-
Die
Erfindung betrifft ein kontinuierliches Sterilisationsverfahren
für biologischen
Abfall und eine Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens, deren
Hauptleitung in Strömungsrichtung
einer bioabfallhaltigen Flüssigkeit
aufweist: einen Sammelbehälter,
mindestens eine Förderpumpe,
mindestens eine Heizeinheit, mindestens eine Kühleinheit und eine Zirkulationsleitung
zur Zirkulation der bioabfallhaltigen Flüssigkeit über die Heizeinheit sowie entsprechende
Verrohrung und Ventile.
-
Biologischer
Abfall entsteht z. B. in Krankenhäusern, landwirtschaftlichen
oder biologischen Forschungs- und Produktionseinrichtungen, Plasmafraktionierungseinrichtungen
und dgl. Biologische Abfälle,
die in solchen Einrichtungen entstehen, können nicht direkt in ein Abwassersystem
geleitet werden, da diese Abfälle
oft Mikroorganismen, wie etwa Bakterien, Viren, Keime und dgl. enthalten,
die für
Menschen und Tiere gefährlich
sind. Vor dem Einleiten in ein Abwassersystem muß derartiger Bioabfall zuerst in
einer für
diesen Zweck entwickelten Behandlungsanlage deaktiviert werden.
Zur Behandlung von Bioabfall sind verschiedene Behandlungsanlagen
entwickelt worden, in denen Bioabfall vor dem Einleiten in das Abwassersystem
sterilisiert wird. Die Sterilisation von Bioabfall kann chemisch
oder mittels Wärme durchgeführt werden.
Die Behandlungsanlagen können
kontinuierlich oder diskontinuierlich betrieben werden.
-
In
der Veröffentlichung
DE 40 16 116 ist ein Verfahren
zur kontinuierlichen Reinigung von Abwässern, die mit Mikroorganismen,
wie etwa Bakterien, Viren, Keime und dgl., belastet sind, offenbart.
In dem Prozeß wird
das Abwasser mittels eines Wärmeaustauschers
und/oder direkt eingespeisten Heißdampf auf eine Desinfektionstemperatur
erwärmt,
woraufhin das Abwasser in eine Verweileinrichtung, z. B. in einen
Druckbehälter,
geleitet wird. In der Verweileinrichtung wird das Abwasser für eine vorbestimmte Zeit
auf der Desinfektionstemperatur gehalten. Die Verweilzeit wird gemessen,
indem in regelmäßigen Intervallen,
z. B. alle fünf
Minuten für
5 Sekunden, ein Indikator in das Abwasser eingeleitet wird und das Vorhandensein
dieses Indikators im Auslaß der
Verweileinrichtung gemessen wird. Die Zeitdifferenz zwischen der
Einleitung und dem Nachweis des Indikators zeigt die tatsächliche
Verweilzeit an, die mit der Verweilzeiteinstellung verglichen werden
kann.
-
Im
Journal "Pharmaceutical
Engineering", Mai/Juni
2001, S. 70 bis 82, steht ein Artikel von Carl J. Carlson, "Biowaste Systems", der Anlagen zur
Behandlung von Bioabfall betrifft. Der Artikel behandelt Bioabfallbehandlungsanlagen
verschiedener Art sowie Bemessungsgrundsätze und diesbezügliche Probleme.
-
Gemäß dem Artikel
weist eine typische kontinuierliche thermische Bioabfall-Sterilisationsvorrichtung
auf: eine Trenneinheit für
Feststoffe, einen Sammelbehälter,
eine Heizeinheit und eine Verweileinrichtung sowie eine Zirkulationsleitung
zur Zirkulation des Bioabfalls über
die Heizeinheit und die Verweileinrichtung. Gemäß dem Artikel weist eine typische kontinuierliche
Vorrichtung die folgenden Stufen auf: eine Heizstufe, in der Bioabfall
in einem Wärmeaustauscher
und in einer Verweileinrichtung zirkuliert, bis eine Temperatur
erreicht ist, die ausreicht, um die Mikroorganismen abzutöten. Danach
folgt eine Betriebsstufe, wenn der Bioabfall die erforderliche Temperatur über die
gesamte Länge
des Wärmeaustauschers
erreicht hat. Dabei wird der behandelte Bioabfall über eine
Kühlvorrichtung
in ein Abwassersystem geleitet. Wenn ein oder mehrere Sterilisationsparameter
(Temperatur in der Verweileinrichtung, Druck usw.) nicht dem vorbestimmten
Wert entsprechen und der Bioabfall daher nicht hinreichend sterilisiert ist,
tritt das Verfahren in einen Haltezustand ein, in dem der Bioabfall über die
Heizeinheit und die Verweileinrichtung zirkuliert, bis der oder
die fraglichen Parameter wieder innerhalb der gegebenen Grenzen sind.
