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Dokumentenidentifikation DE69834534T2 02.11.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0000916636
Titel VERFAHREN UND EINRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG VON KOMPOST
Anmelder Sapporo Breweries, Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder YAGIHASHI, c/o Sapporo Breweries Ltd., Shinji, Yaizu-shi, Shizuoka-ken 425-0013, JP;
KURIHARA, c/o Sapporo Breweries Ltd., Toshio, Yaizu-shi, Shizuoka-ken 425-0013, JP;
YAMASHITA, c/o Sapporo Breweries Ltd., Shinji, Yaizu-shi, Shizuoka-ken 425-0013, JP;
KOBAYASHI, c/o Sapporo Breweries Ltd., Fujio, Yaizu-shi, Shizuoka-ken 425-0013, JP;
NAKAKITA, c/o Sapporo Breweries Ltd., Yasukazu, Yaizu-shi, Shizuoka-ken 425-0013, JP
Vertreter Vossius & Partner, 81675 München
DE-Aktenzeichen 69834534
Vertragsstaaten BE, DE, FR, GB, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 29.05.1998
EP-Aktenzeichen 989218763
WO-Anmeldetag 29.05.1998
PCT-Aktenzeichen PCT/JP98/02376
WO-Veröffentlichungsnummer 1998054112
WO-Veröffentlichungsdatum 03.12.1998
EP-Offenlegungsdatum 19.05.1999
EP date of grant 17.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.11.2006
IPC-Hauptklasse C05F 17/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse C05F 17/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kompost und eine Einrichtung dafür. Insbesondere zielt die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von Kompost hoher Qualität mit weniger unangenehmen Gerüchen in einer kurzen Zeit durch Verarbeiten von organischen Abfallmaterialien aus Lebensmittelverarbeitungsbetrieben und dergleichen und eine Einrichtung zu dessen Herstellung.

Technischer Hintergrund

Herkömmlich wird eine Kompostierung durchgeführt, um eine wirkungsvolle Verwendung von Abfallmaterialien aus der Lebensmittelindustrie, Lebensmittelverarbeitungsindustrie, Tierhaltungsindustrie und dergleichen, wo organische Abfallmaterialien am häufigsten anfallen, zu verwirklichen. Bei diesen kommunalen Behörden, die sich mit städtischem Müll befassen, wird Kompostieren auch zum Zweck der Reduzierung des Volumens oder der Umwandlung in stabile Substanzen durchgeführt. Insbesondere haben viele organische Abfallmaterialien aus Lebensmittelverarbeitungsbetrieben und dergleichen wahrscheinlich einen hohen Wassergehalt, wenn sie von diesen Betrieben abgegeben werden. Wenn sie während des Sommers liegen gelassen werden, können daher viele Bakterien wachsen, kann der Fäulnisprozeß beginnen und können unangenehme Gerüche, die hauptsächlich von Fäulnisgerüchen kommen, auftreten. Dann entsteht ein Problem in bezug auf den Umweltschutz.

Da Abfallmaterialien im allgemeinen einen hohen Feuchtigkeitsgehalt haben, wenn sie kompostiert werden, kann sich außerdem in einem Fermentationsbehälter zum Teil eine anaerobe Umgebung bilden. Dann kann der Fermentationsprozeß unter den Bedingungen eines Gemisches aus anaeroben Bakterien und aeroben Bakterien vonstatten gehen, so daß die Fermentationseffizienz gering ist. Typisch sind mehrere Monate erforderlich, bis Protein, Fett oder dergleichen abgebaut und als Kompost stabilisiert sind.

Da, wie oben beschrieben, die Fermentationseffizienz gering ist, werden während der Herstellung von Kompost außerdem immer unangenehme Gerüche transportiert, die von Aminen, Ammonium oder dergleichen als Hauptkomponenten hervorgerufen werden. Zudem könnte der Fermentationsprozeß möglicherweise unzureichend durchgeführt worden sein, könnte das gewonnene Produkt noch einmal fermentieren, wenn es als Kompost verwendet wird, und könnten dann möglicherweise unangenehme Gerüche auftreten. Ferner kann nicht vermieden werden, daß sich während des Kompostierens niedrigkettiger Fettsäuren anhäufen, die ein Faktor der Hemmung des Pflanzenwachstums sind.

Als Mittel, um dies zu unterdrücken, sind einige Prozesse unter Verwendung von verschiedenen Mikroorganismen ausprobiert worden. Tatsächlich sind jedoch keine zufriedenstellenden Erfolge erzielt worden.

Außerdem kann der so gewonnene Kompost aus feinen Pulvern wie Erdreich bestehen, in welchen nach dem Abbau große Fasern verbleiben können, so daß sich beim Verpacken, Transportieren, Lagern, Verstreuen und dergleichen Schwierigkeiten mit der Handhabung ergeben könnten. Insbesondere kann ein solches feines Pulver leicht weggeblasen werden, wenn es verstreut wird, und somit muß ein solcher Kompost selektiv nur an windstillen Tagen verstreut werden.

Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die oben beschriebenen herkömmlichen Probleme zu überwinden und ein Verfahren zur Herstellung von Kompost auf eine stabile Weise und in einer kurzen Zeitdauer zu etablieren, wobei die Fermentations- und Kompostierungsschritte für organische Abfallmaterialien unter aeroben Bedingungen durchgeführt werden, die Zeitdauer des Auftretens von Ammonium und Aminen, die unangenehme Gerüche hervorrufen, verringert ist, ein erneutes Auftreten dieser unangenehmen Gerüche verhindert ist und das Auftreten und die Anhäufung von niedermolekularen Fettsäuren (z.B. Isobuttersäure, Buttersäure, Isovaleriansäure und Essigsäure), die Hemmstoffe des Pflanzenwachstums sind, unterdrückt ist.

Um außerdem die Bearbeitbarkeit zum Verstreuen des Komposts zu verbessern, wird einer mit einer vorgegebenen Größe und einem vorgegebenen Gewicht erforderlich sein.

Gemäß der Studie der Erfinder der vorliegenden Erfindung ist entdeckt worden, daß zum Zwecke der Verwirklichung und Aufrechterhaltung des für eine Kompostierung wirkungsvollen aeroben Fermentationszustands die Sauerstoffkonzentration in einem organischen Abfallmaterial (nachstehend manchmal als "Material" bezeichnet) ständig auf einem vorgegebenen oder höheren Wert gehalten werden muß und ein geeigneter Wassergehalt in dem Material aufrechterhalten werden muß. Die vorliegenden Erfinder haben intensive Untersuchungen durchgeführt und haben dann entdeckt, daß durch Rühren des gesamten Materials in einem Fermentationsbehälter, um die Fermentation gleichmäßig in Gang zu halten, Zuführen von Sauerstoff über das gesamte Material und Zuführen von Wasser, um den Wassergehalt des Materials bei 60±5% zu halten, eine gleichmäßige und ausgezeichnete Fermentation mit den aeroben Bakterien erreicht werden kann.

Wenn ferner eine aerobe Fermentation durchgeführt wird, die Biertreber als Material verwendet, wird zunächst während der primären Fermentationsperiode eine kleine Menge Saccharid (oder Zucker), die in den Biertreber enthalten ist, abgebaut, dann werden durch Abbau von Hemicellulose oder Cellulose gewonnene Zucker als eine Energiequelle für das Wachstum der Mikroorganismen verwendet. Andererseits vermuten die vorliegenden Erfinder, daß, wenn Cellulose oder dergleichen langsam abgebaut wird, die aeroben Bakterien durch den Stoffwechselpfad, in welchem Proteine über Aminosäuren zu Aminen/Ammonium abgebaut werden (nachstehend als "Amin/Ammonium-Stoffwechselsystem" bezeichnet), Energie für das Wachstum gewinnen, wobei unangenehme Gerüche erzeugt werden können. Daher ist es denkbar, daß das Stoffwechselsystem von Protein zu Aminosäure ersetzt wird durch das Stoffwechsel-Wachstumssystem, das Zucker als Energiequelle verwendet, so daß das Auftreten dieser unangenehmen Gerüche bei der Fermentation verhindert werden kann.

Diese Vermutung unterstützt der vorhandene Bericht, daß, wenn Zucker, wie beispielsweise Melasse, ein Mal am Beginn der Fermentation zu organischen Abfallkompostmaterialien hinzugegeben wird, ein Auftreten dieser unangenehmen Gerüche noch mehr verhindert werden kann, verglichen mit dem Fall, daß kein Zucker hinzugegeben wird. Gemäß der Studie der Erfinder der vorliegenden Erfindung geht die Fermentation bei dieser Methode der einmaligen Zugabe ("Einmal"zugabemethode) jedoch langsam vor sich, so daß nicht nur der Zuckerstoffwechsel, sondern möglicherweise auch die Fermentation in dem Protein-Aminosäure-Abbaustoffwechselsystem aktiviert sein kann und ein Auftreten dieser unangenehmen Gerüche nicht ausreichend verhindert sein kann.

Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, ist demgemäß eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Fermentation so zu steuern, daß das Subjekt der aeroben Fermentation immer über den Zuckerabbau-Stoffwechsel fermentiert wird, und daher ein Verfahren bereitzustellen, in welchem Zucker portionsweise verteilt an einem vorgegebenen Zeitpunkt hinzugegeben wird, so daß die aerobe Fermentation nicht zu einer auf dem Protein-Aminosäure-Abbaustoffwechsel basierenden Fermentation übergehen kann, so daß die Fermentation auf der Basis des Stoffwechsel-Wachstumssystems, das Saccharide als eine Energiequelle verwendet, vor sich gehen kann, um das Auftreten von Aminen und Ammonium, die diese unangenehmen Gerüche erzeugen, bei der Fermentation wesentlich zu unterdrücken und um einen Kompost hoher Qualität herzustellen.

