Projekt 08933/01

Förderschwerpunkt Bioabfallverwertung (2): Entwicklung eines Meß- und Regelverfahrens zur Erreichung der maximalen Ausnutzung des Luftsauerstoffs im Kompostierungsprozeß unter Einbeziehung der Sauerstoffkonzentration in das Regelverfahren

Projektträger

GUTE Umwelttechnik GmbHGesellschaft Umwelt Technik Energie
Linderhauserstr. 60
42279 Wuppertal

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Güte des Kompostierungsprozesses hängt entscheidend von der Regelung der Belüftung ab. Die Belüftung ist gekennzeichnet durch die Belüftungsleistung, die zeitliche Steuerung der Belüftungsintervalle und ggf. den Sauerstoffgehalt in der Zuluft. Ein schneller und damit wirtschaftlicher Stoffumsatz kann nur erreicht werden, wenn die o. g. Parameter umfassend und effektiv erfasst und geregelt werden. Ziel des Vorhabens war es, eine Mess- und Regeltechnik zu entwickeln, die optimierte mikrobielle Wachstumsbedingungen bewirken, indem ein definiertes Temperaturniveau im gesamten Kompostiergut eingehalten wird. Dies führt zu einer Verkürzung der Intensivrottezeiten, einer Begrenzung der notwendigen Luftmengen und daraus folgend zu einer erheblichen Energieeinsparung. Dieses Mess- und Regelsystem besteht dabei aus einem Softwareprogramm, das auf einem Computer installiert wird, und eigens für diese Prob-lemstellung entwickelten Messsonden für Sauerstoff und Temperatur. Darüber hinaus wird der Gas-Volumenstrom erfasst und die Leistungsaufnahme des Ventilators geregelt.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Laufe des Projektes wurde das Mess- und Regelsystem konstruiert und zu einem arbeitsfähigen System zusammengestellt. Im weiteren wurden die verschiedenen Komponenten aufeinander abgestimmt und Software für die Regelalgorithmen entworfen. Nach Fertigstellung wurde das Mess- und Regelsystem auf dem Kompostwerk des Projektpartners RSAG installiert und die Mess- und Regeleigenschaften kontinuierlich verbessert. Bei der Verbesserung der Messsystems wurden unterschiedliche Sensoren und Gasprobenahmesysteme angewendet. Für die Regelung und die Dokumentationsfunktionen wurde die Software kontinuierlich weiterentwickelt. Die Einschätzung des Kompostiererfolges erfolgte über die aufgenommenen Messwerte, die ermittelten Luftmengen und über die Ergebnisse der biologischen Aktivität von Input- und Outputmaterial. Die GUTE Umwelttechnik GmbH war für Konstruktion und Fortentwicklung des Mess- und Regelsystems verantwortlich. Vom Projektpartner RSAG wurde die Betreuung der Anlage im Kompostwerk durchgeführt, die BUGH Wuppertal übernahm die wissenschaftliche Betreuung und die Analyse von Proben.


