Hermann, Schnorr
Karl-ernst
Hermann, Schnorr
Karl-ernst
| 1. | Verfahren zur aeroben, er entativen Hydrolyse, insbesondere Kompost!erung von organischen Stoffen (l) in einem geschlossenen Behälter (5), bei dem den organischen Stoffen (1) Frischluft zugeführt wird und bei dem die mit Wärme und Feuchtigkeit beladene Abluft abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft gekühlt wird, so daß die Feuchtigkeit auskon¬ densiert (14), und daß die Abluft anschließend mit Umgebungs temperatur und ohne Feuchtigkeit an die Atmosphäre abge¬ leitet wird. |
| 2. | Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme der Abluft durch einen LuftLu tWärmetauscher (9, 28) auf die zugeführte Frischluft übertragen wird. |
| 3. | Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme der Abluft durch einen LuftWasserWärme¬ tauscher abgeführt wird. |
| 4. | Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeführte Wärme unmittelbar genutzt wird und/oder durch eine .'.ärmepunpe genutzt wird. |
| 5. | Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft einem Motor, vorzugsweise Dampfmotor, zur Erzeugung mechanischer und/oder elektrische Energie zugeführt wird. |
| 6. | λ'erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat (14) zur Beregnung von Pflanzen und/oder zur Herstellung von Trinkwasser mittels Ionenaustauschern, Aktivkohle iltern oder Ähnlichem ver¬ wendet wird. |
| 7. | Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die pro Zeiteinheit zugeführte Frisch¬ luftmenge und damit Sauerstoffmenge in Abhängigkeit von der Temperatur und/oder dem Sauerstoffgehalt und/oder der Feuchtigkeit in den organischen Stoffen (1) und/oder in der Abluft (4, 10) nach dem Austritt aus den organischen Stoffe (1) gesteuert wird. |
| 8. | λ'erfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gekühlte und getrocknete Abluft durch einen Filter (29), vorzugsweise ein Sorptionsfilter, insbesondere ein Sorptionsfilterbett (22) aus Kompost und/oder aus Aktivkohle, in die Atmosphäre geleitet wird. |
| 9. | Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch an den Grenzflächen des Wärmetauschers (9, 28) zwischen den angesaugten Frisch¬ luft und der ausgetragenen Abluft unmittelbar erfolgt. |
| 10. | Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetransport von der Abluft zu der Frischluft durch ein Wärmeträgerme ium in Wärmetauschern erfolgt . |
| 11. | Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilmenge der Abluft nach der Kühlung und Trocknung der Frischluft zuge ischt (20, 24) wird, vorzugsweise in Strömungsrichtung nach dem Wärme¬ tauscher (9, 28). |
| 12. | λrerfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gekühlte und getrocknete Abluft durch ein Wasserbad, insbesondere das Kondensat (14), geleitet wird. |
| 13. | Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft oder ein Teil der Abluft durch ein Kühlaggregat (32) abgekühlt wird. |
| 14. | Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus einem Fermentations behälter (5) zur Aufnahme der zu verarbeitenden organischen Stoffe (1) mit einer Frischluftzuführung und einer Abluftab¬ führung zur Ableitung der mit Wärme und Feuchtigkeit beladenen Abluft, dadurch gekennzeichnet, daß der Fermentationsbehälter (5) allseits geschlossen ist und daß ein Wärmetauscher (9, 28) vorgesehen ist, in dem die Wärme der Abluft an ein Wärmeübertragungsmedium abgegeben wird, so daß die Feuchtigkeit aus der Abluft auskondensiert wird. |
| 15. | λrorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (9, 28) ein LuftLu tWärmetauscher ist 2 t und daß das Wärmeϋbertragungsmediυm die zugeführte Frisch¬ luft ist. |
| 16. | Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15,' dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Wärmetauscher ein Lu tWasserWärme¬ tauscher ist. |
| 17. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekenn¬ zeichnet durch eine Wärmepumpe zur Nutzung der abgeführten Wärme und/oder durch einen Motor, vorzugsweise Dampfmotor, zur Erzeugung mechanischer und/oder elektrischer Energie aus der Wärme der Abluft. |
| 18. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, gekenn¬ zeichnet durch einen Ionenaustauscher oder Aktivkohlefilter oder dergleichen zur Herstellung von Trinkwasser aus dem Kondensat (14) der Feuchtigkeit der Abluft. |
