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Dokumentenidentifikation DE19705250A1 20.08.1998
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Abfällen
Anmelder Hessabi, Iradj, Dipl.-Ing., Las Vegas, Nev., US
Vertreter Patentanwälte Meldau u. Strauß, 33330 Gütersloh
DE-Anmeldedatum 12.02.1997
DE-Aktenzeichen 19705250
Offenlegungstag 20.08.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.08.1998
IPC-Hauptklasse B09B 5/00
IPC-Nebenklasse B03B 9/06   
IPC additional class // C02F 11/18  

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Abfällen zur Vorbereitung für Deponierung oder Verbrennung; sie betrifft ferner einen Aufnahmebehälter für die Abfälle, mit dem das Verfahren vorteilhaft durchführbar ist.

Zur Behandlung von Abfällen ist die Deponierung oder die Verbrennung bekannt. Während bei der Deponierung viele Abfallstoffe einem natürlichen, mikrobiologisch geförderten Abbau unterliegen, wird bei der Verbrennung der Abbau durch thermische Oxidation bewirkt. In beiden Fällen lassen sich nicht alle Abfall-Stoffe so abbauen, daß ihre Abbau- und Zwischenprodukte unschädlich im Boden (Deponie) verbleiben können, oder die Rauchgase unschädlich in die Atmosphäre abgeleitet und die Rückstände im Boden abgelagert werden können. Für beide Prozesse ist eine Konditionierung des Abfalles vorteilhaft, da bei der Deponierung Hohlräume vermieden werden sollen und bei der Verbrennung eine möglichst große Oberfläche vorliegen soll.

Somit stellt sich die Aufgabe, eine Konditionierung für Abfälle anzugeben, mit dem diese Nachteile vermieden werden können. Die Lösung der Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gegeben; vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen beschreiben die abhängigen Ansprüche.

Das Abfall-Gut wird in einem Behälter zunächst mit einem Kältemittel, insbesondere mit einem bei niedriger Temperatur verdampfenden Gas (Stickstoff- Kohlendioxid) auf eine Temperatur von bis zu -120°C abgekühlt und durchgefroren, dann wird das so durchgefrorene Abfall- Gut durch Öffnen der Mittelklappe im gleichen oder nach Überführung in einen anderen Behälter in diesem auf eine Temperatur bis +80°C erwärmt. Durch die zunächst erfolgende starke Unterkühlung des Abfalles mittels eines verflüssigten oder verfestigtem Gases, etwa Flüssig- Stickstoff oder festes Kohlendioxid, wird das Einfrieren des Abfalles bewirkt, durch das zum einen ein Sprengen von Zellwänden pflanzlichen Materials erfolgt und zum anderen ein Wachstum von Mikroorganismen unterdrückt. Darüber hinaus werden polymere Kunststoffe spröde, so daß sie bei geringen mechanischen Einwirkungen in kleine Teile zerfallen. Das beim Unterkühlen verdampfende Gas wird ausgeschleust und kontrolliert abgeführt.

Dieses so durchgefrorene Abfall-Gut wird nach vollständigem Durchfrieren dann mit Wärmeenergie, erzeugt aus Verbrennung von Gas oder Öl, durch die Wärme einer elektrischen Heizung oder durch innere Erwärmung mittels eines Mikrowellenfeldes aufgeheizt auf eine Temperatur bis +80°C. Dabei wird das Material aufgetaut und verliert zumindest einen Teil seines Wassers, das im wesentlichen dampfförmig abgeht und ausgeschleust wird; ein flüssiger Rest und anfallendes Kondensat kann als Restflüssigkeit abgezogen werden. Wird das durchgefrorene Abfall-Gut in einen anderen Behälter überführt, wird es mechanisch so beansprucht, daß die versprödeten Anteile zerfallen und auch ein gewisser Anteil der durchgefrorenen Abfall-Stoffe. Dieser so konditionierte Abfall wird dann entnommen und kann - über Sammelmaßnahmen - zur Deponie bzw. zur Verbrennung gebracht werden.