Im Alarmfall tritt die Vorrichtung in den Kühlmodus ein, in dem der Betrieb
der Heizeinheit unterbrochen und der Bioabfall in die Pumpenzuleitung
zurückgeleitet
wird, bis die Vorrichtung wieder betriebsfähig ist. Gemäß dem Artikel
sollten Vorkehrungen für die
Dampfsterilisation der in Strömungsrichtung
hinter dem Sammelbehälter
befindlichen Teile sowie Vorkehrungen zur Verhinderung der Überleitung
des aktiven Bioabfalls in die Kühleinrichtung
vorgesehen sein. Außerdem
sollte eine Dampfsterilisation des Sammelbehälters, der Rohrleitung, des
Lüftungsfilters
und usw. in der Vorrichtung vorgesehen sein.
-
Die
vorliegende Erfindung ist durch die Merkmale gekennzeichnet, die
in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 7 dargelegt sind.
-
Bevorzugte
Ausführungsformen
sind in den Ansprüchen
2 bis 6 und 8 definiert.
-
In
die Anfahrstufe des vorliegenden Wärmesterilisationsverfahrens
für Bioabfall
werden Bedingungen verwendet, die an den oberen Grenzen der Leistungsfähigkeit
liegen, d. h. Bedingungen des schlimmsten Falls ("Worst-case"-Bedingungen). Dabei
wird eine Flüssigkeit
mit maximaler Durchflußrate durch
eine Heizeinheit geleitet, wobei die Flüssigkeit anschließend auf
einen Stand gekühlt
wird, der der niedrigsten definierten Temperatur des Zuflusses entspricht.
Wenn eine hinreichende Sterilisationskapazität unter diesen extremen Bedingungen
erreicht worden ist, das heißt,
wenn die Temperatur in der Sterilisationszone auf einem solch hohen
Stand beibehalten werden kann, daß sie der Verweilzeit entspricht,
die bei der in Betracht kommenden Durchflußrate erforderlich ist, arbeitet
das Verfahren unter allen Bedingungen, die während des Betriebs auftreten,
mit hoher Zuverlässigkeit.
Vorzugsweise weist die Erfindung ferner eine Anordnung auf, mit
der die Dichtigkeit jener Ventile, die während der Inbetriebnahme und
in außergewöhnlichen
Situationen kritisch sind, sichergestellt werden kann und bei Bedarf das
gesamte Ventilsystem für
Wartungsmaßnahmen sterilisiert
werden kann.
-
In
einem erfindungsgemäßen Verfahren
wird während
des Anfahrens die Betriebsfähigkeit
des Prozesses dadurch gewährleistet,
daß ein
Flüssigkeitsstrom
bei maximaler Leistungsfä higkeit
der Pumpe über
die Heizeinheit geleitet wird, dessen Temperatur in der Rücklaufleitung
auf einen Stand herabgesetzt worden ist, der der minimalen Temperatur
des Wassers im Sammelbehälter
während
des Betriebs entspricht. Die Sterilisationsstufe, die auf die Heizstufe
folgt, schließt
mindestens eine Temperaturmessung am Auslaßende ein. Wenn die Verweildauer
der Flüssigkeit
in der Sterilisationszone unter den oben beschriebenen Bedingungen
als hinreichend befunden worden ist, kann auch angenommen werden,
daß die
Betriebsfähigkeit
des Verfahrens unabhängig
von Veränderungen,
die im Zufluß eintreten, beibehalten
werden kann.
