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Die Erfindung betrifft Anlagen zur Entsorgung von festen städtischen und
allgemein vergleichbaren Abfällen und von Abfällen, die in kleinen Gemeinden anfallen,
die von den bestehenden Anlagen zu weit entfernt sind, z. B. in kleinen Insel- und/oder
Berggemeinden.
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Obzwar sie sehr verschieden sind, haben die traditionellen Anlagen zur
Entsorgung von Abfällen alle eine Reihe von Nachteilen, sowohl was ihren Betrieb anlangt als
auch in Bezug auf ihre Wirkung auf die Umwelt, ganz zu schweigen von der Gefahr der
Verschmutzung von Boden, Grundwasser und Luft, sowie schließlich bezüglich der
Unkosten.
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Im Folgenden werden einige dieser an zur Zeit betriebenen Anlagen
festgestellten Nachteile aufgelistet, damit die Vorteile der erfindungsgemäßen Anlage besser
beurteilt werden können.
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Die Anlagen zur Entsorgung von festen städtischen und vergleichbaren Abfällen
im allgemeinen und jene, die von den isolierten Gemeinden - Berg- und/oder Inseldörfern
z. B.
- verwendet werden im besonderen weisen traditionell einen bereits bestehenden
Ablagerungsplatz auf - alte aufgelassene Steinbrüche - oder werden durch Aushub des
Bodens gewonnen, wobei darauf Abdeckungen, z. B. aus Polyäthylen, gelegt werden,
bevor hierauf mehrere Schichten Abfall aufgeschüttet werden, bis die Grube voll ist.
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Zwischen den einzelnen Abfallschichten wird Erde oder inertes Material
eingebracht, die bzw. das mit einer Schicht Humuserde bedeckt wird, die zur Zucht von Bäumen
bestimmt ist, deren Aufgabe es sein soll, die Grube und ihren Inhalt zu filtern.
Diese Anlagen zur Abfallentsorgung haben, aber wie wohlbekannt ist, große
Nachteile, und zwar:
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- im Falle von offenen Anlagen, Ausdünstungen aufgrund der Zersetzung
der organischen Substanzen;
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- ästhetische Beeinträchtigungen im Zusammenhang mit dem visuellen
Eindruck, den eine solche Anlage macht;
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- Verflüchtigung leichter Teile;
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- geringe Raumausnutzung des Platzes, da die Abfälle lose oder zermalmt
deponiert werden;
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- Auftreten von Vögeln, streunenden Tieren und Ratten;
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- schwierige Kontrolle der verschiedenen Abfallkategorien, die auf die
Deponie gebracht werden;
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- Risiko der Verschmutzung des Grundwassers durch Einsickerungen,
insbesondere aufgrund von starken Niederschlägen;
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- es ist schwer, wenn nicht unmöglich, entstehendes biologisches Gas zu
gewinnen und danach zur elektrischen und thermischen Energiegewinnung
zu nützen;
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- die Einheitskosten für den Betrieb und die Lagerung in der Deponie sind
hoch und vor allem kann der gleiche Platz, einmal aufgefüllt, kein zweites
Mal verwendet werden.
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Die WO 92118261 beschreibt eine Anlage für die Produktion und die Gewinnung
von Brenngas mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
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Die DE-A-31 31 100 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung
von Zersetzungsgas aus Mülldeponien.
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Die vorliegende Erfindung hat es sich hauptsächlich zur Aufgabe gemacht, die
oben genannten Nachteile zu vermelden, und betrifft insbesondere die ständige oder
eigentlich besser gesagt "drehende" Benutzung eines einzigen Platzes, auf dem die
Abfälle mittels eines neuen Lagerungsverfahrens deponiert werden,
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Die Erfindung beruht auch auf der Verwendung von tierischen, industriellen oder
städtischen Abwässern, die frei von umweltverschmutzenden Substanzen sind, wobei es
ein Ziel ist, einen angemessenen Feuchtigkeitsgrad der angesammelten Biomasse
aufrechtzuerhalten und diese bei gleichzeitigem Abführen der flüssigen Abfalle anreichern
zu können.