Ein Aufnahmebehälter mit wärmeisolierten Außenwänden, mit einer Einfüllklappe und einer das Innere des Behälters in eine Kältekammer und ein Wärmekammer unterteilenden Mittelklappe eignet sich zum Durchführen des Verfahrens insbesondere in Haushaltungen. Für die Betätigung der Klappen sind gegeneinander verriegelte Antriebe vorgesehen. Das Kältemittel in Form von Flüssig-Stickstoff, von festem Kohlendioxid oder von ähnlichen, bei tiefer Temperatur siedenden Stoffen wird in einer Kartusche in den Aufnahmebehälter eingesetzt. Der zu konditionierende Abfall wird durch die geöffnete Einfüllklappe in die Kältekammer eingefüllt, in die eine mit der Kartusche für das verflüssigte oder das verfestigte Gas verbundene Zerstäuberdüse mündet, die das aus der Verdampfung kalte Gas in die Kältekammer austreten läßt. Der Zerstäuberdüse ist ein steuerbares Stellventil - beispielsweise ein Magnetventil - vorgeschaltet, das mit mindestens einem Temperaturfühler derart zusammenwirkt, daß die Steuerung das Ventil nur dann öffnen kann, wenn Einfüllklappe und Mittelklappe geschlossen sind, und daß das steuerbare Ventil geschlossen wird, wenn der/die Temperaturfühler das Erreichen der gewünschten tiefen Temperatur anzeigen.

Nach Erreichen des Durchfrierens des in der Kältekammer vorliegenden Abfalles, was daran erkannt werden kann, daß sich ein Temperaturgleichgewicht eingestellt hat, wird der durchgefrorene Abfall durch Öffnen der Mittelklappe in die Wärmekammer überführt und dort durch die Heizmittel auf eine Temperatur von bis zu +80°C aufgeheizt. Dabei taut zunächst der Abfall auf, danach verdampft zumindest ein Teil des Wassers und kann als Dampf ausgeschleust und in einem Kondensationsgefäß als Kondensat aufgefangen werden. Dieses Verdampfen kann durch Anlegen eines Unterdruckes beschleunigt und intensiviert werden, so daß der zurückbleibende Rest einen stark verringerten Wassergehalt aufweist und so auch im Volumen abnimmt. Dabei kann die Wärmekammer vorgeheizt sein, etwa mit erhitzter Luft oder mit Infrarotstrahlung. Als Heizmittel zum Auftauen und Erhitzen des Abfall- Gutes wird aufgeheizte Luft eingesetzt; auch kann - zusätzlich oder allein - ein Mikrowellenfeld zum Einsatz kommen, das vorzugsweise auf die Resonanzfrequenz des Wasser-Moleküls abgestimmt ist. Daneben ist auch der Einsatz von Infrarotstrahlung möglich, die insbesondere zur Vorheizung der Wärmekammer eingesetzt wird.

Dieses Verfahren zur Konditionierung von Abfall ist jedoch nicht auf Haushalte beschränkt, sondern es eignet sich auch für umfangreichere Abfall-Konditionierungen. Beispielsweise können so auch Fäkalien- Abfälle, etwa aus Fahrzeugen (Busse, Bahnen), Schiffen, Flugzeugen zur weiteren Beseitigung konditioniert werden.

Durch das Durchfrieren wird ein Wachstum von geruchserzeugenden Mikroorganismen unterbunden; das Aufheizen pasteurisiert den Abfall, so daß wesentliche Gesundheitsgefahren ausgeschlossen werden. Dies ist insbesondere bei Hausmüll von Interesse, da sich beim Sammeln niemals vermeiden läßt, daß Müllwerker mit Stäuben aus den Abfallbehältern in Berührung kommen.

Die Erfindung ist in den Fig. 1 bis 5 beispielhaft dargestellt und wird an Hand dieser Ausführungsbeispiele näher erläutert; dabei zeigen

Fig. 1 Aufnahmebehälter für Hausabfall, Seitenansicht;

Fig. 2 Aufnahmebehälter für Hausabfall, Aufsicht;

Fig. 3 Aufnahmebehälter nach Fig. 1, geöffnet (Vertikalschnitt);

Fig. 4 Aufnahmebehälter nach Fig. 1, geschlossen (Vertikal- Schnitt);

Fig. 5 Aufnahmebehälter nach Fig. 1 (Horizontal-Schnitt gemäß Schnittlinie V-V Fig. 4).

