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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von organischen Düngemitteln
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von organischen Düngemitteln
aus organischen Abfallstoffen sowie auf Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Erfindungsgemäß wird so gearbeitet, daß in einer eingeschlossenen
Masse organischer Stoffe aerobe Bakterien, die zum Leben der Luft bedürfen, durch
einen Luftstrahl unter Druck zur Entwicklung gebracht werden, wobei die gesamte
Luft durch den Boden eines die Masse einschließenden Behälters zugeführt wird und
die verbrauchte Luft nach dem Durchgang durch die Masse sowie die in der Masse erzeugten
Gase in in geeigneten Abständen übereinanderliegenden Zonen entfernt werden.
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Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht aus einem
Behälter (Tank), aus Mitteln zum Durchtreiben von Luft unter Druck durch die in
dem Gefäß eingeschlossene organische Masse und aus in vertikalen Zonen übereinander
angeordneten in das Innere der Masse ragenden Einrichtungen zum Entfernen der verbrauchten
Luft und der in der Stoffmasse erzeugten Gase.
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.' Weiter umfaßt die Erfindung Verfahren und Einrichtungen
zur Erhöhung der Geschwindigkeit der Entwicklung der aeroben Bakterien in der Masse
des feuchten organischen Stoffes, so daß die Zersetzung dieses Stoffes und die Bereitung
eines vollkommenen Düngemittels beschleunigt werden.
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Schließlich umfaßt die Erfindung auch die Trocknung derjenigen Teile
der feuchten, zu zersetzenden Masse. in welchen die Zersetzung zu dem gewünschten
Grad fortgeschritten ist, mit dem Ziele, ein
Endprodukt von solcher
Trockenheit zu erreichen, daß die weitere Entwicklung von Bakterien unterbleibt,
bis das Düngemittel dem Erdreich übergeben oder neuerdings befeuchtet wird.
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Ein Ausführungsbeispiel einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens geeigneten Apparatur ist in den Abbildungen gezeigt; von diesen stellen
dar Fig. i einen Vertikalschnitt durch die Vorrichtung, Fig. 2 einen Schnitt nach
Linie 2-2 zu Fig. i, Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt durch eines der Luftverteilerrohre,
Fig.4 einen entsprechenden Schnitt einer geänderten Ausführungsform eines Luftverteilerrohres.
Zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens werden einer oder mehrere der bisher
allgemein für diesen Zweck verwendeten organischen Ausgangsstoffe verwendet; solche
Stoffe sind gewöhnlich Abfallstoffe, die von geringem oder keinem Wert für andere
Zwecke sind. Beispielsweise handelt es sich um Küchenabfälle, Schlacken oder Mist,
Kot, Abfälle von Konservenfabriken, Fischereien und Zuckerfabriken sowie von Brennereien
und Brauereien, Unkraut, Stroh, Tabakstengel, Holzabfälle, Torf u. dgl.
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Derartige Stoffe enthalten gewöhnlich hinreichend Feuchtigkeit für
eine wirksame Vergärung, nämlich eine Feuchtigkeit vorzugsweise von 5o bis 6o °/o;
es ergeben sich jedoch auch befriedigende Resultate mit einem Feuchtigkeitsgehalt
von unter .4o % oder über 8o o/o. Verhältnismäßig trockene Materialien werden vorteilhafterweise
mit sehr feuchten Materialien gemischt, um den bevorzugten Feuchtigkeitsgehalt der
Masse zu erzielen.
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Die organischen Ausgangsstoffe werden zuerst einer Zerkleinerung durch
Schneiden oder Zerreißen unterworfen, um die Größe der Stücke von festen Stoffen
auf einheitliche, verhältnismäßig kleine Abmessungen zu bringen. Die Schnitt- oder
Grundmasse wird sodann geimpft und durchgemischt mit einer Stammenge von aeroben
Bakterien, wie dies an sich bekannt ist. Falls erwünscht, können der Masse gewisse
Nährstoffe und Mineralien, wie Nitrate, Harnstoff, Ammoniumsalze, Phosphate, Leim
u. dgl., gleichzeitig beigemischt werden, wie an sich ebenfalls bekannt.