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Zur Lösung dieser Aufgaben sowie derjenigen, die im Weiteren näher
beschrieben werden sollen, betrifft die Erfindung eine Anlage zur Entsorgung von festen
städtischen und vergleichbaren Abfällen, die durch eine Struktur gekennzeichnet ist, die
im Stande ist, die oben angegebenen Blöcke zu begrenzen und zu ersetzen, und die
dabei aus einem abgedichteten Fundament aus verstärktem Beton mit vertikalen steifen
abgedichteten Wanden besteht, die eine Mehrzahl von benachbarten, undurchlässigen
Abschnitten begrenzen und trennen, die gemeinsame Seiten und eine offene Vorderseite
aufweisen; das Netz von Leitungen weist in der Nähe der Spitze jedes Abschnitts einen
vertikalen Kamin zum Aufnehmen des Biogases auf, wobei die Kamine einander an der
Spitze von benachbarten gehäuseartigen Abteilen an der Oberfläche treffen und einen
gemeinsamen Schachtkopf für jeweils eine Gruppe von benachbarten Kaminen bilden;
dieses Netz aus Rohrleitungen umfaßt eine Mehrzahl von horizontal angeordneten
Rohrleitungen, die auf der Oberseite der Biomasse angeordnet sind, um dort die oben
erwähnten Abwässer zu filtern.
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Die vorliegende Erfindung, die im Folgenden anhand von Zeichnungen näher
beschrieben wird, ermöglicht die Erzielung einer zyklischen Abfallentsorgungs- und
Rückgewinnungsanlage, die nicht nur Abhilfe bezüglich der oben erwähnten Nachteile
schafft, sondern insbesondere auch kontinuierlich betrieben werden kann, wobei es sehr
leicht ist, wenn die Bioreaktor-Funktion des ersten Moduls beendet ist, dieses
zurückzugewinnen und wieder zu gebrauchen. Ergebnis: vollständige Ausnutzung des Platzes
und des Zyklus des biologischen Zerfalls der Abfälle auf eine Anzahl Jahre hin, egal ob
diese Anzahl vorbestimmt wurde oder nicht, mit dem Ziel, ein stark Methan-haltiges
Biogas (55-65%) und somit Energie und Restmaterie zu erhalten.
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Die gewonnene Energie stammt aus einer nie versiegenden Quelle; Tatsache
ist, daß dank der Rotation der Module die Energieausbeute praktisch ein Maximum erzielt
(95-98%), und dies aufgrund eines völlig automatischen Systems, das unter totaler
Kontrolle steht, wobei die Rückgewinnung am Ende einer Zeitperiode erfolgt, die für die
Erzeugung von Biogas optimal ist, und die gemäß weltweiten Studien 70% nach den
ersten zwölf Jahren erreicht.
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Die zu beschreibende Pilotanlage erlaubt die Feststellung, daß das energetische
Potential des Systems im Laufe der Modulrotation in der Größenordnung von konstant
500 elektrische kWh und 850 thermische kWh liegt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von beigefügten, nicht einschränkend
zu verstehenden Darstellungen näher beschrieben. Es zeigen:
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- Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung der
erfindungsgemäßen Anlage;
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- Fig. 2 und 3 in einer Draufsicht und perspektivisch die Struktur, die den
Abfall aufnehmen soll;
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- Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt eines Teils von Fig. 1, der den Aufbau
eines der Module, die die Anlage bilden, darstellen soll, wobei dieses Modul
sich im Inneren eines der Abteile befindet, welche die Struktur bilden, die
die Abfälle aufnehmen soll;
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- Fig. 5 eine Schnittansicht des Moduls gemäß Fig. 2, die dessen
Realisierungsmodalitäten zeigt;
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- Fig. 6 und 7 eine Vergrößerung eines Details der Fig. 2, um zwei
Ausführungsbeispiele der Abdeckung unter Verwendung von zwei
verschiedenen Materialien darzustellen;
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- Fig. 8, 9 und 10 eine Schnittansicht der Kamine, die das Biogas aufnehmen
und die in die Module eingebaut sind, einen Grundriß dieser Kamine und
eine perspektivische Teilansicht eines dieser Kamine.
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Fig. 1 zeigt die insgesamt mit 4 bezeichnete Abfallentsorgungs- und
Rückgewinnungsanlage in ihrer Gesamtheit, wie sie sich im fertigen Zustand präsentiert. Im
betrachteten Ausführungsbeispiel besteht die Anlage aus zwölf quaderförmigen Modulen (6a,
6b, usw.), die durch einen umlaufenden Erdwall (8) geschützt sind und über eine
Auffahrtsrampe (10) verfügen; an den gemeinsamen Seiten der drei aus jeweils vier Modulen
bestehenden Gruppen bezeichnet das Bezugszeichen 12 den vorstehenden Teil der
Biogas-Aufnahmekamine, die im Folgenden beschrieben werden und die mit einem
Schachtkopf (13) und einer Notfall-Verbrennungsfackel (15) gebildet sind.
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In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 17 Rohre, mit deren Hilfe Abwasser
(organisches Abwasser) in das Innere der Module eingeführt werden kann, wobei dieses
Abwasser dazu dient, einen konstanten Feuchtigkeitsgrad aufrechtzuerhalten; das
Bezugszeichen 19 bezeichnet seinerseits das Becken für die Lagerung und Einführung
des Abwassers und für das Sammeln der eventuell wieder verwertbaren
Sickerflüssigkeiten, und das Bezugszeichen 21 bezeichnet Räumlichkeiten, die der Lagerung,
Untersuchung und Reinigung der Substanzen dienen können, die von den
Aufnahmekaminen aufgefangen werden.