| 19. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, gekenn¬ zeichnet durch einen oder mehrere Meßaufnehmer zur Steuerung der pro Zeiteinheit zugeführten Frischluftmenge und damit Sauerstoffmenge in Abhängigkeit von der Temperatur und/oder dem Sauerstoffgehalt und/oder der Feuchtigkeit in den organischen Stoffen (1) und/oder in der Abluft (4, 10) nach dem Austritt aus den organischen Stoffen (1). |
| 20. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, gekenn¬ zeichnet durch einen Filterbehälter (29) mit einem Filter, vorzugsweise Sorptionsfilter, insbesondere Sorptions ilter¬ bett (22) aus Kompost und/oder aus Aktivkohle zur Filterung der gekühlten und getrockneten Abluft, wobei vorzugsweise die Filtermasse (22) in dem Filterbehälter (29) auf luft¬ durchlässigen Ebenen (21) gelagert ist. |
| 21. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zulu tleitung in Strömungs¬ richtung vor dem Wärmetauscher eine Drosselklappe (11) und/oder in der Abluftleitung in Strömungsrichtung unmittel bar vor der Atmosphäre eine Drosselklappe (30) angeordnet ist. |
| 22. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Frischluftraum um den Fermentations raum herum ausgebildet ist und daß sich In diesem Raum frei aufgestellt die abluftbegrenzenden Flächen befinden. |
| 23. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß Wärmetauscher, Kondensatsammler, Gebläse, Sorptionsfilter, Meß und Steuergeräte eine kompakte, zusammenhängende Einheit bilden, die nur jeweils einen Luftanschluß (12) für die Frischluftzuführung zum Fermentationsraum (5) und eine Abluftabführung (25) aus de Fermentationsraum (5) aufweist. |
| 24. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet^ daß in der Ablu tleitung (10) eine wahlwei betätigbare, die Abluftleitung ganz oder teilweise schließende Steuerklappe (34) angeordnet ist, an die sich eine Bypassleitung anschließt, und daß in der Bypassleitun ein Kühlaggregat (32) zur Kühlung der Abluft angeordnet is von dem die Abluft dem Wärmetauscher (9, 28) zugeführt wir. |
| 25. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 24, gekenn¬ zeichnet durch eine schließbare und aufsteuerbare Lüftungs klappe (24) zur Zumischung vom gekühlter und getrockneter Abluft zu der dem Fer entationsbehäter (5) zugeführten Frischluft in Strömungsrichtung nach dem Wärmetauscher (9, 28). |
| 26. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 25, gekenn¬ zeichnet durch einen weiteren Wärmetauscher zur Übertragung der Wärme der Abluft über das Wärmeträgermedium des weiteren Wärmetauschers auf die ∑υgeführte Frischluft. |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur aeroben, fermentativen Hydrolyse, insbesondere Kompostierung, von organischen Stoffen in einem geschlossenen Behälter, bei dem den organischen Stoffen Frischluft zugeführt wird und bei dem die mit Wärme und Feuchtig¬ keit beladene Abluft abgeführt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bestehend aus einem Fermentationsbehälter zur Aufnahme der zu verarbeitenden organischen Stoffe mit einer Frischluftzuführung und einer Abluftabführung zur Ableitung der mit Wärme und Feuchtigkeit beladenen Abluft.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus der DE-OS 34 01 898 bekannt.
Die aerobe Fermentation (Rotte oder Kompostierung) von biologisch abbaubaren organischen Substanzen ist an ein aerobes
Klima ( . Milieu) gebunden. Bestandteile eines aeroben Klimas sind: atmosphärische Luft, Feuchte und Wärmeenergie. Die Aufrecht¬ erhaltung eines dem Wachstum der aeroben Organismen angepaßten Klimas ist die wesentlichste Voraussetzung für eine, insbe¬ sondere bei der Abfallkompostierung erwünschte, schnellst¬ mögliche Kompostierung.
Für die Klimatisierung menschlicher Lebensräume ist es bekannt, aus dem "Fermentationsraum" Stoff echselprodukte, Co2, Wasser¬ dampf, Wärme und Gase, abzuführen und an ein gesundes Klima angepaßte Frischluft zuzuführen. Diese Methode wird, wie gesagt, bisher ausschließlich bei der Klimatisierung von menschlichen und tierischen Aufenthaltsräumen angewandt.
Bei der Kompostierung hingegen werden offene Systeme angewandt, bei denen die Frage der schadlosen Beseitigung der Stoffwechsel¬ produkte bisher völlig offengeblieben ist. Allenfalls wurde ein kompostbelegtes Erdfilter zur Abluftreinigung vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art die ansonsten auftretende Belastung, insbe¬ sondere Geruchsbelastung, der Atmosphäre zu vermeiden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Durchführung des er indungsgemäßen Verfahrens anzugeben.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren und die im Anspruch 14 angegebene Vorrichtung gelöst.
