des erneuten aeroben Abbaus durch ein Spül­ medium, vorzugsweise ein flüssiges Spülmedium, vor­ zugsweise Wasser, entfernt. Bei der erneuten Luftzufuhr zu Beginn des erneuten aeroben Abbaus sterben die noch vorhandenen anaeroben Mikroorganismen ab. Sie werden durch das Spülmedium ausgespült. Mit einem flüssigen Spülmedium werden sie als Schlamm ausge­ spült und entfernt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einem Fer­ mentationsbehälter durchgeführt. Das Verfah­ ren wird dann in einem einzigen Fermentationsbehälter durchgeführt, in dem nacheinander bzw. abwechselnd aerobe und anaerobe Phasen stattfinden. Es ist also vorgesehen aerobe und anaerobe Fermenta­ tionsvorgänge in ein und demselben Reaktor nachein­ ander ablaufen zu lassen.

Durch die Kombina­ tion dieser Phasen ist es möglich, ein verbesser­ tes Endprodukt zu erhalten. Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur biologischen Abfallbehandlung ge­ schaffen, bei dem durch eine entsprechende Verfahrens­ führung einmal für aerobe und zum anderen für anaero­ be Mikroorganismen jeweils die für einen optimalen Stoffwechsel günstigsten Lebensbedingungen technisch geschaffen werden können.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß beim Ab­ bau niedermolekularer organischer Substanzen neben der reinen Massenreduktion auch von Fall zu Fall ein Stoffwechselprodukt von wirtschaftlicher Bedeutung anfallen kann. Beispielsweise entsteht bei der Faulung Methan (CH₄), das zur Erzeugung von Hochtempera­ turenergie verwendet werden kann. Bei der Kompostie­ rung (aerobe Fermentation) entsteht Kohlendioxyd (CO₂), das beispielsweise zur Gewächshausbegasung genutzt werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den Unter­ ansprüchen beschrieben.

Während dem anaeroben Abbau kann als sauerstoff­ reie Spülflüssigkeit Wasser zugeführt werden. Für diese Flüssigkeitsspülung wird vorzugsweise ein wiederauf­ bereitetes flüssiges Medium verwendet.

Vor dem aeroben Abbau kann ein anaerober Abbau durchgeführt werden. Es ist also möglich, daß die erste Verfahrensstufe als anaerobe Phase durchgeführt wird.

Die bei dem aeroben Abbau entstandenen Stoffwech­ selprodukte können zu Beginn des anaeroben Abbaus durch ein Spülmedium, vorzugsweise ein flüssiges Spül­ medium, vorzugsweise Wasser, entfernt werden. Bei diesem Spülmedium kann es sich um die oben bereits erwähnte sauerstoffreie Spülflüssigkeit handeln, die dann auch während des anaeroben Abbaus zugeführt wird.

Vorzugsweise wird der letzte aerobe Abbau mit erwärmter Luft durchgeführt.

Vorzugsweise werden die sich in dem sauerstoffhalti­ gen Gas und/oder in der Spülflüssigkeit ansammelnden Stoffwechselprodukte neutralisiert. Dies geschieht vor dem Wiedereintritt dieser Stoffwechselprodukte in die Atmosphäre bzw. in die Umgebung.

Es ist ferner möglich, während dem aeroben Abbau eine Spülflüssigkeit zuzuführen. Es ist ferner möglich, sowohl während dem aeroben Abbau als auch während dem anaeroben Abbau eine Spülflüssigkeit zuzuführen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachste­ hend beschrieben.

Das zu fermentierende Abfallgemisch wird in den einzigen Fermentationsbehälter für die anaerobe Fermentation ein­ gelagert. Danach wird in Abhängigkeit von der biologi­ schen Wachstumskurve, die in der DE-PS 36 37 393 erläutert ist, die für einen optimalen Abbau erforderli­ che Sauerstoffmenge zugeführt. Das Verfahren kann in dem aus der DE-PS 36 37 393 bekannten Fermenta­ tionsbehälter durchgeführt werden. Die biologisch schnell zu erschließende leicht abbaubare organische Substanz des Abfallsubstrates wird in Wasser, Kohlen­ dioxyd, Wärme und Mineralstoff-Restoxydationspro­ dukte umgewandelt. Soweit die Stoffwechselprodukte gasförmig sind, werden diese mit einem Spülgas, bei­ spielsweise Luft, aus dem Fermentationsraum entfernt. Anschließen werden die Stoffwechselprodukte aus dem Spülgas entfernt, so daß es nicht zu unangenehmer Geruchsausbreitung kommt.

