ES2442971B1 - Sistema para el tratamiento de residuos sólidos urbanos basado en la tecnología de visión multiespectral - Google Patents

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ES2442971B1 ES201331515A ES201331515A ES2442971B1 ES 2442971 B1 ES2442971 B1 ES 2442971B1 ES 201331515 A ES201331515 A ES 201331515A ES 201331515 A ES201331515 A ES 201331515A ES 2442971 B1 ES2442971 B1 ES 2442971B1
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    • B07SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07CPOSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
    • B07C5/34Sorting according to other particular properties
    • B07C5/342Sorting according to other particular properties according to optical properties, e.g. colour

Abstract

Sistema para el tratamiento integral de los residuos sólidos urbanos, basado en la aplicación de la tecnología de visión artificial del tipo multiespectral que permite la clasificación y recuperación automática de todos los materiales reciclables contenidos en los residuos sólidos así como la extracción de los materiales no reciclables e impropios lo cual posibilita la obtención de una fracción orgánica exenta de los mismos y de materiales impropios, idónea para la obtención de energía por procesos que operan a bajas temperaturas 30-60ºC, que son medioambientalmente y económicamente sostenibles. Este sistema permite reaprovechar parte de la energía térmica obtenida en motogeneradores que suministran corriente eléctrica a una planta operativa con este sistema, cuya energía térmica es utilizada para el tratamiento de los residuos orgánicos previamente separados por la tecnología multiespectral.

Description

imagen1
Sistema para el tratamiento de residuos sólidos urbanos basado en la tecnología de visión multiespectral
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente solicitud de patente de invención tiene por objeto el registro de un sistema para el tratamiento de residuos sólidos urbanos basado en la tecnología de visión multiespectral que incorpora notables innovaciones y ventajas.
Más concretamente, la invención propone el desarrollo de un sistema para el tratamiento

integral de los residuos sólidos urbanos (denominados también en esta memoria de una forma simplificada con las siglas RSU), basado en la tecnología multiespectral que permite la recuperación automática de todos los materiales reciclables contenidos en los RSU así como la extracción de los materiales no reciclables e impropios lo cual posibilita la obtención de una fracción orgánica exenta de los mismos y de materiales impropios, idónea para la obtención de energía por procesos que operan a bajas temperaturas 30–60ºC, que son medioambientalmente y económicamente sostenibles.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Es bien conocido a día de hoy que la separación de materiales por composición química es realizada por separadores ópticos, basados en la nueva tecnología multiespectral patentada por el solicitante.
Los plásticos son largas cadenas carbonadas con enlaces carbono-carbono simples, dobles, triples y con grupos orgánicos funcionales tipo aldehídos, cetonas, amidas, aminas, alcoholes, ácidos, nitrilos, etc. Estos enlaces tienen una absorción de luz característica a determinadas longitudes de onda.
En un diagrama bidimensional, en el que el eje de abcisas representa longitudes de onda, el de ordenadas intensidades de luz reflejada por el objeto que se está analizando, cada tipo de enlace nos da un punto del espectrograma, con lo que al obtener todos los puntos en el rango de análisis de longitudes de onda, lo que se obtiene, en realidad, es una representación gráfica de la composición química del material objeto del análisis.
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El rango de análisis va desde el ultravioleta con longitudes de onda inferiores a 400nm 5 (nanómetros), zona visible del espectro 400–700nm e infrarrojo con longitud de onda superiores a 700nm.
Analizando pues el espectrograma de cada material, es posible separarlo de los demás, ya que el espectrograma es característico y específico para cada material.
10 Actualmente existen en el mercado máquinas basadas en la visión artificial que utilizan la zona infrarroja del espectro, es decir, energía lumínica con longitudes de onda superiores a 700nm.