Offenbarung der Erfindung

Daher betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Kompost, das dadurch gekennzeichnet ist, daß, wenn der Kompost durch Impfen eines organischen Abfallmaterials mit aeroben Kompostimpfbaktieren hergestellt wird, das Verfahren aufweist: Zuführen von Sauerstoff unter Rühren des Abfallmaterials; und Zuführen von Wasser, so daß der Wassergehalt des Abfallmaterials 60±5% beträgt.

Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung von Kompost, das dadurch gekennzeichnet ist, daß, wenn der Kompost durch Impfen eines organischen Abfallmaterials mit aeroben Kompostimpfbaktieren hergestellt wird, das Verfahren aufweist: portionsweise verteilte Zugabe von Zuckern zum Abfallmaterial, so daß das Subjekt der Fermentation immer über den Zuckerabbaustoffwechsel geführt wird, das heißt, bevor das Subjekt der Fermentation zu dem Amin/Ammonium-Stoffwechselsystem während einer aktiven Fermentationsperiode übergeht.

Ferner zielt die vorliegende Erfindung auf eine Einrichtung zur Herstellung von Kompost, die aufweist: einen Fermentationsbehälter mit einer Sauerstoffzufuhrvorrichtung, einer Wasserverteilungsvorrichtung und einer Rührvorrichtung; und Vorrichtungen zur Ermittlung des Wassergehalts eines im Fermentationsbehälter vorhandenen organischen Abfallmaterials und zur Steuerung der von der Wasserverteilungsvorrichtung zu versprühenden (oder verteilenden) Wassermenge auf der Basis des ermittelten Ergebnisses.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine erklärende seitliche Schnittansicht, die eine Ausführungsform einer Einrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt.

2 ist eine erklärende Ansicht von oben, die eine Ausführungsform der Einrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt.

3 zeigt die Temperaturänderung bei der Fermentation im Falle der Kompostierung von Biertreber.

4 zeigt Konzentrationen von Aminen und Ammonium in der Gasphase, die während der Fermentation aus den Biertreber entweichen.

5 zeigt eine Konzentration von niedermolekularen Fettsäuren, die in dem fermentierten Produkt der Biertreber enthalten sind.

6 zeigt eine Konzentration einer Cellulase-Aktivität während der Fermentation von Biertreber.

7 zeigt die Fermentationsperiode und die Temperatur während der Fermentation im Falle des Kompostierens von Biertreber.

8 zeigt eine Änderung einer Konzentration von Aminen und Ammonium, die während einer Fermentation von Biertreber erzeugt werden.

9 zeigt eine Beziehung zwischen dem Zugabezeitpunkt von Zucker und der Änderung der Fermentationstemperatur.

10 zeigt Ammonium, das sich während der Fermentation an den Abschnitten bildet, wo Saccharide portionsweise verteilt und einmalig hinzugegeben werden.

11 zeigt die Menge an niedrigkettigen Fettsäuren, die in den fermentierten Produkten an den Abschnitt enthalten sind, wo Zucker portionsweise verteilt und einmalig hinzugegeben werden.

Beste Methode zur Ausführung der Erfindung

In der vorliegenden Erfindung bedeutet ein organisches Abfallmaterial Abfälle aus Lebensmittelherstellungsbetrieben, Lebensmittelverarbeitungsbetrieben und dergleichen, einschließlich Biertreber aus Brauereien, Fischabfälle aus Fischverarbeitungsbetrieben und andere Rückstände, wie beispielsweise eine im Verlaufe einer Herstellung von Bohnengallerte als Abfall anfallende Sojabohnenmasse. Diese Abfallmaterialien enthalten Kohlenhydrate, Protein, Fett und dergleichen, und der Wassergehalt liegt typisch in einem Bereich von 55 bis 70% (anzumerken ist, daß diese Materialien zum Zwecke eines einfachen Transports oder einer Wiederverwendung feuchtigkeitsgesteuert sind). Wenn der Wassergehalt des organischen Abfallmaterials als Material unterhalb dieses Bereichs ist, muß der Wassergehalt so angepaßt werden, daß die aerobe Fermentation wirkungsvoll durchgeführt werden kann.

Obwohl bei der Fermentation des organischen Abfallmaterials irgendwelche Saccharide hinzugegeben können, wenn sie von den hinein gebrachten Bakterien (Impfbakterien) für die Kompostherstellung verwendet werden können, ist Melasse oder Restmelasse bevorzugt. Insbesondere ist die Restmelasse stärker bevorzugt, die ein beim Raffinieren von Sacchariden entstehender Extraktionsrückstand ist und Melasse enthält.