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Bisher hat man in jahrhundertelanger Übung die organischen Stoffe
durch Kompostierung in Düngemittel verwandelt; die organischen Ausgangsstoffe wurden
mit Stalldünger, fruchtbarer Gartenerde oder anderem Kompostmaterial geimpft. Man
hatte beim Kompostieren bereits erkannt, daß eine Durch-, dringung der zu kompostierenden
Massen mit Luft wichtig war; mitunter hat man auch Gitterkästen als Behälter der
Masse verwendet und dadurch die Durchdringung mit Luft gefördert. Auch die Zweckmäßigkeit
einer Temperaturkontrolle hatte man bereits erkannt; in manchen Fällen wurden unvollkommene
Verfahren, wie ein Bedecken des Haufens mit Stroh oder grober Leinwand, angewendet.
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Beim Kompostieren schreitet die Zersetzung auch unter günstigstenBedingungen
verhältnismäßig langsam fort. Es wurden schon verbesserte Verfahren und Geräte in
Vorschlag gebracht, um eine raschere Zersetzung zu erreichen und die Verfahrensbedingungen
bis zu einem gewissen Grad zu kontrollieren. Bei der hierzu verwendeten Vorrichtung
werden feuchte organische Stoffe, in geeigneter Weise geimpft, in einen sog. Zersetzungsbehälter
gefüllt, welcher eine Reihe von in gegenseitigem Abstand übereinander angeordneten
Einsätzen aufweist, deren jeder zur Aufnahme einer etwa 30 cm dicken Lage
des zu zersetzenden Stoffes bestimmt ist. In diesen Behälter wird zwischen den erwähnten
Lagen Luft eingeführt, so daß die Oberfläche jeder Lage des organischen Stoffes
der Luft ausgesetzt ist. Dabei sind mechanische Mittel, wie Schaufeln, zum Bewegen
der Stoffschichten und zur Beförderung des Stoffes von einem Einsatz auf den nächst
tieferen vorgesehen. Geräte dieses Typs nehmen verhältnismäßig viel Raum in Anspruch;
außerdem ist die erforderliche Mechanik kompliziert. Der Grad der Entwicklung der
Bakterien ist gering, weil die Durchdringung mit Luft ungleichmäßig stattfindet
insofern, als Teile des zu zersetzenden Stoffes der Einwirkung der Luft übermäßig,
andere Teile hingegen ungenügend ausgesetzt sind. Beide Erscheinungen hindern eine
optimale Entwicklung von aeroben Bakterien. Da der Wert des Endproduktes primär
von der Synthese und der Ansammlung von mikroorganischen Protoplasrnen abhängt,
in welchen die von den Pflanzen benötigten Nährstoffe enthalten sind, muß die Vergärung
so wirksam als nur irgend möglich stattfinden. Diese Bedingung kann durch die bisher
bekannten Verfahren nicht ausreichend erfüllt werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Masse von nassem, geimpftem,
organischem Ausgangsmaterial in einen Behälter gefüllt und der Einwirkung von Druckluft
ausgesetzt, welche diese Masse von unten her durchströmt, um eine gleichmäßige und
kontrollierte Versorgung aller Masseteilchen mit Luft herbeizuführen; der Luftstrom
und die Lufttemperatur werden kontrolliert, um für eine wirksame Verbreitung der
Bakterien und nachfolgende Trocknung der Masse günstige Bedingungen herbeizuführen.
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Verbrauchte Luft, d. h. Luft, in welcher Sauerstoff und in manchen
Fällen der Stickstoffgehalt wesentlich verringert sind, sowie Gase, die während
des Vergärungsprozesses erzeugt wurden, besonders der Überschuß an Kohlendioxyd,
werden über eine Mehrzahl von in der Masse in Zwischenräumen angeordneten Stellen
entfernt.