-
Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist mit einer Einrichtung zur Überprüfung der
Sterilisationsfähigkeit
bei maximaler Last während
des Anfahrens versehen. Zur Überprüfung der
Leistungsfähigkeit der
Vorrichtung werden die niedrigste Wassertemperatur und der größtmögliche Durchfluß genutzt.
Um sicherzustellen, daß die
Prüfung
tatsächlich
dem schlimmsten Fall entspricht, muß der maximale Durchfluß so begrenzt
werden, daß er
im tatsächlichen
Betrieb den bei der Prüfung
verwendeten Durchfluß nicht überschreiten
kann. Vorzugsweise wird dies unter Verwendung einer Verdrängerpumpe erreicht,
die mit einer gleichmäßigen Umdrehungsgeschwindigkeit
(die durch den verwendeten Elektromotor bestimmt wird) immer einen
konstanten Durchfluß liefert,
unabhängig
von den Drücken
am Ansaug- und Abflußende.
Wenn eine Kreiselpumpe verwendet wird, wird der maximale Durchfluß durch
die Einstellung von Standardwerten für die Saug- und Abflußdrücke und
die Überwachung
dieser Werte im Steuerungssystem begrenzt. Normalerweise ist der saugseitige
Druck im wesentlichen konstant, da der als Quelle dienende Zwischenbehälter unter
Atmosphärendruck
steht. Der Austrittsgegendruck wird auf einen minimalen Stand entsprechend
der gewünschten
maximalen Förderleistung
eingestellt, und der Druck wird mittels Drucksensoren überwacht.
-
Um
die Flüssigkeit
in der Rücklaufleitung
auf eine Temperatur zu bringen, die der minimalen Temperatur des
Zuflusses entspricht, sind ein Wärmeaustauscher
und entsprechende Temperaturfühler
in der Rücklaufleitung
vorgesehen. Der Wärmeaustauscher
ist entsprechend dimensioniert, und die Mindestgren zen für den Durchfluß und die
Temperatur des Kühlwassers
werden im Steuerungssystem eingestellt.
-
Eine
erfindungsgemäße Sterilisationsvorrichtung
weist eine Pumpe auf, die für
eine bestimmte maximale Förderleistung
geeignet ist, vorzugsweise eine Verdrängerpumpe, mit der eine zu
sterilisierende Flüssigkeit
mit einer konstanten Durchflußrate durch
eine Heizeinheit geleitet wird. Hinter der Heizeinheit ist eine
Sterilisationszone eingerichtet, die zumindest am Auslaßende mit
einer Temperaturmessung versehen ist. Da die Leistungsfähigkeit
der Pumpe konstant gehalten werden kann, kann sichergestellt werden,
daß die
Verweilzeit in der Sterilisationszone ausreicht, um den gewünschten
Stesrilisationsstand zu erreichen. Wenn die Verweilzeit unzureichend
ist, wird der aus der Sterilisationszone austretende Flüssigkeitsstrom über die
Rücklaufleitung zum
Einlaß der
Heizeinheit zurückgeleitet.
Da die Temperaturmessung in Strömungsrichtung
hinter der Heizeinheit erfolgt, wird sichergestellt, daß die Verweilzeit
ausreicht.
-
Die
Rücklaufleitung
ist mit einer Kühlvorrichtung
versehen. Wenn die Rücklaufleitung
im wesentlichen bis zur minimalen Temperatur der Flüssigkeit im
Sammelbehälter
abgekühlt
ist, kann festgestellt werden, daß die Temperatur des Zuflusses
zur Heizeinheit nicht niedriger ist als der von der Heizeinrichtung
geforderte minimale Stand.
-
Vorzugsweise
weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine Anordnung von Reihenventilen auf, die nach der Sterilisationszone
angeordnet sind, wobei durch diese Ventilanordnung sichergestellt
wird, daß keine
unzureichend sterilisierte Flüssigkeit,
die die Sterilisationszone durchlaufen hat, aus der Vorrichtung
ausströmen
kann, selbst dann nicht, wenn ein Verteilungsventil undicht ist.
-
Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung ist nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung
beschrieben.
-
Die
Figur zeigt eine erfindungsgemäße Bioabfall-Behandlungsvorrichtung.
