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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von partikelhaltigen Fluiden sowie eine Vorrichtung zur Umsetzung des Verfahrens.
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Verfahren zur Wiederaufbereitung von Abfallprodukten und Werkstoffen, beispielsweise Papier, Metall oder Holz, deren Lebenszyklus erschöpft ist, sind allgemein bekannt. Durch spezielle Recyclingverfahren können verschiedenste Materialien wiederaufbereitet und dadurch erneut verwendet werden. Die Effizienz des jeweiligen Recyclingverfahrens hängt dabei von der Beschaffenheit, der Zusammensetzung und dem Zustand des Materials ab. Vor allem für Materialien des alltäglichen Lebens, beispielsweise Papier, Glas und Plastik, sind Recyclingverfahren heutzutage weit verbreitet und werden durch Mitwirken der breiten Bevölkerung gefördert. Insbesondere ökologische Interessen stehen hierbei im Vordergrund. Jedoch kristallisierte sich ebenso heraus, dass auch die Wiederaufbereitung von beschränkt vorkommenden Rohstoffen, beispielsweise die Metalle der Seltenen Erden, finanziell erstrebenswert sein kann, da die Beschaffungskosten dieser Materialien mit zunehmender weltweiten Knappheit ansteigen.
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Aus der
AT 519 542 B1 ist ein Verfahren bekannt, welches zur Aufbereitung von Holzfeinstaubpartikeln angewendet werden kann. Holzfeinstaubpartikel entstehen vor allem in großen Mengen bei der mechanischen Bearbeitung von Holz und sind aufgrund deren geringer Größe lungengängig. Dadurch stellen sie ein nicht unerhebliches Gesundheitsrisiko dar. Folglich strebt das Verfahren eine Aufbereitung von Holzstaubpartikeln an, um die gesundheitsschädlichen Eigenschaften der Partikel zu neutralisieren und diese abschließend abzuscheiden. Eine Verwertung der abgeschiedenen Partikel, beispielsweise als Füllstoff, kann dadurch realisiert werden.
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Die
DE 10 2019 212 441 A1 offenbart ein Verfahren zum Recyceln von Dämmwolle, welche aufgrund deren mikroskopischer Bestandteile ebenfalls als gesundheitsschädlich klassifiziert ist. Dämmwolle wird standardmäßig zur Isolierung bzw. Dämmung im Bauwesen eingesetzt, insbesondere als Dämmmaterial in Dächern, Balkendecken und Türen sowie als Wände und Dämmungen für Ständerbauweisen. Ziel des Verfahrens ist dabei, entsorgte Dämmwolle derart aufzubereiten, dass ein verwertbarer Sekundärrohstoff erzeugt wird.
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Darüber hinaus existieren einige weitere Materialien, welche sich den gängigen Wiederaufbereitungsmöglichkeiten entziehen und daher häufig aufwendig entsorgt und anschließend in Deponien gelagert werden müssen. Dadurch entsteht sowohl ein hoher finanzieller Aufwand als auch eine defizitäre Stoffbilanz. Nennenswert ist hier insbesondere der bis vor wenigen Jahrzehnten häufig als Dämmmaterial sowie Werkstoff verwendete Asbest, welcher durch eine exzellente Hitzebeständigkeit, chemische Resistenz, Isolierfähigkeit sowie Festigkeit besticht. Da Asbest als faserförmiges Silikat-Mineral jedoch bei Beschädigung oder Verwitterung mikroskopische Strukturen freisetzt, welche vor allem in Folge von Inhalation und anschließender Ablagerung in der Lunge als kanzerogen klassifiziert sind, wurden dessen Anwendungsmöglichkeiten stark limitiert. Die Wiederaufbereitung von Asbest und ähnlichen Materialien, wie beispielsweise Dämmwollfasern, welche herkömmlich als kurze Mineralfasern (KMF) klassifiziert werden, ist nicht nur durch die geltenden gesetzlichen Regulierungen bezüglich deren Verwendung eingeschränkt, sondern ebenso durch mangelnde technische Umsetzungsmöglichkeiten, was zur Folge hat, dass sich signifikante Mengen an Abfallprodukten in Deponien oder anderen Endlagerungsstätten kontinuierlich ansammeln. Eine ähnliche Problematik ergibt sich aktuell für entsorgte Plastikprodukte, welche eine erhebliche Umweltbelastung darstellen und nur in langwierigen Prozessen in Mikropartikel zerfallen. Diese Zerfallsprodukte stehen jedoch ebenfalls unter Verdacht gesundheitsschädlich für Mensch und Tier zu sein.
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Vor allem aufgrund deren mikroskopischer Dimensionen, welche regelmäßig im Bereich von 10 µm oder weniger liegen, können beispielsweise Asbestfasern oder Mikroplastikpartikel von den gängigen Aufbereitungsverfahren nur unzulänglich erfasst werden. Insbesondere Asbestfasern sind lungengängig und können, sobald sie sich einmal im menschlichen Körper abgelagert haben, auf natürlich Weise nicht mehr abgebaut werden, wodurch die Entstehung von Krebs gefördert wird. Dementsprechend ist die Isolierung von Maschinen, welche Mikropartikel verarbeiten, mit hohen Kosten verbunden. Zur effizienten Rückführung dieser Materialien in den Stoffkreislauf müsste in erster Linie eine Erhöhung der Partikelgröße erzielt werden, um deren Aufnahmefähigkeit, beispielsweise über die Atemwege, zu reduzieren und somit eine risikofreie Weiterverarbeitung, vorzugsweise in Form eines Recyclingverfahrens zur Erzeugung von unbedenklichen Sekundärrohstoffen, zu ermöglichen.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Aufbereitung von partikelhaltigen Fluiden bereitzustellen, wodurch eine Weiterverarbeitung von gesundheitsunschädlichen Partikeln ermöglicht wird und zusätzlich eine Reinhaltung partikelhaltiger Luftströme gewährleistet wird. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Umsetzung des Verfahrens bereitzustellen.
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Um diese Aufgabe zu lösen, wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Aufbereiten von partikelhaltigen Fluiden bereitgestellt, welches ein Bereitstellen eines Stroms des partikelhaltigen Fluids, wobei das Fluid Partikel eines ligninfreien oder/und cellulosefreien Materials enthält, ein Kontaktieren des Stroms des partikelhaltigen Fluids mit einem triboelektrischen Aufladeelement zur Erzeugung triboelektrisch aufgeladener Partikel, ein Bereitstellen eines Agglomerationsmediums, welches eine Ladung aufweist, die der Ladung der triboelektrisch aufgeladenen Partikel entgegengesetzt ist, und ein Agglomerieren der triboelektrisch aufgeladenen Partikel durch Kontaktierung mit dem Agglomerationsmedium umfasst.
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Dieser erste Aspekt der vorliegenden Erfindung beruht auf der Tatsache, dass sich der triboelektrische Effekt zur elektrostatischen Aufladung von bestimmten Materialien eignet und somit eine Agglomeration dieser Materialien durch gegenpolige Aufladung induziert werden kann. Somit wird eine Erhöhung der Partikelgröße sowie der Partikelmasse erreicht und zeitgleich die Gesamtanzahl individueller Partikel reduziert. Sobald durch die Agglomeration von einzelnen Partikeln ein unkritisches Partikelvolumen erzeugt worden ist, kann ein Agglomerat effizient abgefiltert oder abgeschieden werden.
