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In this study, the aims were to investigate the die-off levels of pathogens attainable under conventional biotreatments, introduce alternative hygienization options and study their performance at eliminating pathogens from biowaste. In addition, the study investigated feasibility of biotreatment of potato peels waste (PPW) as management option for the peels waste generated in Dar es Salaam city. Pathogens inactivation studies using simulated biowaste (moisture ˃77%w/w) composed of PPW spiked with Escherichia coli and Salmonella senftenbergensis at laboratory-scale resulted into low temperature-time patterns of the aerobic In-vessel composting system and turned the process anaerobic thus demonstrated inefficiency at eliminating the spiked bacteria. Likewise, two-phase anaerobic digestion at continuous stirred tank reactor confirmed incapable at effecting complete inactivation of the bacteria unless substrate residence is prolonged above 72hrs. These distasteful confirmations inevitably advocate the importance of applying either pre- and/or post-biotreatment hygienization processes on biowaste for safer biotreatments. Existing hygienization options including acid/lime conditioning and batch pasteurization were applied, their hygienization efficacy investigated and the latter validated. Acetic acid treatment of biowaste at pH value 4 for 5days or lime treatment at pH value 11-12 for 1day brought complete die-off in E. coli and S. senftenbergensis. Temperature-time combination at 65°C for 30min was sufficient at effecting ˃1log cycle die-off of the spiked enteropathogens with z-Value of 11˚C for S. senftenbergensis hence validates the temperature-time regime of 70˚C for 30min and 70˚C for 60min set by U.S-EPA/625/R-92/013 and Regulations (EC) No. 208/2006 respectively. In addition, alternative hygienization options namely UV radiation and passive solar heating (PSH) were proposed, applied and evaluated. Modes of application and achievable bacteria die-off for all hygienization options are given in Chapter 2 to 6 of this document. Owing to its small investment capital (mostly do yourself construction), independence from fuel supplies and low running costs, the study highly recommend PSH as environmental friendly and economic viable pre- and post- biotreatment hygienization option especially for tropical climates and developing countries with adequate sunshine. In vessel co-composting of PPW with yard-waste at 6:1 ratio gave microbiologically safe and good quality compost. Endowed with higher CO2 removal, mesophilic/thermophilic two-phase anaerobic processing of PPW showed comparable results to biogasification from other biowaste. Biogas productivity from PPW was 2.3lNbiogas/l.day with an average CH4 yield of 0.13-0.35m3/kgoTS input having 58% CH4. The digestion resulted into H2S removal from above LoQ to less than 230ppm with 81% VS removal at substrate OLR of 2.4kgoTS/m3.day input without sign of inhibition. It is estimated that 1.0m3biogas with 5hrs burning potential and equivalent to 3.5kg firewood can be produced from 10.2kg of PPW anaerobic digested. The resulting biogas production would complement household energy need thus conserve forest resources which are subjected to high deforestation rate estimated at 4.1kilotons of wood per day as fuelwood. Digestate resulting from the anaerobic reactors would make valuable fertilizer to urban agriculture thus enhance soil fertility and productivity. Ziel dieser Arbeit war es, die Sterilisationsrate pathogener Mikroorganismen sowohl bei konventioneller Behandlung zu untersuchen als auch alternative Hygienisierungsverfahren zu entwickeln und deren Wirksamkeit hinsichtlich der Eliminierung pathogener Organismen in organischem Abfall zu überprüfen. Darüber hinaus wurde die Tauglichkeit biologischer Verwertungsverfahren am Beispiel von Kartoffelschalen (potato peels waste, PPW), als alternativer