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1. (WO1991005749) PROCESS FOR AEROBIC DECOMPOSITION OF HIGHLY CHARGED WASTE WATER
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Verfahren zur aeroben Verrottung hoch belasteter Abwässer.

Flüssigmist oder Gülle besteht aus den gesamten flüssigen festen Exkrementen von Haustieren.

Rindergülle hat im Durchschnitt aller Rinderhaltungsformen ca. 8 -12%, Schweinegulle ca. 3 - 8% Trockensubstanz TS.

Diese TS ist zum Teil in der Flüssigphase der Gülle gelöst. Die ge-lösten Substanzen werden bei unsachgemäßer oder unzeitgemäßer Ausbringung der Gülle als Pflanzendünger in das Grundwasser abgeschwemmt. Aus diesem Grund und auch wegen der starken Geruchsbelästigung wird daher in zunehmendem Maße eine Vollentsorgung der überschüssigen Gülle gefordert.

Im Sinne dieser Vollentsorgungsaufgäbe ist Gülle ein extrem hoch belastetes Abwasser.

Wegen ihrer hohen Gehalte an Pflanzennährstoffen ist Gülle aber auch ein hochwertiger Dünger. Die Bestrebungen zur Vollentsorgung verfolgen daher das Ziel, insbesondere die Stickstoffverbindungen der Gülle einerseits voll zu erhalten, andererseits aber in wasserunlöslichen Verbindungen so festzulegen, daß sie erst bei erwärmtem Boden und dem damit beginnenden Pflanzenwachstum durch die Mikro-flora des Bodens nach und nach wieder in pflanzenverfügbare Verbindungen umgewandelt werden.

Das gelingt in hohem Maße durch aerobe Hei verrottung unter optimierten Prozeßbedingungen.

Das deutsche Bundespatent DE - PS 3 20 44 71 und die Offenlegungs-schrift DE - OS 3 61 10 46 beschreiben eine solche aerobe Vollentsorgung von Gülle.

Durch Zusatz von fein zerkleinertem Stroh wird die fließfähige Gülle zu stapelfähigem Material, das in speziellen Rottereaktorschächten unter öfterem Lockern, Mischen und Belüften heiß verrottet.

Nach 6 - Stägiger Heißrotte wird in diesen Anlagen eine N-Bindung von über 90% erreicht.

Die Misch-, Lockerungs- und Fördereinrichtungen dieser Anlagen sind in der Lage, das Rottegut beliebig oft zu mischen und gleichzeitig zu lockern und zu belüften sowie zu bestimmten Zeiten αurch den Reaktor zu fördern.

Diese Verfahren verarbeiten Gülle nur mit Zuschlagstoffen, vorzugsweise zerkleinertem Stroh, das ein untrennbarer Teil des Vefahrens-Produktes wird und daher ständig als Hilfsstoff der Gülle zugegeben werden muß.

Solche Verfahren sind unwirtschaftlich, da die Zuschlagstoffe für die angestrebte wirtschaftliche Verwertung des Verfahrensproduktes zu teuer sind.

Versuche, die gröberen Feststoffe der Gülle abzutrennen und diese ohne Zuschlagstoffe in den beschriebenen Anlagen aerob zu verrotten, sind zwar in Bezug auf den raschen StoffUmsatz im optimierten Rotteverfahren positiv verlaufen. Damit wird aber keine Vollentsorgung erreicht, da die Flüssigphase der Gülle mit den nicht erfaßten feinen Feststoffen und allen gelösten Inhaltsstoffen nicht entsorgt wird. Entfernt man diese feinen Feststoffe durch eine Feinfiltration und die gelösten Stoffe durch Umkehrosmose aus der vorgerei-nigten Flüssigphase der Gülle, so wird das Gesamtverfahren zu teuer.

In der kommunalen Abwassertechnik werden Abwässer im Tropfkcrper-verfahren gereinigt. Die Tropfkörper sind kegel- oder zylinderför-mig und bestehen aus einer Schüttung von unregelmäßig geformten Bruchstücken, meist Lavaschlacke, die durch einen Außenmantel zu-sammengehalten werden. Die Tropfkörper werden von oben mit zu reinigendem Abwasser besprüht. Beim langsamen Durchsickern des Abwassers werden die Feststoffe zunächst auf der großen inneren Oberfläche der Tropfkörperteile zurückgehalten. Sie bilden dort relativ dünne Schichten, die durch die herabtropfende Flüssigkeit feucht gehalten werden. Da diese organischen Oberflächenschichten ständig mit Luft umgeben sind, werden sie schnell von einer aeroben Mikro-flora besiedelt und abgebaut. Die durchtropfende Flüssigkeit wird auf dem Weg durch die mehrere Meter hohen Tropfkörper in den aeroben Abbauprozeß einbezogen, so daß ihre gelösten Bestandteile in die Feststoffschichten übergehen.