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Der triboelektrische Effekt ist ein bekannter physikalischer Effekt, welcher für unterschiedliche Materialien unterschiedlich stark ausgeprägt ist. Er beschreibt die elektrostatische Aufladung zweier ungeladener Materialien mit unterschiedlichem Fermi-Niveau, welche miteinander durch Berührung in Kontakt treten, dadurch miteinander wechselwirken und anschließend wieder voneinander getrennt werden. Durch den Kontakt und die implizierte Reibung der zwei Materialien gehen Elektronen bzw. Ladungen von dem einen auf das andere Material über, wodurch der Unterschied des Fermi-Niveaus ausgeglichen wird. Die Ladungen bleiben im Anschluss an die Trennung der Materialien für eine spezifische Restdauer bestehen.
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Zur Ermittlung der Anwendbarkeit des triboelektrischen Effekts für ein bestimmtes Material existiert eine triboelektrische Reihenfolge, welche experimentell evaluiert wurde: Polyurethanschaum, Luft, Asbest, Glas, Nylon, Seide, Aluminium, Papier, Baumwolle, Eisen, Holz, Hartgummi, Kupfer, Nickel, Bronze, Silber, Gold, Polystyrol, Polyester, Polyurethan, Polyethylen, Polypropylen, PVC, Vinyl, Silikon, Latex, Teflon. Die Reihenfolge beginnt mit Materialien die ein in der Reihenfolge nachstehendes Material durch Kontakt negativ aufladen und dabei selbst positiv aufgeladen werden und endet mit Materialien die ein in der Reihenfolge vorstehendes Material durch Kontakt positiv aufladen und dabei selbst negativ aufgeladen werden. So wird beispielsweise Asbest durch Kontakt mit Glas positiv aufgeladen, während das Glas negativ aufgeladen wird (Quellen:
AT519542B1 ; Diaz & Felix-Navarro, Journal of Electrostatics 62(4): 277-290, 2004; Pan & Zhang, Friction 7(1): 2-17, 2019).
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Im Zuge der Erfindung umfasst der Term „Partikel“ sämtliche Strukturen, beispielsweise abgerundete, faserige, röhrenförmige, flächige sowie eckige Strukturen, wobei diese Partikel in einem Fluid in einem Strom, vorzugsweise als Aerosole in einem Luftstrom, transportiert werden können und ein ligninfreies oder/und cellulosefreies Material aufweisen. In einem ersten Verfahrensschritt kann der Strom des partikelhaltigen Fluids aus einer Quelle gespeist werden und durch einen angelegten Druck vorangetrieben werden, um somit sämtliche nachfolgenden Verfahrensschritte zu durchlaufen.
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Ein zweiter Verfahrensschritt umfasst das Wechselwirken des partikelhaltigen Fluids durch Kontaktieren mit wenigstens einem triboelektrischen Aufladeelement, welches beispielsweise als Reibekörper oder Prallfläche ausgebildet ist und in der Verlaufsrichtung des Stroms bereitgestellt ist. Wie bereits beschrieben, können die Partikel durch das Kontaktieren mit dem triboelektrischen Aufladeelement elektrostatisch aufgeladen werden, wobei das Ausmaß der Aufladung von den verwendeten Materialien bzw. deren Zusammensetzung und Beschaffenheit abhängt sowie von der Aufprallgeschwindigkeit beeinflusst wird.
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Ein Agglomerationsmedium, welches in einem dritten Verfahrensschritt bereitgestellt wird, befindet sich vorzugsweise in einem räumlich von dem Strom des partikelhaltigen Fluids getrennten zweiten Strom, welcher im Wesentlichen gleichzeitig zu dem Strom des partikelhaltigen Fluids bereitgestellt ist und dabei eine zu dem Strom des partikelhaltigen Fluids gegenpolige Ladung aufweist, welche vorzugsweise durch triboelektrische Aufladung erzeugt wird.
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In einem vierten Verfahrensschritt können der Strom des partikelhaltigen Fluids und das Agglomerationsmedium zusammengeführt werden und somit durch Kontaktierung in Wechselwirkung gebracht werden, wodurch insbesondere eine durch die gegenpolige Aufladung des partikelhaltigen Fluids und des Agglomerationsmediums erzeugte elektrostatische Anziehungskraft zur Agglomeration und somit zur angestrebten Volumenerhöhung der Partikel führt.
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Ziel des Verfahrens ist dabei die Volumenerhöhung von Partikeln, um diese effizient abfiltern oder abscheiden zu können oder/und dadurch recyclebare Sekundärrohstoffe in Form von staubfreien Granulaten zu erzeugen zu können oder/und eine Luftreinhaltung zu gewährleisten. Gesundheitsschädliche Stoffe können somit effektiv gebunden und unschädlich gemacht werden oder/und in einen wiederaufbereitbaren Zustand versetzt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann sowohl der Strom des Fluids als auch das Agglomerationsmedium wenigstens ein triboelektrisches Aufladeelement kontaktieren, wobei davon auszugehen ist, dass eine Mehrzahl von Aufladeelementen eine effizientere Aufladungsrate der Partikel ermöglicht. Zusätzlich können die Aufladeelemente, welche vorzugsweise als Reibeflächen oder/und Prallkörper ausgebildet sind und entlang des Stroms des partikelhaltigen Fluids sowie des Stroms des Agglomerationsmediums angeordnet sind, zueinander versetzt oder/und verdreht bereitgestellt sein, um dadurch eine Maximierung der Kontaktmöglichkeiten zwischen den Partikeln und den Aufladeelementen zu erzielen. Es ist außerdem denkbar, dass die Aufladeelemente beweglich sind, um eine gegebenenfalls angepasste Konfiguration der Aufladeelemente zueinander zu erzeugen sowie zur Wartung oder Erneuerung austauschbar sind.
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In einer ersten Variante können die in dem erfindungsgemäßen Verfahren aufbereiteten Partikel eine ligninfreie oder/und cellulosefreie Zusammensetzung aufweisen, und das Agglomerationsmedium kann makroskopische Partikel umfassen, insbesondere Faserknäuel. Die makroskopischen Partikel weisen dabei eine Größe von vorzugsweise wenigstens 100 µm auf. Die Zusammensetzung der Mikropartikel kann sowohl gleich als auch unterschiedlich zu der Zusammensetzung der makroskopischen Partikel sein.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Mikropartikel und die makroskopischen Partikel durch das wenigstens eine triboelektrische Aufladeelement gegenpolig aufgeladen werden. Falls es sich bei den Mikropartikeln und den makroskopischen Partikeln um Materialien mit der gleichen Zusammensetzung bzw. dem gleichen Fermi-Niveau handelt, so können wenigstens zwei unterschiedliche triboelektrische Aufladeelemente verwendet werden, wobei wenigstens eines davon den Strom des partikelhaltigen Fluids kontaktiert und wenigstens ein anderes davon das Agglomerationsmedium kontaktiert und wobei wenigstens ein triboelektrisches Aufladeelement ein positiv aufladendes Material aufweist und wenigstens ein anderes triboelektrisches Aufladeelement ein negativ aufladendes Material aufweist.