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Wenn erwünscht, kann die Masse, wenn die Zersetzung fortschreitet,
in leichte Bewegung (Schüttelbewegung) versetzt werden, um Kanäle aufzubrechen mit
dem Ziele, eine gleichmäßige Verteilung der Frischluft auf alle Masseteilchen sowie
die Entfernung der verbrauchten Luft und der erzeugten Gase zu erleichtern.
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Die durch die Masse gedrückte Frischluft wird zweckmäßig auf eine
Temperatur vorgewärmt,- die für eine optimale Entwicklung der verschiedenen Arten
von in der Masse enthaltenen aeroben Bakterien
geeignet ist. Solche
Temperaturen liegen zwischen 32 und 61° C und hängen von dem Grad der Vergärung,
der besonderen Art der Mikrobenentwicklung, dein gewünschten Trocknungsgrad und
anderen einzuhaltenden Bedingungen ab.
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Keine bestimmten Regeln lassen sich ableiten bezüglich der Menge der
eingeführten Luft; denn diese variiert in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des
Ausgangsstoffes und von dem Grad der Vergärung; es sei aber bemerkt, (laß die -Menge
der erforderlichen Luft erheblich kleiner ist als bei den bisher angewandten, oben
angedeuteten Verfahren. Im allgemeinen kann gesagt werden, daß 15 1 Luft pro Minute
und pro 30 cbm Material die maximal zulässige Luftmenge darstellen
und daß die Luftmenge, die eine optimale, aerobe Vergärung erleichtert, innerhall)
dieses :Maximums je nach den Bedingungen variiert. Ein geschickter Fachmann, der
den Prozeß der Vergärung beobachtet, wird in der Lage sein, die Temperatur. die
Menge und die Verteilung der zu einer wirksamen Arbeitsweise erforderlichen Luft
zu regeln: dabei ist darauf hinzuweisen, daß ein übertriebener Luftaufwand die optimale
Entwicklung von aeroben Bakterien infolge Störung der Osmose sowie infolge Verhinderung
der leichten Ansammlung von erwünschtem Kohlendioxvd, das die Lösung der von den
Bakterien benötigten Nährsalze fördert, hemmt. Der Gehalt an Kohlendioxyd in der
verbrauchten, abgezogenen Luft ist tatsächlich ein guter Indikator für geeignete
Durchdringung der Luft sowie für die Vergärung; denn wenn der Gehalt an Kohlendioxyd
nur rund i % ausmacht, so ist dies ein Zeichen von ungenügender Vergärung. die auf
übermäßige Durchdringung mit Luft zurückzuführen ist.
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Wenn die Vergärung und Zersetzung bis zum gewünschten Punkt fortgeschritten
ist, was zuerst in dem unteren Teil des Behälters der Fall sein wird, ist eine rasche
Trocknung dieses Materials erwünscht; dieselbe wird erheblich erleichtert durch
Fortsetzung des unter Druck durch die Masse streichenden Luftstromes. Die mehr oder
weniger feuchte Luft wird keine verbrauchte Luft sein und wird daher den nächst
oberen Lagen der Füllung in der gleichen Weise von Nutzen sein wie Frischluft.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen besteht die Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens aus einem Tank i, vorzugsweise von zylindrischer
Form, der oben offen ist und in welchen die organischen Ausgangsstoffe gefüllt werden.
Unterseitig ist der Tank durch einen konischen Boden 2 geschlossen, der mit einem
Ventil 3 zum Abfüllen des fertigen Düngemittels versehen ist.