Die Fig. 1 und 2 zeigen den Aufnahmebehälter 1 mit seiner Außenwand 2 und der Einfüllklappe 5, die über einen Schwenkarm 6 in Offen- Stellung (Fig. 3) geschwenkt werden kann. Der Aufnahmebehälter steht auf einem Sockel 4, an dem Pedale 7 vorgesehen sind, mit denen das Öffnen der Einfüllklappe 5 ausgelöst werden kann. Der elektrische Anschluß wird mittels eines herausgeführten Anschlußkabels 32.1 bewirkt, wobei der Ablauf des Verfahrens mittels des Schalters 1.1 eingeleitet werden kann. Die Antriebe sind in einem rückseitigen Kanal 8 vorgesehen, der gleichzeitig die Abdeckung für die mechanisch bewegten Teile der Antriebe darstellt. Zur Entnahme des konditionierten Abfalles ist am unteren Ende des Aufnahmebehälters 1 eine mit einer Entnahmeklappe 3 verschlossene Öffnung vorgesehen. Der Schwenkarm 6der Einfüllklappe 5 ist dabei so ausgebildet, daß er die Flüssig- (oder Fest-)Gas-Kartusche 13 (Fig. 3, 4) mit ihrem Griff 13.1 so aufnimmt, daß sie entnommen werden kann. In dem rückseitigen Kanal 8 ist weiter eine Leerkartusche 15 mit Griff 15.1 vorgesehen, die an die Abgasleitungen 18 aus der Kältekammer 10 und an die Abgasleitung 24 aus der Wärmekammer 20 angeschlossen ist.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Vertikal-Schnitt-durch den Aufnahmebehälter 1, die Fig. 5 einen Horizontalschnitt gemäß der Schnittlinie V-V (Fig. 4). Hier sind die Außenwände mit äußerem Mantel 2 und innerem Mantel 12 sowie die zwischen beiden eingebrachte Wärmeisolierung 11 erkennbar. Der Aufnahmebehälter 1 wird von der Einfüllklappe 5 oben abgeschlossen und durch die Mittelklappe 30 mit ihrer Isolation 30.1 in eine Kältekammer 10 und eine Wärmekammer 20 unterteilt. Diese Mittelklappe 30 fügt sich geschlossen in einen Rücksprung 11.1 des Innenmantels 11 ein, so daß ein hinreichend dichter Abschluß erreicht wird. Um ein Vorstehen der aufgeklappten Mittelklappe 30 zu verhindern, ist der Mantel des die Wärmekammer 20 darstellenden Teils im rückwärtigen Bereich mindestens um die Stärke der Mittelklappe 30 nach außen versetzt, so daß sich die Mittelklappe 30 beim Aufklappen in diese Versetzung nahezu bündig einfügt. Durch dieses Einfügen wird der Weg für den in der Kältekammer 10 durchgefrorenen Abfall in die Wärmekammer 20 freigegeben.

Die mit einer Wärmeisolierung 5.1 versehene Einfüllklappe 5 ist an den Schwenkarm 6 angesetzt und mittels der Achse 5.2 an den Aufnahmebehälter 1 angelenkt. In dem Schwenkarm 6 ist die Flüssig- (bzw. Fest-)Gas-Kartusche 13 mit ihrem Griff 13.1 eingesetzt. Zum Öffnen wird das Pedal 7 betätigt, das über den Schalter 7.1 den Öffnungsmechanismus auslöst. Die Kartusche 13 ist über ein Stellventil 17 mit der Zerstäuberdüse 14 verbunden, wobei das Stellventil 17 mit einem Temperaturfühler 16 mit Meßwertumform- und Steuereinrichtung 16.1 in der Weise zusammenwirkt, daß das Stellventil 16 für die Zerstäuberdüse 14 nur dann geöffnet werden kann, wenn die Einfüllklappe 5 geschlossen und der Vorgang durch Einschalten am Schalter 1.1 ausgelöst ist; das Stellventil 16 wird von der Meßwertumform- und Steuereinrichtung 16.1 geschlossen, wenn die Temperatur auf den gewünschten Wert, beispielsweise -120°C abgesunken und auf diesem Temperatur- Niveau zumindest einige Minuten konstant ist.