Nach dem er indungsgemäßen Verfahren wird die Abluft gekühlt, so daß die Feuchtigkeit auskondensiert. Anschließend wird die Abluft mit Umgebungstemperatur und ohne Feuchtigkeit an die Atmosphäre abgeleitet. Durch die Abkühlung der Abluft wird erreicht, daß die in dieser Abluft enthaltene Feuchtigkeit im
wesentlichen vollständig auskondensiert. Die derart gekühlte getrocknete Abluft kann anschließend mit Umgebungstemperatur ohne bzw. mit geringerer Feuchtigkeit an die Atmosphäre abgeleitet werden. Die bisher auftretende Geruchsbelästigung wird dadurch vermieden. .
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben. Vorzugsweise wird di Wärme der Abluft durch einen Luft-Luft-Wärmetauscher auf die zugeführte Frischluft übertragen. Diese Verfahrensweise ist besonders energiesparend, da die ohnehin zuzuführende Frischl gleichzeitig dazu verwendet wird, die Abluft zu kühlen. Weiter hin wird dadurch die Frischluft vor der Zuführung zu den organischen Stoffen erwärmt, was eine weitere Energieeinsparun mit sich bringt.
Es ist auch möglich, die Wärme der Abluft durch einen Luft- Wasser-Wärmetauscher abzuführen. Die abgeführte Wärme kann unmittelbar genutzt werden; sie kann aber auch durch eine Wärm pumpe genutzt werden. Die Abluft kann einem Motor, vorzugsweis Dampfmotor, zur Erzeugung mechanischer und/oder elektrischer Energie zugeführt werden.
Das Kondensat der Feuchtigkeit aus der Abluft kann zur Beregnu von Pflanzen verwendet werden. Es kann auch zur Herstellung vo Trinkwasser mittels Ionenaustauscher, Aktivkohlefiltern oder Ähnlichem verwendet werden.
Vorzugsweise wird die pro Zeiteinheit zugeführte Frischluftmen und damit Sauerstoffmenge in Abhängigkeit von der Temperatur und/oder dem Sauerstoffgehalt und/oder der Feuchtigkeit in den organischen Stoffen und/oder in der Abluft nach dem Austritt a den organischen Stoffen gesteuert. Hierdurch kann der Prozeß optimal durchgeführt werden.
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Die gekühlte und getrocknete Abluft kann durch einen Filter, vorzugsweise einen Sorptionsfilter, insbesondere ein Sorptions¬ filterbett aus Kompost und/oder aus Aktivkohle, in die Atmosphäre geleitet werden. Derartige Filter zur Filterung der Abluft sind an sich bekannt. Bisher wurde jedoch die noch warme und feuchte Abluft über die Filter geleitet. Wenn die Abluft gekühlt und getrocknet wird, bevor sie durch den Filter geleitet wird, ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß das aus der feuchten Abluft auskondensierte Kondensat weniger schadstoff¬ belastet ist, da es nicht mit den meist organischen Filter¬ stoffen in Berührung kommt. Das Kondensat kann daher Trinkwasser- qualität oder annähernd Trinkwasserqualität haben.
Der Wärmeaustausch im Wärmetauscher kann an den Grenzflächen zwischen der angesaugten Frischluft und der ausgetragenen Abluft unmittelbar erfolgen. Es ist aber auch möglich, das Verfahren in der Weise durchzuführen, daß der Wärmetransport von der Abluft zu der Frischluft durch ein Wärmeträgermedium in Wärmetauschern erfolgt. Die Wärme der Abluft wird also zunächst über einen ersten Wärmetauscher dem Wärmeträgermedium zugeführt. Das Wärme¬ trägermedium gibt die Wärme dann an die Frischluft ab. Durch diese Verfahrensweise können die Wärmeabführung von der Abluft einerseits und die Wärmezuführung an die Frischluft andererseits räumlich getrennt durchgeführt werden.
Vorzugsweise wird eine Teilmenge der Abluft nach der Kühlung und Trocknung der Frischluft zugemischt, vorzugsweise in Strömungs- richtung nach dem Wärmetauscher (falls vorhanden). Hierdurch wird der Frischluftbedarf reduziert.
Die gekühlte und getrocknete Abluft kann durch ein Wasserbad, insbesondere das Kondensat, geleitet werden. Dies ist deshalb von besonderem Vorteil, weil die desodorierenden, anti-
bakteriellen Eigenschaf en des Kondensats besonders groß sind.