Als Impfbakterien für die Kompostherstellung kann gebrauchsfertiger Kompost oder können kommerziell erhältliche Mikroorganismen verwendet werden.

Eine in 1 und 2 gezeigte Fermentationseinrichtung kann als eine Einrichtung zur Herstellung von Kompost gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Der Hauptabschnitt der Einrichtung ist ein Fermentationsbehälter und ein offener Fermentationsbehälter wird typisch dafür verwendet. Der Fermentationsbehälter weist eine Sauerstoffzufuhrvorrichtung auf, um während der Fermentation die Sauerstoffkonzentration um das Material herum auf einer vorgegebenen oder höheren Konzentration zu halten, und weist eine Wasserverteilungsvorrichtung auf, um während der Fermentation den Wassergehalt in dem fermentierten Produkt des Materials in dem geeignetsten Zustand zu halten. Sie weist ferner eine Rührvorrichtung auf, um während der Fermentation das ganze Material gleichmäßig zu rühren, um in dem Behälter ein gleichmäßiges Wachstum der aeroben Bakterien zu verwirklichen.

Wenn die Temperatur im Verlaufe der Kompostherstellung ansteigt, kann ein Verdampfen von Wasser aus dem Material nicht vermieden werden, und wenn das Material so stehen gelassen wird, wie es ist, kann die aerobe Fermentation nicht problemlos vor sich gehen. Daher wird, wie vorstehend beschrieben, von der Wasserverteilungsvorrichtung entsprechend Wasser zugeführt. Zu diesem Zweck muß während der Fermentation der Wassergehalt des Materials ermittelt werden. Demgemäß kann die Einrichtung der vorliegenden Erfindung Vorrichtungen zur Ermittlung des Wassergehalts des Materials im Fermentationsbehälter und Vorrichtungen zur Steuerung der von der Wasserverteilungsvorrichtung zu versprühenden Wassermenge auf der Basis des ermittelten Ergebnisses aufweisen. Alternativ kann sie eine Einrichtung zur Steuerung der Wasserverteilungsvorrichtung aufweisen, die den Zeitpunkt der Wasserzufuhr und die Zufuhrmenge vorab festsetzt und zwar auf der Basis der Daten des Wassergehalts des Materials relativ zur Temperatur und der Daten des Wassergehalts des Materials relativ zur Fermentationsdauer, wobei beide bei einem Testbetrieb der Fermentationseinrichtung gemessen worden sind, um als Einrichtungssteuerungsdaten zur Verfügung zu stehen, so daß durch Überwachen oder Messen der Temperatur des Materials während der Fermentation oder durch die Fermentationsdauer und durch Zuführen der gemessenen Daten zu der Steuereinrichtung, um die Wasserverteilungsvorrichtung zu steuern, der Wassergehalt im Material angepaßt werden kann.

1 ist eine erklärende seitliche Schnittansicht, die die Kompostherstellungseinrichtung zeigt, und 2 ist eine die Einrichtung zeigende Ansicht von oben. In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen offenen Fermentationsbehälter, 2 ein Belüftungsrohr, 3 ein Luftgebläse, 4 ein Wasserverteilungsrohr, 5 einen Rührer und 6 ein Rührblatt. Anzumerken ist, daß die Einrichtung der vorliegenden Erfindung außerdem folgende Vorrichtungen aufweist, die nicht in den Zeichnungen gezeigt sind: eine Verteilungseinheit, um während der Fermentation dem Material über das Wasserverteilungsrohr 4 Wasser zuzuführen, eine Ermittlungsvorrichtung zum Ermitteln des Wassergehalts im Material und eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Verteilungseinheit auf der Basis der ermittelten Daten aus der obigen Ermittlungsvorrichtung.

Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Verfahren zur Steuerung der Verteilungseinheit gibt es auch noch ein Verfahren zur Vorabspeicherung der Einrichtungssteuerdaten, die den Zeitpunkt und die Zuführungsmenge des zuzuführenden Wassers auf der Basis der oben beschriebenen Materialtemperatur oder der Fermentationsdauer angeben, zur Messung der Materialtemperatur oder der Fermentationsdauer und zur Steuerung der Verteilungseinheit durch die Steuervorrichtung auf der Basis der oben beschriebenen gespeicherten Daten.

Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Zuerst wird das Material in einen Fermentationsbehälter geladen und dann wird mit den Impfbakterien geimpft, so daß der Fermentationsprozeß in Gang gesetzt wird. Das Material wird durch die Drehung des Rührblatts 5 im Rührer 5, der sich in Längsrichtung des Fermentationsbehälters 1 hin und her bewegt, vollständig umgerührt. Das gesamte Material wird so umgerührt, daß vorherrschend die aeroben Mikroorganismen wachsen können, und wird darüber ausgebreitet. Vorzugsweise wird in der Fermentationsperiode das Rühren zwei oder mehrere Male am Tag durchgeführt. Dies ermöglicht, ein gleichmäßiges Wachstum der aeroben Mikroorganismen zu erreichen. Sauerstoff wird von dem Luftgebläse 3 eingeführt, so daß Sauerstoff (typisch Luft) über das gesamte Material geführt werden kann und dann durch das Belüftungsrohr 2 zum Material 2 geleitet wird. Folglich wird Sauerstoff in den Fermentationsbehälter so hinein gebracht, daß innerhalb des Fermentationsbehälters die Sauerstoffkonzentration in der Materialschicht bei 15% oder mehr, vorzugsweise 17 bis 21%, gehalten werden kann. Daher kann das gesamte Material unter aeroben Bedingungen fermentiert werden.

Ferner wird von einer Ermittlungsvorrichtung der Wassergehalt des Materials gemessen, um während der Fermentation den Wassergehalt des Materials anzupassen. Die Meßergebnisse werden zur Steuervorrichtung übertragen, wo die zum Material zu verteilende Wassermenge bestimmt wird, um zur Anpassung die von dem Wasserverteilungsrohr 4 aus zu verteilende Wassermenge zu steuern. Auf diese Weise kann während der Fermentation der Wassergehalt des Materials bei 60±5% gehalten werden. Folglich kann eine zufriedenstellende Fermentation durch die aeroben Bakterien aufrechterhalten werden. Allgemein dauert eine Herstellung von Kompost drei bis vier Wochen.

Da das Material während der Fermentation allmählich viskos wird, wenn es stehen gelassen wird, wie es ist, könnte es zusammenklumpen, und Sauerstoff könnte nicht gleichmäßig über das gesamte Material geführt werden, was eine Fortsetzung der aeroben Fermentation möglicherweise schwierig macht. Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung das Material gerührt, um das verfestigte Produkt auseinander zu brechen, und daher kann Sauerstoff über das gesamte Material geführt werden.

Da bei der Kompostherstellung mittels aerober Fermentation die thermophile Fermentation weitergeht, kann es sein, daß Wasser durch die Fermentationswärme drastisch verdampft wird, was die Aufrechterhaltung guter Fermentationsbedingungen möglicherweise schwierig macht. Aus diesem Grund wird während der Fermentation der Wassergehalt in dem Material regelmäßig untersucht, um auf der Basis der ermittelten Information die zu verteilende Wassermenge zu ermitteln, Wasser knapp zuzuführen und dadurch den Wassergehalt bei 60±5% zu halten, der am geeignetsten ist.

Wenn Zucker hinzugegeben werden, wird der Zugabezeitpunkt unter Verwendung der Fermentationstemperatur unmittelbar nach dem Fermentationsbeginn als Index des Fermentationszustands ermittelt. Der Vorgang der Fermentation ist von Wärme begleitet. Die Fermentationstemperatur steigt drastisch an, der Zustand hoher Temperatur bleibt für ungefähr 1 bis 2 Wochen bestehen und die primäre Fermentation ist dann beendet. Danach geht für ungefähr 2 Wochen die sekundäre Fermentation mit Actinomyceten oder Schimmelpilzen (fadenförmige Pilze) bei der Fermentationstemperatur von fast 20 bis 30°C vor sich, und die Kompostierung ist beendet durch den Fermentationsprozeß nach ungefähr 30 Tagen.

Man kann sich leicht denken, daß in der primären Fermentation während der Fermentation Mikroorganismen den Wachstumszyklus in der Reihenfolge von Wachstum, Vermehrung der Mikroorganismen, Aktivierung und Wachstum wiederholen. Bei der diskontinuierlichen Zugabe erhöht sich die Anzahl der Pilze, wobei Zucker als Wachstumsenergie verwendet wird, und wenn der Zucker verbraucht ist, wird zur Erzeugung von Energie Protein oder Hemicellulose abgebaut. Daher wird in dem Stoffwechselprozeß mehr Amin/Ammonium erzeugt. Bei der portionsweise verteilten Zugabe erfolgt das Wachstum jedoch unter Verwendung von Zuckern als Wachstumsenergie und der Pilzkörper nimmt im fermentierten Produkt enthaltenes Protein als mikrobielles Körperprotein auf. Wenn die Zucker verbraucht sind, wird das Wachstum zeitweilig gestoppt, wodurch die Fermentationstemperatur sinkt. Es wird vermutet, daß, wenn in diesem Stadium wieder Zucker hinzugegeben werden, das Wachstum aktiviert wird, um die Erzeugung von Amin/Ammonium zu unterdrücken. Diese Art der Fermentation dauert an, bis das in dem fermentierten Produkt enthaltene Protein verbraucht ist.