Die Mittelklappe 30 mit ihrer Wärmedämmung 30.1, die beim Einfrieren geschlossen ist, ist mittels eines Lagers schwenkbar an dem Gehäuse des Aufnahmebehälter 1 angelenkt und kann mit dem vom Antriebsmotor 32 angetriebenen Hebel-Getriebe 33, 34 geöffnet werden. Dazu greift der Hebel an ein Zahnsegment an, das seinerseits mit einem Zahnsegment an der Welle der Mittelklappe 30 zusammenwirkt. Wird diese Mittelklappe 30 geöffnet, fällt das durchgefrorene Abfall-Gut aus der Kältekammer 10 in die Wärmekammer 20. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel übernimmt der Antriebsmotor 32 auch die Funktion des Öffnens der Einfüllklappe 5, wobei der Antriebsmotor 32 eine (nicht näher bezeichnete) Seilscheibe aufweist, die ein das Öffnen der Einfüllklappe 5 bewirkendes Zugseil 8 als Öffnungsmechanismus aufnimmt. Eine Verkleidung 8 überdeckt den rückwärtigen Kanal, in dem neben dem Antriebsmotor 32 und dem Hebeltrieb 33, 34 und der Führung für das Zugseil 9 auch eine Kartusche 15 für aus der Kältekammer 10 über die Gasabzugsleitung 18 abströmendes Gas vorgesehen ist, wobei ein Überdruckventil 15.2 dafür sorgt, daß sich weder in der Kältekammer 10 noch in der Kartusche 15 ein unzulässiger Überdruck aufbaut. Diese Kartusche ist - wie auch die Kartusche 13 für Flüssig-(bzw. Fest-) Gas - mit Steckverschlüssen versehen, entweder zur Entnahme von Gas aus der gefüllten Kartusche 13 über das Stellventil 16 mit der Zerstäuberdüse 14 oder bei der leeren Kartusche 15 mit der Gasabzugsleitung 18 bzw. der Gasabführungsleitung 24 zur Aufnahme von Gasen und Dämpfen verbunden, wobei das Überdruckventil 15.2 überschüssiges Gas bei entsprechendem Druck abströmen läßt, während Dämpfe zumindest teilweise kondensieren und dann in flüssiger Form in der Kartusche 15 vorliegen; dabei kann eine innere oder äußere Kühlung der Kartusche 15 das Auskondesieren von Dämpfen begünstigen.

Der Antrieb der Klappen sowie die Heizung und die Temperaturmessungen und davon abhängige Steuerungen sind elektrisch, wozu eine Anschlußleitung 32.1 zum Anschluß an ein elektrisches Netz mit einem Spannungseingang 32.2 vorgesehen sind.

Um das durchgefrorene Abfall-Gut zu erwärmen, ist eine Heizquelle vorgesehen, in der Darstellung gebildet mit an eine Spannungsversorgung angeschlossenen Heizstäben 21. Ein Luftstrom, angesaugt über das Gitter 23 und gefördert von dem Ventilator 22, durchströmt das von der Kältekammer 10 in die Wärmekammer 20 überführte, durchgefrorene Abfall-Gut und überträgt so Wärme auf dieses. Ein Dampfabzug 24 führt sowohl Dampf als auch die als Wärmeträger eingesetzte Luft ab. Dabei versteht es sich von selbst, daß auch andere Heizquellen eingesetzt werden können, etwa Mikrowellenfelder, die insbesondere auf Wasser wirken, oder Infrarot-Strahler; diese Infrarotstrahlung dient auch der Vorwärmung der Wärmekammer 20.