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Im unteren Teil des Taiikes befindet sich ein Luftverteiler 4, der
sich horizontal quer über den Tank erstreckt. Dieser Luftverteiler kann beliebiger
Bauart sein. Nach dem Ausführungsbeispiel besteht er aus einem Hauptrohr, an Nvelches
eine Reihe von Verteilerrohren 6 angeschlossen ist; jedes dieser Verteilerrohre
besitzt eine Vielzahl von kleinen Luftaustrittsöffnungen 7, vorzugsweise an der
Unterseite, wie aus Fig.3 ersichtlich, so daß diese Öffnungen nicht durch darüber
gelagertes -Material verstopft werden können.
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Bei einer anderen,' in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform sind die Rohre
6 beidseitig mit Luftaustrittsöffnungen versehen; diese Öffnungen sind durch eine
Einrichtung, bestehend au: einem Rohr mit Luftöffnungen 9 und einer darüber gesetzten
Kappe io gegen Verstopfen geschützt. Als Träger für die Verteilerrohre dienen Querarme
i i.
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Der Luftverteiler ist an einen Kompressor 12 angeschlossen, dem eine
Heizeinrichtung 13 vorgeschaltet sein kann; in letzterer wird die eintretende Luft
auf die gewünschte Temperatur vorgewärmt. Die Menge an zu dem Verteiler gelangender
Luft kann durch ein Regelorgan 14 gesteuert werden.
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Der Wegzug von verbrauchter Luft und von erzeugten Gasen wird bewerkstelligt
durch eine oder mehrere Luftsammeleinrichtungen 4', die ähnlich dem Verteiler 4
ausgebildet sind und Sammelrohre 6' ähnlich den Verteilerrohren 6 besitzen. Diese
Sammler erstrecken sich horizontal quer durch den Tank und sind in geeigneten Abständen
übereinander angeordnet. Der Abzug der Luft wird durch Kontrollorgane 15 gesteuert.
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Obwohl ein kontinuierliches Absinken der -fasse in dem Tank stattfindet
als Folge der Dehvdrierung und Zersetzung des Materials wie auch als Folge der periodischen
Entnahme von fertig verarbeitetem Material, kann es erwünscht sein, besonders bei
Vorrichtungen von beträchtlicher Größe, für eine zusätzliche Bewegung des Materials
zu sorgen. Dies kann erreicht werden durch Anbringung einer vertikalen Welle 16
in oberen und unteren Querlagen 17 und 18; diese `Felle trägt eine -Mehrzahl von
in geeigneten Abständen übereinander angeordneten Armen i9. Dieses RührNverk wird
in Drehung versetzt, beispielsweise über Kegelräder 20 und 21 von einer Welle 22
aus, die ihren Antrieb von einem Motor 23 filier Riemenscheiben 24 und 25 und einen
Riemen 26 erhält. Die Welle 16 kann mit einer unteren Verlängerung 2,^ versehen
sein, die ebenfalls einen Rührarm 28 trägt. Durch letzteren wird das fertige -Material
unterhalb des Luftverteilers 4 bewegt, nin die Entfernung dieses Materials aus dem
Behälter über das Ventil 3 zu erleichtern.
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Der Behälter kann mit einer llIehrzahl von Öffnungen 29 zur Entnahme
von Proben versehen sein; diese Öffnungen werden durch die Querschnitte von kurzen
Rohrstücken gebildet, durch welche Probeinaterial entnommen und die Temperatur von
Zeit zu Zeit beobachtet werden kann. Die Öffnungen sind normalerweise während des
Betriebes geschlossen und werden nur von Zeit zu Zeit geöffnet.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen `'erfahrens wird eine. geeignete
Menge von geimpftem organischen Ausgangsstoff in den Tank gefüllt: Luft wird finit
geeignetem Druck durch die -lasse mittels des Kompressors getrieben; die eingeblasene
Luft verteilt sich gleichmäßig über die Verteilereinriclitung 4; die Temperatur
der eintretenden Luft wird entsprechend kontrolliert. Mit fortschreitender Vergärung
werden über die Ventile oder
Steuerorgane 1 5 verbrauchte Luft und
gebildete Gase abgeleitet. Sind beispielsweise alle Ventile 15 geschlossen, so strömt
die ganze zugeführte Luft durch die gesamte Massenfüllung des Behälters; die verbrauchte
Luft und die erzeugten Gase verlassen den Tank durch dessen oberes offenes Ende.