Die Abluft oder ein Teil der Abluft kann durch ein Kühlaggregat abgekühlt werden. Dies ist insbesondere bei höheren Außentem¬ peraturen von Vorteil bzw. erforderlich, da dann die Temperatur¬ differenz zwischen der Abluft und der Frischluft möglicherweise nicht groß genug ist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung nach Anspruch 14 gelöst. Der Fermentations¬ behälter ist allseits geschlossen. Es ist ein Wärmetauscher vor¬ gesehen, in dem die Wärme der Abluft an ein Wärmeübertragungs¬ medium abgegeben wird, so daß die Feuchtigkeit der Abluft auskon¬ densiert wird. Dadurch, daß der Fermentationsbehälter geschlossen ist, wird ein unkontrolliertes Entweichen von Abluft verhindert. Die Abluft wird in dem Wärmetauscher gekühlt und getrocknet. Sie kann dann ohne Geruchsbelästigung an die Atmosphäre abgelassen werden.
Vorzugsweise besteht der Wärmetauscher aus einem Luft-Luft-Wärme¬ tauscher, bei dem das Wärmeübertragungsmedium die zugeführte Frischluft ist. Der Wärmetauscher kann auch ein Luft-Wasser- Wärmetauscher sein. Es ist möglich, eine Wärmepumpe zur Nutzung der abgeführten Wärme und/oder einen Motor, vorzugsweise einen Dampfmotor, zu Erzeugung mechanischer und/oder elektrischer Energie aus der Wärme der Abluft vorzusehen.
Vorzugsweise ist ein Ionenaustauscher oder Aktivkohlefilter oder dergleichen zur Herstellung von Trinkwasser aus dem Kondensat der Feuchtigkeit der Abluft vorhanden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen oder mehrere Meßauf¬ nehmer zur Steuerung der pro Zeiteinheit zugeführten Frischluft-
menge und damit Sauerstoffmenge in Abhängigkeit von der Tempera¬ tur und/oder dem Sauerstoffgehalt und/oder der Feuchtigkeit in den organischen Stoffen und/oder in der Abluft nach dem Austritt aus dem organischen Stoffen. Der Prozeß kann dadurch optimiert werden.
Vorzugsweise ist ein Filterbehälter mit einem Filter, vorzugs¬ weise einem Sorptions ilter, insbesondere einem Sorptionsfilter¬ bett aus Kompost und/oder aus Aktivkohle zur Filterung der gekühlten und getrockneten Abluft vorgesehen, wobei vorzugsweise die Filtermasse in dem Filterbehälter auf luftdurchlässigen Ebenen gelagert ist. Hierdurch wird die gekühlte und getrocknete Abluft nochmals gereinigt, bevor sie an die Atmosphäre übergeben wird. Weiterhin gelangt nur die getrocknete und gekühlte Abluft, nicht jedoch die noch feuchte und warme Abluft, mit dem Filter in Berührung. Da der Filter meist aus organischen Filterstoffen besteht, können diese daher das Kondensat nicht verunreinigen. Das Kondensat hat also eine sehr gute Wasserqualität.
Vorzugsweise ist in der Zuluftleitung in Strömungsrichtung vor dem Wärmetauscher eine Drosselklappe und/oder in der Abluft- leitung in Strömungsrichtung unmittelbar vor der Atmosphäre eine Drosselklappe angeordnet. Hierdurch kann der Lu tdurchsatz gesteuert werden.
Vorzugsweise ist der Frischluftraum um den Fermentationsraum herum ausgebildet und befinden sich in diesem Raum frei aufge¬ stellt die abluftbegrenzenden Flächen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn Wärmetauscher, Kondensat¬ sammler, Gebläse, Sorptionsfilter, Meß- und Steuergeräte eine kompakte, zusammenhängende Einheit bilden, die nur jeweils einen Luftanschluß für die Frischluftzuführung zum Fermentationsraum und eine Abluftabführung aus dem Fermentationsraum aufweist.
In der Abluftleitung kann eine wahlweise betätigbare, die Abluf leitung ganz oder teilweise schließende Steuerklappe angeordnet sein, an die sich eine Bypassleitung anschließt. In der Bypass- leitung kann ein Kühlaggregat zur Kühlung der Abluft angeordnet sein, von dem die Abluft dem Wärmetauscher zugeführt wird.
Vorzugsweise ist eine schließbare und aufsteuerbare Lüftungs¬ klappe zur Zumischung von gekühlter und getrockneter Abluft zu der dem Fermentationsbehälter zugeführten Frischluft in Strömungsrichtung nach dem Wärmetauscher vorgesehen. Hierdurch wird der Frischluftbedarf vermindert.