Die Hauptkomponenten, die in der Hauptleitung der Behandlungsvorrichtung
in der Strömungsrichtung
einer bioabfallhaltigen Flüssigkeit
vorgesehen sind, sind ein Sammelbehälter 20, eine Heizeinheit 30 und
eine Abflußkühleinheit 40.
Außerdem
weist die Behandlungsvorrichtung einen mit einer Zirkulationskühleinheit 50 versehenen
Zirkulationskreislauf auf und ist mit der Hauptleitung verbunden,
wobei die bioabfallhaltige Flüssigkeit
durch den Zirkulationskreislauf über
die Heizeinheit 30 zirkulieren kann.
-
Vorzugsweise
wird das bioabfallhaltige Wasser über eine Feststofftrenneinheit
in den Sammelbehälter
geleitet, der in der Figur nicht dargestellt ist. Der Sammelbehälter 20 ist
mit einem Mischer 21 versehen und ein Antriebsmotor 22 mit
diesem verbunden, wodurch das bioabfallhaltige Wasser im Sammelbehälter 20 gemischt
wird, um Sedimentation im Sammelbehälter 20 zu verhindern.
Der Sammelbehälter 20 ist
auch mit einer Füllstandsmessung
L versehen.
-
Vom
Sammelbehälter 20 wird
das Bioabwasser über
ein Einlaßventil 13 der
Hauptleitung mittels einer Förderpumpe 31 mit
konstanter Förderleistung in
die Heizeinheit 30 geleitet. In dieser Ausführungsform
besteht die Heizeinheit 30 aus einem Wärmetauscher, in dem Dampf als
Wärmequelle
verwendet wird. Nach der Heizeinheit ist eine Sterilisationszone 32 angeordnet,
die hierin mit zwei Temperaturmessungen T1 und T2 versehen ist.
Die Messung am Auslaßende
T2 ist wichtig, weil an diesem Punkt die niedrigste Temperatur auftritt.
-
Im
Dauerbetrieb wird das sterilisierte und deaktivierte bioabfallhaltige
Wasser von der Heizeinheit 30 in eine Abflußkühleinheit 40 über eine
Ventilgruppe 14 und 15, die eine Sperreinrichtung
bildet, geleitet. Von der Abflußkühleinheit 40 wird
das deaktivierte bioabfallhaltige Wasser über ein Hauptleitungsabflußventil 17 am
Punkt A2 in ein Abwassersystem geleitet. In dieser Ausführungsform
ist die Abflußkühleinheit 40 ein
Wärmeaustauscher,
der Wasser als Kühlmittel
verwendet.
-
Zusätzlich zur
vorstehend beschriebenen Hauptleitung der Behandlungsvorrichtung
weist die Vorrichtung einen Rücklaufkreislauf
auf, der an der Sperreinrichtung der Hauptleitung zwischen der Sterilisationszone 32 und
der Abflußkühleinheit 40 beginnt
und am Ansaugeinlaß der
Förderpumpe 31 endet.
Vor dem ersten Ventil 14 der Sperreinrichtung der Hauptleitung
ist ein erster Abzweig zum ersten Paralleleinlaßventil 53 an geordnet,
und zwischen dem ersten Ventil 14 und dem zweiten Ventil 15 der Sperreinrichtung
der Hauptleitung ist ein zweiter Außenabzweig zu einem zweiten
Paralleleinlaßventil 54 angeordnet.
Die Reihenventile 14 und 15 der Hauptleitung und
die Parallelventile 53, 54 des Zirkulationskreislaufs
bilden zusammen eine Sperreinrichtung. Nach den Parallelventilen 53, 54 vereinen
sich der Innenabzweig und der Außenabzweig, woraufhin die vereinte
Leitung des Zirkulationskreislaufs zu einer in dem Zirkulationskreislauf
vorgesehenen Zirkulationskühleinheit 50 führt. Nach
der Zirkulationskühleinheit 50 ist
der Zirkulationskreislauf durch das Zirkulationsabflußventil 55 bis
zu einem Punkt zwischen dem Hauptleitungseinlaßventil 13 und der
Hauptleitungsförderpumpe 31 geschlossen.
Die Dichtigkeit des ersten Reihenventils 14 kann durch
eine Druckmessung P, die mit der Leitung zwischen dem ersten Reihenventil 14 und
dem zweiten Reihenventil 15 gekoppelt ist, kontrolliert
werden.