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Es ist ebenso denkbar, dass die Mikropartikel und die makroskopischen Partikel während des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Agglomerationsabschnitt in Kontakt gebracht werden und die Mikropartikel somit durch deren gegenpolige Ladung an die makroskopischen Partikel angebracht werden oder/und in die makroskopischen Partikel eingefügt werden. Sofern die makroskopischen Partikel über eine poröse oder geschichtete Struktur verfügen, können die Mikropartikel im Zuge der Agglomeration in Hohlräumen der makroskopischen Partikeln eingelagert werden und dadurch zusätzlich mit diesen mechanisch verbunden werden. Insbesondere bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten der Partikel können die Mikropartikel weitreichend in die makroskopischen Partikel eingeschossen werden. Die makroskopischen Partikel können somit vorteilhafterweise verdichtet werden.
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Optional kann das erfindungsgemäßen Verfahrens ferner die folgenden Schritte umfassen:
- a) Bereitstellen der makroskopischen Partikel aus einem Rohmaterial, vorzugsweise durch Zerkleinern eines Rohmaterials;
- b) Aufladen der makroskopischen Partikel, vorzugsweise triboelektrisch;
- c) Agglomeration der makroskopischen Partikel mit gegenpolig aufgeladenen Mikropartikeln,
wobei wenigstens zwei, vorzugsweise drei der Schritte a) bis c) in einem Aufbereitungsraum gleichzeitig ablaufen.
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Dabei kann es sich bei einem in Schritt a) zerkleinerten Rohmaterial beispielsweise um Dämmwolle handeln, bei welcher durch Zerkleinern typischerweise drei verschiedene Fraktionen, nämlich Stäube/Mikropartikel, feinkörniger Sand sowie Faserknäuel entstehen. Es ist vorstellbar, dass alle drei Fraktionen durch das erfindungsgemäße Verfahren aufbereitet werden, insbesondere die Faserknäuel, welche als makroskopische Partikel das Agglomerationsmedium bilden können.
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Der Aufbereitungsraum kann einen gesonderten Bereich darstellen, welcher vorzugsweise in dem Agglomerationsabschnitt angeordnet ist und insbesondere mit eigenen triboelektrischen Aufladeelementen versehen ist. Dabei kann der Aufbereitungsraum derart konzipiert sein, dass eine Mehrzahl der Schritte a) bis c) gleichzeitig in dem Aufbereitungsraum ablaufen können, was sich vorteilhaft auf die Verfahrensdurchführungsdauer auswirkt. Das bedeutet, dass der Aufbereitungsraum sowohl über Zerkleinerungsmittel, als auch über triboelektrische Aufladeelemente verfügen kann. Des Weiteren ist es denkbar, dass der Aufbereitungsraum wenigstens eine Zuführvorrichtung sowie wenigstens eine Abführvorrichtung aufweist, um das Rohmaterial sowie die Mikropartikel in den Aufbereitungsraum zuzuführen und im Anschluss an das Zerkleinern des Rohmaterials sowie der Agglomeration der Partikel aus dem Aufbereitungsraum abzuführen.
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In einer zweiten Variante kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein erster Strom, welcher den Strom des partikelhaltigen Fluids darstellt und ligninfreie oder/und cellulosefreie Mikropartikel umfasst, und ein zweiter Strom bereitgestellt sein, welcher das Agglomerationsmedium darstellt und zu dem ersten Strom gleiche Mikropartikel umfasst. Dadurch wird es ermöglicht, dass Mikropartikel mit der gleichen Zusammensetzung durch triboelektrische Aufladung agglomerieren und somit eine Volumenerhöhung der Partikel bei zeitgleicher Reduktion der Gesamtanzahl der individuellen Partikel erreicht wird. Die Mikropartikel können dabei entweder aus einer Quelle stammen oder durch unterschiedliche Zuführvorrichtungen in den jeweiligen Strom eingespeist werden. Optional können jedoch ebenso Mikropartikel mit einer unterschiedlichen Zusammensetzung verwendet und vorzugsweise durch triboelektrische Aufladung zur Agglomeration gebracht werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Mikropartikel des ersten Stroms durch wenigstens ein erstes triboelektrisches Aufladeelement aufgeladen werden und die Mikropartikel des zweiten Stroms durch wenigstens ein zweites triboelektrisches Aufladeelement aufgeladen werden, welches gegenpolig zu dem ersten triboelektrischen Aufladeelement auflädt. Somit wird sichergestellt, dass die Mikropartikel des ersten Stroms und die Mikropartikel des zweiten Stroms durch elektrostatische Anziehungskräfte agglomerieren.
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Insbesondere können die Mikropartikel des ersten Stroms und die Mikropartikel des zweiten Stroms während des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Agglomerationsabschnitt in Kontakt gebracht werden und dort agglomerieren. Insbesondere werden die zuvor räumlich voneinander getrennten Mikropartikel in dem Agglomerationsabschnitt zur gezielten Agglomeration gebracht, da die Mikropartikel der beiden Ströme durch deren gegenpolige Ladungen miteinander wechselwirken. Das Bereitstellen eines designierten Agglomerationsabschnitts hat dabei den Vorteil, dass die Agglomeration der Mikropartikel kontrolliert und auf den Agglomerationsabschnitt begrenzt werden kann.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren können die in dem Agglomerationsabschnitt agglomerierte Mikropartikel und/oder makroskopische Partikel aus dem Agglomerationsabschnitt rückgeführt werden und dem Strom des partikelhaltigen Fluids wieder zugeführt werden. Insbesondere werden die rückgeführten Partikel in zwei Ströme aufgeteilt, welche jeweils durch wenigstens ein Aufladeelement, vorzugsweise ein triboelektrisches Aufladeelement, erneut kontaktiert werden oder durch wenigstens ein anderes Aufladeelement, vorzugsweise ein triboelektrisches Aufladeelement, kontaktiert werden. Dadurch können bereits agglomerierte Partikel erneut triboelektrisch aufgeladen werden, vorzugsweise gegenpolig, und anschließend in dem Agglomerationsabschnitt agglomerieren. Die in dem Agglomerationsabschnitt agglomerierten Partikel werden vor deren Rückführung chemisch behandelt sowie thermisch oder mittels UV-Strahlung ausgehärtet, um die Bindungskräfte zwischen den Partikeln zu verstärken und somit eine erneute triboelektrische Aufladung zu ermöglichen. Des Weiteren ist es denkbar, dass das Volumen der agglomerierten Partikel in einer Mehrzahl von zyklisch ablaufenden Rückführschritten sukzessive erhöht wird und die Partikel dadurch aufgeschichtet werden, wobei die Gesamtanzahl individueller Partikel mit jeder weiteren Agglomeration kontinuierlich abnimmt. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass spezifische Partikelgrößen erreicht werden können, welche beispielsweise durch einen einzelnen Agglomerationsvorgang nicht erzielbar sind. Alternativ können einem Strom rückgeführter Partikel zuvor unverwendete Partikel zugeführt und/oder in einem weiteren Strom zeitgleich zu den rückgeführten Partikeln aufgeladen werden, vorzugsweise triboelektrisch, und anschließend in dem Agglomerationsabschnitt agglomerieren.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können durch das Verfahren Mikropartikel aufbereitet werden, welche eine Größe von weniger als 10 µm, vorzugsweise 5 µm, aufweisen. Mikropartikel in diesen Größenordnungen können lungengängig sein und daher ja nach Zusammensetzung, Form und Beständigkeit als kanzerogen deklariert sein. Die durch die Agglomeration erzielte Volumenvergrößerung der Mikropartikel kann somit die Fähigkeit der Partikel in die Lunge vorzudringen reduzieren, wodurch das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere dazu beträgt, die gesundheitsschädlichen Effekte der Mikropartikel zu minimieren.