Es kann ein weiterer Wärmetauscher zur Übertragung der Wärme de Abluft über das Wärmeträgermedium des weiteren Wärmetauschers auf die zugeführte Frischluft vorhanden sein. Hierdurch können die Wärmeübertragung von der Abluft einerseits und auf die Frischluft andererseits an räumlich getrennten Stellen durchge¬ führt werden.
Durch die Erfindung kann angesichts der Tatsache, daß Abfall- kompostierung immer mit der Bildung gas- und dampfförmiger Stof wechselprodukte verbunden ist, der Fermentationsraum so klimati siert werden, daß nicht nur eine Verdrängung der Stoffwechsel¬ produkte durch Frischluft erreicht wird, sondern daß diese Produkte in einen umweltverträglichen Zustand überführt werden und daß gleichzeitig der energetische Aufwand zur Klimaregelung auf die unbedingt notwendige Größe beschränkt bleibt.
Die Erfindung berücksichtigt also die Tatsache, daß die aus einer fermentierenden Masse infolge Verdrängung und/oder Spülun austretenden Gase bzw. Dämpfe durch Wärmeentzug zu resublimiere bzw. auszukondensieren sind, indem Wärme daraus direkt oder indirekt über Wärmetauscher auf die Frischluft übertragen oder
wahlweise über einen Kühlkreislauf abgeführt bzw. über eine angeschlossene Wärmepumpe genutzt und damit neben dem Konden¬ sationseffekt noch ein Energiespare fekt erreicht wird. Die noc in der Abluft verbleibenden Reste von umweltbelastenden Stoff¬ wechselprodukten werden anschließend sorptiv an sorptionsfähige Körpern (z.B. Biofilter, Aktivkohlefilter, Ionentauscher oder Silikagel) abgeschieden. Bei der Wärmeübertragung bestimmt die Temperatur-Differenz zwischen Frischluft und Abluft die abführ¬ bare Kondensationswärmemenge aus der Abluft und somit den Abscheidegrad für resublimierbare und kondensierbare Abluft¬ bestandteile.
Die aus einem aeroben Fermentationsprozeß austretenden Gase und Dämpfe treten nur dann als überriechende Stoffwechselprodukte i Erscheinung, wenn ihre Temperatur höher ist als die der den fermentierenden Organismen zugeführten Frischluft. Bei steigender Ablufttemperatur und steigenden Dampfanteilen konden sieren diese auf den frischlu tgekühlten Flächen aus. Infolge des hohen Sauerstoffangebotes im Kondensat und fehlendem biologischem Nährboden entsteht ein flüssiges, umweltneutrales Sto wechselprodukt. In einem praktischen Beispiel wurde ein Gemisch aus Haushalt- und Gartenabfällen mit dem erfindungs¬ gemäßen Verfahren in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ver¬ arbeitet. Hierbei ergab sich ein flüssiges, umweltneutrales Stoffwechselprodukt (Kondensat) mit folgender nur biologisch bedingter durchschnittlich physikalisch chemischen Zusammen¬ setzung:
Elektr. Leitfähigkeit 640 μS/cm pH-Wert: 7,87
Sauerstoff (02): 6, 5 mg/1 Säurekapazität pH 4,3 ( -Wert): 7,5 mval/1 Kohlensäure "freie C02 M : 14,2 mg/1 Kohlensäure, gebunden: 165,0 mg/1 Kohlensäure, zugehörig ' : 122,2 mg/1 Kohlensäure, rostschützverhindernd: n.n. mg/1 Kalkaggressive C02 (Marmorlöseversuch n. Heyer): n.n. mg/1 Oxidierbarkeit mit Kaliumpermanganat: 34 mg/1 (als Kaliumpermanganat erbrauch) BSB5 82 mg/1
CSB (Cr VI - III) (02) 109 mg/1 Sogenannte Nichtkarbonathärte: 0,0 °dH Härtebereich: 1 (nach § 7 Abs. 1 Ziff, 4 des Wasch- mittelgesetzes vom 20, 8. 75)
Wasserhinhaltssto fe
Bezeichnung angegeben Nachweis- ermittelter als grenze mg/1 Wert mg/1
Eisen, gesamt Fe 0,02 0,18
Mangan Mn 0,01 0,04
Kupfer Cu 0,02 0,02
Zink Zn 0,02 0,06
Natrium Na 0,1 0,1
Kalium K 0,1 0,6
Calcium Ca 1,0 n.n.
Magnesium MG 0,1 n.n.