Wenn nach einer Zugabe von Zuckern kein Temperaturanstieg beobachtet wird, was nach ungefähr 2 Wochen der Fall ist, bedeutet dies, daß die primäre Fermentation beendet ist und in diesem Stadium wird dann die Zugabe von Zuckern gestoppt.

Mit Fortschreiten des Fermentationsprozesses wird der Kompost allmählich viskos und bildet durch Zusammenklumpen ein verfestigtes Produkt. Wenn das Rühren weiter fortgeführt wird, kann ein Kompost gewonnen werden, der eine bestimmte Größe und ein bestimmtes Gewicht hat, und somit ein Kompost, der ausgezeichnet zu verarbeiten ist.

Ein Fall, in welchem Biertreber als Material verwendet werden, wird nun beschrieben. Der größte Teil des Komposts ist in Form von Flocken mit einer Flockengröße von 5 bis 10 mm. Wenn der Kompost verstreut wird, besteht daher keine Gefahr, daß er wegen des Winds oder dergleichen weggeblasen wird. Im übrigen wird vermutet, daß die Ursache für die Zunahme der Viskosität des Komposts die an der Oberfläche erzeugte Hemicellulose oder Cellulose ist, die in dem Fermentationsprozeß abgebaut, um Zucker zu erzeugen.

Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf Beispiele usw. beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.

Beispiel 1

Zur Herstellung von Kompost wurden ungefähr 15m3 Biertreber (Feuchtigkeitsgehalt von ungefähr 67%), geliefert von einer Brauerei, in einem Fermentationsbehälter untergebracht. 20 g dieser Biertreber wurden in 100 ml destilliertem Wasser suspendiert, wobei ein pH-Wert von 5,4 erzielt wurde. Die Biertreber wurden von einem Schaufelradlader in Mengen von ungefähr 1 m3 in einen Chargen-Fermentationsbehälter geladen, der eine Breite von 2 Metern, eine Höhe von 1,2 Metern und eine Tiefe von 13 Meter hatte. Zwei Prozent (v/v) Biertreberkompost wurden als Impfbakterien hinzugegeben, alles wurde gemischt und das Gemisch wurde dann von einem Rührer ausreichender verrührt, damit war die Vorbereitung für das Kompostieren abgeschlossen.

Was die Fermentationsprozeßbedingung nach Abschluß der Vorbereitung betrifft, waren Lüftungsrohre, die jeweils in einem Abstand von 10 cm Öffnungen eines Durchmessers von 2 mm hatten, in Abständen von 60 cm parallel auf dem Boden des Fermentationsbehälters angeordnet. Diese Rohre wurden von einem Luftgebläse forciert unter kontinuierlicher Luftzufuhr gehalten und in diesem Stadium war die Sauerstoffkonzentration im Fermentationsbehälter 15% oder mehr. Der Wassergehalt (60±5%) wurde durch Verteilen von Wasser unter Verwendung eines Wasserverteilungsrohrs und durch gleichzeitiges Rühren (zwei Mal am Tag) mit Hilfe des oben erwähnten Rührers aufrechterhalten.

2 bis 3 Tage nach Beginn der Vorbereitung erhöhten die im Fermentationsbehälter enthaltenen Biertreber die Temperatur, wobei die maximale Temperatur während der Fermentation 70°C oder mehr erreichte (3). Mit Fortschreiten der Fermentation traten Gas, wie beispielsweise Ammoniakgas, und Amine auf (4) und eine Erzeugung von Isobuttersäure, Isovaleriansäure, Essigsäure und dergleichen wurde beobachtet (5).

Danach, während unter Belüftung die Fermentation weiterging, verschwanden innerhalb von ungefähr 2 Wochen Ammoniakgas, Amingas, niedermolekulare Fettsäuren und dergleichen im wesentlichen (4), die Fermentationstemperatur war 40°C oder weniger (3) und ein stabiler Zustand als Kompost war erreicht. Somit wurden nach 2 Wochen die Rührzeiten auf ein Mal am Tag reduziert, während die Belüftung fortgesetzt wurde. Dann wuchsen anscheinend die Pilze und/oder Actinomyceten, die Cellulase-Aktivität war erhöht und der Abbau von hartnäckigen Substanzen, wie beispielsweise Cellulose, war ermöglicht.

Dreißig Tage nach dem Fermentationsbeginn waren ungefähr 7 m3 Kompost hergestellt. Der größte Teil dieses Komposts war in Form von Flocken mit einer Flockengröße von 5 bis 10 mm.

Testbeispiel 1

Zwei Prozent (w/w) Biertreber-Kompost wurden zu ungefähr 15 m3 (7,8 Tonnen) (auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 55–70% eingestellten) Biertreber, der in einer Brauerei als Abfall angefallen war, gegeben und gemischt. Das entstandene Gemisch wurde in einen Chargen-Fermentationsbehälter gegeben, der eine Breite von 2 m, eine Höhe von 1,2 m und eine Tiefe von 13 m hatte, damit war die Vorbereitung für das Kompostieren abgeschlossen.