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Optional kann das erfindungsgemäße Verfahren ferner eine Filtration der Mikropartikel oder/und makroskopischen Partikel im Anschluss an deren Agglomeration durch wenigstens einen Partikelfilter umfassen. Bei dem Partikelfilter kann es sich dabei um einen Filter handeln, welcher den gängigen Filtertypen entspricht, beispielsweise einen Abluftfilter, einen Schwebstofffilter, einen Schlauchfilter und/oder einen Zyklon. Insbesondere kann eine Kombination der verschiedenen Filtertypen verwendet werden, um eine optimierte Filtration zu erzielen. Des Weiteren kann es möglich sein, die Filter auszutauschen, beispielsweise zur Wartung oder zum Austausch der Filter oder um sie entsprechend der auftretenden Partikelgröße, Partikelzusammensetzung und/oder Partikelbeschaffenheit anzupassen. Zusätzlich können die Partikelfilter beweglich sein, um sie entsprechend des aufgrund des Transports der Partikel angelegten Drucks optimal auf die Verfahrenskonditionen einzustellen.
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In einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das wenigstens eine triboelektrische Aufladeelement triboelektrisch wirksame Materialien umfassen oder eine Beschichtung aus einem triboelektrisch wirksamen Material aufweisen, wobei das Material spezifisch für die partikelhaltigen Fluide ist.
Da das wenigstens eine triboelektrische Aufladeelement vorzugsweise austauschbar ist, kann ein triboelektrisch wirksames Material zur Aufladung der Partikel gemäß der Zusammensetzung der Partikel ausgewählt werden. Dies hat den Vorteil, dass triboelektrische Materialien verwendet werden können, welche eine größtmögliche Differenz des eigenen Fermi-Niveaus zu dem Fermi-Niveau der Partikel aufweisen, um dadurch eine effiziente Aufladung der Partikel zu erzielen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform entsteht durch das erfindungsgemäße Verfahren ein agglomerationsbedingtes Agglomerationsprodukt, welches zur Weiterverarbeitung zu einem festen Sekundärrohstoff durch Zugabe von anorganischen oder organischen Bindemitteln oder/und Additiven weiter aufbereitet werden kann, wobei Bindemittel oder/und Additive vorzugsweise Geopolymere, welche beispielsweise Wasserglas, Gips oder/und Zement umfassen, mineralische Füllstoffe, Mikroplastik, Stärke, Lignin, Zucker, Harze, Harnstoffe, Wasser, Latex, Brandhemmer und Schäumungsmittel sein können, welche beispielsweise Backpulver, Tylosen oder Tenside auf Sulfat-Basis umfassen. Die Zugabe von flüssigen oder festen Bindemitteln oder/und Additiven kann insbesondere wünschenswert sein, um bestimmte Materialeigenschaften der Agglomerate insbesondere durch chemische Reaktion zu beeinflussen. So kann beispielsweise eine isolierende Schicht um die Agglomerate gebildet werden, um diese zu binden oder zu verdichten und damit einen unerwünschten Austritt von potenziell gesundheitsschädlichen Mikropartikeln zu vermeiden. Dies ist insbesondere von Bedeutung, da der durch das Verfahren erzeugte Sekundärrohstoff, beispielsweise ein staubfreies Granulat, bei Verwendung als Werkstoff oder Baumaterial hohen mechanischen und/oder physikalischen Kräften ausgesetzt sein kann. Es ist zusätzlich vorstellbar, dass die anorganischen oder organischen Bindemittel oder/und Additive gegenpolig zu dem partikelhaltigen Fluid elektrostatisch aufgeladen werden, vorzugsweise triboelektrisch, um eine Anziehungskraft zwischen diesen zu erzeugen und somit insbesondere die Effizienz der isolierenden Schicht zu erhöhen. Des Weiteren kann die Zugabe der Bindemittel oder/und Additive je nach Ladungsintensität der Agglomerate dosiert sowie deren Mischungsverhältnisse geregelt werden. In diesem Zusammenhang kann ebenfalls eine anorganisch basierte Behandlung oder Imprägnierung der Agglomerationsprodukte, insbesondere Faserknäuel, Holzsplisse oder sonstiger nachwachsender Rohstoffe, beispielsweise mit Geniseptoy, in Betracht gezogen werden, um eine isolierende Au-ßenschicht zu bilden. Anstelle von anorganischen Bindemitteln oder/und Additiven können hierzu jedoch auch organische Stoffe verwendet werden, beispielsweise pflanzliche Extrakte aus Typha oder sonstigen Pflanzen mit hoher natürlicher Bioresistenz. Im Zuge der Imprägnierung können Faserknäuel oder/und Holzsplisse in den organischen Stoffen gekocht oder gedämpft werden, um eine erhöhte Kombinationsfähigkeit mit anorganischen Bindemitteln oder/und Additiven zu erzeugen.
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Insbesondere kann das in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete, ligninfreie oder/und cellulosefrei Agglomerationsmedium ein Material ausgewählt aus Steinwolle, Glaswolle, Schlackenwolle, Asbest und Polymeren umfassen. Ferner kann das partikelhaltige Fluid aus den oben genannten Materialien ausgewählt sein. Dabei kann das gleiche Material oder ein unterschiedliches Material ausgewählt sein. Da diese Materialien in anderweitigen Aufbereitungs- und/oder Recyclingverfahren nur unzulänglich verwendet werden können, stellt sich insbesondere eine Spezialisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die genannten Materialien als wirtschaftlich sowie ökologisch sinnvoll dar.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird die vorstehend genannte Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufbereiten von partikelhaltigen Fluiden, wobei die Vorrichtung wenigstens einen Strömungskanal, zum Führen das partikelhaltigen Fluids, wenigstens eine Absaugvorrichtung und/oder wenigstens ein Gebläse, welche/welches dem Strömungskanal vorgelagert und/oder nachgelagert sind/ist, wenigstens eine Zuführvorrichtung und/oder wenigstens eine Abführvorrichtung, welche/welches am Strömungskanaleingang und/oder am Strömungskanalausgang angeordnet sind/ist, wenigstens ein triboelektrisches Aufladeelement, welches derart angeordnet ist, dass es in Kontakt mit dem partikelhaltigen Fluid gelangt, wenigstens einen Agglomerationsabschnitt, welcher zu dem Strömungskanal benachbart angeordnet ist, und wenigstens einen Partikelfilter umfasst, welcher dem Agglomerationsabschnitt nachgelagert ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, partikelhaltige Fluide sowie Agglomerationsmedien triboelektrisch aufzuladen und diese im Anschluss an den Aufladevorgang in dem Agglomerationsbereich zu agglomerieren, um eine Volumenvergrößerung der Partikel zu erzielen. Die Vorrichtung trägt somit dazu bei, den gesundheitsschädlichen Effekt der Partikel zu reduzieren und gleichzeitig eine Luftreinhaltung zu gewährleisten. Zusätzlich sind die einzelnen Komponenten der Vorrichtung vorteilhafterweise derart angeordnet, dass das erfindungsgemäße Verfahren möglichst effizient durchführbar ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ferner wenigstens ein Aufbereitungsraum bereitgestellt sein, welcher Zerkleinerungsmittel und ferner wenigstens ein Aufladeelement, vorzugsweise ein triboelektrisches Aufladeelement, umfasst, um makroskopische Partikel aufzuladen, wobei der Strömungskanal in den Aufbereitungsraum führt und der Aufbereitungsraum in dem Agglomerationsabschnitt vorgesehen ist. Bei dem Aufbereitungsraum kann es sich beispielsweise um eine Trommel handeln, welche um eine zentrale Achse drehbar ist und vorzugsweise wenigstens eine schließbare Zuführvorrichtung sowie wenigstens eine schließbare Abführvorrichtung aufweist. Die Zuführvorrichtung und die Abführvorrichtung, welche beispielsweise an der Außenseite des Aufbereitungsraums in Form von Schlitzen angeordnet sind, können derart ausgebildet sein, dass ein Agglomerationsmedium durch die Zuführvorrichtung in den Aufbereitungsraum eingeführt werden kann und dass Material im Anschluss an die Aufbereitung durch die Abführvorrichtung aus dem Aufbereitungsraum entfernt werden kann. Dies geschieht vorteilhafterweise automatisch, so dass ein manuelles, zeitaufwändiges Betätigen der Vorrichtung entfällt.