Ammonium NH4 0,01 0,09
Nitrit N0~ 0,02 0,05
Nitrat NO3 0,3 0,7
Chlorid Cl~ 1 n. n Sulfat Sθ2- 2 n. n
Phosphat, ortho po|- 0 , 02 n . n Hydrogenkarbonat HC03 3 457 Silikat S iθ2 0 , 2 1 , 7
n.n. -= nicht nachweisbar
Die Untersuchung von Kondensat ergab, daß die Qualität des Kondensates eine direkte Einleitung in einen Vorfluter er¬ laubt. Die Waserqualität ist mit einem gereinigten Abwasser aus einer Kläranlage vergleichbar.
Die Frischlu tzufuhr wird dem biologischen Sauerstoffver¬ brauch der Organismen angepaßt, welcher kontinuierlich ge¬ messen wird.- Für eine wirtschaftlich vorteilhafte Betreibung empfiehlt sich die Regelung der Frischluftzufuhr zwischen Sollwerten von 17 bis 19 Vol.-* Luftsauerstoffgehalt in der fermentierenden Abfallmasse.
Aufgrund der Wärmebedingten, auf ärtsgerichteten Thermik in der fermentierenden Abfallmasse ist es vorteilhaft, die Frischluft von unten in die, auf einem luftdurchlässigen Boden lagernde poröse Abfallmasse einzuleiten und oben nach dem Austritt auf kürzestem Wege abzuleiten. Die den Fermentations¬ raum begrenzenden Decken und Wände sind vorzugsweise wärme¬ isoliert, um nicht gewünschte Kondensationsflächen zu ver¬ meiden und an der Wärmetauscherfläche zwischen Frischluft und Abluft eine möglichst große Temperaturdifferenz zu er¬ halten. Wenn eine Wärmenutzung - z.B. im Sommer - nicht erwünscht ist, besteht eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung darin, daß das den Lufttransport gewährleistende Gebläse die Frischluft über den Wärmetauscher ansaugt und durch die fermentierende Abfallmasse sowie Wärmetauscher und
Sorptionsfilter in die freie Atmosphäre fördert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Sauerstoff- und temperatu abhängiger Regelung kann an jeden fremdbelüfteten Aeroben- fermenter, gleich welcher Größe, angeschlossen werden. Es entstehen keine umweltbelastenden Sto fwechselprodukte und die bisherigen Betriebskosten für die elektrische Energie zur Kond sation durch Kühlung werden auf ca. ein Drittel gesenkt.
Wenn eine Wärmegewinnung sich als vorteilhaft erweist und gewünscht ist, so kann die durch Kühlung abgeführte Konden¬ sationswärme über eine Wärmepumpe genutzt werden. Die dabei zu erzielenden Leistungszahlen können Werte über 4 erreichen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigt die
einzige Figur ein Ausführungsbeispiel einer erfindungs gemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In dem allseits geschlossenen Fermentationsbehälter 5 sind auf einer luftdurchlässigen Ebene 2 die organischen Stoffe 1 gelagert. Unterhalb der durchlässigen Ebene 2 befindet sich der Luftkastenraum 3. Über den organischen Stoffen 1 befindet sich der Hohlraum 4.
Über eine Zuluftleitung und eine Abluftleitung ist der geschlossene Fermentationsbehält ' er 5 mit einem weiteren, den Wärmetauscher aufnehmenden bzw. bildenden Behälter verbunden. I oberen Deckel dieses Behälters ist die Zuluftleitung 12 ange¬ ordnet, in der sich eine schließbare und aufsteuerbare Drossel¬ klappe 11 befindet. Darunter sind die senkrecht verlaufenden
Wärmetauscherrohre 9 angeordnet, die in einer ofreren Platte münden und bis zu einer unteren Platte reichen. Die durch die Zuluftleitung 12 einströmende Luft strömt also durch diese Wärme tauscherrohre 9, nicht jedoch durch sonstige Bereiche des Wärme¬ tauscherbehälters. Nach dem Durchströmen der Wärmetauscherrohre 9 gelangt die mittlerweile erwärmte Frischluft in den Bereich 17 des Wärmetauscherbehälters. Sie wird von dort durch das Gebläse 6 über die Frischluftleitung dem Luftkastenraum 3 des Fermen¬ tationsbehälters 5 zugeführt.
Die beladene Abluft 8 gelangt von dem Hohlraum 4 über die Abluft leitung 10 in den die Wärmetauscherrohre 9 umgebenden Raum 13 des Wärmetauscherbehälters. Beim Durchströmen 28 diesen Raumes wird der Abluft die Wärme entzogen. Das Kondensat 14 sammelt sich auf der unteren-Trägerfläche für die Wärmetauscherrohre 9. Es kann von dort durch das Ventil 15 abgelassen werden. Das Ventil 15 kann durch einen Schwimmerschalter gesteuert werden, wie durch den von dem Ventil 15 zu dem Kondensat 14 verlaufen¬ den, strichpunktierten Pfeil angedeutet. Das Kondensat wird in Strömungsrichtung hinter dem Ventil 15 gesammelt und kann von dort weitergeleitet (vgl. Bezugsziffer 16) werden.