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Die Anlage weist gemäß der Darstellung in Fig. 3 eine Struktur (60) aus Beton
auf, der vorzugsweise armiert und derart behandelt ist, daß die Abdichtung noch erhöht
wird, sie kann aber auch aus imprägniertem Holz bestehen; diese Struktur besteht
ihrerseits aus einer Reihe von quaderförmigen käfigartigen Abteilen - im vorliegenden Fall
zwölf - (62a, 62b, usw.), die aus einer Basis (64), seitlichen Trennwänden (66) und einer
hinteren Wand (68) bestehen; selbstverständlich hat jedes Abteil seine seitlichen
Trennwände und seine hintere Wand mit dem benachbarten Abteil gemeinsam, und es
weist einen Eingang (70) auf, der das Beschicken der Module ermöglicht.
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Wie aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich, besteht jedes Modul aus zwei Kulturen,
einer unteren (14) und einer oberen (16), wobei diese wiederum aus einer Reihe von
Blöcken (18a, 18b, usw.) bestehen, die durch Pressen von festen Abfällen mittels einer
automatischen Bündelpresse (nicht dargestellt) erhalten werden, die eventuell in der Nähe
des städtischen Zentrums aufgestellt ist, um die Kosten für den Transport der Abfälle zu
reduzieren; die Blöcke werden in einer sehr genauen Reihenfolge (A, B, C, D, usw.)
mittels einer Maschine (51) mit schwenkbarem Teleskoparm und horizontalen Greifern
aufgeschichtet und derart gelagert, daß sie Gänge (20a, 20b, usw.) für den Durchgang
des durch die Abfalle entstandenen Biogases bilden.
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Nach Fertigstellung wird der obere Teil des Moduls mittels einer vorzugsweise
aus Polyäthylen bestehenden Hülle (22) abgedichtet, die am oberen Teil der Abteilwände
befestigt wird (siehe Fig. 6 und 7), je nachdem, ob es sich um Hüllen aus einem
Polyäthylen niederer (Fig. 7) oder hoher Dichte (Fig. 6) handelt.
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Um die Hüllen (22) zu blockieren, genügt es, sie in ein U-Stahlprofil einzufügen,
das in eine entlang den Stahlbetonwänden und der Basis angeordnete Rinne eingelegt
wird, und sie dann mittels eines durch einfachen Druck angebrachten Gummibandes zu
blockieren (siehe Fig. 7), wenn eine dünne und sehr flexible Hülle vorliegt, oder aber durch
einfachen Druck einen Träger aus Polyäthylen hoher Dichte anzubringen, auf den eine
dickere und weniger flexible Hülle durch Heißsiegelung fixiert wird (siehe Fig. 6).
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Es muß deutlich gemacht werden, daß, wie aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich, die
erste, untere Kultur (14) und die zweite, obere Kultur (16) durch eine Schicht Erde (26)
voneinander getrennt sind.
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Nach Abdichten des Moduls werden die Rohre (17) aus Polyäthylen hoher Dichte
angeordnet, die ein mit einem Gewinde versehenes Anschlußende aufweisen, das das
Einbringen des Abwassers ermöglicht, das dazu bestimmt ist, die für die Biomasse
erforderliche Feuchtigkeit sicherzustellen. Dieses Abwasser besteht aus Flüssigabfällen,
die keinerlei Spuren von Schwermetallen oder chemischen Restsubstanzen enthalten,
und die insbesondere aus Schlachthäusern, Ölmühlen oder Käsereien bezogen werden
und dank ihrer Zusammensetzung die Produktion von Biogas oder von
zurückgewonnenen und wiederverwerteten Sickerflüssigkeiten steigern.
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Es versteht sich von selbst, daß die Rohre (17) so angeordnet werden müssen,
daß ein Ausströmen von Biogas unbedingt vermieden wird, d. h. die Anordnung erfolgt
im Zickzack auf der Polyäthlyenplane, die das Modul abdeckt und die ebenfalls mit
Gewinde versehene Anschlußstutzen aufweist, in welche die am freien Ende der Rohre
befindlichen Anschlußenden eingeschraubt werden können.
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Alternativ dazu können die Rohre auch unter der Polyäthlyenplane verlegt werden
unter der Bedingung, daß das mit Gewinde versehene Anschlußende von der Plane
vorsteht.
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Nach dem Verlegen der Rohre (17) wird das Modul mit Erde (27) bedeckt.