Das Tropfkörperverfahren findet bei Außentemperaturen statt. Die aerob abgebauten Substanzen werden durch die fortwährend durch den Tropfkörper sickernden Abwässer mit der Zeit abgeschwemmt und bil-den in Sammelbecken den Klärschlamm. Dieser muß täglich aus den

Sammelbecken abgezogen, anschließend entwässert und in Faultürmen weiterbehandelt werden.

Für das extrem hoch belastete Abwasser Gülle ist dieses Tropfkör-perverfahren nicht geeignet, weil der hohe Feststoffgehalt auf der inneren Oberfläche der Tropfkörper dicke Schichten bilden würde, die zum vollständigen aeroben Abbau längere Zeit benötigen. Zudem enthält die Flüssigphase der Gülle so hohe Mengen gelöster Stoffe, daß ein oft wiederholtes Durchsickern derselben Charge durch den Tropfkörper erforderlich wäre, um auch die Gülleflüssigkeit zu reinigen. Dabei wäre nicht zu vermeiden, daß die dickeren Feststoffschichten teilweise mitgerissen werden und im unteren Teil des Tropfkörpers Verdichtungen bilden, die den aeroben Prozeß im Tropf-körper verhindern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, das in Rottereaktoren, die mit technischen Einrichtungen zu beliebig oft wiederhol barer Lockerung, Durchmischung und Belüftung des Rottegutes ausgerüstet sind, mit einfachen Mitteln durchgeführt werden kann und zur kostengünstigen Vollentsorgung hochbelasteter Abwässer wie z.B. Gülle führt, wobei insbesondere Zuschlagstoffe sehr weitgehend oder völlig eingespart werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bekannte

Rottereaktoren, die mit Misch-, Lockerungs-, Belüftungs und Fördereinrichtungen versehen sind, welche den Rottegutstapel beliebig oft etwa in der Senkrechten zum Reaktorboden durchmischen, lockern und belüften können, in der jeweils vorgesehenen Höhe mit relativ leichtem Stückgutmaterial gefüllt werden, welches selber nicht oder nur langsam verrottet, und das zu entsorgende Abwasser gleichmäßig über diesen Stückgutstapel verteilt wird, so daß sich die Feststoffe des Abwassers beim Durchsickern durch den Stückgutstapel auf den Oberflächen des Stückgutmaterials in Schichten ablagern, die von Luft umgeben sind, während die Flüssigphase des Abwassers durch den Stückgutstapel hindurch in Sammelbehälter absickert und von dort wiederholt über den Stückgutstapel zurückgepumpt wird, wobei im Falle einer partiellen Verdichtung des Stückgutstapels derselbe nach Bedarf gelockert und etwa senkrecht zum Reaktorboden durch-mischt sowie nach beendeter Rotte zum Austragsort des Rottereaktors gefördert wird, wo durch Trennvorrichtungen die verotteten Feststoffe des Abwassers und die aus den gelösten Stoffen der Flüssigphase gebildete Biomasse einschließlich eventuell verrotteter Anteile des Stückgutmaterials von demselben abgesondert und das gereinigte Stückgutmaterial erneut am Füllort in den Reaktor gegeben wird, damit das Verfahren nach Ergänzung der Verluste durch frisches Stückgutmaterial erneut beginnt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind durch die Patentansprüche gekennzeichnet.

Die besonderen Vorteile der Erfindung bestehen in der Einsparung von Kosten für mechanische Trenneinrichtungen, mit denen die Feststoffe der Gülle bisher vor dem Reaktordurchgang von der Flüssigphase getrennt werden, sowie in der weitgehenden Einsparung von Zuschlagstoffen mit der dadurch bedingten Erhöhung der Verarbeitungskapazität. Außerdem wird die Flüssigphase sehr weitgehend von gelö-sten Stoffen befreit.

Die Erfindung wird im folgenden in mehreren Beispielen dargestellt.

Holz fällt in vielen Formen als Abfallholz an: Rindenabfälle, Ast-holz vom Baumschnitt, Kistenabfall aus Industrie und Handel usw.. Da es meist untersagt ist, Holzabfälle zu verbrennen, versucht man vielfach, diese zu zerkleinern und anschließend zu kompostieren. Zerkleinertes Holz oder Rinde verrottet sehr langsam.