Was die der Fermentationsprozeßbedingungen nach Abschluß der Vorbereitung betrifft, waren Lüftungsrohre (Durchmesser 5 cm), die jeweils in einem Abstand von 10 cm Öffnungen eines Durchmessers von 2 mm hatten, in Abständen von 60 cm parallel auf dem Boden des Fermentationsbehälters angeordnet. Die Luftzufuhr in den Fermentationsbehälter durch diese Rohre wurde forciert. Dann zeigte die Sauerstoffkonzentration im Fermentationsbehälter 15% und mehr an. Ferner wurde unter Verwendung des Verteilungsrohrs der Wassergehalt bei 60±5% gehalten und Rühren wurde zwei oder mehrere Male am Tag mit einem Puddelrührer durchgeführt, so daß die Fermentation gleichmäßig vor sich gehen konnte.

Der Fermentationszustand wurde untersucht, die Temperaturänderung bei der Fermentation im zentralen Abschnitt der Fermentationsschicht und in der Nähe der Bodenoberfläche wurden gemessen und die Konzentrationsänderung von Aminen und Ammoniumgas wurde mittels eines Gasdetektionsrohrs gemessen, um den Zeitpunkt der portionsweise verteilten Zugabe von Zuckern zu ermitteln. Das Ergebnis ist in 7 und 8 gezeigt.

Die Folge war, daß sich die Fermentationstemperatur der Biertreber von dem zweiten Tag nach Beginn der Vorbereitung an drastisch erhöhte, 3 bis 4 Tage später ungefähr 70°C erreichte, was die maximale Temperatur während der Fermentation war, und eine aktive Fermentation ging offensichtlich vor sich. Gleichzeitig wurden Amine und Ammoniumgase aktiv erzeugt und daher wurde entdeckt, daß der Ertrag mit der Temperatur am Beginn der Fermentation zusammenhing.

Beispiel 2

Die aerobe Fermentation wurde unter Verwendung des gleichen Materials wie das von Beispiel 1 auf die gleiche Weise durchgeführt. Das heißt, die Fermentation war im Stadium der primären Fermentation in Gang gesetzt und nach Ablauf von ungefähr 2 bis 3 Tagen erhöhte sich die Temperatur durch die von der Fermentation hervorgerufene Wärme auf ungefähr 65±10°C, die die maximale Temperatur bei der Fermentation ist (7). In diesem Stadium wurden dem Material 100 kg (was ungefähr 0,1% des Gesamtmaterials entsprach) Restmelasse (hergestellt von Naka-Nihon Hyouto K.K.) komplett hinzugegeben. Gleichzeitig wurde Wasser zugeführt und wurde das Material gerührt. Der Stand der Fermentationstemperatur zu dieser Zeit ist in 9 gezeigt. 9 zeigt die detaillierte Änderung der Fermentationstemperatur im Zeitraum von Ingangsetzen der Fermentation an bis zum fünften Tag. Das heißt, sie zeigt einen Ausschnitt des in 7 gezeigten Graphen der Fermentationstemperatur in Detail. In dem in 9 gezeigten Graph sinkt die Fermentationstemperatur von dem anfänglichen dritten Tag an allmählich. Es wurde festgestellt, daß die auf dem Zuckerabbau-Stoffwechsel basierende Fermentation wegen der Abnahme des Zuckergehalts, der als eine Energiequelle dient, in dem niedrigen Zustand war. Dann an dem mit einem Pfeil A gekennzeichneten Punkt wurden 100 kg Restmelasse zum Material hinzugegeben, wodurch die Fermentation wieder aktiviert wurde, wie deutlich in 9 zu sehen ist.

Im übrigen sank die Fermentationstemperatur am Punkt A drastisch, was aus der Tatsache resultierte, daß gleichzeitig mit der Zugabe von Restmelasse Wasser zugeführt wurde und das Material gerührt wurde, wie oben beschrieben ist. Außerdem war die Tatsache, daß die Außenlufttemperatur unterhalb von 10°C war, als das Experiment durchgeführt wurde, einer der Faktoren.

Die drastische Änderung der Fermentationstemperatur am Punkt B, 6 bis 8 Stunden nach dem Punkt A, wurde durch das Rühren des Materials hervorgerufen (gerührt wurde zwei Mal am Tag). Ferner wurde der anschließende Punkt der Zugabe von Restmelasse am Punkt C, fünf Tage nach Ingangsetzen der Fermentation, durchgeführt. Genauso wie am Punkt A wurden 100 kg Restmelasse hinzugegeben und gleichzeitig wurde Wasser zugeführt und wurde das Material gerührt. Von diesem Zeitpunkt an wurden (ungefähr 2 Wochen lang) 100 kg Restmelasse alle 2 bis 3 Tage (verteilte Zugabeportion) hinzugegeben, bis die primäre Fermentationsperiode beendet war. Nachdem die primäre Fermentationsperiode, die ungefähr 2 Wochen dauerte, beendet war, ging ungefähr 2 Wochen lang die sekundäre Fermentation vor sich und die Fermentation wurde durch den gesamten Fermentationsprozeß nach ungefähr 30 Tagen beendet.