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Im Falle eines Moduls enthaltend z. B. 11.000 Tonnen Abfälle sind die
grundsätzlichen Kriterien zum Erhalt einer Biogasmenge von ca. 29 Nm³/h, was ungefähr 47
elektrischen kWh und 78 thermischen kWh entspricht, die Folgenden:
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- absolut dichte/wasserundurchlässige Module;
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- seitlich aneinandergereihte Module zur Erzielung eines Wärmeaustauschs;
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- Aufrechterhalten eines konstanten Feuchtigkeitsgrades innerhalb eines
jeden Moduls mittels kontrollierter Zugabe von organischem Abwasser;
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- die Möglichkeit, jederzeit den Prozeß der biologischen Zersetzung zu
steuern und zu kontrollieren.
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Werden diese Kriterien eingehalten, so können die Module, die die Anlage bilden,
sich wie wahrhafte "zersetzende" Module verhalten, genauso wie es die gesamte Anlage
kann.
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Damit das entstandene Biogas aufgefangen werden kann, werden, wie bereits
vorstehend erläutert, Aufnahmekamine (30) zu Hilfe genommen, die aus einem Rohr (31)
aus Polyäthylen hoher Dichte gebildet sind (siehe Fig. 8, 9 und 10), das ein Anschlußloch
(32) aufweist, das einen zwangsweisen Durchgang des Biogases ermöglicht, wobei das
Rohr in einer Ecke des Moduls (Fig. 9) angeordnet und von einem mit runden
Kieselsteinen gefüllten Gitterkorb (34) aus rohrförmigem Eisen (Fig. 10) gehalten wird. Die
Kamine, die auf den vier angrenzenden Modulen derart angeordnet sind, daß sie mit den
Abfällen in Kontakt bleiben, von denen aus das Biogas und die überschüssige
Sickerflüssigkeit durch die Kieselsteine strömen, streben alle auf einen einzigen Schachtkopf
(36) zu (Fig. 8); das Ganze wird von einer Struktur gehalten, die einen Stahlbetonturm
(38) aufweist, der auf einem ebenfalls aus Stahlbeton bestehenden Sockel (40)
angeordnet ist, und in dem sich (siehe Fig. 8) ein Rohr (42) befindet, das ein Abpumpen der
Sickerflüssigkeit erlaubt, wobei das Rohr in einem kleinen Behälter (43) endigt, der über
einen Siphon (44) mit einer Sammelgrube (45) für die Sickerflüssigkeit am Fuß der
Kamine verbunden ist. Eine Klappe (46) und eine Wendeltreppe (47) ermöglichen die
Kontrolle der gesamten Struktur.
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Die Sickerflüssigkeit, die in den Gruben aufgefangen wird, wird über den Siphon
in Richtung der Pumpbecken gefördert; sie wird dann durch das Pumprohr aufgenommen
und gelangt in das Außenbecken (19), wo sie eventuell als Abwasser wiederverwertet
werden kann, um den Feuchtigkeitsgrad im Inneren der Anlage aufrechtzuerhalten.
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Nachdem das innerhalb der Aufnahmekamine gesammelte Biogas in den oben
angegebenen Räumlichkeiten (21) analysiert und gereinigt worden ist, kann es zur
Produktion von z. B. elektrischer Energie verwendet werden.
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Es versteht sich, daß weitere, völlig unterschiedliche Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung möglich sind, ohne hierbei den Rahmen der Erfindung zu
verlassen.
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Insbesondere kann eine andere Art von Struktur zur Aufnahme der Module ins
Auge gefaßt werden; anstelle einer modularen Struktur aus Stahlbeton oder aus Holz,
wie sie in unserem Ausführungsbeispiel vorgeschlagen wurde, kann eine Abdeckung auf
den Boden des Platzes ausgebreitet und an der Hülle, die das fertiggestellte Modul
bedeckt, durch Heißsiegeln fixiert werden.
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Die Form der Struktur kann ebenfalls vom beschriebenen Ausführungsbeispiel
abweichen: insbesondere kann der Sockel, anstelle des quaderförmigen Sockels unseres
Beispiels, vieleckig, kreisförmig oder unregelmäßig sein. Im Falle eines vieleckigen
Sockels z. B. haben dann die Abteile die Form eines Prismas, und es genügt ein einziger,
mittig angeordneter Turm, um die Aufnahmekamine zu stützen und jedes Modul innerhalb
der Abteile zu bedienen.
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Schließlich können selbstverständlich je nach Beschaffenheit des Geländes, auf
dem die Anlage gebaut werden soll, die Module auch in Abstand voneinander angeordnet
werden, wobei dann eine Vorrichtung zur Verbindung der Module untereinander
vorgesehen wird, so daß das entstandene Biogas zu einer einzigen Sammelstelle hin gelangt.