Die aufzutauenden Massen liegen dabei auf der Sammelschale 28, die auch bei der Erwärmung und dem damit verbundenen Auftauen des durchgefrorenen Abfall-Gutes anfallende Flüssigkeit aufnimmt. Durch das Erhöhen der Temperatur bis auf etwa +80°C wird zum einen Wasser verdampft, wobei der freiwerdende Dampf durch die Abluftführungen 24 mit abgeführt wird, und zum anderen erfährt das Abfall-Gut eine Pasteurisierung, die viele Mikroorganismen unschädlich macht. Anfallende, von der Sammelschale 28 nicht aufgenommene Restflüssigkeit wird über eine Kondensatableitung 29 abgeführt. Dieses so konditionierte Abfall-Gut kann nun über die Entnahmeklappe 3 entnommen und weiterer Behandlung, etwa der Deponierung oder der thermischen Verwertung, zugeführt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Behandlung von Abfällen zur Vorbereitung für Deponierung oder Verbrennung, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfall-Gut zunächst in einem Aufnahmebehälter mittels eines Kältemittels auf eine Temperatur von bis zu -120°C abgekühlt und durchgefroren wird, und sodann das so durchgefrorene Abfall-Gut im gleichen oder in einem anderen Aufnahmebehälter auf eine Temperatur bis +80°C erwärmt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abkühlen und Durchfrieren des Abfall-Gutes in einer ersten Kältekammer und daß Erwärmen in einer zweiten Wärmekammer als jeweiliger Behälter vorgenommen wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfall-Gut mit einem bei niedriger Temperatur verdampfenden Gas (Stickstoff, Kohlendioxid) abgekühlt und durchgefroren wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erwärmen des durchgefrorenen Abfall-Gutes im gleichen oder in einem anderen Behälter ein an einer vorgeschalteten Wärmequelle erhitzter Wärmeträger durch das Abfall-Gut geleitet wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erwärmen des durchgefrorenen Abfall-Gutes im gleichen oder in einem anderen Behälter das Abfall-Gut einem Mikrowellen-Feld ausgesetzt wird, wobei die Frequenz der Mikrowelle im wesentlichen der Resonanzfrequenz des Wasser-Moleküls entspricht.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erwärmen des durchgefrorenen Abfall-Gutes im gleichen oder in einem anderen Behälter das Abfall-Gut einer Bestrahlung mit Infrarotem Licht ausgesetzt wird.
  7. 7. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Aufnahmebehälter (1), der eine öffenbare Einfüllklappe (5) aufweist, und der durch eine aufschwenkbare Mittelklappe (30) in eine Kältekammer (10) und eine Wärmekammer (20) unterteilt ist, wobei die Kältekammer (10) mit Mitteln zur Zuführung eines Kältemittels versehen ist, und wobei die Wärmekammer (20) Mittel zum Erhitzen des durchgefrorenen Abfall-Gutes aufweist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Wärmekammer Innenmantel (11) und Außenmantel (2) der Aufnahmebehälter um mindestens die Stärke der Mittelklappe (30) nach außen versetzt sind.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmebehälter (1) mit mindestens einem Pedal (7) versehen ist, das über einen Schalter (7.1) mit Mitteln zum Öffnen der Einfüllklappe (5) zusammenwirkt.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfüllklappe (5) eine Kartusche (13) mit Kältemittel aufweist, gefüllt vorzugsweise mit Flüssig-(bzw. Fest-) Gas, deren Ausgang über ein Stellventil (17) mit einer in die Kältekammer (10) mündenden Zerstäuberdüse (14) in Strömungsverbindung steht.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kältekammer (10) eine Temperaturüberwachung mit mindestens einem Thermofühler (16) und einem Meßwandler (16.1) aufweist, die mit dem Stellventil (16) derart zusammenwirkt, daß die Zufuhr- von Kältemittel zur Zerstäuberdüse (14) unterbrochen wird, wenn eine vorgegebene Temperatur bis zu -120°C erreicht ist.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Vorwärmung der Wärmekammer (20) Infrarot-Strahler vorgesehen sind.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Erhitzen des durchgefrorenen Abfall-Gutes Luft als Wärmeträger vorgesehen ist, die über ein Ansauggitter (23) angesaugt, von einem Ventilator (22) gefördert, an Heizelementen (21) erhitzt durch das Abfall-Gut strömt und über eine Abluftführung (24) abgeführt wird.
  14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Erhitzen des durchgefrorenen Abfall-Gutes ein Mikrowellenfeld vorgesehen ist, wobei die Frequenz der Mikrowellen im wesentlichen mit der Resonanzfrequenz der Wassermoleküle übereinstimmt.
  15. 15. Vorrichtung nach einem-der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Erhitzen des durchgefrorenen Abfall-Gutes Infrarotstrahler vorgesehen sind, deren Strahlung auf die Oberfläche des Abfall-Gutes gerichtet ist.






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