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Der Aufbereitungsraum weist außerdem Zerkleinerungsmittel auf, welche dazu eingerichtet sein können, das in den Aufbereitungsraum eingeführte Agglomerationsmedium zu zerkleinern. Es ist dabei denkbar, dass die Zerkleinerungsmittel, welche beispielsweise Schneidwerkzeuge, Reibekörper, Kämme oder/und Schlägel umfassen, austauschbar sind, um je nach verwendetem Agglomerationsmedium anpassbar zu sein. Des Weiteren können durch das wenigstens eine in dem Aufbereitungsraum bereitgestellte Aufladeelement makroskopische Partikel aufgeladen und zeitgleich zerkleinert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann durch diese vorteilhafte Anordnung besonders zeiteffizient betrieben werden. Alternativ kann in dem Aufbereitungsraum ebenso wenigstens ein triboelektrisches Aufladeelement zur Aufladung von Mikropartikeln bereitgestellt sein, wobei die Mikropartikel dabei vorzugsweise gegenpolig zu den makroskopischen Partikeln aufgeladen werden. Dadurch kann zeitgleich zu der Zerkleinerung sowie triboelektrischen Aufladung der makroskopischen Partikel eine Agglomeration der Mikropartikel und der makroskopischen Partikel erfolgen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ferner wenigstens eine Trägerfläche bereitgestellt sein, insbesondere ein umlaufendes Band, welche insbesondere dazu eingerichtet ist, aufgeladene Partikel zu tragen und welche nach dem Agglomerationsabschnitt angeordnet sein kann. Die Trägerfläche kann dabei wenigstens ein Ansaugelement aufweisen, um aufgeladene Partikel an die Trägerfläche anzusaugen. Die angesaugten oder anhaftenden Partikel können dadurch entlang einer Verlaufsrichtung der Trägerfläche transportiert werden und beispielsweise in Kontakt mit gegenpolig aufgeladenen Partikeln gebracht werden, welche ebenso an die Trägerfläche angebracht werden. Alternativ können auch ungeladene Partikel an der Trägerfläche vorgesehen sein. Des Weiteren kann eine Zuführvorrichtung, beispielsweise eine Einspritzdüse, vorgesehen sein, um die an der Trägerfläche fixierten Partikeln mit flüssigen oder festen Bindemitteln und/oder Additiven zu vermengen und zur Reaktion zu bringen, um beispielsweise eine isolierende Schicht um die Partikel zu bilden. Es besteht außerdem die Möglichkeit, dass eine Heizvorrichtung, beispielsweise ein Infrarotstrahler, an der Trägerfläche bereitgestellt ist, um die aufzubereitenden Materialien auszuhärten.
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Optional kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner wenigstens einen Rückführungskanal für partikelhaltige Fluide umfassen, wobei der Kanal zwischen dem Agglomerationsabschnitt und dem Strömungskanal angeordnet ist, um Partikel von dem Agglomerationsabschnitt in den Strömungskanal rückzuführen. Der Rückführungskanal kann dabei wenigstens eine eigene Absaugvorrichtung und/oder wenigstens ein eigenes Gebläse aufweisen, um die partikelhaltigen Fluide aus dem Agglomerationsabschnitt zu befördern und anschließend in den Strömungskanal einzuspeisen. Zusätzlich kann der Rückführungskanal das rückgeführte partikelhaltige Fluid in zwei Ströme aufteilen, welche jeweils wenigstens ein triboelektrisches Aufladeelement aufweisen können und in den Agglomerationsabschnitt führen können. Dementsprechend kann der Rückführungskanal durch eine zyklische Abfolge, vorzugsweise bestehend aus gegenpoliger triboelektrischer Aufladung des partikelhaltigen Fluids sowie des Agglomerationsmediums in dem Strömungskanal, gefolgt von einer Agglomeration der Partikel in dem Agglomerationsabschnitt, eine kontinuierliche Volumenvergrößerung der Partikel ermöglichen, welche sich vorteilhaft auf die Bildung eines festen Sekundärrohstoffs auswirken kann.
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die begleitende Zeichnung in größerem Detail beschrieben werden. Es stellt dar:
- 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung eines vorteilhaften Zusatzelements für eine Vorrichtung der Erfindung, insbesondere des ersten oder des zweiten Ausführungsbeispiels.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 6 zum Aufbereiten von partikelhaltigen Fluiden in einer schematischen Darstellung veranschaulicht. Sämtliche Komponenten und Bauteile der Vorrichtung 6 befinden sich innerhalb eines luftdichten, isolierten Gehäuses (nicht dargestellt), wodurch ein unkontrollierter Partikelaustritt aus der Vorrichtung 6 verhindert wird. An und in dem Gehäuse können außerdem Sensoren (nicht dargestellt) zur Kontrolle der Luftreinheit sowie der aufzubereitenden Partikel angebracht sein. An der Vorrichtung 6 ist wenigstens eine Zuführvorrichtung 8 bereitgestellt, durch welche partikelhaltige Fluide sowie Agglomerationsmedien in die Vorrichtung 6 eingespeist werden können. Die Zuführvorrichtung 8 ist mit einem Strömungskanal 10 verbunden, welcher die aufzubereitenden Partikel aufnimmt und durch die Vorrichtung 6 leitet. Um den Transport der Partikel durch den Strömungskanal 10 zu gewährleisten, ist an dem Strömungskanal 10 eine Absaugvorrichtung und/oder ein Gebläse angeschlossen, welche/s in 1 nicht dargestellt sind/ist. Insbesondere sollte der Strömungskanal 10 derart ausgebildet sein, dass sich keine Partikel in diesem ansammeln können und er ein Material umfasst, welches elektrostatisch aufgeladene Partikel nicht anzieht oder abstößt. Die aufzubereitenden Partikel können sowohl in einem Gas bzw. einem Gasgemisch, vorzugsweise Luft, als auch in einem flüssigen Medium durch die Vorrichtung 6 geleitet werden und sämtliche Komponenten der Vorrichtung 6 sind deshalb dazu eingerichtet, mit beiden Phasen kompatibel zu sein.