Abfallholz wird mit auf dem Markt vorhandenen Maschinen zu einem Stückgut mit durchschnittlicher Stückgröße von 40 - 80 mm zerkleinert und bis zur jeweils vorgeschriebenen Höhe in Rotteschächte der Reaktoren gefüllt. Eine Mischung aus länglichen und runden oder mehr quaderförmigen Stücken bildet besonders lockere Stapel und ist daher vorzuziehen.

über diesen Stapel aus Holzstücken wird Gülle gesprüht. Um eine Verdichtung des oberen Stapelbereiches beim Aufsprühen der Frisch-gülle zu verhindern, müssen, insbesondere bei hohen Feststoffgehal-ten der Gülle, die Misch- und Lockerungseinrichtungen in Gang gesetzt werden.

Die aufzutragende Güllemenge pro Stapelvolumen hängt vom Feststoffgehalt der Gülle ab. Es darf nicht zu einer Verdichtung des Stapels kommen, die ein Durchsickern der Gülleflüssigkeit verhindert oder sehr stark erschwert.

Die Flüssigphase der Gülle wird in einem Sammelbehälter aufgefangen. Sie enthält nach dem ersten Durchsickern noch größere Mengen feiner Feststoffe.

Der beaufschlagte Stückgutstapel wird bis zum Erreichen der thermo-philen Rottetemperatur (45 Grad Celsius) im bisher üblichen Verfahren durchmischt und belüftet.

Sobald dieser aktivste Rottezustand erreicht ist, wird die gesam-melte Gülleflüssigkeit vorsichtig in geringen Mengen pro Zeiteinheit über die StapelOberfläche gepumpt. Es darf zu keiner Fließbewegung im Stapel kommen, die größere Feststoffmengen mitreißt.

Es ist vorteilhaft, die Gülleflüssigkeit aus Lochrohren auf den Stapel tropfen zu lassen, falls sie für ein feines Aufsprühen durch Düsen noch zu viele Feststoffe enthält.

Ein allmähliches Abschwemmen der Feststoffe in den unteren Bereich des Rottestapels ist meist nicht zu vermeiden. Die daraus resultie-rende Verdichtung wird durch öfteres Durchmischen vom unteren in den oberen Stapelbereich behoben. Gleichzeitig ist für die übliche Belüftung zu sorgen.

Der Rottestapel wird in der üblichen Weise durch den Rottereaktor gefördert, üblicherweise geschieht das so, daß der Rottestapel um eine Füllcharge vom Füllort zum Entnahmeort bewegt und die ausgeschiedene Charge durch eine neue Füllcharge ersetzt wird.

Für das erfindungsgemäße Verfahren gilt dann, daß am Füllort der freiwerdende Raum zunächst mit Festkörperstückgut, im beschriebenen Beispiel also mit Holzstücken, gefüllt wird. Die Gülle darf erst auf den Holzstückstapel aufgebracht werden, wenn dieser die volle Höhe erreicht hat, weil sonst größere Mengen GüliefestStoffe in den Sammelbehälter abgeschwemmt werden.

Der Sammelbehälter für die durchgesickerte Gülleflüssigkeit ist in Einzelbehälter für jeden Füllchargenabschnitt des Rottereaktors unterteilt, so daß die Flüssigkeit und die im Stapel zurückgehaltenen Feststoffe einer Füllcharge immer im selben Prozeßabschnitt blei-ben. Das wird dadurch erreicht, daß die Gülleflüssigkeit synchron zur Stapelförderung in den nächsten Sammelbehälter gepumpt wird.

Die Gülleflüssigkeit wird durch dieses Verfahren ebenfalls aerob gereinigt, da ihre feinen Feststoffe und die in ihr gelösten Sub-stanzen beim langsamen Durchsickern durch die rottenden Feststoffschichten auf den Oberflächen der Holzstücke des Stückgutstapels in den aeroben Prozeß einbezogen werden.

Das fertige Rottegut besteht aus der im gewünschten Maß aerob umge-setzten Trockensubstanz der Gülle, die noch weitgehend auf der

Oberfläche der Holzstücke haftet. Beides wird aus dem Reaktor ausgetragen und vorteilhafterweise auf ein Rüttelsieb gebracht. Durch kurze, schnelle Rüttelbewegung wird das Rottegut in dünner Lage in abgesiebte, verrottete feuchte Gülletrockensubstanz und die gerei-nigten Holzstücke getrennt.

Als Trennvorrichtungen können aber auch Siebtrommeln, Fliehkraftsysteme und ähnliche Anlagen benutzt werden.