Werden ein oder mehrere der Ventile 15 geöffnet, so entweicht ein Teil der Luft
und der erzeugten Gase durch die so gebildete Austrittsöffnung. Mit fortschreitender
Zersetzung wird ein erfahrener Fachmann, der die Betriebsbedingungen in den verschieden
hohen Lagen des Tankes beobachtet, die Ventile 15 derart steuern, daß die Verteilung
und der Abzug genau den Erfordernissen des Inhaltes des Behälters in den verschieden
hohen Lagen entsprechen.
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Das Verfahren kann schichtweise durchgeführt werden; es ist jedoch
praktisch vorzuziehen, kontinuierlich zu arbeiten. In letzterem Falle wird das Düngemittel
entweder kontinuierlich oder periodisch am Boden des Behälters abgefüllt und neues
Material kontinuierlich oder periodisch von oben eingeführt.
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Bei Beginn der kontinuierlichen Arbeitsweise erfährt das am Boden
des Tankes unterhalb des Luftverteilers liegende Material keine Behandlung. Es muß
daher entfernt oder von neuem oben in den Tank übergeführt werden. Zu Anfang soll
die Zersetzung am aktivsten in der Lage unmittelbar über dem Luftverteiler sein;
aus diesem Grunde wird das Ventil 15 des untersten Luftsammlers verhältnismäßig
weit geöffnet. Mit fortschreitender Zersetzung indessen beginnt die kontinuierlich
einströmende Frischluft die unterste Materiallage zu trocknen; mit fortschreitender
Trocknung wird die Zersetzung allmählich eingestellt. Sobald dies der Fall ist,
wird das Ventil des untersten Luftsammlers geschlossen, so daß die Luft gezwungen
wird, durch die nächst höhere Lage zu streichen; das dieser zugeordnete Ventil
15 für den Auslaß von Luft wird geöffnet. Man kann aber auch, anstatt das
Luftauslaßventil 15, das zur untersten Materiallage gehört, zu schließen,
dieses Ventil offen lassen und eine entsprechend größere Menge von Luft durch das
Ventil 14 einführen, um die Luft in die nächst höhere Lage zu zwingen. Dies hat
den Vorteil einer Beschleunigung der Trocknung der untersten Materialschicht. In
keinem Falle jedoch sollte die Luftmenge in den oberen Lagen, wo Zersetzung stattfindet,
das gemäß den vorstehenden Ausführungen zulässige Maximum überschreiten. Mit fortschreitender
Trocknung der unteren Schicht wird die Zersetzung so begrenzt, daß die, die darüber
befindliche Lage erreichende Luft im wesentlichen Frischluft ist, obwohl sie bei
ihrem Durchgang durch die untere Lage etwas angefeuchtet wurde. Allmählich wird
durch die Steuerung der Ventile 15 die Frischluft gezwungen, höher und höher zu
gehen, bis der gesamte Inhalt des Tankes der Behandlung unterworfen ist, wobei die
unteren Lagen getrocknet sind und die oberen Lagen sich im Zustand der fortschreitenden
Zersetzung befinden. Nach Einspielung des Gleichgewichtszustandes wird von Zeit
zu Zeit das fertige Düngemittel durch das Auslaßventil am Boden des Tankes entfernt
und zusätzlich neues Material von oben her nachgefüllt. Während des ganzen Arbeitsvorganges
werden die Ventile 15 von Zeit zu Zeit geregelt, um den jeweiligem Erfordernissen
der zu zersetzenden Masse in den verschiedenen Höhen Rechnung zu tragen.