In der Abluftleitung 10 ist eine Steuerklappe 24 vorgesehen, die schwenkbar gelagert und schließbar sowie aufsteuerbar ist. Normalerweise befindet sich diese Klappe in der durchgezogen gezeichneten Stellung, so daß die Abluft direkt dem Wärme¬ tauscher zugeführt wird. Falls eine zusätzliche Kühlung der Abluft erforderlich sein sollte, wird die Steuerklappe 34 in die gestrichelt gezeichnete Stellung verschwenkt. Die Abluft durch¬ strömt dann ganz oder teilweise die parallel zur Abluftleitung angeordnete Bypassleitung. Am Ende der Bypassleitung ist in dem Wärmetauscherbehälter ein Kühlaggregat 32, 33 angeordnet, durch das der durch die Bypassleitung geströmten Abluft Wärme entzogen wird, bevor ein weiterer Wärmeentzug in dem eigentlichen Luft-
Luft-Wärmetauscher erfolgc,t.
Am Boden des Wärmetauscherbehälters ist ein weiteres Ventil 18 zur Ableitung von Kondensat vorgesehen, das sich eventuell in diesem Bereich des Wärmetauscherbehälters gebildet hat.
Unmittelbar neben dem Wärmetauscherbehälter ist ein Filterbe¬ hälter 29 angeordnet. Der Wärmetauscherbehälter und der Filter behälter 29 sind durch eine kurze Rohrleitung 20 miteinander verbunden. In dem Filterbehälter 29 befinden sich mehrere über einander angeordnete, waagerechte, luftdurchlässige Ebenen 21, auf denen jeweils Biofiltermasse 22 gelagert ist. Der obere Deckel des Filterbehälters 29 besitzt ein Abluftrohr, in dem eine Drosselklappe 30 zur Steuerung des Abluftstromes vorgeseh ist. Im Boden des Filterbehälters 29 befindet sich ein Abla߬ ventil 19 zur Abführung eventuell gebildeten Kondensats. Der Filterbehälter 29 ist über die Leitung 24 mit dem unteren, auß halb des eigentlichen Wärmetauschers liegenden Teil des Wärme¬ tauscherbehälters verbunden. In der Rohrleitung 24 befindet si eine schließbare und aufsteuerbare Steuerklappe.
Wärmetauscher, Kondensatsammler, Gebläse, Sorptionsfilter, Meß- und Steuergeräte bilden eine kompakte, zusammenhängende Einheit die nur jeweils einen Luftanschluß 12 für die Frischluftzu¬ führung zum Fermentationsraum 5 und eine Abluftabführung 25 aus dem Fermentationsraum 5 aufweist. Es ist auch möglich, Frisch¬ luft über einen Bypass in den Kreislauf einzuführen, ohne daß diese Frischluft vorher über den Wärmetauscher geleitet wird; diese Möglichkeit ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Die Vorrichtung weist eine Sonde zur Ermittlung der Klima-Kennwerte auf. Diese Sonde befindet sich in dem Fermentationsbehälter 5 und endet innerhalb der organischen Stoffe 1. Durch eine Membra pumpe 31 kann aus dem Inneren der organischen Stoffe 1 eine Luf probe entnommen und einer Sauerstoff- und/oder Temperaturmeßvor
richtung 27 zugeführt werden. Letztere kann die Drehzahl des Gebläses 6 steuern bzw. regeln, wie durch die doppelt strich¬ punktierte Linie zwischen der Meßvorrichtung 27 und dem Gebläse 6 angedeutet. Die gesamte Vorrichtung ist unmittelbar an Abfall¬ container, Kompostierungsboxen, Bioreaktoren, Biozellenreaktoren und/oder Tierställe anschließbar. Schließlich weist die Vorrichtung.zusätzlich einen Wärmetauscher (35) zum Anschluß an einen Kühler und/oder eine Wärmepumpe auf; dieser zusätzliche Wärmetauscher 35 ist in der Zeichnung lediglich angedeutet.
In der nachstehenden Beschreibung des Verfahrens und der Vor richtung werden drei besonders ' vorteilhafte Ausführungsforme der Erfindung sowie deren jeweilige Anwendung beschrieben.