Ergebnisse und Diskussion

Im Rahmen des Projektes wurde ein Mess- und Regelsystem entwickelt, welches für den Betreiber umfangreiche Kontroll- und Eingriffsmöglichkeiten in den Kompostierungsprozess bereitstellt. Das System besteht aus einem Ventilator, der durch einen Frequenzumrichter in der Leistung regelbar ist, einer druckseitigen Erfassung des Volumenstroms, einer Erfassung der Sauerstoffkonzentration in der Abluft und einer differenzierten Temperaturkontrolle über die gesamte Schütthöhe des Kompostiergutes.
So wird - neben der bereits in der Praxis etablierten Aufnahme und Aufsummierung der Ventilatorlaufzeiten - die exakt eingesetzte Luftmenge erfassbar. Sie wird mittels Treppenintegralen aus der Laufzeit und dem Volumenstrom errechnet. In Verbindung mit der Aufnahme der Sauerstoffkonzentration in der Abluft wird so die biologische Aktivität des Materials bereits während der Behandlung sichtbar und der Kompos-tierungserfolg objektivierbar. Ablesbar werden so zum einen Schwankungen in der biologischen Aktivität des Inputmaterials und zum anderen die Effizienz und die Kosten des Prozesses.
Die exakte Einschätzung des Kompostierungserfolgs sollte über den Parameter Verbrauchte Sauerstoffmenge pro Zeiteinheit realisiert werden. Diese Arbeiten konnten im Projektzeitraum nicht abgeschlossen werden.
Durch die Auftragung des Volumenstroms gegen die eingestellte Leistung des Ventilators konnte der Zustand des Belüftungssystems ermittelt werden. Verschmutzungen und Verstopfungen im Belüftungssystem äußern sich in einem verringerten Volumenstrom bei gleicher Leistungsaufnahme durch den Ventila-tor. Es konnte gezeigt werden, dass durch die Eingabe eines (betreiberspezifischen) Warnwertes nun die Reinigung optimiert werden kann. Gleichzeitig kann während des Prozesses der Gegendruck, der durch die Kompostschüttung verursacht wird, beobachtet werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Sackung des Materials, die in den ersten Tagen nach der Aufschüttung auftritt, sich auch im Gegendruck bemerkbar macht, der Anstieg des Gegendruck aber weniger deutlich ausfällt. Im Regelfall sind hierdurch also keine Nachteile für den Kompostierungsprozess zu erwarten.
Um die Luftmengen zu minimieren wurde die Belüftungsrate gekennzeichnet durch die Belüftungsdauer und Belüftungsintensität, variiert und an die Prozesserfordernisse angepasst. In den Versuchen zeichnete sich ab, dass eine Minimierung des Luftverbrauchs insbesondere durch geringe Strömungsraten bei ver-längerten Laufzeiten erreicht werden konnte. Dies ist auf den relativ erhöhten Sauerstoffverbrauch, bezogen auf die durchgesetzte Luftmenge, zurückzuführen. Eine Optimierung dahingehend, dass bei festgelegter Sauerstoffkonzentration in der Abluft nur exakt soviel Luft nachgeliefert wird, um den verbrauchten Sauerstoff zu ersetzen bzw. die Temperatur genau am eingestellten Optimalwert zu halten, konnte im Projektzeitraum noch nicht vollständig erreicht werden.
Die Implementierung der Sauerstoffzudosierung konnte im Projektzeitraum nur insoweit realisiert werden, als dass eine Schnittstelle definiert wurde und in Probeläufen deren logische Funktionstüchtigkeit über-prüft wurde.
Obwohl nicht alle projektierten Ziele erreicht werden konnten, ist das entwickelte Produkt marktreif. Der Vertrieb erfolgt durch die GUTE Umwelttechnik GmbH.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Der innovative Gehalt der Entwicklung wurde mit dem Bergisch-Märkischen Innovationspreis 1999 ge-würdigt. Das Mess- und Regelsystem konnte bereits auf der ENTSORGA 2000 dem Fachpublikum vor-gestellt werden. Eine Publikation für die Fachpresse wird vorbereitet.


Fazit

Im Rahmen des Projektes konnte ein marktfähiges System entwickelt werden, dass eine exakte Prozessführung ermöglicht und darüber hinaus aufgrund seiner offenen Struktur an neue Erfordernisse leicht anzupassen ist. So stellt dieses System auch die notwendigen Ressourcen bereit um ein konsequentes Luftmengenmanagement (Frisch- und Abluft) zu betreiben. Gerade die kontrollierte Durchführung des Kompostierungsprozesses ist sowohl eine Forderung des Gesetzgebers (BioAbfV) als auch eine notwendige Voraussetzung für eine ökonomische und ökologisch verträgliche Bioabfallbehandlung.

Übersicht

Fördersumme

81.883,39 €

Förderzeitraum

01.06.1999 - 01.09.2000

Bundesland

Nordrhein-Westfalen

Schlagwörter

Landnutzung
Ressourcenschonung
Umwelttechnik