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Der Strömungskanal 10 mündet in einen Aufladungsabschnitt 12, welcher zur Aufladung der Partikel geerdete triboelektrische Aufladeelemente umfasst. Der Aufladungsabschnitt 12 weist zwei Teilbereiche auf, einen positiv aufladenden Teil sowie einen negativ aufladenden Teil, welche beide, wie in 1 dargestellt, eine Mehrzahl von triboelektrischen Aufladeelementen enthalten. Die entsprechenden Aufladeelemente, welche triboelektrisch wirksame Materialien aufweisen, sind dabei als Prallflächen ausgebildet, können jedoch ebenso also Reibekörper bereitgestellt sein. Die Aufladeelemente können versetzt zueinander angeordnet sein und mit unterschiedlichen Winkeln relativ zu dem Aufladungsabschnitt 14 bereitgestellt sein, um die für die Partikel vorgesehene Kontaktfläche zu maximieren. Im Anschluss an den Aufladungsabschnitt 12 ist ein Agglomerationsabschnitt 14 vorgesehen, in welchem die zuvor gegenpolig aufgeladenen Partikel in Kontakt gebracht werden und dadurch agglomerieren. Optional können in dem Agglomerationsabschnitt 14 Einspritzdüsen oder Zerstäubern sowie Heizvorrichtungen (nicht dargestellt) angeordnet sein, um die Agglomerate chemisch, thermisch sowie mittels UV-Strahlung behandeln zu können.
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Ein Partikelfilter 16, welcher dazu eingerichtet ist, ausreichend große, durch die Agglomeration unschädlich gemachte Partikel abzufiltern, ist dem Agglomerationsabschnitt 14 nachgelagert. Im Anschluss an einen ersten Agglomerationsdurchlauf in dem Agglomerationsabschnitt 14 ist der Strömungskanal 10 derart angeordnet, dass die aufzubereitenden Partikel einem weiteren Aufladungsabschnitt 12 zugeführt werden oder in einen Entstaubungsabschnitt 18 transportiert werden, welcher optional ebenfalls triboelektrische Aufladeelemente in zwei Teilbereichen aufweist, wobei die Aufladeelemente in 1 nicht dargestellt sind. In dem Entstaubungsabschnitt 18 können sowohl elektrostatisch aufgeladene Partikel als auch ungeladene Partikel angezogen werden, um anschließend in einer Filtervorrichtung 20 effizienter abgefiltert zu werden. Die Filtervorrichtung 20 filtert sämtliche Partikelgrößen, um eine Luftreinhaltung der Abluft, welche aus der Abführvorrichtung 24 austritt, zu gewährleisten.
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Durch einen Rückführungskanal 22, welcher die Filtervorrichtung 20 direkt mit dem Strömungskanal 10 verbindet, können Partikel in den Strömungskanal 10 rückgeführt werden, um diese beispielsweise einen weiteren Aufladevorgang vollziehen zu lassen. Der Rückführungskanal 22 ist derart eingerichtet, dass er sowohl aufgeladene als auch ungeladene Partikel transportieren kann. Ferner können an der Zuführvorrichtung 8 zusätzliche Komponenten 30 vorgesehen sein, welche die Zufuhr von Partikeln in die Vorrichtung 6 regulieren, beispielsweise in Form eines Vorfilters, zur Filtration von Kontaminationen und unerwünschten Partikeln. Analog zu dem Agglomerationsabschnitt 14, können in dem Rückführungskanal 22 Vorrichtungen zur chemischen sowie thermischen Behandlung und/oder UV-Bestrahlung der transportierten Partikel vorgesehen sein.
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Das in der 1 dargestellte Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen flexibel anpassbar. So sind in 1 mehrere Zuführvorrichtungen 8, Aufladungsabschnitte 12 sowie Entstaubungsabschnitte 18 veranschaulicht, welche erweitert werden können, um beispielsweise einen weiteren Partikelstrom in den Strömungskanal einzuspeisen und/oder einen weiteren Aufladevorgang der Partikel zu gewährleisten. Außerdem kann ein Rückführungskanal 22 an mehreren Stellen innerhalb der Vorrichtung vorgesehen sein, um eine gewünschte Anzahl an Aufladungsdurchläufen zu ermöglichen. Des Weiteren kann es sich bei den Filtern der Partikelfilter 16 oder der Filter der Filtervorrichtungen 20 ebenfalls um mechanische Abscheider handeln.
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2 illustriert eine beispielhafte Ausführung eines Aufbereitungsraums 36, welcher in 2 in Form einer drehbaren Trommel dargestellt ist und vorzugsweise in einem Agglomerationsabschnitt 14 aus 1 angeordnet ist. Die Trommel 36 ist um eine zentrale Achse in Drehrichtung D drehbar und umfasst außerdem ein oder mehrere triboelektrische Aufladeelemente zur gegenpoligen Aufladung von Mikropartikeln und makroskopischen Partikeln, insbesondere Faserknäuel. Dafür sind sowohl positiv aufladende Aufladeelemente 40 als auch negativ aufladende Aufladeelemente 42 vorgesehen. Ein Sammelbehälter 32, welcher dazu eingerichtet ist, Mikropartikel zu sammeln, ist mit einem separaten Aufladungsabschnitt 14 verbunden, welcher wiederum an eine Zuführvorrichtung 34 angeschlossen ist. Die Zuführvorrichtung 34 ist dazu bereitgestellt, triboelektrisch aufgeladene Mikropartikel in die Trommel 36 einzuführen, welche als Agglomerationsabschnitt fungiert. An der Trommel 36 können zusätzliche Zuführvorrichtungen (nicht dargestellt) angebracht sein, um ein Rohmaterial in die Trommel 36 einzuführen. Die Zuführvorrichtungen können beispielsweise in Form von Schlitzen an der Mantelfläche der Trommel angeordnet sein.
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Außerdem sind insbesondere Zerkleinerungsmittel (nicht dargestellt), welche beispielsweise Schneidwerkzeuge, Reibekörper, Kämme oder/und Schlägel umfassen, in der Trommel 36 vorgesehen, wodurch ein Rohmaterial zerkleinert und dabei durch die triboelektrischen Aufladeelemente 40, 42 gleichzeitig triboelektrisch aufgeladen werden kann.