Die Konzentrationen von Ammoniumgas und von niedermolekularen Fettsäuren in der Fermentationsperiode wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in 10 und 11 gezeigt. Zum Zwecke des Vergleichs wurde ein Experiment in bezug auf die einmalige Zugabeportion durchgeführt, in welchem die Restmelasse ein einziges Mal am Beginn der Fermentation hinzugegeben wurde, das Meßergebnis dafür ist mit gezeigt. Außerdem wurde in einer herkömmlichen Vorrichtung ein Index für Kompostkomponenten als Basis für seine Verwendung als Kompost gemessen. Im übrigen wurde als Kontrolle auch die Nichtzugabegruppe, bei welcher keine Restmelasse hinzugegeben wurde, gemessen. Die Meßergebnisse für die jeweiligen Komponenten sind in Tabelle 1 gezeigt.

Wie aus den Figuren ersichtlich ist, wurde beobachtet, daß bei der verteilten Zugabe die Menge an Ammoniumgas um ungefähr 50% unterdrückt war, verglichen mit derjenigen bei der einmaligen Zugabe. Ferner war auch die Menge an niedermolekularen Fettsäuren, die die Fähigkeit haben, das Pflanzenwachstum zu hemmen, auf die Hälfte oder weniger unterdrückt, verglichen mit derjenigen bei der einmaligen Zugabe.

Wenn man andererseits die Kompostkomponenten vergleicht, so wurde in den 3 Testmengen kein wesentlicher Unterschied in den meisten Indizes beobachtet und daher wurde beobachtet, daß die Zugabe von Restmelasse keinen Einfluß auf die Kompostkomponenten hatte.

Industrielle Anwendbarkeit

Gemäß der vorliegenden Erfindung können organische Abfallmaterialien aus Lebensmittelverarbeitungsbetrieben und dergleichen wirkungsvoll als Material zur Herstellung von Kompost verwendet werden. Da ferner die Fermentation so konzipiert ist, daß sie immer unter aeroben Bedingungen abläuft, kann das Auftreten von unangenehmen Gerüchen während der Fermentationsperiode verhindert werden und kann die Fermentation innerhalb eines kurzen Zeitraums wirkungsvoll erreicht werden. Außerdem ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur wirkungsvollen Unterdrückung des Auftretens und Anhäufens von niedermolekularen Fettsäuren, die ein Hemmfaktor des Pflanzenwachstums sind, und zur wirkungsvollen Herstellung von Kompost hoher Qualität bereitgestellt.


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung von Kompost durch Impfen eines organischen Abfallmaterials mit aeroben Kompostimpfbaktieren, gekennzeichnet durch

(i) eine primäre Fermentation mit Zufuhr von Sauerstoff von unten aus zum Abfallmaterial, während das Abfallmaterial gerührt wird, um eine Sauerstoffkonzentration in dem Abfallmaterial von 15% oder mehr bereitzustellen, und Zufuhr von Wasser, so daß der Wassergehalt des Abfallmaterials 60±5% ist; und

(ii) eine sekundäre Fermentation mit Actinomyceten und/oder Schimmelpilzen bei einer Temperatur von 40°C oder niedriger mit ständiger Zufuhr von Sauerstoff von unten aus zu dem Abfallmaterial und mit weniger Rühren als in der primären Fermentation.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn der Kompost durch Impfen eines organischen Abfallmaterials mit aeroben Kompostimpfbakterien hergestellt wird, das Verfahren nach Beginn der Fermentation eine portionsweise verteilte Zugabe von Zuckern zum Abfallmaterial aufweist, bevor eine Hauptfermentation zu dem Amin/Ammonium-Stoffwechselsystem übergeht. Einrichtung zur Herstellung von Kompost nach dem Verfahren von Anspruch 1 oder 2 mit:

einem Fermentationsbehälter, der einen Boden, eine auf der Oberfläche des Bodens angeordnete Sauerstoffzufuhrvorrichtung, eine Wasserverteilungsvorrichtung und eine Rührvorrichtung hat; und

einer Steuervorrichtung zum Feststellen oder Ermitteln des Feuchtigkeitsgehalts und der Sauerstoffkonzentration eines in dem Fermentationsbehälter enthaltenen organischen Abfallmaterials, um auf der Basis des festgestellten oder ermittelten Ergebnisses die von der Wasserverteilungsvorrichtung und der Sauerstoffzufuhrvorrichtung zu verteilende Verteilungsmenge zu steuern.






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