15 En el estado de la técnica son, por ejemplo, conocidas la patente española nº ES 2249123 que hace referencia a una máquina para la extracción automática y clasificación de materiales reciclables basada en la tecnología de visión artificial, la patente española nº ES 2323617 que describe una máquina con visión artificial para la eliminación automática de impurezas en la chatarra de vidrio y la separación del mismo por colores, con visión
20 multiespectral, y la patente española nº ES 2323618, que describe una máquina con visión artificial para la separación automática de plásticos reciclables por composición y por colores con visión multiespectral.
Actualmente es posible la separación por visión multiespectral de la chatarra de vidrio y
25 plásticos procedentes de los residuos sólidos urbanos. Separaciones avaladas por las patentes anteriormente mencionadas.
Sin embargo los residuos sólidos urbanos, en los que la fracción orgánica va mezclada con materiales reciclables y otros materiales impropios, contienen además del vidrio y plásticos
30 procedentes de envases otros materiales, tales como metales férricos, metales no férricos, y otros, por ejemplo, papel, cartón, maderas, pañales, textiles, piedras, inertes y otros impropios.
imagen3
Los metales férricos suelen separarse mediante separadores overband magnéticos y los no férricos con máquinas basadas en corrientes de Foucault/Eddy current, tecnologías que están en el mercado desde hace años.
5 El resto de materiales de papel, cartón, maderas, pañales, textiles, piedras, inertes y otros impropios quedan mezclados en la materia orgánica lo cual imposibilita o dificulta la aplicación posterior de tecnologías de fermentación anaeróbica que operan a baja temperatura y que son medioambientalmente y económicamente sostenibles, con el fin de valorizar energéticamente la fracción orgánica.
10 Como consecuencia de este estado de cosas, los porcentajes de residuos sólidos urbanos que todavía se depositan en los vertederos controlados son muy altos ya que la fracción orgánica representa aproximadamente el 50% en peso de los RSU.
15 Hoy en día las administraciones incentivan el minimizar la disposición de los RSU a los vertederos, con lo que para conseguirlo se emplean todavía tecnologías, como la incineración. Sin embargo, no son sostenibles económicamente y medioambientalmente son perjudiciales al generar emisiones de dioxinas y furanos responsables del aumento de los índices de cáncer en las zonas donde se ubican las plantas de incineración.
20
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se ha desarrollado con el fin de proporcionar un sistema para el tratamiento de residuos sólidos urbanos basado en la tecnología de visión multiespectral
25 que se configura como una novedad dentro del campo de aplicación y resuelve los inconvenientes anteriormente mencionados, aportando, además, otras ventajas adicionales que serán evidentes a partir de la descripción que se acompaña a continuación.
Es por lo tanto un objeto de la presente invención proporcionar un sistema para el
30 tratamiento de residuos sólidos urbanos, que comprende medios para la separación automática de un primer grupo de materiales reciclables del tipo de material plástico reciclable, basada en la tecnología de visión artificial, en concreto de visión multiespectral.
En particular, la invención se caracteriza por la presencia de unos medios secundarios 35 medios secundarios para la separación automática de un segundo grupo de materiales reciclables del tipo cartón, papel o similares basada en la tecnología de visión multiespectral tal que se aísla la fracción orgánica presente en los residuos sólidos urbanos y medios para procesar materia orgánica mediante un proceso de fermentación anaeróbica alimentados eléctricamente por medios de suministro de corriente, en el que se genera un flujo de biogás, presentando medios de conducción para llevar dicho flujo de biogás desde los medios de procesado de la materia orgánica a los medios de suministro de corriente y medios para transportar la energía térmica generada por los medios de suministro de corriente hacia unos medios de calentamiento vinculados con los medios secundarios para la separación automática de materiales no reciclables.
imagen4
Según una realización preferida de la presente invención, el sistema dispone de unos medios de conducción para llevar la energía térmica procedente y que ha sido generada a partir de los medios de suministro de corriente hacia los medios para la separación automática de materiales reciclables para aportar un incremento de la temperatura que permita reducir el grado de humedad de la materia entrante a tratar.
Preferentemente, los medios de suministro de corriente comprenden al menos un motogenerador de electricidad.