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Eine Trägerfläche 50 in Form eines umlaufenden Bands ist in 3 dargestellt, wobei die Trägerfläche 50 vorzugsweise nach einem Agglomerationsabschnitt 14 aus 1 angeordnet ist. Das Band 50 ist insbesondere perforiert und weist Ansaugelemente (nicht dargestellt) auf, welche ein Ansaugen oder Anheften von geladenen oder ungeladenen Partikeln 44 an das Band 50 ermöglichen. Dabei dreht sich das Band 50 entlang einer Umlaufsrichtung D und ist dadurch in der Lage, kontinuierlich Partikel aufzunehmen. Durch eine nicht dargestellte Zuführvorrichtung können beispielsweise triboelektrische aufgeladene makroskopische Partikel, insbesondere Faserknäuel, an das Band 50 angesaugt werden. Dabei ist es durchaus möglich, dass das Band 50 über eine zu den Partikeln gegenpolige Ladung verfügt, um die Anziehungskraft zwischen den Partikeln und dem Band 50 zu verstärken. Das Band 50 kann außerdem entweder geerdet oder nicht geerdet sein. Da entsprechend der Erdung des Bands 50 dessen Ladungszustand gesteuert werden kann, ist es möglich die Ladungsstabilität der Partikel zu beeinflussen.
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In unmittelbarer Umgebung zu dem Band 50 sind zwei Zuführvorrichtungen 52, 54 angeordnet, wobei die erste Zuführvorrichtung 52 vorzugsweise elektrostatisch aufgeladene Partikel 44 bereitstellt, welche insbesondere gegenpolig zu den bereits an dem Band 50 anheftenden makroskopischen Partikeln geladen sind, und die zweite Zuführvorrichtung 54 vorzugsweise feste oder flüssige Bindemittel und/oder Additive bereitstellt. Demzufolge kann die erste Zuführvorrichtung 52 über eigene triboelektrische Aufladeelemente zur Aufladung von Partikeln verfügen oder diese in einem bereits aufgeladenen Zustand aus einem Aufladungsabschnitt 12 beziehen. Die zweite Zuführvorrichtung 54, welche beispielsweise in Form einer Einspritzdüse ausgebildet ist, kann ebenfalls über triboelektrische Aufladeelemente verfügen, um die bereitgestellten festen oder flüssigen Bindemitteln und/oder Additive triboelektrisch aufzuladen und somit eine effiziente Bindung zwischen den an dem Band befindlichen Partikeln 44 und den Bindemitteln und/oder Additiven zu ermöglichen. Am Ende des Bands 50 ist eine Heizvorrichtung 56 bereitgestellt, beispielsweise in Form eines Infrarotstrahlers, welche dazu eingerichtet ist, das Gemisch aus Partikeln und Bindemitteln und/oder Additiven durch Erwärmung auszuhärten und somit einen festen Sekundärrohstoff zu erzeugen.
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Im Folgenden soll ein Ablauf des Verfahrens zum Aufbereiten von partikelhaltigen Fluiden gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung genauer beschrieben werden.
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Ein Ausgangsmaterial, welches beispielsweise asbesthaltige Mikropartikel, Mikroplastik oder zerkleinerte Dämmwolle umfasst, wobei diese Materialien im Zuge der Erfindung allesamt als „Partikel“ definiert sind und ein partikelhaltiges Fluid und/oder ein Agglomerationsmedium darstellen, wird durch eine Zuführvorrichtung 8 der Vorrichtung 6 in die Vorrichtung 6 eingespeist. Dies kann sowohl automatisch als auch manuell erfolgen und wird vor allem bezüglich Partikelvolumen, Partikelgröße sowie Partikelzusammensetzung sensorisch überwacht. Dabei können insbesondere Kontaminationen und/oder unerwünschte Partikel durch einen Vorfilter 30 aussortiert werden. Die aufzubereitenden Mikropartikel, insbesondere Asbestfasern oder Mikroplastik, werden durch den Strömungskanal 10 als Strom eines partikelhaltigen Fluids zu einem ersten Aufladungsabschnitt 12 transportiert. Parallel oder zeitlich versetzt dazu wird die zerkleinerte Dämmwolle, insbesondere in Form von makroskopischen Faserknäuel, als Strom eines Agglomerationsmediums ebenfalls zu einem ersten Aufladungsabschnitt 12 transportiert. Sollten beide Ströme zeitgleich in dem Strömungskanal 10 transportiert werden, so kann unmittelbar vor dem Aufladungsabschnitt 12 eine Filtervorrichtung oder eine Sortiervorrichtung vorgesehen sein, welche die Mikropartikel in einen ersten Teilbereich des Aufladungsabschnitts 12 befördert und die makroskopischen Partikel des Agglomerationsmediums in einen zweiten Teilbereich des Aufladungsabschnitts 12 befördert. Sollte es sich bei den aufzubereitenden Partikeln ausschließlich um Mikropartikel mit identischer Zusammensetzung handeln, so werden die entsprechenden Mikropartikel ungefähr in gleichen Teilen in die zwei Teilbereiche des Aufladungsabschnitts 12 befördert, wobei der erste Teilbereich nominell den Strom des partikelhaltigen Fluids umfasst und der zweite Teilbereich nominell den Strom des Agglomerationsmediums umfasst.
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In dem Aufladungsabschnitt 12 sind triboelektrisch wirksame Aufladeelemente bereitgestellt, welche beispielsweise in Form von Reibeflächen ausgebildet sind. Die Reibeflächen sind dabei derart angeordnet, dass sie eine größtmögliche Kontaktfläche in Bezug auf die Verlaufsrichtung des Stroms des partikelhaltigen Fluids sowie des Stroms des Agglomerationsmediums aufweisen, um das Ausmaß der triboelektrischen Aufladung zu maximieren. Die Reibeflächen weisen dabei ein triboelektrisches Material auf, welches gemäß der triboelektrischen Reihenfolge verwendet werden kann, um eine bestimmte Partikelzusammensetzung triboelektrisch aufzuladen. Beispielsweise kann zur negativen Aufladung von Asbest Polyurethanschaum verwendet werden und zur positiven Aufladung von Asbest Holz. Entsprechend des gewünschten Aufbereitungsverfahrens sind triboelektrische Materialien zu verwenden, welche die Mikropartikel und/oder das Agglomerationsmedium gegenpolig oder gleichpolig aufladen. Des Weiteren verfügen die triboelektrischen Aufladeelemente über Erdungen, um die an den Aufladeelementen entstandenen Ladungen während des Aufladevorgangs kontinuierlich abzuführen.
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Nach der triboelektrischen Aufladung gelangen der Strom des partikelhaltigen Fluids und der Strom des Agglomerationsmediums in den Agglomerationsabschnitt 14. Dort werden beide Ströme durch Kontakt in Wechselwirkung gebracht und ziehen sich bzw. stoßen sich je nach Ladung an oder ab. Im Falle einer Anziehungskraft zwischen den Partikeln setzt eine zunehmende Agglomeration ein, wobei sich die Partikel verbinden und gegebenenfalls mechanisch verhaken. Letzteres tritt insbesondere dann ein, wenn es sich bei dem Agglomerationsmedium um ein poröses makroskopisches Material handelt, beispielsweise Faserknäuel, und die Mikropartikel durch die vorherrschenden Anziehungskräfte in die porösen makroskopischen Partikel eingefügt bzw. eingeschossen werden. Durch das mechanische Verhaken der Partikel entsteht eine zusätzliche Bindungskraft, wodurch die potenziell gesundheitsschädlichen Mikropartikel zusätzlich fixiert und somit unschädlich gemacht werden können. Sollte es sich bei den makroskopischen Partikeln um ein dichtes Material handeln, welches keine Hohlräume aufweist, so werden die Mikropartikel bei gegenpoliger Aufladung an der Oberfläche der makroskopischen Partikel angebracht bzw. adsorbiert. Gewünschtenfalls können die Mikropartikel und/oder makroskopischen Partikel gleichpolig aufgeladen werden, was zu einer Abstoßung in dem Agglomerationsabschnitt 14 führt. Dies kann vor allem dann sinnvoll sein, wenn eine Agglomeration der Partikel nicht wünschenswert ist.