Die Holzstücke gehen erneut in das Verfahren zurück. Da Holz in einem solchen aeroben Prozeß langsam mit abgebaut wird, müssen die Holzstücke von Zeit zu Zeit erneuert werden. Kompakte Holzstücke wie z.B. Astholz oder Kistenholzstücke werden allerdings erst nach ca. 20 - 25 Durchgängen durch den Rottereaktor so morsch, daß sie auf dem Rüttelsieb zerfallen. Es werden daher nur geringe Mengen dieses billigen Materials benötigt. Grobes Rindenmaterial zersetzt sich wegen seiner offeneren Faserstruktur schneller, ist aber in der Beschaffung preiswerter als reines Holzstückgut und daher gut geeignet.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch mit leichtem keramischem oder mineralischem Stückgut wie z.B. Hohlziegelbruch, Abfall aus der keramischen Industrie, gesinterten Rostschlacken, Kalktuff, Lavaschlacke, Koks usw. durchzuführen.

In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Gülle bei der Füllung einer Charge nur auf einen Teil des frischen Stückgutstapels aufgebracht. Die in den Sammelbehälter abgesickerte Gülleflüssigkeit wird dann immer nur auf den Teil des Stapels aufge-sprüht, der nicht mit Frischgülle belastet wurde und daher nicht mit der Masse der groben Feststoffe relativ verdichtet ist.

Durch dieses Verfahren wird erreicht, daß die Masse der groben Feststoffe der Gülle mit der Zeit mehr und mehr Flüssigkeit abgibt und daher weniger leicht verdichtet. Je trockener das Rottegut ist, desto leichter ist der aerobe Zustand zu erhalten und desto dichter kann Rottegut lagern, ohne anaerob zu werden.

Die Gülleflüssigkeit wird in diesem Verfahren besonders schnell ae-rob gereinigt, da sie beim Durchsickern durch die weiteren Hohlräume des nicht so stark mit GüliefestStoffen verdichteten Stückgutstapels besonders innig mit der erwärmten Prozeßluft in Berührung kommt.

Diese Variante des Verfahrens kann auch in zwei getrennten Reaktoren durchgeführt werden. Das hat den Vorteil, daß die Masse der Feststoffe einer Füllcharge und deren zugehörige Flüssigkeit nicht unbedingt in derselben Durchsatzgeschwindigkeit ihren Reaktor durchlaufen. Beide Rottereaktoren werden so gesteuert, daß die je-weils angestrebte Intensität des aeroben Stoffumsatzes erreicht wird.

Eine weitere Anwendung findet das Verfahren bei der Bereitung von Champignonkompost in sogenannten Indoorverfahren.

Diese neuen Indoor-Kompostierungsverfahren fassen die bisher übli-ehe Zweistufenkompostierung in einen Arbeitsgang in geschlossenen Räumen zusammen. Aber auch bei dieser Indoorko postierung wird das Ausgangsmaterial vorher mehrere Tage im Freien befeuchtet, damit insbesondere das schwer benetzbare Stroh aufweicht und optimale Mengen Wasser aufnimmt. Dabei entstehen Umweltbelastungen durch Ge-rüche und Abwasser.

Diese Aufweichung und optimale Befeuchtung wird bei höheren Temperaturen auf wenige Stunden verkürzt.

Im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt dieser Arbeitsgang im Reaktor. Das zunächst nicht aufgenommene Wasser sickert in die Sammelbehälter ab und wird von dort immer wieder abgepumpt und über den Stapel versprüht. Im Stapel beginnt sofort eine Rotte mit schnell steigenden Temperaturen. Das absickernde Wasser erwärmt sich. Unter diesen Bedingungen ist die optimale Befeuchtung des Rottegutes in einem Tag zu erreichen. Dabei entstehen keine Gerüche, und etwa überschüssiges, vorgereinigtes Abwasser wird für die nächste Rottecharge aufbewahrt.

Noch eine Anwendung findet das Verfahren bei der Kompostierung kommunaler Abfälle oder von abgetragenem Champignonkompost. Diese Materialien werden mit so großen Mengen z.B. von Gülle oder anderen hoch belasteten Abwässern beaufschlagt, daß die im Rottegutstapel zurückgehaltenen Feststoffe und die im Prozeß entstehende Biomasse, vorwiegend aus Bakterienprotein, einen höchstmöglichen Anteil am Gesamtrottegut erreichen.

Mit den erwähnten Rotteverfahren ist der aerobe Rotteprozeß auch in stark verdichteten Stapeln durch häufig wiederholtes, intensives Lockern und Belüften zu erhalten.