Wenn der leicht abbaubare Substratanteil abgebaut ist, stellen die aeroben Mikroorganismen, die sich auf dem Grundsubstrat entsprechend vermehrt haben, noch eine beträchtliche Biomasse mit entsprechender Zell­ flüssigkeit dar, die nun im zweiten Verfahrensschritt von anaeroben Mikroorganismen abgebaut wird. Dabei wird die Sauerstoffzufuhr unterbunden. Da keine Luft von außen in den Fermenter mehr eindringt, wird zu­ nächst der Restsauerstoff noch vor dem Absterben der aeroben Mikroorganismen verbraucht. Danach können die anaeroben Mikroorganismen die noch vorhandene leicht abbaubare Zellflüssigkeits- und Restbiomasse in Methan, Kohlendioxyd und Wasser umwandeln. Zur Aufrechterhaltung eines für anaerobe Mikroorganis­ men optimalen Lebensraumes werden die Stoffwechsel­ produkte durch eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, entfernt, wobei diese Spülflüssigkeit - wie auch bei der anaeroben Fermentation - vor dem Wiedereintritt in die Umgebung, beispielsweise in Flüsse oder Bäche, zur Vermeidung von Umweltschäden neutralisiert wird.

Die übrig bleibende, biologisch schwer abbaubare Abfallrestmasse wird nach der anaeroben Phase wäh­ rend des Abzugs der Spülflüssigkeit wieder mit Sauer­ stoff, vorzugsweise atmosphärischer Luft, beaufschlagt. Die restlichen noch in dem Fermentationsgemisch ver­ bleibenden anaeroben Mikroorganismen sterben unter diesem Sauerstoffeinfluß rasch ab; sie werden mit der Spülflüssigkeit ausgespült. Die ausgespülten Organis­ menreste werden als Schlamm aus dem Spülwasser ent­ fernt.

Die feuchte, hydrolisierte Abfallrestmasse wird vor­ zugsweise im Vakuum getrocknet, so daß sich Mikroor­ ganismen nicht mehr entwickeln können. Auf diesem Weg entsteht eine biologisch nicht mehr reagierende organische Restsubstanz.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur fermen­ tativen Hydrolyse organischer Abfälle durch aerobe und anaerobe Mikroorganismen wird in einem Festbett- Fermenter zur aeroben Fermentation ein sauerstoffhal­ tiges Spülgas verwendet. Danach wird - durch Abstel­ len des sauerstoffhaltigen Spülgases - von den aeroben Mikroorganismen eine sauerstoffreie Atmosphäre für anaerobe Mikroorganismen hergestellt. Zur anaeroben Fermentation wird eine sauerstoffreie Spülflüssigkeit zugeführt. Die Fermentationsvorgänge laufen in zeitli­ cher Folge nacheinander ab, wobei jeweils die sich in den Spülmedien ansammelnden Stoffwechselprodukte vor Wiedereintritt in die Atmosphäre bzw. Umgebung neutralisiert werden.

Sowohl die aerobe Phase wie auch die anaerobe Pha­ se können mit einem flüssigen Spülmedium betrieben werden.

Die Festmassen-Beschickung und -Entleerung der Fermentationsbehälter kann durch mobile Transportge­ räte erfolgen. Sie kann aber auch durch stetig fördernde Aggregate erfolgen. Die Wände des Fermentationsbe­ hälters können aus Beton hergestellt werden, aber auch aus Metall oder aus Kunststoff oder aus natürlichen Stoffen. Das Spülmedium der aeroben Phase kann mit Sauerstoff angereichert werden. Es kann nach Durch­ laufen der aeroben Phase als Spülmedium in der anaero­ ben Phase genutzt werden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Kompostierung von organischen Abfällen, in Form von Festmassen bei dem die Abfälle zunächst in einem Behälter durch aerobe Mikroorganismen unter Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Gases aerob abgebaut werden und nach Abbau zumindest eines Teils der leicht abbaubaren Bestandteile der Abfälle die Zufuhr des sau­ erstoffhaltigen Gases zu dem Behälter beendet wird, wobei die Abfälle an­ schließend in demselben Behälter unter Sauerstoffausschluß durch anaerobe Mikroorganismen ana­ erob abgebaut werden, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem anaeroben Abbau erneut ein aerober Abbau in demselben Behälter durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anaeroben Mikroorganismen zu Beginn des erneuten aeroben Abbaus durch Spülen mit einem flüssigen Spülmedium, vorzugsweise Was­ ser, entfernt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während dem anaeroben Abbau als sauerstoffreie Spülflüssigkeit Wasser zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem aeroben Abbau ein anaerober Abbau durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die sich in dem sauerstoffhaltigen Gas und/oder in der Spülflüs­ sigkeit ansammelnden Stoffwechselprodukte neutralisiert werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß während dem aeroben Abbau eine Spülflüssigkeit zugeführt wird.