-
Mittels
der Reihenventile 14, 15 der Hauptleitung und
der beiden parallelen Abzweige des Zirkulationskreislaufs wird sichergestellt,
daß die
Abflußkühleinheit 40 und
die nachfolgenden Zonen unter keinen Umständen kontaminiert werden können.
-
Das
in den Kühleinheiten 40, 50 benötigte Kühlwasser
wird über
ein Kühlwassereinlaßventil 51 am
Punkt D1 in die Zirkulationskühleinheit 50 eingebracht.
Das in der Zirkulationskühleinheit 50 zirkulierende
Kühlwasser
wird zur Abflußkühleinheit 40 weitergeleitet.
Das in der Abflußkühleinheit 40 zirkulierende
Kühlwasser
fließt über das
Kühlwasserabflußventil 52 am
Punkt D2 ab.
-
Der
in der Heizeinheit 30 benötigte Dampf wird vom Punkt
E1 30 über
ein erstes Hauptdampfleitungseinlaßventil 71 und ein
zweites Einlaßventil 72 in
die Heizeinheit 30 eingespeist. Das in der Heizeinheit 30 entstehende
Kondensat wird am Punkt E2 abgelassen.
-
Das
Anlaufen der Vorrichtung erfolgt mit einer von einem Steuerungssystem
ausgeführten
Eigenprüfung.
Danach wird der Bioabfall in den Behälter 20 eingespeist,
und die Zirkulation des Bioabfalls beginnt in der Heizeinheit 30 bei
konstanter Geschwindigkeit mit Hilfe des Kreislaufs, während die Tem peratur
der Heizeinheit 30 auf den gewünschten Stand erhöht wird.
Das zirkulierende Wasser wird in der Zikulationskühleinheit 50 im
wesentlichen auf einen Stand gekühlt,
der der minimalen Temperatur des Wassers im Sammelbehälter entspricht.
Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Belastung der Heizeinheit
ihre Leistungsfähigkeit
bei Beginn des kontinuierlichen Verfahrens nicht überschreitet.
-
In
der vorstehend beschriebenen Anlaufstufe wird auch die Unversehrtheit
des Ventils 14 mittels Druckmessung P geprüft. Wenn
bei der Druckmessung P kein Druckanstieg festgestellt wird, arbeitet das
Ventil 14 in der gewünschten
Weise. Wenn als Folge einer mangelnden Dichtigkeit des Ventils ein Druckanstieg
auftritt, kann der Flüssigkeitsstrom
weiterhin über
den Außenabzweig
und ein Ventil 53 sicher in den Rücklaufkreislauf geleitet werden.
Dabei können
die Ventile 14, 15, 53, 54 durch
Erhöhung
der Temperatur des gesamten Kreislaufs auf einen hinreichenden Stand über einen
hinreichenden Zeitraum für
Wartungszwecke sterilisiert werden.
-
Wenn
die Temperaturmessung am Auslaßende
der Sterilisationszone zeigt, daß die Temperatur in der Sterilisationszone
auf einem hinreichenden Stand in bezug auf die konstante Durchflußrate gehalten
wird, kann der Kreislauf durch Schließen des Ventils 53 und Öffnen des
Ventils 14 unterbrochen werden, und das deaktivierte Bioabwasser
kann durch die Abflußkühleinrichtung 40 in
das Abwassersystem am Punkt A2 geleitet werden.
-
Vorzugsweise
wird die in der Figur dargestellte Sterilisationsvorrichtung mit
Hilfe eines Steuerungssystems oder eines Computers gesteuert. Information über den
Zustand und den Betrieb aller in der gezeigten Figur gezeigten Komponenten
werden dem Steuerungssystem zugeführt, und auf der Grundlage
dieser Informationen kann der Zustand der Komponenten sowie der
gesamten Vorrichtung auf einer Anzeige angezeigt werden. In der
Figur werden nur die für
das Verständnis
der Erfindung notwendigen Komponenten gezeigt, und alle anderen Komponenten,
z. B. diejenigen, die mit den verschiedenen Messungen zusammenhängen, sind
weggelassen worden.