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Optional kann der Agglomerationsabschnitt 16 oder Teile des Agglomerationsabschnitts in Form eines Aufbereitungsraums 36, insbesondere einer drehbaren Trommel, bereitgestellt sein, um ein Rohmaterial, insbesondere Dämmwolle, während des Verfahrens aufzubereiten. Bei der Dämmwolle kann es sich dabei beispielsweise um Glaswolle, Steinwolle oder Schlackenwolle handeln. Das Rohmaterial wird über an der Mantelfläche der Trommel 36 angebrachte Zuführvorrichtungen in den Trommel 36 eingebracht und durch vorhandene Zerkleinerungsmittel zerkleinert. Durch diesen Vorgang können sowohl makroskopische Partikel, insbesondere Faserknäuel, welche das Agglomerationsmedium darstellen, als auch Mikropartikel in Form von Stäuben entstehen. Die Zerkleinerungsmittel umfassen beispielsweise Schneidwerkzeuge, Reibekörper, Kämme oder/und Schlägel. Parallel zu dem Zerkleinern des Rohmaterials werden die entstandenen Mikropartikel sowie makroskopischen Partikel durch in der Trommel 36 bereitgestellte triboelektrische Aufladeelemente 40, 42 gegenpolig aufgeladen und dadurch zur Agglomeration gebracht. Zusätzlich können die Mikropartikel des Stroms des partikelhaltigen Fluids über eine Zuführvorrichtung 34 zu dem in der Trommel 36 befindlichen Agglomerationsmedium geführt werden, wobei die Mikropartikel des partikelhaltigen Fluids zuvor in einem Sammelbehälter 32 gesammelt wurden und in einem separaten Aufladungsabschnitt 14 triboelektrisch aufgeladen worden sind. Dementsprechend resultiert aus dieser Konfiguration ein innovativer Vorgang, welcher das zeitgleiche Zerkleinern eines Rohmaterials sowie das Agglomerieren der durch das Zerkleinern entstandenen makroskopischen Partikel mit Mikropartikeln umfasst. Anschließend werden die Agglomerate durch an der Trommel 36 angebracht Abführvorrichtungen abgeführt. Sollten Mikropartikel in der Trommel 36 zurückbleiben, so können diese durch einen eigens dafür vorgesehen Luftstrom abgesaugt werden und triboelektrischen Aufladeelementen zugeführt werden. Optional können die daraufhin entstandenen Agglomerate in Makrofaserknäuel eingeschossen werden.
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Unmittelbar nach dem Agglomerationsabschnitt 14 bzw. dem Aufbereitungsabschnitt 36 werden die aufzubereitenden Partikel durch einen Partikelfilter 16 gefiltert. Dabei werden vor allem Mikropartikel abgefiltert, welche eine signifikante Volumenerhöhung durch die Agglomeration erfahren haben und dementsprechend größer als 10 µm sind. Ebenso kann das Agglomerationsmedium durch den Partikelfilter 16 abgefiltert werden.
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Entweder im Anschluss an den Agglomerationsbereich 14, im Anschluss an den Partikelfilter 16 oder im Anschluss an den Aufladungsabschnitt 12 können die Partikel an eine Trägerfläche 50 angesaugt werden, um diese zu immobilisieren. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass die Partikel anstelle an einer Trägerfläche immobilisiert zu werden über einen Luftstrom transportiert werden. Die Trägerfläche 50 stellt insbesondere ein umlaufendes Band dar und dementsprechend transportiert es die Partikel entlang einer Verlaufsrichtung D. Das umlaufende Band 50 weist Perforierungen sowie Ansaugelemente auf, um die Partikel effizient an dem Band 50 zu immobilisieren. Da die Partikel sowohl geladen als auch ungeladen an dem Band 50 transportiert werden können, wird entsprechend der Partikelladung eine weitere Partikelzuführvorrichtung 52 bereitgestellt, welche gegebenenfalls Partikel triboelektrisch gegenpolig zu den an dem Band 50 befindlichen Partikeln auflädt und anschließend an das Band anbringt, wodurch sich gegenseitig anziehende Partikelpaare 44 entstehen. Eine weitere Zuführvorrichtung 54, welche dazu eingerichtet ist feste oder flüssige Bindemittel und/oder Additive bereitzustellen, ist in unmittelbarer Nähe zu dem Band 50 und der Zuführvorrichtung 52 angeordnet. Die Partikelpaare 44 werden durch die Zuführvorrichtung 54 mit anorganischen oder organischen Bindemitteln und/oder Additiven vermengt, beispielsweise Geopolymere, welche insbesondere Wasserglas, Gips oder/und Zement umfassen, mineralische Füllstoffe, Mikroplastik, Stärke, Lignin, Zucker, Harze, Harnstoffe, Wasser, Latex, Brandhemmer und Schäumungsmittel, welche beispielsweise Backpulver, Tylosen oder Tenside auf Sulfat-Basis umfassen. Um eine verbesserte Bindung zwischen den Bindemitteln und/oder Additiven sowie der Partikelpaare 44 zu erzeugen, können die Bindemittel und/oder Additive in der Zuführvorrichtung 54 ebenfalls triboelektrisch aufgeladen werden. Daraus resultiert eine isolierende Schicht, insbesondere durch chemische Reaktion der Partikel mit den Bindemitteln und/oder Additiven, um die Partikelpaare 44 und reduziert dadurch die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Partikel auftrennen. Abschließend werden die gebundenen Partikel durch eine Heizvorrichtung 56, beispielsweise einen Infrarotstrahler, ausgehärtet und von dem Band 50 abtransportiert. Werden während dieses Vorgangs beispielsweise makroskopische Partikel in Form von Faserknäuel also Agglomerationsmedium verwendet, so erzeugen diese in Kombination mit den Mikropartikeln sowie den Bindemitteln und/oder Additiven einen festen Sekundärrohstoff.
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Falls die gewünschte Partikelgröße noch nicht erreicht ist oder weiterhin ungebundene Mikropartikel vorhanden sind, so können weitere Aufladungsabschnitte 12, Agglomerationsabschnitte 14 sowie Partikelfilter 16 vorgesehen sein. Analog dazu werden unzureichend große Mikropartikel in Entstaubungsabschnitten 18 gebunden und ausreichend große Partikel in Filtervorrichtungen 20 abgefiltert. Des Weiteren können mittels Rückführungskanälen 22 unzureichend aufbereitete Partikel in Aufladungsabschnitte 12 und/oder Entstaubungsabschnitte 18 rückgeführt werden. Somit wird sichergestellt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren sämtliche Partikel ausreichend agglomeriert werden, um deren gesundheitsschädlichen Eigenschaften zu reduzieren und sie dadurch erneut in den Stoffkreislauf einführen zu können. Außerdem wird durch das Verfahren eine maximale Luftreinheit der Abluft gewährleistet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- AT 519542 B1 [0003, 0011]
- DE 102019212441 A1 [0004]