De forma ventajosa, los medios de suministro de corriente incluyen unos medios de conexión eléctrica para conectarse a una red externa de suministro eléctrico.
Es otro objeto de la presente invención proporcionar una planta industrial, en particular prevista para el tratamiento de residuos sólidos urbanos, caracterizada por el hecho de que comprende:
-
Unos medios para la separación automatizada de residuos sólidos urbanos mediante
el
uso de dispositivos provistos de visión multiespectral para la separación de la
fracción orgánica del resto de materiales presentes en los residuos sólidos urbanos;
-
Unos medios para el tratamiento de vidrio previamente separado;
-
Unos medios para el tratamiento de fracción orgánica previamente separada;
-
Unos medios para el tratamiento de materiales plásticos previamente separados;
-
Unos medios de suministro de corriente para alimentar eléctricamente a los medios
para la separación automatizada de residuos sólidos urbanos y a los medios para el
tratamiento de fracción orgánica;
imagen5
-Unos medios de secado vinculados con los medios para la separación automatizada de residuos sólidos urbanos; y -Adicionalmente unos medios para la separación basados en el empleo de visión multiespectral de papel y cartón previamente separado.
5 Con el sistema propuesto, basado en la aplicación de la visión multiespectral para la recuperación automática de los materiales reciclables como papel y cartón, se aumentan los índices de reciclaje en un 10–15% ya que los contenidos de entrada de estos materiales pueden llegar a veces a representar el 20%.
10 Por otra parte, al aplicar la nueva tecnología de visión multiespectral para la separación automática del resto de materiales maderas, pañales, textiles, piedras, inertes y otros impropios de la materia orgánica que representa aproximadamente el 50% en peso, ésta puede reciclarse por tecnología medioambientalmente y económicamente sostenibles con lo
15 que los porcentajes globales de reciclaje de los residuos sólidos urbanos aumentan en un 60–65%.
De este modo, el sistema descrito anteriormente presenta las siguientes ventajas:
20 -Aumentar los índices de reciclaje en un 60–65%, teniendo en cuenta que actualmente solamente se reciclan un 10–15% en peso de los materiales contenidos en los residuos sólidos urbanos con lo que con el modelo propuesto se pueden llegar a reciclar 70%-80 % de los residuos sólidos urbanos;
-la vida útil de los actuales vertederos con el sistema propuesto se aumenta del orden 25 de 3–4 veces;
-Las inversiones necesarias son muy inferiores a las de los sistemas basados en la incineración, con lo que las tasas de tratamiento que las administraciones públicas repercuten en los ciudadanos pueden bajarse considerablemente, con reducciones promedio del orden de un 50–70% aproximadamente;
30 -No se producen daños en el medio ambiente y en las personas al no generarse
dioxinas y furanos; -Reduce el impacto sobre el uso no sostenible de las materias primas; y -Ahorra energía comparado con el proceso estándar de fabricación utilizando
materias primas tradicionales, y consecuentemente reduce las emisiones de CO2 35 ayudando a minimizar el impacto sobre el cambio climático.
imagen6
Otras características y ventajas del sistema objeto de la presente invención resultarán evidentes a partir de la descripción de una realización preferida, pero no exclusiva, que se ilustra a modo de ejemplo no limitativo en los dibujos que se acompañan, en los cuales:
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Figura 1.-Es una vista esquematizada de una realización del sistema de tratamiento de residuos de acuerdo con la presente invención; y
Figura 2.-Es una vista esquematizada de una realización de una planta para el tratamiento de residuos de acuerdo con la presente invención.
DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE
A la vista de las mencionadas figuras y, de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas un ejemplo de realización preferente de la invención, la cual comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuación.