1. Betrieb ohne Wärmerückgewinnung mit Lu /Luft-Kühlung
Unabhängig von der Größe des allseits geschlossenen Fermen tationsbehälters 5 wird über den Anschlußstutzen 17 durch das Gebläse 6 über den Frischluftstutzen 12 mit Schutz¬ haube und Drosseklappe 11 die Frischluft 26 durch die Wärmetauscherrohre 9 angesaugt und in den Luftkastenraum 3 eingeblasen. Danach strömt die erwärmte Frischluft durch die Öffnungen in dem Boden 2 in die aerob zu fermentierend Masse 1 und nimmt auf dem Weg 7 unter Abgabe von Sauerstof die entstehenden Sto fwechselprodukte Wasser, Kohlendioxyd Wärme, Dämpfe und. Gase auf und führt sie über die Aus¬ trittsöffnung 8 aus dem Hohlraum 4 ab. Danach gelangt die beladene Abluft 8 über die Verbindung 10 in den von der Frischluft getrennten Raum 13. Beim Durchströmen 28 des zwischen den Wärmetauscherrohren 9 befindlichen freien Raumes 28 wird durch Wärmeentzug die Kondensation der von der Luft mitgeführten kondensierbaren Bestandteile herbei¬ eführt. Die so ereini te Luft tritt danach über die Ver-
bindung 20 In den Raum 29 ein, in dem auf luftdurchlässigen Ebenen 21 die sorptiv wirkende Bio ilter asse 22 lagert, an deren Oberflächen Organismen die sorptiv aufgenommenen Partikel fer entativ umwandeln bzw. in ihren Körper ein¬ bauen. Die so gereinigte Abluft (23) tritt über den Stutzen 30 mit Drosselklappe und Abdeckhaube in die Atmosphäre frei aus. Die durch Kondensation flüssig gewordenen Stoff- Wechselprodukte 14 der aus der Masse 1 entfernten Abluft, werden über eine Kondensatentleerung 15 in biologisch ge¬ reinigter Abwasserqualität eingeleitet 16. Mit den Venti¬ len 18 und 19 wird das sich eventuell am Boden sammelnde Kondensat abgeleitet. Mit dem 3-Wege-Ventil 24 kann ent¬ feuchtete Abluft mit noch ausreichendem Sauerstoffgehalt im Kreislauf wieder in den Fermenter 5 zurückgeführt wer¬ den, oder Frischluft ohne Erwärmung in den Luftstrom einge¬ mischt werden. Das Gebläse 6 wird über die mit der Lanze 27 gemessenen Werte für Sauerstoff und Temperatur ein- und ausgeschaltet. Als Richtgröße gelten die der mensch¬ lichen Atemluft angepaßten Werte von 17 bis 20 Vol.% Sauer¬ stoff und einer Mindestentseuchungste peratur von größer als 50°C. Die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes erfolgt mit einer elektrochemischen Flüssigkeitszelle bestehend aus Elektrolyt und zwei Metallelektroden, die mit einer elektronischen Umsetzungsvorrichtung verbunden sind. Durch eine Membranpumpe 31 wird aus dem Innern der Masse 1 eine Luftprobe entnommen und der Sauerstoff- bzw. Temperatur¬ meßvorrichtung zugeführt. Auf diese Weise kann das gün¬ stigste, den biologischen Stoffwechsel angepaßte Klima hergestellt werden.
2. Betrieb ohne Wärmerückgewinnung, jedoch mit Luft/ Wasser-Kühlung
Sollte die angesaugte Frischlufttemperatur - z.B. im Sommer
- so hoch liegen, daß aufgrund eines zu geringen Tempera¬ turunterschiedes zwischen Frisch- und Abluft bzw. einer zu hohen Taupunkttemperatur zu wenig Feuchte aus der Ab¬ luft entzogen wird und es daher zu Geruchsbelästigungen kommt, so wird durch eine Steuerklappe 34 der Abluftweg über den Wärmetauscher 3S geführt, der an ein Kühlaggre¬ gat 32 angeschlossen ist. Die weitere Luftführung ent¬ spricht der unter 1. bereits beschriebenen Ausführung.
5. Betrieb mit Wär erückgewinnung durch Wärmepumpe
Da bei aerober Fermentation unter wirtschaftlichen Bedin¬ gungen das Leistungsverhältnis von aufzuwendender zu nutz¬ barer Energie von Bedeutung ist, sind die Betriebsweisen nach 1. und/oder 2. dann zu wählen, wenn biologisch er¬ zeugte Wärme und/oder Kondensat nicht genutzt werden können. Kann Wärmeenergie oder/und Kondensat genutzt werden, so wird der Wärmetauscher 35 an eine Wärmepumpe angeschlossen. Die weitere Luftführung entspricht der unter 1. bereits beschriebenen Ausführung.