Entsorgungsweg für Kartoffelabfälle des Einzugsgebiets der Stadt Dar es Salaam analysiert. Bei Inaktivierungsversuchen mit simuliertem organischem Abfall (PPW angereichert mit enterophatogenen Mikroorganismen: Escherichia coli und Salmonella senftenbergensis, Feuchtigkeit von 77% w/w) in einem aeroben geschlossenem Kompostierungsbehälter wurden Zeiträume mit niedrigen Temperaturen und anaeroben Verhältnissen beobachtet. Folglich ist diese Art der Entsorgung nicht geeignet, die angereicherten pathogenen Bakterien wirkungsvoll zu eliminieren. Ein weiter Versuch mittels Zwei-Phasen-anaerob Faulung in einem kontinuierlich gerührten Tank führte zu gleichen Resultaten. Trotz einer Aufenthaltszeit des Abfalls von über 72 Stunden, konnten auch bei dieser Versuchsanordnung die Konzentration der zugesetzten pathogenen Organismen nicht effektiv gesenkt werden. Diese besorgniserregenden Resultate machen deutlich, dass eine Vor- und/oder Nachbehandlung organischer Abfälle für eine sichere Entsorgung unumgänglich ist. Für die Entwicklung alternativer Hygenisierungsverfahren wurden im Vorfeld herkömmliche Methoden, wie Konditionierung mit Säure bzw. Kalk und Pasteurisierung des Abfalls hinsichtlich ihres Hygenisierungsseffektes analysiert und ausgewertet. Sowohl eine Säurebehandlung (pH 4; 5 Tage) des organischen Abfalls als auch eine Kalkbehandlung (pH 11 – 12; 1 Tag) führte zu einem umfassenden Absterben der zugesetzten pathogenen Keime (E. coli and S. senftenbergensis). Die Hygenisierung bei einer Betriebstemperatur von 65°C für 30 Minuten erbrachten eine effektive Sterilisationsrate von ˃1log Zyklus-Sterberate der zugesetzten Organismen mit einem Z-Wert von 11˚C für S. senftenbergensis. Dieses Ergebnis bestätigt sowohl die Vorgaben der amerikanischen Umweltschutzbehörde (US-EPA/625/R-92/013) als auch der Europäischen Union (Regulations (EC) No. 208/2006), welche ein Temperaturregime von 70°C für 30 Minuten bzw. 70˚C für 60 Minuten vorgeben. Darüber hinaus wurde die Wirksamkeit alternativer Hygenisierungsmethoden, wie UV-Bestrahlung und passiver solarer Erhitzung (PSH) untersucht. Versuchsdurchführung und erhaltene Sterilisationsraten werden in den Kapiteln 2 bis 6 vorgestellt. Hinsichtlich der Gegebenheiten in Entwicklungsländern (kaum vorhandene Sachmittel, geforderten Unabhängigkeit der Energiequelle, niedrige Betriebskosten sowie vorherrschende tropische klimatische Verhältnisse mit hinreichender Sonnenscheindauer) wird PSH als das umweltfreundlichste und nachhaltigste prä-/ und post-Hygenisierungsverfahren empfohlen. Biologische Verwertungsmöglichkeiten von Kartoffelschalen (PPW) wurden mit verschiedenen Kompostierungsverfahren untersucht. Die Kompostierung im geschlossenen Kompostierungsbehälter von PPW mit Gartenabfällen im Verhältnis von 6:1 ergab aus mikrobiologischer Sicht einen sicheren und qualitativ hochwertigen Kompost. Ausgestattet mit erhöhtem CO2-Rücklauf zeigte die mesophile/thermophile Zwei-Phasen Vergärung von PPW vergleichbare Resultate wie eine Faulung mit konventionellen organischem Abfall. Die Biogasproduktion basierend auf PPW betrug 2.3LNbiogas/L*Tag mit einem durchschnittlichen Methanertrag von 58% bei 0,13-0,35m3/kgoTSEingang. Die Faulung hatte zur Folge, dass die H2S Konzentration sank, von jenseits der Bestimmungsgrenze zu weniger als 230ppm mit 81% organischem Feststoffrückhalt bei einer Beschickungsrate von 2,4kg Raumbelastung*m³oTS ohne Anzeichen von Hemmung. 1,0 m³ Biogas entspricht einer potenziellen Brenndauer von 5 Stunden. Dies ist gleichzusetzen mit 3,5 kg Feuerholz und äquivalent zu 10,2 kg PPW aus anaerober Faulung. Das gewonnene Biogas würde zur Deckung des häuslichen Energiebedarfs beitragen und auf diese Weise erheblich die Nutzung der schwindenden Waldreserven eindämmen (4,1kilotonnen Feuerholz/Tag). Zusätzlich stellt der verbleibende Gärrest einen wertvollen Dünger dar und trüge dazu bei, die Landwirtschaft in ländlichen Gebieten entscheidend zu verbessern. |