Así, tal como se aprecia en la figura 1, una realización de un sistema para el tratamiento de residuos sólidos urbanos, comprende unos primeros medios para la separación automática de un primer grupo de materiales reciclables, más concretamente, material plástico reciclable, basada en la tecnología de visión multiespectral. Además, se proporcionan unos medios secundarios para la separación automática de un segundo grupo de materiales reciclables del tipo cartón, papel o similares basada en la tecnología de visión multiespectral de modo que se aísla la fracción orgánica presente en los residuos sólidos urbanos. También se disponen unos medios previstos para el procesamiento de la materia orgánica una vez ha sido separada, los cuales permiten realizar un proceso de fermentación anaeróbica para llevar a cabo su descomposición, siendo tales medios de procesado alimentados eléctricamente por unos medios de unos suministro de corriente, por ejemplo, una serie de motogeneradores los cuales cuando están en funcionamiento generan unos gases y energía térmica que será posteriormente aprovechada, tal como se explica más adelante. De este modo, se reduce la energía exterior necesaria para aportar calor en ciertos tratamientos o etapas del proceso para el tratamiento de residuos.
imagen7
A partir de este tratamiento de la fracción orgánica, se genera un flujo de biogás, en el que se disponen de unas conducciones de material adecuado que permiten llevar apropiadamente el flujo de biogás desde los medios de procesado de la materia orgánica a los medios de suministro de corriente y medios para transportar la energía térmica generada
5 por los medios de suministro de corriente durante su funcionamiento hacia los medios secundarios para la separación automática de materiales no reciclables y hacia los medios para procesar materia orgánica, los cuales se han representado de forma esquematizada con líneas discontinuas.
10 En la figura 2 se ha representado una realización preferente de una planta destinada al tratamiento integral de RSU basada en el sistema descrito anterior en el que la recogida de los residuos se lleva a cabo por medio de dos contenedores o agrupaciones de material de residuo, siendo uno de ellos para la recogida de la materia orgánica principalmente y en el otro la recogida de materiales reciclables.
15
Los materiales reciclables segregados en origen de la materia orgánica, se procesan en una planta de preclasificación donde el flujo principal se separa, mediante dispositivos ópticos basados en la tecnología multiespectral, de modo que se consigue la separación de cuatro grupos de material a reciclar:
20 -Papel y Cartón; -Plásticos y Tetrabrik; -Vidrio; -Metales.
25 Cada grupo es procesado en una planta especializada al objeto de, por medio de separadores ópticos basados en la tecnología multiespectral, elevar la pureza de los mismos hasta los niveles requeridos por las especificaciones técnicas del usuario final que son esencialmente los fabricantes de papel y cartón, plásticos y vidrio.
30 Por otra parte, los materiales reciclables recuperados en la instalación de tratamiento de la fracción orgánica: papel y cartón, plásticos, tetrabrick y vidrio son introducidos como materia prima en las correspondientes instalaciones especializadas.
Los metales férricos recuperados por medio de separadores overbands magnéticos 35 convencionales y los no férricos a través de máquinas de Foucault, son llevados directamente a la zona de prensado donde se transforman y agrupan en balas según las necesidades del usuario.
imagen8
La fracción orgánica una vez segregada y exenta de materiales reciclables e impropios, es
5 utilizada como materia prima en una instalación de fermentación anaeróbica, la cual no se va a describir con mayor detalle al no ser objeto de esta invención, de tal manera que se produce biogás (en una composición aproximadamente de 55 – 60% de metano + 45–40% de CO2) y biofertilizantes o compuestos que podrán ser posteriormente utilizados en el campo de la jardinería y/o agricultura.
10 Este biogás es empleado como fuente de combustible para unos motogeneradores que crean corriente eléctrica y agua caliente procedente del generado por los sistemas de refrigeración de los motogeneradores. Una parte de la corriente eléctrica generada puede ser enviada al exterior de la planta a través de unas conexiones eléctricas apropiadas
15 mientras que el resto puede ser empleada para el autoabastecimiento de la misma planta, de modo que se reducen los costes de producción de forma notable.
Al mismo tiempo, los gases de escape, procedente de los motogeneradores son conducidos a través de la disposición de unos intercambiadores de calor, se emplea para el secado de 20 la materia orgánica, con lo cual se aumenta la eficiencia de los dispositivos ópticos en la recuperación y separación automática de los materiales reciclables y no reciclables, al evitar que durante el procesado los RSU estén apelmazados debido a su elevado contenido de humedad y también para el mantenimiento de la temperatura de biodigestión en un rango aproximado de 37–50ºC de los dispositivos biodigestores. No se va a describir el
25 funcionamiento de los dispositivos biodigestores ya que son bien conocidos por aquellos expertos en la materia.
Mencionar que no se va a entrar en mayor detalle en los dispositivos basados en la tecnología de visión multiespectral ya que son bien conocidos en el estado de la técnica,
30 pudiéndose emplear en la planta de tratamiento descrita en esta memoria cualquier dispositivo basado en las patentes de la técnica anterior que ya han sido mencionadas previamente y cuyo inventor es el mismo que el de la presente solicitud de patente.
Tampoco se entra en mayor detalle en las diversas instalaciones que forman parte de la 35 planta para el tratamiento de forma independiente de materiales plásticos, de papel y cartón así como de fracción orgánica ya que se trata de tecnología actual que es conocida por aquellos expertos en la materia, y en el que las diversas instalaciones pueden estar relacionadas entre sí a través de medios de transporte, tales como cintas transportadoras o vehículos de transporte especialmente adaptados a las necesidades.
imagen9
5 Los detalles, las formas, las dimensiones y demás elementos accesorios, así como los materiales empleados en la fabricación del sistema para el tratamiento de residuos sólidos urbanos de la invención podrán ser convenientemente sustituidos por otros que sean técnicamente equivalentes y no se aparten de la esencialidad de la invención ni del ámbito
10 definido por las reivindicaciones que se incluyen a continuación.

Claims (5)

  1. imagen1
    REIVINDICACIONES
    1. Sistema para el tratamiento de residuos urbanos, que comprende unos medios para la separación automática de un primer grupo de materiales reciclables del tipo de material 5 plástico reciclable, basada en la tecnología de visión multiespectral, incluyendo además unos medios secundarios previstos para la separación automática de un segundo grupo de materiales reciclables del tipo cartón, papel o similares basada en la tecnología multiespectral tal que se aísla la cantidad de fracción orgánica presente en los residuos sólidos urbanos entrantes y unos medios para procesar materia orgánica mediante un 10 proceso de fermentación anaeróbica alimentados eléctricamente por medios de suministro de corriente, en el que se genera un flujo de biogás, presentando además unos medios de conducción para llevar el flujo de biogás desde los medios de procesado de la materia orgánica a los medios de suministro de corriente, caracterizado por el hecho de que disponer de unos medios para transportar la energía térmica o calor generado por los
    15 medios de suministro de corriente durante su funcionamiento hacia unos medios de calentamiento vinculados a los medios secundarios para la separación automática de materiales no reciclables y a los medios para procesar materia orgánica.
  2. 2. Sistema para el tratamiento de residuos sólidos urbanos según la reivindicación 1,
    20 caracterizado por el hecho de que presenta medios de conducción para llevar la energía térmica procedente y generada a partir de los medios de suministro de corriente a los medios para la separación automática de materiales reciclables.
  3. 3. Sistema para el tratamiento de residuos sólidos urbanos según la reivindicación 1,
    25 caracterizado por el hecho de que los medios de suministro de corriente comprenden al menos un motogenerador de electricidad.
  4. 4. Sistema para el tratamiento de residuos sólidos urbanos según la reivindicación 1,
    caracterizado por el hecho de que los medios de suministro de corriente incluyen medios de 30 conexión eléctrica para conectarse a una red externa de suministro eléctrico.
  5. 5. Sistema para el tratamiento de residuos sólidos urbanos según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los medios para el procesado de la materia orgánica comprenden dispositivos biodigestores.
    35 6. Sistema para el tratamiento de residuos sólidos urbanos según las reivindicaciones 3 y 5, caracterizado por el hecho de que se proporcionan unas conexiones para enviar energía térmica generada por los gases de escape procedente de los motogeneradores hacia el interior de los dispositivos biodigestores.
    imagen2
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